KR20230039455A - 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈 - Google Patents

광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈 Download PDF

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KR20230039455A
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박진영
유용학
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 개시된 광학계는 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되는 제1 내지 제6 렌즈를 포함하고, 상기 제1 및 제2 렌즈는 상기 광축에서 음의 굴절력을 가지고, 상기 제3 렌즈는 상기 광축에서 양의 굴절력을 가지고, 상기 제3 및 제4 렌즈 사이에 배치되는 조리개를 포함하고, 상기 광축에서 상기 조리개와 상기 제4 렌즈 사이의 간격은 상기 제4 렌즈의 두께보다 작고, 하기 수학식을 만족할 수 있다.
-1 < CA_L4S1 / L4R1 < 0
(L4R1은 상기 광축에서 상기 제4 렌즈의 물체 측 면의 곡률 반경(mm)이고, CA_L4S1은 상기 제4 렌즈의 물체 측 면의 유효경(Clear aperture, CA) 크기(mm)이다.)

Description

광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈{OPTICAL SYSTEM AND CAMERA MODULE INCLUDING THE SAME}
실시예는 향상된 광학 성능을 가지는 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈에 대한 것이다.
ADAS(Advanced Driving Assistance System)란 운전자를 운전을 보조하기 위한 첨단 운전자 보조 시스템으로서, 전방의 상황을 센싱하고, 센싱된 결과에 기초하여 상황을 판단하고, 상황 판단에 기초하여 차량의 거동을 제어하는 것으로 구성된다. 예를 들어, ADAS 센서 장치는 전방의 차량을 감지하고, 차선을 인식한다. 이후 목표 차 선이나 목표 속도 및 전방의 타겟이 판단되면, 차량의 ESC(Electrical Stability Control), EMS(Engine Management System), MDPS(Motor Driven Power Steering) 등이 제어된다. 대표적으로, ADAS는 자동 주차 시스템, 저속 시내 주행 보조 시스템, 사각 지대 경고 시스템 등으로 구현될 수 있다.
ADAS에서 전방의 상황을 감지하기 위한 센서 장치는 GPS 센서, 레이저 스캐너, 전방 레이더, Lidar 등이 있으며, 가장 대표적인 것은 차량의 전방, 후방 및 측방을 촬영하기 위한 카메라이다.
이러한 카메라는 차량의 외부 또는 내부에 배치되어 상기 차량의 주변 상황을 감지할 수 있다. 또한, 상기 카메라는 차량의 내부에 배치되어 운전자 및 동승자의 상황을 감지할 수 있다. 예를 들어, 상기 카메라는 운전자와 인접한 위치에서 상기 운전자를 촬영할 수 있고, 운전자의 건강 상태, 졸음 여부, 음주 여부 등을 감지할 수 있다. 또한, 상기 카메라는 동승자와 인접한 위치에서 상기 동승자를 촬영하며 동승자의 수면 여부, 건강 상태 등을 감지할 수 있고, 운전자에게 동승자에 대한 정보를 제공할 수 있다.
특히, 카메라에서 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. 그러나, 상기 카메라가 차량의 외부 또는 내부에서 가혹한 환경, 예컨대 고온, 저온, 수분, 고습 등에 노출될 경우 광학계의 특성이 변화하는 문제가 있다. 이 경우, 상기 카메라는 우수한 광학적 특성, 수차 특성을 균일하게 도출하기 어려운 문제점이 있다. 따라서, 상술한 문제를 해결할 수 있는 새로운 광학계 및 카메라가 요구된다.
실시예는 광학 특성이 향상된 광학계 및 카메라 모듈을 제공하고자 한다.
실시예는 저온 내지 고온의 환경에서 우수한 광학 성능을 가지는 광학계 및 카메라 모듈을 제공하고자 한다.
실시예는 다양한 온도 범위에서 광학적 특성이 변화하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있는 광학계 및 카메라 모듈을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 광학계는 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되는 제1 내지 제6 렌즈를 포함하고, 상기 제1 및 제2 렌즈는 상기 광축에서 음의 굴절력을 가지고, 상기 제3 렌즈는 상기 광축에서 양의 굴절력을 가지고, 상기 제3 및 제4 렌즈 사이에 배치되는 조리개를 포함하고, 상기 광축에서 상기 조리개와 상기 제4 렌즈 사이의 간격은 상기 제4 렌즈의 두께보다 작고, 하기 수학식을 만족할 수 있다.
-1 < CA_L4S1 / L4R1 < 0 (L4R1은 상기 광축에서 상기 제4 렌즈의 물체 측 면의 곡률 반경(mm)이고, CA_L4S1은 상기 제4 렌즈의 물체 측 면의 유효경(Clear aperture, CA) 크기(mm)이다.)
발명의 실시 예에 의하면, 상기 조리개 및 상기 제4 렌즈는 하기 수학식을 만족할 수 있다.
1 < dS4_CT < 1.1 (dS4_CT는 상기 광축에서 상기 조리개와 상기 제4 렌즈 사이의 간격(mm)이다.)
발명의 실시 예에 의하면, 상기 조리개 및 상기 제4 렌즈는 하기 수학식을 만족할 수 있다.
0.45 < dS4_CT / L4_CT < 0.5
(dS4_CT는 상기 광축에서 상기 조리개와 상기 제4 렌즈 사이의 간격(mm)이고, L4_CT는 상기 제4 렌즈의 광축에서의 두께(mm)이다.)
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈의 센서 측 면은 상기 광축에서 오목한 형상을 가지고, 하기 수학식을 만족할 수 있다.
1.7 < CA_L1S2 / L1R2 < 1.82
(CA_L1S2은 상기 제1 렌즈의 센서 측 면의 유효경(CA)의 크기(mm)이고, L1R2는 상기 광축에서 상기 제1 렌즈의 센서 측 면의 곡률 반경(mm)이다.)
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제4 및 제6 렌즈는 하기 수학식을 만족할 수 있다.
0.65 < L6_ET / (0.5 × CA_L4S1) < 0.94
(CA_L4S1은 상기 제4 렌즈의 물체 측 면의 유효경(CA)의 크기(mm)이고, L6_ET는 상기 제6 렌즈의 물체 측 면의 유효 영역 끝단과 상기 제6 렌즈의 센서 측 면의 유효 영역 끝단 사이의 상기 광축 방향 거리(mm)이다.)
또한, 상기 제5 렌즈의 아베수는 상기 제4 렌즈의 아베수보다 작고, 하기 수학식을 만족할 수 있다.
30 < vd4 - vd5 < 40
(vd4는 상기 제4 렌즈의 아베수이고, vd5는 상기 제5 렌즈의 아베수이다.)
또한, 상기 제1 내지 제6 렌즈는 글라스 재질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제4 렌즈 및 상기 제5 렌즈는 상기 제4 렌즈의 센서 측 면과 상기 제5 렌즈의 물체 측 면이 접합되는 구조를 가질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 광학계는 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되며 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 제1 및 제2 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 및 제2 렌즈군 사이에는 조리개가 배치되고, 상기 제1 렌즈군은 상기 제2 렌즈군보다 적거나 같은 매수의 렌즈를 포함하고, 하기 수학식을 만족할 수 있다.
1.5 < TTL / L_G1 < 3.5
2 < TTL / L_G2 < 5
1 < L_G1 / L_G2 < 2.5
(L_G1은 상기 제1 렌즈군의 상기 광축에서의 두께(mm)이고, L_G2는 상기 제2 렌즈군의 상기 광축에서의 두께(mm)이다. 또한, TTL(Total track length)은 물체와 가장 인접한 상기 제1 렌즈군의 첫 번째 렌즈의 물체 측 면의 정점에서 상기 센서의 상면까지의 상기 광축에서의 거리(mm)이다.)
또한, 상기 제1 렌즈군은 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되는 제1 내지 제3 렌즈를 포함하고, 상기 제2 렌즈군은 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되는 제4 내지 제6 렌즈를 포함하고, 상기 제4 렌즈 및 상기 제5 렌즈는 상기 제4 렌즈의 센서 측 면과 상기 제5 렌즈의 물체 측 면이 접합되는 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 조리개 및 상기 제4 렌즈는 하기 수학식을 만족할 수 있다.
1 < dS4_CT < 1.1
(dS4_CT는 상기 광축에서 상기 조리개와 상기 제4 렌즈 사이의 간격(mm)이다.)
또한, 상기 제4 및 제5 렌즈는 하기 수학식을 만족할 수 있다.
30 < vd4 - vd5 < 40
(vd4는 상기 제4 렌즈의 아베수이고, vd5는 상기 제5 렌즈의 아베수이다.)
또한, 상기 제5 렌즈는 하기 수학식을 만족할 수 있다.
0.3 < L5_CT / L5_ET < 1
(L5_CT는 상기 제5 렌즈의 상기 광축에서의 두께(mm)이고, L5_ET는 상기 제5 렌즈의 물체 측 면의 유효 영역 끝단과 상기 제5 렌즈의 센서 측 면의 유효 영역 끝단 사이의 상기 광축 방향 거리(mm)이다.)
또한, 상기 제6 렌즈는 하기 수학식을 만족할 수 있다.
-6 < L6R2 / L6R1 < -1
(L6R1은 상기 광축에서 상기 제6 렌즈의 물체 측 면의 곡률 반경(mm)이고, L6R2는 상기 광축에서 상기 제6 렌즈의 센서 측 면의 곡률 반경(mm)이다.)
또한, 상기 제1 내지 제6 렌즈는 글라스 재질을 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 카메라 모듈은 상기 광학계 및 이미지 센서를 포함하고, 하기 수학식을 만족할 수 있다.
110 < FOV < 170
(FOV(Field of view)는 상기 광학계의 화각이다.)
실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 실시예에 따른 광학계에서 복수의 렌즈들은 굴절력, 두께, 간격 등을 가질 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 설정된 화각 범위에서 향상된 색수차, MTF 특성, 수차 제어 특성, 해상력 특성 등을 가질 수 있고, 화각의 중심부 및 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 저온(약 -40℃) 내지 고온(약 85℃)의 온도 범위에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 광학계에 포함된 복수의 렌즈들은 설정된 굴절력, 굴절률을 가질 수 있고, 조리개와 설정된 간격으로 이격될 수 있다. 이에 따라, 온도 변화에 따른 광학 특성 변화로 각 렌즈의 초점 거리가 변화할 경우 상기 제1 내지 제6 렌즈는 상호 보상할 수 있다. 즉, 상기 광학계는 저온 내지 고온의 온도 범위에서 굴절력에 대한 배분을 효과적으로 수행할 수 있고, 저온(약 -40℃) 내지 고온(약 85℃)의 온도 범위에서 광학 특성이 변화하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 다양한 온도 범위에서 향상된 광학 특성을 유지할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 최소한이 렌즈로 설정된 화각을 만족하며 우수한 광학 특성을 구현할 수 있다. 이로 인해 상기 광학계는 보다 슬림하고 컴팩트한 구조로 제공될 수 있다. 따라서, 상기 광학계 및 카메라 모듈은 다양한 어플리케이션 및 장치 등에 제공될 수 있고, 가혹한 온도 환경, 예를 들어 차량의 외부에 노출되거나 또는 여름철 고온의 차량 내부에서도 우수한 광학 특성을 가질 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 카메라 모듈 또는 광학계가 적용된 차량을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 실시예에 따른 카메라 모듈 또는 광학계가 적용된 차량의 내부를 도시한 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 광학계의 구성도이다.
도 5는 실시예에 따른 광학계의 왜곡(distortion) 특성에 대한 데이터이다.
도 6은 실시예에 따른 광학계의 상온(25도)에서의 회절 MTF에 대한 데이터이다.
도 7은 실시예에 따른 광학계의 상온(25도)에서의 수차도에 대한 데이터이다.
도 8은 실시예에 따른 광학계의 저온(-40도)에서의 회절 MTF에 대한 데이터이다.
도 9는 실시예에 따른 광학계의 저온(-40도)에서의 수차도에 대한 데이터이다.
도 10은 실시예에 따른 광학계의 중온(60도)에서의 회절 MTF에 대한 데이터이다.
도 11은 실시예에 따른 광학계의 중온(60도)에서의 수차도에 대한 데이터이다.
도 12는 실시예에 따른 광학계의 고온(85도)에서의 회절 MTF에 대한 데이터이다.
도 13은 실시예에 따른 광학계의 고온(85도)에서의 수차도에 대한 데이터이다.
도 14 내지 도 17은 상온(25도)에서 실시예에 따른 광학계의 조리개와 제4 렌즈 사이 간격에 따른 회절 MTF 데이터이다.
도 18 내지 도 21은 상온(25도)에서 실시예에 따른 광학계의 제4 렌즈의 아베수에 따른 수차 특성 데이터이다.
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. 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. 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.
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. 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, "물체 측 면"은 광축을 기준으로 물체 측을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있고, "센서 측 면"은 광축을 기준으로 이미지 센서를 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있다. 또한, 렌즈의 면이 볼록하다는 것은 광축에서의 렌즈 면이 볼록한 형상을 가지는 것을 의미할 수 있고, 렌즈의 면이 오목하다는 것은 광축에서의 렌즈 면이 오목한 형상을 가지는 것을 의미할 수 있다. 렌즈 데이터에 대한 표에 기재된 곡률 반경, 중심 두께, 렌즈 사이의 간격은 광축에서의 값을 의미할 수 있다. 수직 방향은 광축과 수직인 방향을 의미할 수 있고, 렌즈 또는 렌즈면의 끝단은 입사된 광이 통과하는 렌즈의 유효 영역의 최 끝단을 의미할 수 있다. 렌즈의 중심 두께는 렌즈의 광축에서 물체 측 및 센서 측 면 사이의 광축 방향 길이를 의미할 수 있다. 렌즈면의 유효경의 크기는 측정 방법 등에 따라 최대 ±0.4mm 정도의 측정 오차를 가질 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 카메라 모듈 또는 광학계가 적용된 차량을 도시한 도면이고, 도 2 및 도 3은 실시예에 따른 카메라 모듈 또는 광학계가 적용된 차량의 내부를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 차량(2000)은 제1 정보 생성부(2100), 제2 정보 생성부(2200) 및 제어부(2300)를 포함할 수 있다.
상기 제1 정보 생성부(2100)는 상기 차량(2000)의 전방을 감지하여 제1 감지 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 정보 생성부(2100)는 상기 차량(2000)의 외부 또는 내부에 배치되는 제1 카메라 모듈(2110)을 포함하며, 상기 제1 카메라 모듈(2110)은 상기 차량(2000)의 전방 영상을 생성할 수 있다. 또한, 상기 제1 카메라 모듈(2110)은 상기 차량(2000)의 전방 및 하나 이상의 주변 방향에 대한 상기 차량(2000)의 주변을 촬영하여 상기 차량(2000)의 주변 영상을 생성할 수 있다. 여기서, 전방 영상 및 주변 영상은 디지털 영상일 수 있으며, 컬러 영상, 흑백 영상 및 적외선 영상 등을 포함할 수 있다. 또한, 전방 영상 및 주변 영상은 정지 영상 및 동영상을 포함할 수 있다. 상기 제1 카메라 모듈(2110)은 전방 영상 및 주변 영상을 감지하여 형성한 상기 제1 감지 정보를 제어부(2300)에 제공할 수 있다.
또한, 상기 제1 정보 생성부(2100)는 적어도 하나의 레이더(2130)를 포함할 수 있다. 상기 레이더(2130)는 상기 차량(2000)의 전방을 감지하여 형성한 상기 제1 감지 정보를 형성할 수 있다. 상기 레이더(2130)는 상기 차량(2000)의 전방에 위치한 다른 차량들의 위치 및 속도, 보행자의 여부 및 위치 등을 감지하여 상기 제1 감지 정보를 생성하고, 상기 제어부(2300)에 제공할 수 있다.
상기 제2 정보 생성부(2200)는 상기 제1 정보 생성부(2100)에서 생성한 상기 제1 감지 정보를 기초하여, 상기 차량(2000)의 측면 및/또는 후면을 감지하여 제2 감지 정보를 생성할 수 있다. 상기 제2 정보 생성부(2200)는 적어도 하나의 레이도 및/또는 카메라를 포함할 수 있다.
상기 제2 정보 생성부(2200)는 상기 차량(2000)의 측방, 후방에 위치한 다른 차량들의 위치 및 속도를 감지하거나 촬영할 수 있다. 상기 제2 정보 생성부(2210, 2220, 2230, 2240, 2250, 2260)는 차량(2000)의 전방 양 코너, 사이드 미러, 후방 양 코너, 후방 중심 영역 중 적어도 하나의 영역에 배치될 수 있다. 상기 제2 정보 생성부(2200)는 상기 제2 감지 정보를 상기 제어부(2300)에 제공할 수 있다.
상기 제어부(2300)는 상기 제1 정보 생성부(2100)에서 생성한 상기 제1 감지 정보 및 상기 제2 정보 생성부(2200)에서 생성한 상기 제2 감지 정보 중 적어도 하나의 감지 정보를 이용하여, 상기 차량(2000)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(2300)는 상기 차량(2000)은 전방에 위치한 다른 차량과의 거리를 일정하게 유지하도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(2300)는 상기 차량(2000)의 운전자가 주행 차로를 변경하거나, 후진할 경우 등 특정 상황에 상기 차량(2000)의 운행을 제어하거나, 경고 신호를 출력하여 차량(2000)의 운행 안정성을 높일 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 제1 정보 생성부(2100)는 상기 차량(2000)의 내부에 배치되는 적어도 하나의 제2 카메라 모듈(2120)을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 카메라 모듈(2120)은 운전자 및 동승자와 인접하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 카메라 모듈(2120)은 운전자 및 동승자와 제1 거리 이격된 위치에 배치되어 상기 차량(2000)의 내부 영상을 생성할 수 있다. 이때, 상기 제1 거리는 약 400mm 이상일 수 있다.
상기 제1 정보 생성부(2100)는 상기 제2 카메라 모듈(2120)을 이용하여 상기 차량(2000)의 내부 영상을 생성할 수 있다. 여기서 상기 차량(2000)의 내부 영상은 디지털 영상일 수 있으며, 컬러 영상, 흑백 영상 및 적외선 영상 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 내부 영상은 정지 영상 및 동영상을 포함할 수 있다. 상기 제1 정보 생성부(2100)는 상기 제2 카메라 모듈(2120)을 통해 촬영한 상기 차량(2000)의 내부 영상을 상기 제어부(2300)에 제공할 수 있다.
상기 제어부(2300)는 상기 제1 정보 생성부(2100)로부터 제공된 정보를 바탕으로 상기 차량(2000)의 탑승자에게 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 카메라 모듈(2120)을 통한 정보를 바탕으로 운전자의 건강 상태, 졸음 여부, 음주 여부 등을 감지할 수 있고, 상기 운전자에게 이와 대응되는 안내, 경고 등의 정보를 제공할 수 있다. 또한, 상기 제2 카메라 모듈(2120)에서 제공된 정보를 바탕으로 동승자의 건강 상태, 수면 여부 등을 감지할 수 있고, 운전자 및/또는 동승자에게 이에 대한 정보를 제공할 수 있다.
상기 차량(2000)은 상술한 제1 카메라 모듈(2110) 및 상기 제2 카메라 모듈(2120) 중 적어도 하나의 카메라 모듈을 이용하여, 상기 차량(2000)의 전방, 후방, 각 측면 또는 코너 영역을 통해 획득된 정보를 이용할 수 있고, 사용자에게 제공하거나 처리하여 자동 운전 또는 주변 안전으로부터 차량(2000)과 물체를 보호할 수 있다. 또한, 상기 차량(2000)의 내부에도 제공되어 운전자 및/또는 동승자에게 다양한 정보를 제공할 수 있다. 즉, 상기 카메라 모듈을 통해 차선유지시스템(LKAS: Lane keeping assistance system), 차선이탈 경보시스템(LDWS), 운전자 감시 시스템(DMS: Driver monitoring system) 등의 기능을 제공할 수 있다.
이때, 상기 제1 카메라 모듈(2110) 및 상기 제2 카메라 모듈(2120) 중 적어도 하나의 카메라 모듈은 다양한 환경, 예를 들어 저온 내지 고온의 다양한 온도 범위에서 안정적이고 향상된 광학 특성 및 신뢰성을 가지기 위해 후술할 광학계(1000)를 포함할 수 있다.
이하 실시예에 따른 광학계(1000)에 대해 상세히 설명하기로 한다.
실시예에 따른 광학계(1000)는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈군을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학계(1000)는 물체 측으로부터 이미지 센서(300) 방향으로 광축(OA)을 따라 순차적으로 배치되는 제1 렌즈군(G1) 및 제2 렌즈군(G2)을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 광학계(1000)는 조리개(200)를 기준으로 물체와 상기 조리개(200) 사이에 배치되는 제1 렌즈군(G1), 상기 조리개(200)와 상기 이미지 센서(300) 사이에 배치되는 제2 렌즈군(G2)을 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈군(G1)은 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈군(G1)은 2매 이상의 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 렌즈군(G1)은 3매의 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제2 렌즈군(G2)은 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제2 렌즈군(G2)은 상기 제1 렌즈군(G1)보다 많거나 같은 매수의 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 렌즈군(G2)은 상기 제1 렌즈군(G1)과 동일한 3매의 렌즈를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2 렌즈군(G2)은 적어도 하나의 접합 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 렌즈군(G2)은 하나의 렌즈의 센서 측 면과 그 다음으로 배치된 다른 렌즈의 물체 측 면이 서로 접합되는 적어도 하나의 접합 렌즈를 포함할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 다양한 온도 범위에서 향상된 색수차 제어 특성을 가질 수 있고, 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
즉, 상기 광학계(1000)는 물체 측으로부터 이미지 센서(300) 방향으로 순차적으로 배치되는 제1 렌즈군(G1) 및 제2 렌즈군(G2)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 광학계(1000)는 상기 제1 및 제2 렌즈군(G1, G2)에 포함되는 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130), 제4 렌즈(140), 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제6 렌즈(110, 120, 130, 140, 150, 160)은 상기 광학계(1000)의 광축(OA)을 따라 순차적으로 배치될 수 있다.
물체의 정보에 해당하는 광은 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130), 제4 렌즈(140), 제5 렌즈(150), 제6 렌즈(160)를 통과하여 이미지 센서(300)에 입사될 수 있다.
상기 복수의 렌즈들(100) 각각은 유효 영역 및 비유효 영역을 포함할 수 있다. 상기 유효 영역은 상기 제1 내지 제6 렌즈들(110, 120, 130, 140, 150, 160) 각각에 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 복수의 렌즈들(100)에서 광이 입사되지 않는 영역일 수 있다. 즉, 상기 비유효 영역은 상기 광학 특성과 무관한 영역일 수 있다. 또한, 상기 비유효 영역은 상기 렌즈를 수용하는 배럴(미도시) 등에 고정되는 영역일 수 있다.
상기 광학계(1000)는 조리개(200)를 포함할 수 있다. 상기 조리개(200)는 상기 광학계(1000)에 입사되는 광량을 조절할 수 있다.
상기 조리개(200)는 설정된 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 조리개(200)는 상기 복수의 렌즈들(100)보다 물체와 인접한 상기 제1 렌즈(110)의 전방에 위치하거나 상기 제1 렌즈(110)보다 후방에 위치할 수 있다.
상기 조리개(200)는 상기 복수의 렌즈들(100) 중 선택되는 두 렌즈 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 조리개(200)는 상기 제1 렌즈군(G1) 및 상기 제2 렌즈군(G2) 사이에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 조리개(200)는 상기 제3 렌즈(130) 및 상기 제4 렌즈(140) 사이에 배치될 수 있다.
이와 다르게, 상기 복수의 렌즈들(100) 중 선택되는 적어도 하나의 렌즈는 조리개 역할을 수행할 수 있다. 자세하게, 상기 제1 내지 제6 렌즈들(110, 120, 130, 140, 150, 160) 중 선택되는 하나의 렌즈의 물체 측 면 및/또는 센서 측 면은 광량을 조절하는 조리개 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 렌즈(130)의 센서 측 면(제6 면(S6)) 및/또는 상기 제4 렌즈(140)의 물체 측 면(제7 면(S7))은 조리개 역할을 수행할 수 있다.
상기 광학계(1000)는 이미지 센서(300)를 포함할 수 있다. 상기 이미지 센서(300)는 광을 감지할 수 있다. 자세하게, 상기 이미지 센서(300)는 상기 복수의 렌즈들(100), 자세하게 상기 복수의 렌즈들(100)을 순차적으로 통과한 광을 감지할 수 있다. 상기 이미지 센서(300)는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등 입사되는 광을 감지할 수 있는 소자를 포함할 수 있다.
상기 광학계(1000)는 필터(500)를 포함할 수 있다. 상기 필터(500)는 상기 복수의 렌즈들(100)과 상기 이미지 센서(300) 사이에는 배치될 수 있다. 상기 필터(500)는 상기 복수의 렌즈들(100) 중 상기 이미지 센서(300)와 가장 인접하게 배치된 마지막 렌즈와 상기 이미지 센서(300) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 광학계(100)가 6매 렌즈를 포함할 경우, 상기 필터(500)는 상기 제6 렌즈(160)와 상기 이미지 센서(300) 사이에 배치될 수 있다.
상기 필터(500)는 설정된 파장 대역의 광을 통과시키고, 이와 다른 파장 대역의 광을 필터링할 수 있다. 상기 필터(500)는 상기 이미지 센서(300)가 수광하는 광과 대응되는 파장 대역의 광을 통과시킬 수 있고, 상기 수광하는 광과 대응되지 않는 파장 대역의 광을 차단할 수 있다.
예를 들어, 상기 필터(500)는 적외선 파장 대역의 광을 통과시킬 수 있고, 자외선, 가시광선 대역의 광을 차단할 수 있다. 예를 들어, 상기 필터(500)는 적외선 패스(IR Pass) 필터, 적외선 컷오프(IR Cut-off) 필터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이와 다르게, 상기 필터(500)는 가시광선을 투과할 수 있고 적외선을 반사할 수 있다. 또한, 상기 필터(500)가 적외선 필터를 포함할 경우 외부 광으로부터 방출되는 복사열이 상기 이미지 센서(300)에 전달되는 것을 차단할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 광학계(1000)는 커버 글라스(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 커버 글라스는 상기 복수의 렌즈들(100)과 상기 이미지 센서(300) 사이에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 커버 글라스는 상기 필터(500)와 상기 이미지 센서(300) 사이에 배치될 수 있다. 상기 커버 글라스는 상기 이미지 센서(300)와 인접하게 배치될 수 있다.
상기 커버 글라스는 상기 필터(500)를 통과한 광이 투과할 수 있는 재질을 포함하며 상기 이미지 센서(300)와 대응되는 형상을 가질 수 있다. 상기 커버 글라스는 상기 이미지 센서(300)보다 크거나 같은 크기로 제공되어 상기 이미지 센서(300)의 상부를 보호할 수 있다.
또한, 상기 광학계(1000)는 적어도 하나의 광 경로 변경 부재(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 광 경로 변경 부재는 외부에서 입사된 광을 반사해 광의 경로를 변경할 수 있다. 상기 광 경로 변경 부재는 반사경, 프리즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광 경로 변경 부재는 직각 프리즘을 포함할 수 있다. 상기 광 경로 변경 부재가 직각 프리즘을 포함할 경우, 상기 광 경로 변경 부재는 입사광의 경로를 90도의 각도로 반사해 광의 경로를 변경할 수 있다.
상기 광 경로 변경 부재는 상기 복수의 렌즈들(100)보다 물체 측과 인접하게 배치될 수 있다. 즉, 상기 광학계(1000)가 하나의 상기 광 경로 변경 부재를 포함할 경우, 물체 측으로부터 센서 방향으로 광 경로 변경 부재, 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130), 제4 렌즈(140), 제5 렌즈(150), 제6 렌즈(160), 필터(500) 및 이미지 센서(300) 순서로 배치될 수 있다. 이와 다르게, 상기 광 경로 변경 부재는 상기 복수의 렌즈들(100) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 광 경로 변경 부재는 제n-1 렌즈와 제n 렌즈(n≤11) 사이에 배치될 수 있다. 이와 다르게, 상기 광 경로 변경 부재는 상기 복수의 렌즈들(100)과 상기 이미지 센서(300) 사이에 배치될 수 있다.
상기 광 경로 변경 부재는 외부에서 입사된 광의 경로를 설정된 방향으로 변경할 수 있다. 예를 들어, 상기 광 경로 변경 부재가 상기 복수의 렌즈들(100)보다 물체 측과 인접하게 배치될 경우, 상기 광 경로 변경 부재는 상기 광 경로 변경 부재에 제1 방향으로 입사된 광의 경로를 상기 복수의 렌즈들(100)의 배치 방향인 제2 방향(복수의 렌즈들(100)이 이격된 방향으로 도면의 광축(OA) 방향)으로 변경할 수 있다.
상기 광학계(1000)가 광 경로 변경 부재를 포함할 경우, 상기 광학계는 카메라의 두께를 감소시킬 수 있는 폴디드(folded) 카메라에 적용할 수 있다. 자세하게, 상기 광학계(1000)가 상기 광 경로 변경 부재를 포함할 경우, 상기 광학계(1000)가 적용된 기기의 표면과 수직한 방향으로 입사된 광을 상기 기기의 표면과 평행한 방향으로 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 복수의 렌즈들(100)을 포함하는 상기 광학계(1000)는 상기 기기 내에서 보다 얇은 두께를 가질 수 있어, 상기 기기는 보다 얇게 제공될 수 있다.
예를 들어, 상기 광학계(1000)가 상기 광 경로 변경 부재를 포함하지 않을 경우, 상기 기기 내에서 상기 복수의 렌즈들(100)은 상기 기기의 표면과 수직한 방향으로 연장하며 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수의 렌즈들(100)을 포함하는 광학계(1000)는 상기 기기의 표면과 수직한 방향으로 높은 높이를 가지게 되며 이로 인해 상기 광학계(1000) 및 이를 포함하는 기기의 두께를 얇게 형성하기 어려울 수 있다.
그러나, 상기 광학계(1000)가 상기 광 경로 변경 부재를 포함할 경우, 상기 복수의 렌즈들(100)은 상기 기기의 표면과 평행한 방향으로 연장하며 배치될 수 있다. 즉, 상기 광학계(1000)는 광축(OA)이 상기 기기의 표면과 평행하도록 배치되며 폴디드(folded) 카메라에 적용할 수 있다. 이에 따라, 상기 복수의 렌즈들(100)을 포함하는 광학계(1000)는 상기 기기의 표면과 수직한 방향으로 낮은 높이를 가질 수 있다. 따라서, 상기 광학계(1000)를 포함하는 카메라는 상기 기기 내에서 얇은 두께를 가질 수 있고, 상기 기기의 두께 역시 감소할 수 있다.
이하 실시예에 따른 복수의 렌즈들(100)에 대해 보다 자세히 설명하도록 한다.
상기 제1 렌즈군(G1)의 제1 렌즈(110)는 광축(OA)에서 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(110)는 플라스틱 또는 글라스(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 렌즈(110)는 글라스 재질을 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈(110)는 물체 측 면으로 정의하는 제1 면(S1) 및 센서 측 면으로 정의하는 제2 면(S2)을 포함할 수 있다. 상기 제1 면(S1)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 상기 제2 면(S2)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 렌즈(110)는 광축(OA)에서 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 면(S1) 및 상기 제2 면(S2) 중 적어도 하나의 면은 구면(spherical surface)일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 면(S1) 및 상기 제2 면(S2)은 모두 구면일 수 있다.
상기 제1 렌즈군(G1)의 제2 렌즈(120)는 광축(OA)에서 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(120)는 플라스틱 또는 글라스(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 렌즈(120)는 글라스 재질을 포함할 수 있다.
상기 제2 렌즈(120)는 물체 측 면으로 정의하는 제3 면(S3) 및 센서 측 면으로 정의하는 제4 면(S4)을 포함할 수 있다. 상기 제3 면(S3)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 제4 면(S4)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제2 렌즈(120)는 광축(OA)에서 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제3 면(S3) 및 상기 제4 면(S4) 중 적어도 하나의 면은 구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 면(S3) 및 상기 제4 면(S4)은 모두 구면일 수 있다.
상기 제1 렌즈군(G1)의 제3 렌즈(130)는 광축(OA)에서 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(130)는 플라스틱 또는 글라스(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 렌즈(130)는 글라스 재질을 포함할 수 있다.
상기 제3 렌즈(130)는 물체 측 면으로 정의하는 제5 면(S5) 및 센서 측 면으로 정의하는 제6 면(S6)을 포함할 수 있다. 상기 제5 면(S5)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 상기 제6 면(S6)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제3 렌즈(130)는 광축(OA)에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다.
상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6) 중 적어도 하나의 면은 구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6)은 모두 구면일 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(110, 120, 130) 각각은 설정된 초점 거리를 가질 수 있다. 이때, 상기 제1 내지 제3 렌즈(110, 120, 130) 각각의 초점 거리의 절대값은 상기 제1 렌즈(110)가 가장 클 수 있다. 자세하게, 상기 제1 내지 제3 렌즈(110, 120, 130) 각각의 초점 거리의 절대값은 상기 제1 렌즈(110), 상기 제3 렌즈(130) 및 상기 제2 렌즈(120) 순서로 큰 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3 렌즈(110, 120, 130)는 서로 상이한 중심 두께를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제1 내지 제3 렌즈(110, 120, 130) 중에서 상기 제3 렌즈(130)는 가장 두꺼운 중심 두께를 가질 수 있고, 상기 제2 렌즈(120)의 두께는 상기 제1 렌즈(110)의 두께보다 두껍거나 같을 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3 렌즈(110, 120, 130) 중에서 상기 제3 렌즈(130)는 가장 큰 굴절률을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제1 내지 제3 렌즈(110, 120, 130)의 굴절률은 상기 제3 렌즈(130), 상기 제1 렌즈(110) 및 상기 제2 렌즈(120) 순으로 큰 값을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제1 내지 제3 렌즈(110, 120, 130)의 아베수는 상기 제2 렌즈(120), 상기 제1 렌즈(110) 및 상기 제3 렌즈(130) 순으로 큰 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3 렌즈(110, 120, 130) 중에서 렌즈의 유효경의 크기(Clear aperture, CA)는 상기 제1 렌즈(110)가 가장 클 수 있고, 상기 제3 렌즈(130)가 가장 작을 수 있다. 자세하게, 상기 제3 렌즈(130)의 센서 측 면(제6 면(S6))의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제3 렌즈(110, 120, 130)의 상기 제1 내지 제6 면(S1, S2, S3, S4, S5, S6) 중 가장 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제6 면(S1, S2, S3, S4, S5, S6)의 유효경의 크기는 상기 제1 면(S1), 상기 제2 면(S2), 상기 제3 면(S3), 상기 제4 면(S4), 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6) 순으로 큰 값을 가질 수 있다.
이에 따라, 상기 광학계(1000)는 입사하는 광을 제어하여 해상력, 색수차 제어 특성을 향상시킬 수 있고, 상기 광학계(1000)의 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.
상기 제2 렌즈군(G2)의 제4 렌즈(140)는 상기 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(140)는 플라스틱 또는 글라스(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 렌즈(140)는 글라스 재질을 포함할 수 있다.
상기 제4 렌즈(140)는 물체 측 면으로 정의하는 제7 면(S7) 및 센서 측 면으로 정의하는 제8 면을 포함할 수 있다. 상기 제7 면(S7)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 상기 제8 면은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제4 렌즈(140)는 광축(OA)에서 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제7 면(S7)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 상기 제8 면은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제4 렌즈(140)는 광축(OA)에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제7 면(S7)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 제8 면은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제4 렌즈(140)는 광축(OA)에서 이미지 센서(300) 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제7 면(S7)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 제8 면은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제4 렌즈(140)는 광축(OA)에서 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다.
상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면 중 적어도 하나의 면은 구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면은 모두 구면일 수 있다.
상기 제2 렌즈군(G2)의 제5 렌즈(150)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(150)는 플라스틱 또는 글라스(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 렌즈(150)는 글라스 재질로 제공될 수 있다.
상기 제5 렌즈(150)는 물체 측 면으로 정의하는 제9 면(S9) 및 센서 측 면으로 정의하는 제10 면(S10)을 포함할 수 있다. 상기 제9 면(S9)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 상기 제10 면(S10)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제5 렌즈(150)는 광축(OA)에서 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제9 면(S9)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 상기 제10 면(S10)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제5 렌즈(150)는 광축(OA)에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제9 면(S9)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 제10 면(S10)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제5 렌즈(150)는 광축(OA)에서 이미지 센서(300) 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제9 면(S9)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 제10 면(S10)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제5 렌즈(150)는 광축(OA)에서 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다.
상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10) 중 적어도 하나의 면은 구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10)은 모두 구면일 수 있다.
상기 제5 렌즈(150)의 아베수는 상기 제4 렌즈(140)의 아베수보다 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 렌즈(150)의 아베수는 상기 제4 렌즈(140)의 아베수보다 30 내지 40의 범위로 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 제4 렌즈(140) 및 상기 제5 렌즈(150)는 접합하여 저온(-40도) 내지 고온(85)의 온도 범위에서 향상된 색수차 보정 특성을 가질 수 있다.
상기 제5 렌즈(150)는 상기 제4 렌즈(140)와 접합될 수 있다. 자세하게, 상기 제4 렌즈(140)의 센서 측 면(제8 면) 및 상기 제5 렌즈(150)의 물체 측 면(제9 면(S9))은 접합 또는 접촉될 수 있다. 이 경우, 상기 제4 렌즈(140)의 제8 면 및 상기 제5 렌즈(150)의 제9 면(S9)은 서로 동일한 형상, 곡률 반경을 가질 수 있다. 즉, 상기 제8 면 및 상기 제9 면(S9)은 서로 동일한 형상, 곡률 반경을 가지므로 이하의 설명 및 렌즈 데이터에서는 상기 제4 렌즈(140)의 센서 측 면(제8 면)을 상기 제5 렌즈(150)의 물체 측 면(제9 면(S9))으로 설명하기로 한다.
상기 제2 렌즈군(G2)의 제6 렌즈(160)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(160)는 플라스틱 또는 글라스(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제6 렌즈(160)는 글라스 재질로 제공될 수 있다.
상기 제6 렌즈(160)는 물체 측 면으로 정의하는 제11 면(S11) 및 제12 면(S12)을 포함할 수 있다. 상기 제11 면(S11)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 상기 제12 면(S12)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제6 렌즈(160)는 광축(OA)에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다.
상기 제11 면(S11) 및 상기 제12 면(S12) 중 적어도 하나의 면은 구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제11 면(S11) 및 상기 제12 면(S12)은 모두 구면일 수 있다.
실시예에 따른 광학계(1000)는 이하에서 설명되는 수학식들 중 적어도 하나의 수학식을 만족할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 광학계(1000)는 온도 변화에 따라 광학적 특성이 변화하는 것을 최소화 또는 방지할 수 있어, 저온 내지 고온의 다양한 온도에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 또한, 실시예에 따른 광학계(1000)는 후술할 수학식들 중 적어도 하나를 만족함에 따라 저온 내지 고온의 온도 범위에서 향상된 색수차, 왜곡 수차 등의 수차 특성, MTF 특성을 가질 수 있고, 화각(FOV)의 중심부 뿐만 아니라 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
이하 수학식들에 대해 설명하기로 한다. 여기서 수학식들에 기재된 항목들의 값은 상온(25℃)에서의 값을 의미한다.
[수학식 1]
-1 < CA_L4S1 / L4R1 < 0
수학식 1에서 L4R1은 광축(OA)에서 상기 제4 렌즈(140)의 물체 측 면(제7 면(S7))의 곡률 반경(mm)이고, CA_L4S1은 상기 제4 렌즈(140)의 물체 측 면(제7 면(S7))의 유효경(Clear Aperture, CA) 크기(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 1을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 색수차 보정 특성을 가질 수 있다.
[수학식 2]
1 < dS4_CT < 1.1
수학식 2에서 dS4_CT는 광축(OA)에서 상기 조리개(200)와 상기 제2 렌즈군(G2) 사이의 간격, 예를 들어 광축(OA)에서 상기 조리개(200)와 상기 제4 렌즈(140) 사이의 간격(mm)을 의미한다. 자세하게, dS4_CT는 상기 조리개(200) 및 상기 제4 렌즈(140)의 물체 측 면(제7 면(S7))의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 2를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 MTF 특성을 가질 수 있다.
[수학식 3]
0.45 < dS4_CT / L4_CT < 0.5
수학식 3에서 L4_CT는 상기 제4 렌즈(140)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미하고, 광축(OA)에서 상기 조리개(200)와 상기 제2 렌즈군(G2) 사이의 간격, 예를 들어 광축(OA)에서 상기 조리개(200)와 상기 제4 렌즈(140) 사이의 간격(mm)을 의미한다. 자세하게, dS4_CT는 상기 조리개(200) 및 상기 제4 렌즈(140)의 물체 측 면(제7 면(S7))의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 3을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 MTF 특성을 가질 수 있고, 색수차 제어 특성을 향상시킬 수 있다.
[수학식 4]
3 < CA_L1S1 / CA_L4S1 < 4
수학식 4에서 CA_L1S1은 상기 제1 렌즈(110)의 물체 측 면(제1 면(S1))의 유효경(CA)의 크기(mm)를 의미하고, CA_l4S1은 상기 제4 렌즈(140)의 물체 측 면(제7 면(S7))의 유효경(CA) 크기(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 4를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상기 광학계(1000)의 비네팅(vignetting) 특성을 제어할 수 있고, 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 MTF 특성을 가질 수 있다.
[수학식 5]
1.7 < CA_L1S2 / L1R2 < 1.82
수학식 5에서 CA_L1S2은 상기 제1 렌즈(110)의 센서 측 면(제2 면(S2))의 유효경(CA)의 크기(mm)를 의미하고, L1R2는 광축(OA)에서 상기 제1 렌즈(110)의 센서 측 면(제2 면(S2))의 곡률 반경(mm)을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 5를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 상기 제1 렌즈(110)의 광학 성능을 유지하며 상기 제1 렌즈(110)의 제조 용이성을 향상시킬 수 있다.
[수학식 6]
0.65 < L6_ET / (0.5 Х CA_L4S1) < 0.94
수학식 6에서 CA_L4S1은 상기 제4 렌즈(140)의 물체 측 면(제7 면(S7))의 유효경(CA)의 크기(mm)를 의미하고, L6_ET는 상기 제6 렌즈(160)의 유효 영역 끝단에서의 광축(OA) 방향 두께(mm)를 의미한다. 자세하게, L6_ET는 상기 제6 렌즈(160)의 물체 측 면(제11 면(S11))의 유효 영역 끝단과 상기 제6 렌즈(160)의 센서 측 면(제12 면(S12))의 유효 영역 끝단 사이의 광축(OA) 방향 거리를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 6을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 또한, 상기 광학계(1000)는 상기 제6 렌즈(160)의 제조성을 향상시킬 수 있고, 상기 제6 렌즈(160)의 유효 영역 및 비유효 영역(플랜지부)의 신뢰성을 확보할 수 있다.
[수학식 7]
30 < vd4 - vd5 < 40
수학식 7에서 vd4는 상기 제4 렌즈(140)의 아베수(Abbe's number)를 의미하고, vd5는 상기 제5 렌즈(150)의 아베수를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 7을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 색수차 보정 특성을 가질 수 있다.
[수학식 8]
0.3 < dS4_CT / (L4_CT + L5_CT) < 0.4
수학식 8에서 L4_CT는 상기 제4 렌즈(140)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미하고, L5_CT는 상기 제5 렌즈(150)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미한다. 또한, dS4_CT는 광축(OA)에서 상기 조리개(200)와 상기 제2 렌즈군(G2) 사이의 간격, 예를 들어 광축(OA)에서 상기 조리개(200)와 상기 제4 렌즈(140) 사이의 간격(mm)을 의미한다. 자세하게, dS4_CT는 상기 조리개(200) 및 상기 제4 렌즈(140)의 물체 측 면(제7 면(S7))의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 8을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 MTF 특성을 가질 수 있고, 색수차 제어 특성을 향상시킬 수 있다.
[수학식 9]
0.19 < dS4_CT / L_G2 < 0.22
수학식 9에서 L_G2는 상기 제2 렌즈군(G2)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미한다. 자세하게, L_G2은 상기 제2 렌즈군(G2)에 포함된 렌즈 중 물체와 가장 인접한 첫 번째 렌즈(제4 렌즈(140))의 물체 측 면(제7 면(S7))과 이미지 센서(300)와 가장 인접한 마지막 렌즈(제6 렌즈(160))의 센서 측 면(제12 면(S12))의 광축(OA)에서의 거리를 의미한다.
또한, dS4_CT는 광축(OA)에서 상기 조리개(200)와 상기 제2 렌즈군(G2) 사이의 간격, 예를 들어 광축(OA)에서 상기 조리개(200)와 상기 제4 렌즈(140) 사이의 간격(mm)을 의미한다. 자세하게, dS4_CT는 상기 조리개(200) 및 상기 제4 렌즈(140)의 물체 측 면(제7 면(S7))의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 9를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 MTF 특성을 가질 수 있고, 색수차 제어 특성을 향상시킬 수 있다.
[수학식 10]
1 < CA_L1S1 / L1R1 < 3
수학식 10에서 CA_L1S1은 상기 제1 렌즈(110)의 물체 측 면(제1 면(S1))의 유효경(CA)의 크기(mm)를 의미하고, L1R1은 광축(OA)에서 상기 제1 렌즈(110)의 물체 측 면(제1 면(S1))의 곡률 반경(mm)을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 10을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 설정된 화각으로 입사되는 광을 제어할 수 있고, 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 수차 제어 특성을 가질 수 있다.
[수학식 11]
1 < L3_CT / d3S_CT < 2
수학식 11에서 L3_CT는 상기 제3 렌즈(130)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미하고, d3S_CT는 광축(OA)에서 상기 제1 렌즈군(G1)과 상기 조리개(200) 사이이 간격, 예를 들어 상기 광축(OA)에서 상기 제3 렌즈(130)와 상기 조리개(200) 사이의 간격(mm)을 의미한다. 자세하게, d3S_CT는 상기 제3 렌즈(130)의 센서 측 면(제6 면(S6)) 및 상기 조리개(200)의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 11을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상기 광학계(1000)의 비네팅(vignetting) 특성을 제어할 수 있다.
[수학식 12]
0.1 < d3S_CT / L_G1 < 0.4
수학식 12에서 L_G1은 상기 제1 렌즈군(G1)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미한다. 자세하게, L_G1은 상기 제1 렌즈군(G1)에 포함된 렌즈 중 물체와 가장 인접한 첫 번째 렌즈(제1 렌즈(110))의 물체 측 면(제1 면(S1))과 이미지 센서(300)와 가장 인접한 마지막 렌즈(제3 렌즈(130))의 센서 측 면(제6 면(S6))의 광축(OA)에서의 거리를 의미한다.
또한, d3S_CT는 광축(OA)에서 상기 제1 렌즈군(G1)과 상기 조리개(200) 사이이 간격, 예를 들어 상기 광축(OA)에서 상기 제3 렌즈(130)와 상기 조리개(200) 사이의 간격(mm)을 의미한다. 자세하게, d3S_CT는 상기 제3 렌즈(130)의 센서 측 면(제6 면(S6)) 및 상기 조리개(200)의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 12를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 설정된 화각으로 입사되는 광을 제어하며 비네팅(vignetting) 특성을 제어할 수 있고, 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 수차 제어 특성을 가질 수 있다.
[수학식 13]
0.1 < L1_CT / L6_CT < 0.5
수학식 13에서 L1_CT는 상기 제1 렌즈(110)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미하고, L6_CT는 상기 제6 렌즈(160)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 13을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 수차 특성을 가질 수 있다. 또한, 상기 광학계(1000)는 설정된 화각에서 양호한 광학 성능을 가지며 TTL(total track length)을 제어할 수 있다.
[수학식 14]
3 < d12_CT / d56_CT < 10
수학식 14에서 d12_CT는 광축(OA)에서 상기 제1 렌즈(110)와 상기 제2 렌즈(120) 사이의 간격(mm)을 의미한다. 자세하게, d12_CT는 상기 제1 렌즈(110)의 센서 측 면(제2 면(S2)) 및 상기 제2 렌즈(120)의 물체 측 면(제3 면(S3))의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
또한, d56_CT는 광축(OA)에서 상기 제5 렌즈(150)와 상기 제6 렌즈(160) 사이의 간격(mm)을 의미한다. 자세하게, d56_CT는 상기 제5 렌즈(150)의 센서 측 면(제10 면(S10)) 및 상기 제6 렌즈(160)의 물체 측 면(제11 면(S11))의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 14를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 수차 특성을 개선할 수 있고, 상기 광학계(1000)를 크기, 예를 들어 TTL(total track length) 축소를 제어할 수 있다.
[수학식 15]
1 < L4_CT / L5_CT < 4
수학식 15에서 L4_CT는 상기 제4 렌즈(140)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미하고, L5_CT는 상기 제5 렌즈(150)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)는 수학식 15를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 색수차 제어 특성을 가질 수 있다.
[수학식 16]
1 < L4_CT / L4_ET < 2.5
수학식 16에서 L4_CT는 상기 제4 렌즈(140)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미하고, L4_ET는 상기 제4 렌즈(140)의 유효 영역 끝단에서의 광축(OA) 방향 두께(mm)를 의미한다. 자세하게, L4_ET는 상기 제4 렌즈(140)의 물체 측 면(제7 면(S7))의 유효 영역 끝단과 상기 제4 렌즈(140)의 센서 측 면(제8 면)의 유효 영역 끝단 사이의 광축(OA) 방향 거리를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)는 수학식 16을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 색수차 제어 특성을 가질 수 있다. 또한, 상기 광학계(1000)는 상기 제4 렌즈(140)는 상기 제5 렌즈(150)와의 접합 시 제조 용이성을 향상시킬 수 있다.
[수학식 17]
0.3 < L5_CT / L5_ET < 1
수학식 17에서 L5_CT는 상기 제5 렌즈(150)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미하고, L5_ET는 상기 제5 렌즈(150)의 유효 영역 끝단에서의 광축(OA) 방향 두께(mm)를 의미한다. 자세하게, L5_ET는 상기 제5 렌즈(150)의 물체 측 면(제9 면(S9))의 유효 영역 끝단과 상기 제5 렌즈(150)의 센서 측 면(제10 면(S10))의 유효 영역 끝단 사이의 광축(OA) 방향 거리를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 17을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 색수차 제어 특성을 가질 수 있다. 또한, 상기 광학계(1000)는 상기 제4 렌즈(140)는 상기 제5 렌즈(150)와의 접합 시 제조 용이성을 향상시킬 수 있고, 화각(FOV)의 중심부 뿐만 아니라 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
[수학식 18]
1 < L6_CT / L6_ET < 2
수학식 18에서 L6_CT는 상기 제6 렌즈(160)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미하고, L6_ET는 상기 제6 렌즈(160)의 유효 영역 끝단에서의 광축(OA) 방향 두께(mm)를 의미한다. 자세하게, L6_ET는 상기 제6 렌즈(160)의 물체 측 면(제11 면(S11))의 유효 영역 끝단과 상기 제6 렌즈(160)의 센서 측 면(제12 면(S12))의 유효 영역 끝단 사이의 광축(OA) 방향 거리를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 18을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 왜곡 수차를 제어할 수 있어 향상된 광학 성능을 가질 수 있다.
[수학식 19]
-3 < L1R1 / L2R1 < 0
수학식 19에서 L1R1은 광축(OA)에서 상기 제1 렌즈(110)의 물체 측 면(제1 면(S1))의 곡률 반경(mm)을 의미하고, L2R1은 광축(OA)에서 상기 제2 렌즈(120)의 물체 측 면(제3 면(S3))의 곡률 반경(mm)을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 19를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상기 제1 렌즈(110) 및 상기 제2 렌즈(120)의 형상을 제어하여 입사되는 광을 제어할 수 있고, 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 수차 제어 특성을 가질 수 있다.
[수학식 20]
0.4 < L3R1 / L1R1 < 1
수학식 20에서 L1R1은 광축(OA)에서 상기 제1 렌즈(110)의 물체 측 면(제1 면(S1))의 곡률 반경(mm)을 의미하고, L3R1은 광축(OA)에서 상기 제3 렌즈(130)의 물체 측 면(제5 면(S5))의 곡률 반경(mm)을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 20을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상기 제1 렌즈(110) 및 상기 제3 렌즈(130)의 형상을 제어하여 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 수차 제어 특성을 가질 수 있다.
[수학식 21]
2 < L4R1 / L5R2 < 30
수학식 21에서 L4R1은 광축(OA)에서 상기 제4 렌즈(140)의 물체 측 면(제7 면(S7))의 곡률 반경(mm)을 의미하고, L5R2는 광축(OA)에서 상기 제5 렌즈(150)의 센서 측 면(제10 면(S10))의 곡률 반경(mm)을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 21을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 상기 광학계(1000)는 향상된 색수차 제어 특성을 가질 수 있다.
[수학식 22]
-6 < L6R2 / L6R1 < -1
수학식 22에서 L6R1은 광축(OA)에서 상기 제6 렌즈(160)의 물체 측 면(제11 면(S11))의 곡률 반경(mm)을 의미하고, L6R2는 광축(OA)에서 상기 제6 렌즈(160)의 센서 측 면(제12 면(S12))의 곡률 반경(mm)을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 22를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 향상된 왜곡 수차 제어 특성을 가질 수 있어, 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
[수학식 23]
-3 < f1 / f3 < -1
수학식 23에서 f1은 상기 제1 렌즈(110)의 초점 거리(mm)를 의미하고, f3은 상기 제3 렌즈(130)의 초점 거리(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 23을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상기 제1 렌즈(110) 및 상기 제3 렌즈(130)는 입사하는 광 경로 제어를 위한 적절한 굴절력을 가질 수 있고, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 해상력을 가질 수 있다.
[수학식 24]
-2 < F / f1-3_Aver < -0.5
수학식 24에서 F는 상기 광학계(1000)의 전체 초점 거리(mm)를 의미하고, f1-3_Aver는 상기 제1 렌즈군(G1)에 포함된 렌즈들, 예를 들어 제1 내지 제3 렌즈(110, 120, 130) 각각의 초점 거리(mm)의 평균값을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 24를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상기 제1 렌즈군(G1)에 포함된 렌즈들의 굴절력을 적절하게 제어하여 입사하는 광을 제어할 수 있고 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 수차 제어 특성 및 해상력을 가질 수 있다.
[수학식 25]
1 < F / f4-6_Aver < 5
수학식 25에서 F는 상기 광학계(1000)의 전체 초점 거리(mm)를 의미하고, f4-6_Aver는 상기 제2 렌즈군(G2)에 포함된 렌즈들, 예를 들어 제4 내지 제6 렌즈(140, 150, 160) 각각의 초점 거리(mm)의 평균값을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 25를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상기 제2 렌즈군(G2)에 포함된 렌즈들의 굴절력을 적절하게 제어하여 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 수차 특성 및 화각(FOV)의 주변부의 광학 성능을 향상시킬 수 있다.
[수학식 26]
-4 < f1-3_Aver / f4-6_Aver < -1
수학식 26에서 f1-3_Aver는 상기 제1 렌즈군(G1)에 포함된 렌즈들 예를 들어 제1 내지 제3 렌즈(110, 120, 130) 각각의 초점 거리(mm)의 평균값을 의미하고, f4-6_Aver는 상기 제2 렌즈군(G2)에 포함된 렌즈들 예를 들어 제4 내지 제6 렌즈(140, 150, 160) 각각의 초점 거리(mm)의 평균값을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 26을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상기 제1 렌즈군(G1) 및 상기 제2 렌즈군(G2) 각각에 포함된 렌즈 굴절력을 적절하게 제어할 수 있고, 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
[수학식 27]
1.5 < TTL / L_G1 < 3.5
수학식 27에서 L_G1은 상기 제1 렌즈군(G1)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미한다. 자세하게, L_G1은 상기 제1 렌즈군(G1)에 포함된 렌즈 중 물체와 가장 인접한 첫 번째 렌즈(제1 렌즈(110))의 물체 측 면(제1 면(S1))과 이미지 센서(300)와 가장 인접한 마지막 렌즈(제3 렌즈(130))의 센서 측 면(제6 면(S6))의 광축(OA)에서의 거리를 의미한다.
또한, TTL(Total track length)은 상기 제1 렌즈(110)의 물체 측 면(제1 면(S1))의 정점에서 상기 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
[수학식 28]
2 < TTL / L_G2 < 5
수학식 28에서 L_G2은 상기 제2 렌즈군(G2)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미한다. 자세하게, L_G2은 상기 제2 렌즈군(G2)에 포함된 렌즈 중 물체와 가장 인접한 첫 번째 렌즈(제4 렌즈(140))의 물체 측 면(제7 면(S7))과 이미지 센서(300)와 가장 인접한 마지막 렌즈(제6 렌즈(160))의 센서 측 면(제12 면(S12))의 광축(OA)에서의 거리를 의미한다.
또한, TTL(Total track length)은 상기 제1 렌즈(110)의 물체 측 면(제1 면(S1))의 정점에서 상기 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
[수학식 29]
1 < L_G1 / L_G2 < 2.5
수학식 29에서 L_G1은 상기 제1 렌즈군(G1)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미한다. 자세하게, L_G1은 상기 제1 렌즈군(G1)에 포함된 렌즈 중 물체와 가장 인접한 첫 번째 렌즈(제1 렌즈(110))의 물체 측 면(제1 면(S1))과 이미지 센서(300)와 가장 인접한 마지막 렌즈(제3 렌즈(130))의 센서 측 면(제6 면(S6))의 광축(OA)에서의 거리를 의미한다.
또한, L_G2은 상기 제2 렌즈군(G2)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미한다. 자세하게, L_G2은 상기 제2 렌즈군(G2)에 포함된 렌즈 중 물체와 가장 인접한 첫 번째 렌즈(제4 렌즈(140))의 물체 측 면(제7 면(S7))과 이미지 센서(300)와 가장 인접한 마지막 렌즈(제6 렌즈(160))의 센서 측 면(제12 면(S12))의 광축(OA)에서의 거리를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 27 내지 수학식 29 중 적어도 하나의 수학식을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 설정된 화각, 초점 거리를 가지며, 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 또한, 상기 광학계(1000)는 상기 광학계(1000)의 TTL(total track length)을 제어하여 슬림하고 컴팩트한 구조를 가질 수 있다.
[수학식 30]
1 < ²/ ∑?Air_CT < 5
수학식 30에서 ²는 상기 복수의 렌즈들(100) 각각의 광축(OA)에서의 두께(mm)의 합을 의미하고, ²는 상기 복수의 렌즈들(100)에서 인접한 두 렌즈 사이의 광축(OA)에서의 간격(mm)의 합을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 30을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 설정된 화각 및 초점 거리에서 양호한 광학 성능을 가지며, 상기 광학계(1000)를 크기, 예를 들어 TTL(total track length) 축소를 제어할 수 있다.
[수학식 31]
5 < ?lt; 20
수학식 36에서 ²는 상기 제1 내지 제6 렌즈(110, 120, 130, 140, 150, 160) 각각의 d-line에서의 굴절률 합을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 31을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)의 TTL을 제어할 수 있고, 향상된 색수차, 해상력 특성을 가질 수 있다.
[수학식 32]
10 < ²/ ∑?Index < 50
수학식 32에서 ²는 상기 제1 내지 제6 렌즈(110, 120, 130, 140, 150, 160) 각각의 d-line에서의 굴절률 합을 의미한다. 또한, ²는 상기 제1 내지 제6 렌즈(110, 120, 130, 140, 150, 160) 각각의 아베수(Abbe's number)의 합을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 32를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 수차 특성 및 해상력을 가질 수 있다.
[수학식 33]
2 < CA_L1S1 / CA_min < 5
수학식 33에서 CA_L1S1은 상기 제1 렌즈(110)의 물체 측 면(제1 면(S1))의 유효경(CA)의 크기(mm)를 의미한다. 또한, CA_min은 상기 복수의 렌즈들(100) 각각의 물체 측 면 및 센서 측 면 중 가장 작은 유효경(CA) 크기를 가지는 렌즈면의 유효경(CA) 크기(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 33를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 입사되는 광을 제어할 수 있고, 광학 성능을 유지하면서 슬림 및 컴팩트한 구조로 제공될 수 있는 적절한 크기를 가질 수 있다.
[수학식 34]
1 < CA_max / CA_Aver < 3
수학식 34에서 CA_max는 상기 복수의 렌즈들(100)의 물체 측 면 및 센서 측 면 중 가장 큰 유효경(CA) 크기를 가지는 렌즈면의 유효경(CA) 크기(mm)를 의미한다. 또한, CA_Aver은 상기 복수의 렌즈들(100)의 물체 측 면 및 센서 측 면의 유효경(CA) 크기(mm)의 평균을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 34를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 슬림하고 컴팩트한 구조로 제공될 수 있고, 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 광학 성능 구현을 위한 적절한 크기를 가질 수 있다.
[수학식 35]
0.1 < CA_min / CA_Aver < 1
수학식 35에서 CA_min은 상기 복수의 렌즈들(100)의 물체 측 면 및 센서 측 면 중 가장 작은 유효경(CA) 크기를 가지는 렌즈면의 유효경(CA) 크기(mm)를 의미한다. 또한, CA_Aver은 상기 복수의 렌즈들(100)의 물체 측 면 및 센서 측 면의 유효경(CA) 크기(mm)의 평균을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 35를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 슬림하고 컴팩트한 구조로 제공될 수 있고, 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 광학 성능 구현을 위한 적절한 크기를 가질 수 있다.
[수학식 36]
0.5 < CA_max / (2ХImgH) < 2.5
수학식 36에서 CA_max는 상기 복수의 렌즈들(100)의 물체 측 면 및 센서 측 면 중 가장 큰 유효경(CA) 크기를 가지는 렌즈면의 유효경(CA) 크기(mm)를 의미한다.
또한, ImgH는 광축(OA)과 중첩되는 상기 이미지 센서(300)의 상면 중심 0 필드(filed) 영역에서 상기 이미지 센서(300)의 1.0 필드(field) 영역까지의 상기 광축(OA)의 수직 방향 거리(mm)를 의미한다. 즉, 상기 ImgH는 상기 이미지 센서(300)의 유효 영역의 최대 대각 방향 길이(mm)의 1/2을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 36을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서 양호한 광학 성능을 가지며, 슬림하고 컴팩트한 구조로 제공될 수 있다.
[수학식 37]
0.5 < TD / CA_max < 2
수학식 37에서 TD는 상기 제1 렌즈(110)의 물체 측 면(제1 면(S1))의 정점에서 상기 제6 렌즈(160)의 센서 측 면(제12 면(S12))의 정점까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 37을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 슬림하고 컴팩트한 구조로 제공될 수 있고, 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 광학 성능 구현을 위한 적절한 크기를 가질 수 있다.
[수학식 38]
-0.5 < F / L6R2 < -0.01
수학식 38에서 F는 상기 광학계(1000)의 전체 초점 거리(mm)를 의미하고, L6R2는 광축(OA)에서 상기 제6 렌즈(160)의 센서 측 면(제12 면(S12))의 곡률 반경(mm)을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 38을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상기 광학계(1000)를 크기, 예를 들어 TTL(total track length) 축소를 제어할 수 있다.
[수학식 39]
0.1 < F / L1R1 < 1
수학식 39에서 F는 상기 광학계(1000)의 전체 초점 거리(mm)를 의미하고, L1R1은 광축(OA)에서 상기 제1 렌즈(110)의 물체 측 면(제1 면(S1))의 곡률 반경(mm)을 의미한다. 상기 광학계(1000)는 입사되는 광을 제어할 수 있고, 상기 광학계(1000)의 TTL(total track length) 축소를 제어할 수 있다.
[수학식 40]
0.5 < EPD / L6R2 < -0.01
수학식 40에서 EPD는 상기 광학계(1000)의 입사동의 크기(Entrance Pupil Diameter)(mm)를 의미하고, L6R2는 광축(OA)에서 상기 제6 렌즈(160)의 센서 측 면(제12 면(S12))의 곡률 반경(mm)을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 40을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 전체 밝기를 제어할 수 있고, 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 화각(FOV)의 중심부, 주변부의 광학 성능을 개선할 수 있다.
[수학식 41]
0.05 < EPD / L1R1 < 1
수학식 41에서 EPD는 상기 광학계(1000)의 입사동의 크기(Entrance Pupil Diameter)(mm)를 의미하고, L1R1은 광축(OA)에서 상기 제1 렌즈(110)의 물체 측 면(제1 면(S1))의 곡률 반경(mm)을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 41을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 광학계(1000)는 입사되는 광을 제어할 수 있고, 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 수차 제어 특성을 가질 수 있다.
[수학식 42]
5 < TTL < 30
수학식 42에서 TTL(Total track length)은 상기 제1 렌즈(110)의 물체 측 면(제1 면(S1))의 정점에서 상기 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
[수학식 43]
2 < ImgH
수학식 43에서 ImgH는 광축(OA)과 중첩되는 상기 이미지 센서(300)의 상면 중심 0 필드(filed) 영역에서 상기 이미지 센서(300)의 1.0 필드(field) 영역까지의 상기 광축(OA)의 수직 방향 거리(mm)를 의미한다. 즉, 상기 ImgH는 상기 이미지 센서(300)의 유효 영역의 최대 대각 방향 길이(mm)의 1/2을 의미한다.
[수학식 44]
3 < BFL < 8
수학식 44에서 BFL(Back focal length)은 이미지 센서(300)와 최인접한 렌즈의 센서 측 면의 정점으로부터 상기 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 44를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 복수의 렌즈(100)와 이미지 센서(300) 사이에 필터(500) 등을 배치될 충분한 공간을 확보할 수 있어 향상된 조립성을 가지며 우수한 신뢰성을 가질 수 있다.
[수학식 45]
1 < F < 20
수학식 45에서 F는 상기 광학계(1000)의 전체 초점 거리(mm)를 의미한다.
[수학식 46]
110 < FOV < 170
수학식 46에서 FOV(Field of view)는 상기 광학계(1000)의 화각(도, °)을 의미한다.
[수학식 47]
1 < TTL / CA_max < 3
수학식 47에서 CA_max는 상기 복수의 렌즈들(100)의 물체 측 면 및 센서 측 면 중 가장 큰 유효경(CA) 크기를 가지는 렌즈면의 유효경(CA) 크기(mm)를 의미한다.
또한, TTL(Total track length)은 상기 제1 렌즈(110)의 물체 측 면(제1 면(S1))의 정점으로부터 상기 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 47을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 슬림하고 컴팩트한 구조로 제공될 수 있고, 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 광학 성능 구현을 위한 적절한 크기를 가질 수 있다.
[수학식 48]
1 < TTL / ImgH < 10
수학식 48에서 TTL(Total track length)은 상기 제1 렌즈(110)의 물체 측 면(제1 면(S1))의 정점으로부터 상기 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
또한, ImgH는 광축(OA)과 중첩되는 상기 이미지 센서(300)의 상면 중심 0 필드(filed) 영역에서 상기 이미지 센서(300)의 1.0 필드(field) 영역까지의 상기 광축(OA)의 수직 방향 거리(mm)를 의미한다. 즉, 상기 ImgH는 상기 이미지 센서(300)의 유효 영역의 최대 대각 방향 길이(mm)의 1/2을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 48을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상대적으로 큰 크기의 이미지 센서(300), 예를 들어 1인치 전후의 큰 크기의 이미지 센서(300) 적용을 위한 BFL(Back focal length)을 확보하며 보다 작은 TTL을 가질 수 있어, 고화질 구현 및 슬림한 구조를 가질 수 있다.
[수학식 49]
1 < BFL / ImgH < 3
수학식 49에서 BFL(Back focal length)은 이미지 센서(300)와 최인접한 렌즈의 센서 측 면의 정점으로부터 상기 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
또한, ImgH는 광축(OA)과 중첩되는 상기 이미지 센서(300)의 상면 중심 0 필드(filed) 영역에서 상기 이미지 센서(300)의 1.0 필드(field) 영역까지의 상기 광축(OA)의 수직 방향 거리(mm)를 의미한다. 즉, 상기 ImgH는 상기 이미지 센서(300)의 유효 영역의 최대 대각 방향 길이(mm)의 1/2을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 49를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상대적으로 큰 크기의 이미지 센서(300), 예를 들어 1인치 전후의 큰 크기의 이미지 센서(300)를 적용하기 위한 BFL(Back focal length)을 확보할 수 있고, 마지막 렌즈와 이미지 센서(300) 사이의 간격을 최소화할 수 있어 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 화각(FOV) 중심부 및 주변부의 광학 특성을 향상시킬 수 있다.
[수학식 50]
2 < TTL / BFL < 10
수학식 50에서 TTL(Total track length)은 상기 제1 렌즈(110)의 물체 측 면(제1 면(S1))의 정점으로부터 상기 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
또한, BFL(Back focal length)은 이미지 센서(300)와 최인접한 렌즈의 센서 측 면의 정점으로부터 상기 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 50을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 BFL을 확보하며 슬림하고 컴팩트하게 제공될 수 있다.
[수학식 51]
0.1 < F / TTL < 1
수학식 51에서 F는 상기 광학계(1000)의 전체 초점 거리(mm)를 의미하고, TTL(Total track length)은 상기 제1 렌즈(110)의 물체 측 면(제1 면(S1))의 정점으로부터 상기 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 51을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 슬림하고 컴팩트하게 제공될 수 있다.
[수학식 52]
0.2 < F / BFL < 1
수학식 52에서 상기 광학계(1000)의 전체 초점 거리(mm)를 의미하고, BFL(Back focal length)은 이미지 센서(300)와 최인접한 렌즈의 센서 측 면의 정점으로부터 상기 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 52를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 설정된 화각을 가지며 적절한 초점 거리를 가질 수 있고, 슬림하고 컴팩트하게 제공될 수 있다. 또한, 상기 광학계(1000)는 마지막 렌즈와 이미지 센서(300) 사이의 간격을 최소화할 수 있어 화각(FOV)의 주변부에서 양호한 광학 특성을 가질 수 있다.
[수학식 53]
0.3 < F / ImgH < 1
수학식 53에서 F는 상기 광학계(1000)의 전체 초점 거리(mm)를 의미하고, ImgH는 광축(OA)과 중첩되는 상기 이미지 센서(300)의 상면 중심 0 필드(filed) 영역에서 상기 이미지 센서(300)의 1.0 필드(field) 영역까지의 상기 광축(OA)의 수직 방향 거리(mm)를 의미한다. 즉, 상기 ImgH는 상기 이미지 센서(300)의 유효 영역의 최대 대각 방향 길이(mm)의 1/2을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 53을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상대적으로 큰 크기의 이미지 센서(300), 예를 들어 1인치 전후의 큰 이미지 센서(300)를 적용 가능하며 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 수차 특성을 가질 수 있다.
[수학식 54]
1 < F / EPD < 5
수학식 54에서 F는 상기 광학계(1000)의 전체 초점 거리(mm)를 의미하고, EPD는 상기 광학계(1000)의 입사동의 크기(Entrance Pupil Diameter)(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 54를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)의 전체 밝기를 제어할 수 있다.
실시예에 따른 광학계(1000)는 수학식 1 내지 수학식 54 중 적어도 하나의 수학식을 만족할 수 있다. 이 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 광학계(1000)가 수학식 1 내지 수학식 54 중 적어도 하나의 수학식을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 해상력을 가지며 색수차, 왜곡 수차 특성을 제어할 수 있고, 온도 변화에 따라 광학적 특성이 변화하는 것을 최소화 또는 방지할 수 있다.
또한, 상기 광학계(1000)가 수학식 1 내지 수학식 54 중 적어도 하나의 수학식을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
또한, 상기 광학계(1000)가 수학식 1 내지 수학식 54 중 적어도 하나의 수학식을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상대적으로 큰 크기의 이미지 센서(300)를 포함하며 상대적으로 작은 TTL 값을 가질 수 있고, 상기 광학계(1000) 및 이를 포함하는 카메라 모듈은 보다 슬림하게 컴팩트(compact)한 구조를 가질 수 있다.
이하 도면들을 참조하여 실시예에 따른 광학계(1000)를 보다 상세히 설명한다.
도 4는 실시예에 따른 광학계의 구성도이고, 도 5는 실시예에 따른 광학계의 왜곡(distortion) 특성에 대한 데이터이다. 또한, 도 6은 실시예에 따른 광학계의 상온(25도)에서의 회절 MTF에 대한 데이터이고, 도 7은 실시예에 따른 광학계의 상온(25도)에서의 수차도에 대한 데이터이다. 또한, 도 6 내지 도 13은 실시예에 따른 광학계(1000)의 상온(25도), 저온(-40도), 중온(60도) 및 고온(85)에서의 회절 MTF, 수차도에 대한 데이터이다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 광학계(1000)는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 제1 렌즈군(G1) 및 제2 렌즈군(G2)을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 광학계(1000)는 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130), 제4 렌즈(140), 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160) 및 이미지 센서(300)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제6 렌즈들(110, 120, 130, 140, 150, 160)은 상기 광학계(1000)의 광축(OA)을 따라 순차적으로 배치될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 광학계(1000)는 상기 제1 렌즈군(G1) 및 상기 제2 렌즈군(G2) 사이에 배치되는 조리개(200)를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 광학계(1000)는 상기 제1 렌즈군(G1)의 제3 렌즈(130)와 상기 제2 렌즈군(G2)의 제4 렌즈(140) 사이에 배치되는 조리개(200)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 렌즈들(100) 및 상기 이미지 센서(300) 사이에는 필터(500)가 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 필터(500)는 상기 제6 렌즈(160) 및 상기 이미지 센서(300) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 필터(500)와 상기 이미지 센서(300) 사이에는 상술한 커버 글라스가 더 배치될 수 있다.
렌즈 면 곡률 반경(mm) 두께 또는 간격(mm) 굴절률 아베수 유효경의 크기(mm)
제1 렌즈 제1 면 9.585 0.700 1.804 46.503 10.085
제2 면 3.710 2.760 6.690
제2 렌즈 제3 면 -13.180 0.700 1.517 64.198 6.219
제4 면 3.880 1.312 4.927
제3 렌즈 제5 면 6.735 2.110 1.904 31.315 4.740
제6 면 -22.084 1.798 4.000
조리개 infinity 1.054 2.429
제4 렌즈 제7 면 -68.555 2.180 1.697 55.460 2.600
제5 렌즈 제9 면 -2.500 0.870 1.923 20.880 3.609
제10 면 -5.270 0.467 4.559
제6 렌즈 제11 면 9.681 1.710 1.729 54.674 5.603
제12 면 -47.270 1.098 5.757
필터 infinity 0.300 5.912
infinity 4.161 5.938
이미지 센서 infinity -0.016 6.482
표 1은 실시예에 따른 상기 제1 내지 제6 렌즈들(110, 120, 130, 140, 150, 160)의 광축(OA)에서의 곡률 반경(Radius of Curvature), 렌즈의 두께(Thickness), 렌즈 사이의 간격(distance), d-line에서의 굴절률(Refractive index), 아베수(Abbe's Number) 및 유효경(Clear aperture, CA)의 크기에 대한 것이다.
표 1을 참조하면, 실시예에 따른 광학계(1000)에서 상기 제1 렌즈군(G1)의 제1 렌즈(110)는 광축(OA)에서 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(110)의 제1 면(S1)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 상기 제2 면(S2)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(110)는 광축(OA)에서 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(110)는 글라스(glass) 재질로 제공될 수 있고, 상기 제1 면(S1) 및 상기 제2 면(S2)은 구면일 수 있다.
상기 제1 렌즈군(G1)의 제2 렌즈(120)는 광축(OA)에서 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(120)의 제3 면(S3)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 제4 면(S4)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(120)는 광축(OA)에서 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(120)는 글라스(glass) 재질로 제공될 수 있고, 상기 제3 면(S3) 및 상기 제4 면(S4)은 구면일 수 있다.
상기 제1 렌즈군(G1)의 제3 렌즈(130)는 광축(OA)에서 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(130)의 제5 면(S5)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 상기 제6 면(S6)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(130)는 광축(OA)에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(130)는 글라스(glass) 재질로 제공될 수 있고, 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6)은 구면일 수 있다.
상기 제2 렌즈군(G2)의 제4 렌즈(140)는 광축(OA)에서 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(140)의 제7 면(S7)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 제8 면은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(140)는 광축(OA)에서 이미지 센서(300) 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(140)는 글라스(glass) 재질로 제공될 수 있고, 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면은 구면일 수 있다.
상기 제2 렌즈군(G2)의 제5 렌즈(150)는 광축(OA)에서 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(150)의 제9 면(S9)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 제10 면(S10)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(150)는 광축(OA)에서 이미지 센서(300) 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(150)는 글라스(glass) 재질로 제공될 수 있고, 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10)은 구면일 수 있다. 이때, 상기 제5 렌즈(150)의 물체 측 면(제9 면(S9))은 상기 제4 렌즈(140)의 센서 측 면(제8 면)과 대응되는 형상, 곡률 반경을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제5 렌즈(150)는 상기 제4 렌즈(140)와 접합하는 접합 렌즈로 제공되기 위해, 두 렌즈의 접합면(제8 면, 제9 면(S9))은 서로 대응되는 형상, 곡률 반경을 가질 수 있다.
상기 제2 렌즈군(G2)의 제6 렌즈(160)는 광축(OA)에서 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(160)의 제11 면(S11)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 상기 제12 면(S12)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(160)는 광축(OA)에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(160)는 글라스(glass) 재질로 제공될 수 있고, 상기 제11 면(S11) 및 상기 제12 면(S12)은 구면일 수 있다.
또한, 실시예에 따른 광학계(1000)에서 복수의 렌즈들(100) 사이 간격은 영역에 따라 설정된 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 광학계(1000)의 제1 렌즈군(G1)에서 상기 제1 렌즈(110)와 상기 제2 렌즈(120) 사이의 간격(제1 간격)은 상온(25도)에서 하기 표 2와 같을 수 있다.
제1 렌즈의 센서 측 면에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm) 에어갭(d12)의 광축 방향 간격(mm)
(제1 간격)		 제2 렌즈의 물체 측 면에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm)
0 2.7602 0
0.1 2.7584 0.1
0.2 2.7532 0.2
0.3 2.7446 0.3
0.4 2.7325 0.4
0.5 2.7168 0.5
0.6 2.6977 0.6
0.7 2.6749 0.7
0.8 2.6486 0.8
0.9 2.6186 0.9
1 2.5849 1
1.1 2.5473 1.1
1.2 2.5060 1.2
1.3 2.4607 1.3
1.4 2.4113 1.4
1.5 2.3578 1.5
1.6 2.2999 1.6
1.7 2.2376 1.7
1.8 2.1707 1.8
1.9 2.0990 1.9
2 2.0223 2
2.1 1.9402 2.1
2.2 1.8526 2.2
2.3 1.7590 2.3
2.4 1.6590 2.4
2.5 1.5521 2.5
2.6 1.4377 2.6
2.7 1.3151 2.7
2.8 1.1832 2.8
2.9 1.0410 2.9
3 0.8869 3
3.109 (P1) 0.7186 3.109 (P1)
표 2를 참조하면, 상기 제1 간격은 광축(OA)에서 상기 제2 면(S2)의 유효경의 끝단인 제1 지점(P1)으로 갈수록 작아질 수 있다. 여기서, 상기 제1 지점(P1)이 의미하는 값은 서로 마주하는 상기 제1 렌즈(110)의 센서 측 면(제2 면(S2))과 상기 제2 렌즈(120)의 물체 측 면(제3 면(S3)) 중 유효경 크기가 작은 상기 제3 면(S3)의 유효 반경 값으로, 표 1에 기재된 상기 제3 면(S3)의 유효경 값의 1/2을 의미한다.
상기 제1 간격은 광축(OA)에서 최대값을 가질 수 있고, 상기 제1 지점(P1)에서 최소값을 가질 수 있다. 상기 제1 간격의 최대값은 최소값의 약 2배 내지 약 5배를 만족할 수 있다. 자세하게, 상기 제1 간격의 최대값은 최소값의 약 2.5배 내지 약 4.5배를 만족할 수 있다. 바람직하게, 상기 제1 간격의 최대값은 최소값의 약 3배 내지 약 4배를 만족할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 상기 제1 간격의 최대값은 최소값의 약 3.8배일 수 있다.
이에 따라, 상기 광학계(1000)는 약 110도(degree)를 초과하는 화각, 자세하게 약 125도를 초과하는 화각을 가지며 입사되는 광을 효과적으로 제어할 수 있다. 자세하게, 상기 제1 렌즈(101) 및 상기 제2 렌즈(102)가 위치에 따라 설정된 간격(제1 간격)으로 이격됨에 따라 상기 광학계(1000)는 설정된 화각을 가질 수 있고, 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 상기 제1 및 제2 렌즈(101, 102)를 통해 입사된 광이 그 이후에 배치된 렌즈로 제공 시 양호한 광학 성능을 유지할 수 있다.
또한, 상기 광학계(1000)의 제1 렌즈군(G1)에서 상기 제2 렌즈(120)와 상기 제3 렌즈(130) 사이의 간격(제2 간격)은 상온(25도)에서 하기 표 3과 같을 수 있다.
제2 렌즈의 센서 측 면에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm) 에어갭(d23)의 광축 방향 간격(mm)(제2 간격) 제3 렌즈의 물체 측 면에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm)
0 1.3119 0
0.1 1.3113 0.1
0.2 1.3097 0.2
0.3 1.3069 0.3
0.4 1.3031 0.4
0.5 1.2981 0.5
0.6 1.2920 0.6
0.7 1.2847 0.7
0.8 1.2762 0.8
0.9 1.2665 0.9
1 1.2554 1
1.1 1.2431 1.1
1.2 1.2294 1.2
1.3 1.2143 1.3
1.4 1.1976 1.4
1.5 1.1794 1.5
1.6 1.1594 1.6
1.7 1.1377 1.7
1.8 1.1141 1.8
1.9 1.0884 1.9
2 1.0605 2
2.1 1.0302 2.1
2.2 0.9973 2.2
2.3 0.9616 2.3
2.4 (P2) 0.9227 2.4 (P2)
표 3을 참조하면, 상기 제2 간격은 광축(OA)에서 상기 제5 면(S5)의 유효경의 끝단인 제2 지점(P2)으로 갈수록 작아질 수 있다. 여기서 상기 제2 지점(P2)이 의미하는 값은 서로 마주하는 상기 제2 렌즈(120)의 센서 측 면(제4 면(S4))과 상기 제3 렌즈(130)의 물체 측 면(제5 면(S5)) 중 유효경 크기가 작은 상기 제5 면(S5)의 유효 반경 값으로, 표 1에 기재된 상기 제5 면(S5)의 유효경 값의 1/2을 의미한다.
상기 제2 간격은 광축(OA)에서 최대값을 가질 수 있고, 상기 제2 지점(P2)에서 최소값을 가질 수 있다. 상기 제2 간격의 최대값은 최소값의 약 1.1배 내지 약 2.5배를 만족할 수 있다. 자세하게, 상기 제2 간격의 최대값은 최소값의 약 1.2배 내지 약 2.2배를 만족할 수 있다. 바람직하게, 상기 제2 간격의 최대값은 최소값의 약 1.2배 내지 약 2배를 만족할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 상기 제2 간격의 최대값은 최소값의 약 1.4배일 수 있다.
이에 따라, 상기 광학계(1000)는 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제2 렌즈(102) 및 상기 제3 렌즈(103)가 위치에 따라 설정된 간격(제2 간격)으로 이격됨에 따라, 상기 광학계(1000)의 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 수차 특성의 변화를 최소화할 수 있어 다양한 온도 범위에서 양호한 광학 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 광학계(1000)에서 상기 제3 렌즈(130)와 상기 조리개(200) 사이 간격(제3 간격)은 상온(25도)에서 하기 표 4와 같을 수 있다.
제3 렌즈의 센서 측 면에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm) 에어갭(d3S)의 광축 방향 간격(mm)(제3 간격) 조리개에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm)
0 1.7977 0
0.1 1.7979 0.1
0.2 1.7986 0.2
0.3 1.7998 0.3
0.4 1.8013 0.4
0.5 1.8034 0.5
0.6 1.8059 0.6
0.7 1.8088 0.7
0.8 1.8122 0.8
0.9 1.8161 0.9
1 1.8204 1
1.1 1.8251 1.1
1.2 1.8303 1.2
1.215 (P3) 1.8360 1.215 (P3)
표 4를 참조하면, 상기 제3 간격은 광축(OA)에서 상기 조리개(200)의 유효경 끝단인 제3 지점(P3)으로 갈수록 커질 수 있다. 여기서 상기 제3 지점(P3)이 의미하는 값은 서로 마주하는 상기 제3 렌즈(130)의 센서 측 면(제6 면(S6))과 상기 조리개(200) 중 유효경 크기가 작은 상기 조리개(200)의 유효 반경 값으로, 표 1에 기재된 상기 조리개(200)의 유효경 값의 1/2을 의미한다.
상기 제3 간격은 상기 제3 지점(P3)에서 최대값을 가질 수 있고, 광축(OA)에서 최소값을 가질 수 있다. 상기 제3 간격의 최대값은 최소값의 1배를 초과할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 상기 제3 간격의 최대값은 최소값의 약 1.02배일 수 있다.
또한, 광축(OA)에서 상기 제3 렌즈(130)와 상기 조리개(200) 사이 간격은 상기 제3 렌즈(130)의 광축(OA)에서의 두께보다 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 렌즈(130)의 광축(OA)에서의 두께는 상기 제3 렌즈(130)와 상기 조리개(200) 사이 간격(d3S_CT)의 약 1배보다 크고 약 2배보다 작을 수 있다.
이에 따라, 상기 광학계(1000)는 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제3 렌즈(130) 및 상기 조리개(200)가 위치에 따라 설정된 간격(제3 간격)으로 이격됨에 따라, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 향상된 비네팅(vignetting) 특성 및 수차 제어 특성을 가질 수 있다.
상기 광학계(1000)에서 상기 제3 렌즈(130)와 상기 조리개(200) 사이 간격(제3 간격)은
또한, 상기 광학계(1000)에서 상기 조리개(200)와 상기 제4 렌즈(140)사이 간격(제4 간격)은 상온(25도)에서 하기 표 5와 같을 수 있다.
조리개에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm) 에어갭(dS4)의 광축 방향 간격(mm)(제4 간격) 제4 렌즈의 센서 측 면에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm)
0 1.0535 0
0.1 1.0534 0.1
0.2 1.0532 0.2
0.3 1.0528 0.3
0.4 1.0523 0.4
0.5 1.0516 0.5
0.6 1.0508 0.6
0.7 1.0499 0.7
0.8 1.0488 0.8
0.9 1.0476 0.9
1 1.0462 1
1.1 1.0446 1.1
1.2 1.0430 1.2
1.215 (P3) 1.0411 1.215 (P3)
표 5를 참조하면, 상기 제4 간격은 광축(OA)에서 상기 조리개(200)의 유효경 끝단인 제3 지점(P3)으로 갈수록 커질 수 있다. 여기서 상기 제3 지점(P3)이 의미하는 값은 서로 마주하는 상기 조리개(200)와 상기 제4 렌즈(140)의 물체 측 면(제7 면(S7)) 중 유효경 크기가 작은 상기 조리개(200)의 유효 반경 값으로, 표 1에 기재된 상기 조리개(200)의 유효경 값의 1/2을 의미한다.
상기 제4 간격은 광축(OA)에서 최대값을 가질 수 있고, 상기 제3 지점(P3)에서 최소값을 가질 수 있다. 상기 제4 간격의 최대값은 최소값의 1배를 초과할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 상기 제4 간격의 최대값은 최소값의 약 1.01배일 수 있다.
또한, 광축(OA)에서 상기 조리개(200)와 상기 제4 렌즈(140) 사이 간격은 상기 제4 렌즈(140)의 광축(OA)에서의 두께보다 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 조리개(200)와 상기 제4 렌즈(140) 사이 간격(dS4_CT)은 상기 제4 렌즈(140)의 광축(OA)에서의 두께의 약 0.45배 보다 크고 약 0.5배보다 작을 수 있다.
이에 따라, 상기 광학계(1000)는 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 조리개(200) 및 상기 제4 렌즈(140)가 위치에 따라 설정된 간격(제4 간격)으로 이격됨에 따라, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 MTF 특성, 색수차 특성이 변화하는 것을 최소화할 수 있어 다양한 온도 범위에서 향상된 광학 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 광학계(1000)에서 상기 제4 렌즈(140)는 상기 제5 렌즈(150)와 접합되는 접합 렌즈로 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 제4 렌즈(140)와 상기 제5 렌즈(150) 사이는 상술한 제1 내지 제4 간격과 같이 이격되지 않고, 접착 부재 등을 통해 직간접적으로 접촉하며 배치될 수 있다.
또한, 상기 광학계(1000)에서 상기 제5 렌즈(150)와 상기 제6 렌즈(160) 사이 간격(제5 간격)은 상온(25도)에서 하기 표 6과 같을 수 있다.
제5 렌즈의 센서 측 면에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm) 에어갭(d56)의 광축 방향 간격(mm)(제5 간격) 제6 렌즈의 센서 측 면에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm)
0 0.4674 0
0.1 0.4688 0.1
0.2 0.4732 0.2
0.3 0.4806 0.3
0.4 0.4908 0.4
0.5 0.5041 0.5
0.6 0.5202 0.6
0.7 0.5394 0.7
0.8 0.5616 0.8
0.9 0.5867 0.9
1 0.6149 1
1.1 0.6461 1.1
1.2 0.6805 1.2
1.3 0.7179 1.3
1.4 0.7585 1.4
1.5 0.8023 1.5
1.6 0.8493 1.6
1.7 0.8995 1.7
1.8 0.9531 1.8
1.9 1.0101 1.9
2 1.0705 2
2.1 1.1344 2.1
2.2 1.2018 2.2
2.279 (P4) 1.2729 2.279 (P4)
표 6을 참조하면, 상기 제5 간격 광축(OA)에서 상기 제5 렌즈(150)의 센서 측 면(제10 면(S10))의 유효경 끝단인 제4 지점(P4)으로 갈수록 커질 수 있다. 여기서 상기 제4 지점(P4)이 의미하는 값은 서로 마주하는 상기 제5 렌즈(150)의 센서 측 면(제10 면(S10))과 상기 제6 렌즈(160)의 물체 측 면(제11 면(S11)) 중 유효경 크기가 작은 상기 제10 면(S10)의 유효 반경 값으로, 표 1에 기재된 상기 제10 면(S10)의 유효경 값의 1/2을 의미한다.
상기 제5 간격은 상기 제4 지점(P4)에서 최대값을 가질 수 있고, 광축(OA)에서 최소값을 가질 수 있다. 상기 제5 간격의 최대값은 최소값의 약 1.5배 내지 약 4배를 만족할 수 있다. 자세하게, 상기 제5 간격의 최대값은 최소값의 약 2배 내지 약 3.5배를 만족할 수 있다. 바람직하게 상기 제5 간격의 최대값은 최소값의 약 2.2배 내지 약 3배를 만족할 수 있다. 예를 들어, 실시예에서 상기 제5 간격의 최대값은 최소값의 약 2.7배일 수 있다.
이에 따라, 상기 광학계(1000)는 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제5 렌즈(150) 및 상기 제6 렌즈(160)가 위치에 따라 설정된 간격(제5 간격)으로 이격됨에 따라, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 또한, 상기 제5 렌즈(150) 및 상기 제6 렌즈(160)가 위치에 따라 설정된 간격(제5 간격)으로 이격됨에 따라, 상기 광학계(1000)는 다양한 온도 범위에서 향상된 왜곡 수차 제어 특성을 가질 수 있다.
즉, 실시예에 따른 광학계(1000)에서 상기 제1 내지 제6 렌즈(110, 120, 130, 140, 150, 160)과 상기 조리개(200)는 위치에 따라 상술한 간격을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 온도 변화에 따라 변화하는 굴절률을 상호 보상할 수 있고, 다양한 온도 범위에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 온도 변화에 따라 양호한 광학 성능을 가지며 설정된 왜곡(distortion) 특성을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 광학계(1000)는 아래와 같은 광각 렌즈의 맵핑 함수(mapping) 중 어느 하나의 방식에 기초할 수 있다. 자세하게, 상기 이미지 센서(300)의 상면 중심 0필드 영역에서 1필드 영역까지의 거리(mm) 자세하게, 상기 이미지 센서(300)의 유효 영역의 최대 대각 방향 길이(mm)의 1/2을 ImgH라 하고, 화각(FOV)을 θ라 하고, 광학계(1000)의 전체 초점 거리(mm)를 F로 정의할 때, 광각 또는 어안 광학계의 맵핑 함수는 하기와 같이 정의할 수 있다.
먼저, Equidistance 맵핑은 ImgH = F Х θ로 정의할 수 있고, Equal Area(Equisolid angle) 맵핑은 ImgH = 2 Х F Х sin(θ/2)으로 정의할 수 있다. 또한, Orthographic 맵핑은 ImgH = f Х sin θ로 정의할 수 있고, Stereographic 맵핑은 ImgH = 2 Х F Х tan(θ/2)로 정의할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 광학계(1000)는 0도 화각에서 최대 반화각(HFOV, FOV의 1/2)으로 갈수록, Equal Area 맵핑 방식(비교예 1)과 비교하여 설정된 왜곡 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 광학계(1000)는 0도 화각에서 최대 반화각(HFOV, FOV의 1/2)으로 갈수록 상기 비교예 1과 비교하여 약 5% 이내의 왜곡 특성을 만족할 수 있다. 자세하게, 실시예는 상기 비교예 1과 비교하여 약 4% 이내의 왜곡 특성을 만족할 수 있다. 더 자세하게, 실시예는 비교예 1과 비교하여 약 2.5% 이내의 왜곡 특성을 만족할 수 있다.
또한, 상기 광학계(1000)는 0도 화각에서 최대 반화각(HFOV, FOV의 1/2)으로 갈수록, Equidistance 맵핑(비교예 2)과 비교하여 설정된 왜곡 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 광학계(1000)는 0도 화각에서 최대 반화각(HFOV, FOV의 1/2)으로 갈수록 상기 비교예 2와 비교하여 약 15% 이내의 왜곡 특성을 만족할 수 있다. 자세하게, 실시예는 상기 비교예 2와 비교하여 약 12% 이내의 왜곡 특성을 만족할 수 있다. 더 자세하게, 실시예는 비교예 2와 비교하여 약 10% 이내의 왜곡 특성을 만족할 수 있다.
또한, 상기 광학계(1000)는 0도 화각에서 최대 반화각(HFOV, FOV의 1/2)으로 갈수록 Orthographic 맵핑(비교예 3)과 비교하여 설정된 왜곡 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 광학계(1000)는 0도 화각에서 최대 반화각(HFOV, FOV의 1/2)으로 갈수록 상기 비교예 3과 비교하여 약 25% 이내의 왜곡 특성을 만족할 수 있다. 자세하게, 실시예는 상기 비교예 3과 비교하여 약 22% 이내의 왜곡 특성을 만족할 수 있다. 더 자세하게, 실시예는 비교예 3과 비교하여 약 20% 이내의 왜곡 특성을 만족할 수 있다.
여기서 왜곡 특성에 대한 비율은, 특정 반화각 위치에서 ImgH의 값에 대한 것으로 ((비교예-실시예)/실시예 Х 100)으로 계산한 것을 의미할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 광학계(1000)는 Equidistance 맵핑(비교예 2)과 Orthographic 맵핑(비교예 3) 사이를 만족할 수 있고, Equal Area 맵핑 방식(비교예 1)에 기초할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 광학계는 Equal Area 맵핑 방식에 기초하여 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 온도 변화에 따라 광학 특성이 변화하는 것을 방지할 수 있고, 다양한 온도 범위에서 향상된 광학 성능을 가질 수 있다.
실시예
F 2.904 mm
f1 -7.909 mm
f2 -5.699 mm
f3 5.873 mm
f4 -18.444 mm
f5 10.971 mm
f6 11.113 mm
f1-3_Aver -2.578 mm
f4-6_Aver 1.214 mm
L_G1 7.582 mm
L_G2 5.227 mm
L1_ET 1.3715 mm
L2_ET 1.9546 mm
L3_ET 1.5884 mm
L4_ET 1.4227 mm
L5_ET 1.1212 mm
L6_ET 1.2081 mm
d3S_CT 1.798 mm
dS4_CT 1.054 mm
∑L_CT 8.270 mm
∑Air_CT 7.391 mm
∑Index 10.573
∑Abb 273.029
CA_max 10.085 mm
CA_min 2.600 mm
CA_Aver 5.344 mm
TTL 21.203 mm
BFL 5.543 mm
ImgH 3.240 mm
F-number 2.5
FOV 137 도
EPD 1.162 mm
TD 15.661 mm
수학식 실시예
수학식 1 -1 < CA_L4S1 / L4R1 < 0 -0.038
수학식 2 1 < dS4_CT < 1.1 1.054
수학식 3 0.45 < dS4_CT / L4_CT < 0.5 0.483
수학식 4 3 < CA_L1S1 / CA_L4S1 < 4 3.879
수학식 5 1.7 < CA_L1S2 / L1R2 < 1.82 1.803
수학식 6 0.65 < L6_ET / (0.5 × CA_L4S1) < 0.94 0.929
수학식 7 30 < vd4 - vd5 < 40 34.579
수학식 8 0.3 < dS4_CT / (L4_CT + L5_CT) < 0.4 0.345
수학식 9 0.19 < dS4_CT / L_G2 < 0.22 0.202
수학식 10 1 < CA_L1S1 / L1R1 < 3 1.052
수학식 11 1 < L3_CT / d3S_CT < 2 1.174
수학식 12 0.1 < d3S_CT / L_G1 < 0.4 0.237
수학식 13 0.1 < L1_CT / L6_CT < 0.5 0.409
수학식 14 3 < d12_CT / d56_CT < 10 5.906
수학식 15 1 < L4_CT / L5_CT < 4 2.506
수학식 16 1 < L4_CT / L4_ET < 2.5 1.532
수학식 17 0.3 < L5_CT / L5_ET < 1 0.776
수학식 18 1 < L6_CT / L6_ET < 2 1.415
수학식 19 -3 < L1R1 / L2R1 < 0 -0.727
수학식 20 0.4 < L3R1 / L1R1 < 1 0.703
수학식 21 2 < L4R1 / L5R2 < 30 13.009
수학식 22 -6 < L6R2 / L6R1 < -1 -4.883
수학식 23 -3 < f1 / f3 < -1 -1.347
수학식 24 -2 < F / f1-3_Aver < -0.5 -1.126
수학식 25 1 < F / f4-6_Aver < 5 2.393
수학식 26 -4 < f1-3_Aver / f4-6_Aver < -1 -2.125
수학식 27 1.5 < TTL / L_G1 < 3.5 2.797
수학식 28 2 < TTL / L_G2 < 5 4.056
수학식 29 1 < L_G1 / L_G2 < 2.5 1.450
수학식 30 1 < ∑L_CT / ∑Air_CT < 5 1.119
수학식 31 5 < ∑Index < 20 10.573
수학식 32 10 < ∑Abb / ∑Index < 50 25.822
수학식 33 2 < CA_L1S1 / CA_min < 5 3.879
수학식 34 1 < CA_max / CA_Aver < 3 1.887
수학식 35 0.1 < CA_min / CA_Aver < 1 0.486
수학식 36 0.5 < CA_max / (2×ImgH) < 2.5 1.556
수학식 37 0.5 < TD / CA_max < 2 1.553
수학식 38 -0.5 < F / L6R2 < -0.01 -0.061
수학식 39 0.1 < F / L1R1 < 1 0.303
수학식 40 0.5 < EPD / L6R2 < -0.01 -0.025
수학식 41 0.05 < EPD / L1R1 < 1 0.121
수학식 42 5 < TTL < 30 21.203
수학식 43 2 < ImgH 3.240
수학식 44 3 < BFL < 8 5.543
수학식 45 1 < F < 20 2.904
수학식 46 110 < FOV < 170 137.000
수학식 47 1 < TTL / CA_max < 3 2.102
수학식 48 1 < TTL / ImgH < 10 6.544
수학식 49 1 < BFL / ImgH < 3 1.711
수학식 50 2 < TTL / BFL < 10 3.825
수학식 51 0.1 < F / TTL < 1 0.137
수학식 52 0.2 < F / BFL < 1 0.524
수학식 53 0.3 < F / ImgH < 1 0.896
수학식 54 1 < F / EPD < 5 2.500
표 7은 실시예에 따른 광학계(1000)에서 상술한 수학식들의 항목에 대한 것으로 상온(25도)에서의 상기 제1 내지 제6 렌즈(110, 120, 130, 140)의 초점 거리, 유효 영역 끝단에서의 두께 (ET, Edge thickness), 전체 초점 거리(F), BFL, F-number, 이미지 센서(300)의 대각 길이(ImgH), 화각(FOV) 등에 대한 것이다.
표 8은 실시예에 따른 광학계(1000)에서 상술한 수학식 1 내지 수학식 54에 대한 결과값이다.
표 8을 참조하면, 실시예에 따른 광학계(1000)는 수학식 1 내지 수학식 54 중 적어도 하나를 만족하는 것을 알 수 있다. 자세하게, 실시예에 따른 광학계(1000)는 수학식 1 내지 수학식 54를 모두 만족하는 것을 알 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 광학계(1000)는 저온(-40) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 도 6 내지 도 13과 같은 광학 특성을 가질 수 있다.
자세하게, 도 6, 도 8, 도 10 및 도 12는 실시예에 따른 광학계(1000)의 회절(diffraction) MTF에 대한 데이터이다. 자세하게, 도 6은 상온(25도)의 환경에서, 도 8은 저온(-40도)의 환경에서, 도 10은 중온(60도)의 환경에서, 도 12는 고온(85도)의 환경에서의 회절 MTF에 대한 데이터이다. 도 6, 도 8, 도 10 및 도 12를 참조하면, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도), 상온(25도), 중온(60도) 및 고온(85도)의 환경에서 광학 편차가 거의 없이 우수한 회절 MTF 특성을 가지는 것을 알 수 있다.
또한, 도 7, 도 9, 도 11 및 도 13은 실시예에 따른 광학계(1000)의 수차도에 대한 데이터이다. 자세하게, 도 7은 상온(25도)의 환경에서, 도 9는 저온(-40도)의 환경에서, 도 11은 중온(60도)의 환경에서, 도 13은 고온(85도)의 환경에서의 회절 MTF에 대한 데이터이다.
도 7, 도 9, 도 11 및 도 13의 수차도에서 좌측에서 우측 방향으로 구면 수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점 수차(Astigmatic Field Curves), 왜곡 수차(Distortion)를 측정한 그래프이다. 또한, 도 7, 도 9, 도 11 및 도 13의 수차도에서 X축은 초점 거리(mm) 또는 왜곡도(%)를 나타낼 수 있고, Y축은 이미지 센서의 높이(ImgH)를 의미할 수 있다. 또한, 구면 수차에 대한 그래프는 약 435nm, 약 486nm, 약 546nm, 약 587nm 및 약 656nm 파장 대역의 광에 대한 그래프이며, 비점 수차 및 왜곡 수차에 대한 그래프는 약 546nm 파장 대역의 광에 대한 그래프이다.
도 7, 도 9, 도 11 및 도 13의 수차도에서 각 곡선들이 Y축에 근접할수록 수차 보정 기능이 좋은 것으로 해석할 수 있는데, 도 7, 도 9, 도 11 및 도 13을 참조하면, 실시예에 따른 광학계(1000)는 거의 대부분 영역에서 측정 값들이 Y축에 인접한 것을 알 수 있다. 또한, 도 7, 도 9, 도 11 및 도 13을 참조하면, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도), 상온(25도), 중온(60도) 및 고온(85도)의 환경에서 편차가 거의 없이 우수한 수차 특성을 가지는 것을 알 수 있다.
즉, 도 6 내지 도 13을 참조하면, 실시예에 따른 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 범위에서 온도가 변화하여도 회절 MTF 특성 및 수차 특성의 변화가 거의 없거나 크지 않는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 광학계(1000)는 다양한 온도 범위에서 우수한 광학 성능을 유지할 수 있다. 자세하게, 상기 광학계(1000)는 설정된 형상, 굴절력, 간격 등의 특징을 가지는 제1 내지 제6 렌즈(110, 120, 130, 140, 150, 160)를 가짐에 따라 굴절력에 대한 배분을 효과적으로 수행할 수 있고, 온도 변화에 따른 광학 특성 변화를 상호 보상할 수 있다.
특히, 실시예에 따른 광학계(1000)에서 상기 조리개(200)와 상기 제4 렌즈(140)는 회절 MTF 특성을 고려하여 설정된 간격을 가질 수 있다. 자세하게, 광축(OA)에서 상기 조리개(200)와 상기 제4 렌즈(140) 사이의 간격은 수학식 3과 같이 약 1mm 보다 클 수 있고, 약 1.1mm 보다 작을 수 있다. (수학식 3: 1 < dS4_CT < 1.1)
도 6, 도 14 내지 도 17은 상온(25도)에서 실시예에 따른 광학계의 조리개(200)와 제4 렌즈(140) 사이 간격에 따른 회절 MTF 데이터이다.
자세하게, 도 6은 상기 조리개(200)와 상기 제4 렌즈(140)의 광축(OA)에서의 간격이 표 1과 같이 1.054mm인 경우의 회절 MTF 데이터에 대한 것이고, 도 14는 상기 조리개(200)와 상기 제4 렌즈(140)의 광축(OA)에서의 간격이 약 1.073mm인 경우의 회절 MTF 데이터에 대한 것이다. 또한, 도 15는 상기 조리개(200)와 상기 제4 렌즈(140)의 광축(OA)에서의 간격이 1.093mm인 경우, 도 16은 상기 조리개(200)와 상기 제4 렌즈(140)의 광축(OA)에서의 간격이 1.113mm인 경우, 도 17은 상기 조리개(200)와 상기 제4 렌즈(140)의 광축(OA)에서의 간격이 1.133mm인 경우의 회절 MTF 데이터에 대한 것이다.
도 6, 도 14 및 도 15를 참조하면, 광축(OA)에서 상기 조리개(200)와 상기 제4 렌즈(140) 사이 간격이 약 1mm 보다 크고 약 1.1mm 보다 작은 수학식 3을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)의 회절 MTF 특성이 양호한 것을 알 수 있다. 그러나, 도 16 및 도 17을 참조하면, 광축(OA)에서 상기 조리개(200)와 상기 제4 렌즈(140) 사이 간격이 약 1.1mm를 초과하여 수학식 3을 만족하지 않을 경우, 상기 광학계(1000)의 회절 MTF 특성이 급격히 저하되는 것을 알 수 있다.
즉, 실시예에 따른 광학계(1000)는 상기 조리개(200)와 상기 제4 렌즈(140)가 설정된 간격으로 이격됨에 따라 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 양호한 MTF 제어 특성을 가질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 광학계(1000)에서 상기 제4 렌즈(140)와 상기 제5 렌즈(150)는 설정된 아베수를 가질 수 있다. 일례로, 표 1에 기재된 바와 같이 상기 제4 렌즈(140)의 아베수는 55.460일 수 있고, 상기 제5 렌즈(150)의 아베수는 약 20.88일 수 있다. 즉, 상기 제4 렌즈(140)와 상기 제5 렌즈(150)는 수학식 7(30 < vd4 - vd5 < 40)과 같이 30 내지 40의 아베수 차이를 가질 수 있다.
도 7, 도 18 내지 도 21은 상온(25도)에서 실시예에 따른 광학계의 제4 렌즈의 아베수에 따른 수차 특성 데이터이다.
자세하게, 도 7은 상기 제4 렌즈(140)의 아베수가 표 1과 같이 55.46인 경우의 수차도이고, 도 18은 상기 제4 렌즈(140)의 아베수가 53.46인 경우의 수차도이다. 또한, 도 19는 상기 제4 렌즈(140)의 아베수가 51.46인 경우, 도 20은 상기 제4 렌즈(140)의 아베수가 49.46인 경우, 도 21은 상기 제4 렌즈(140)의 아베수가 47.46인 경우의 수차도에 대한 것이다.
도 7, 도 18 및 도 19를 참조하면, 상기 제4 렌즈(140) 및 상기 제5 렌즈(150)의 아베수 차가 수학식 7(30 < vd4 - vd5 < 40)을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)의 구면 수차(Longitudinal Spherical Aberration) 특성이 양호한 것을 알 수 있다. 그러나, 도 20 및 도 21을 참조하면, 상기 제4 렌즈(140) 및 상기 제5 렌즈(150)의 아베수 차가 30보다 작은 경우 상기 광학계(1000)의 구면 수차 특성이 급격히 저하되는 것을 알 수 있다.
즉, 실시예에 따른 광학계(1000)는 상기 제4 렌즈(140)와 상기 제5 렌즈(150)가 설정된 아베수를 가짐에 따라 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 양호한 양호한 수차 특성을 가지는 것을 알 수 있다.
실시예에 따른 광학계(1000) 및 이를 포함하는 카메라 모듈은 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 광학계(1000)의 복수의 렌즈들(100)은 설정된 형상, 굴절력, 초점 거리, 두께 등을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계(1000)는 설정된 화각 범위 내에서 향상된 색수차, MTF 특성, 수차 특성 및 해상력을 가질 수 있고, 화각의 중심부 및 아니라 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 광학계(1000) 및 카메라 모듈은 다양한 온도, 예를 들어 저온(약 -40℃) 내지 고온(약 85℃)의 온도 범위에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 광학계에 포함된 복수의 렌즈들은 설정된 굴절력, 굴절률, 간격 등을 가질 수 있다. 이에 따라, 온도 변화에 따라 각각의 렌즈의 초점 거리 등의 광학 성능이 변화할 경우에도 상기 제1 내지 제6 렌즈(110, 120, 130, 140, 150, 160)는 상호 보상할 수 있다. 즉, 상기 광학계(1000)는 저온(-40도) 내지 고온(85도)의 온도 범위에서 굴절력에 대한 배분을 효과적으로 수행할 수 있고, 저온(약 -40℃) 내지 고온(약 85℃)의 온도 범위에서 광학 특성이 변화하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 다양한 온도 범위에서 향상된 광학 특성을 유지할 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.
광학계: 1000
제1 렌즈: 110 제2 렌즈: 120
제3 렌즈: 130 제4 렌즈: 140
제5 렌즈: 150 제6 렌즈: 160
이미지 센서: 300 필터: 500

Claims (16)

  1. 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되는 제1 내지 제6 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 렌즈는 상기 광축에서 음의 굴절력을 가지고,
    상기 제3 렌즈는 상기 광축에서 양의 굴절력을 가지고,
    상기 제3 및 제4 렌즈 사이에 배치되는 조리개를 포함하고,
    상기 광축에서 상기 조리개와 상기 제4 렌즈 사이의 간격은 상기 제4 렌즈의 두께보다 작고,
    하기 수학식을 만족하는 광학계.
    -1 < CA_L4S1 / L4R1 < 0
    (L4R1은 상기 광축에서 상기 제4 렌즈의 물체 측 면의 곡률 반경(mm)이고, CA_L4S1은 상기 제4 렌즈의 물체 측 면의 유효경(Clear aperture, CA) 크기(mm)이다.)
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 조리개 및 상기 제4 렌즈는 하기 수학식을 만족하는 광학계.
    1 < dS4_CT < 1.1
    (dS4_CT는 상기 광축에서 상기 조리개와 상기 제4 렌즈 사이의 간격(mm)이다.)
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 조리개 및 상기 제4 렌즈는 하기 수학식을 만족하는 광학계.
    0.45 < dS4_CT / L4_CT < 0.5
    (dS4_CT는 상기 광축에서 상기 조리개와 상기 제4 렌즈 사이의 간격(mm)이고, L4_CT는 상기 제4 렌즈의 광축에서의 두께(mm)이다.)
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 센서 측 면은 상기 광축에서 오목한 형상을 가지고, 하기 수학식을 만족하는 광학계.
    1.7 < CA_L1S2 / L1R2 < 1.82
    (CA_L1S2은 상기 제1 렌즈의 센서 측 면의 유효경(CA)의 크기(mm)이고, L1R2는 상기 광축에서 상기 제1 렌즈의 센서 측 면의 곡률 반경(mm)이다.)
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제4 및 제6 렌즈는 하기 수학식을 만족하는 광학계.
    0.65 < L6_ET / (0.5 × CA_L4S1) < 0.94
    (CA_L4S1은 상기 제4 렌즈의 물체 측 면의 유효경(CA)의 크기(mm)이고, L6_ET는 상기 제6 렌즈의 물체 측 면의 유효 영역 끝단과 상기 제6 렌즈의 센서 측 면의 유효 영역 끝단 사이의 상기 광축 방향 거리(mm)이다.)
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제5 렌즈의 아베수는 상기 제4 렌즈의 아베수보다 작고, 하기 수학식을 만족하는 광학계.
    30 < vd4 - vd5 < 40
    (vd4는 상기 제4 렌즈의 아베수이고, vd5는 상기 제5 렌즈의 아베수이다.)
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제6 렌즈는 글라스 재질을 포함하는 광학계.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제4 렌즈 및 상기 제5 렌즈는 상기 제4 렌즈의 센서 측 면과 상기 제5 렌즈의 물체 측 면이 접합되는 구조를 가지는 광학계.
  9. 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되며 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 제1 및 제2 렌즈군을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 렌즈군 사이에는 조리개가 배치되고,
    상기 제1 렌즈군은 상기 제2 렌즈군보다 적거나 같은 매수의 렌즈를 포함하고,
    하기 수학식을 만족하는 광학계.
    1.5 < TTL / L_G1 < 3.5
    2 < TTL / L_G2 < 5
    1 < L_G1 / L_G2 < 2.5
    (L_G1은 상기 제1 렌즈군의 상기 광축에서의 두께(mm)이고, L_G2는 상기 제2 렌즈군의 상기 광축에서의 두께(mm)이다. 또한, TTL(Total track length)은 물체와 가장 인접한 상기 제1 렌즈군의 첫 번째 렌즈의 물체 측 면의 정점에서 상기 센서의 상면까지의 상기 광축에서의 거리(mm)이다.)
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군은 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되는 제1 내지 제3 렌즈를 포함하고,
    상기 제2 렌즈군은 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되는 제4 내지 제6 렌즈를 포함하고,
    상기 제4 렌즈 및 상기 제5 렌즈는 상기 제4 렌즈의 센서 측 면과 상기 제5 렌즈의 물체 측 면이 접합되는 구조를 가지는 광학계.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 조리개 및 상기 제4 렌즈는 하기 수학식을 만족하는 광학계.
    1 < dS4_CT < 1.1
    (dS4_CT는 상기 광축에서 상기 조리개와 상기 제4 렌즈 사이의 간격(mm)이다.)
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제4 및 제5 렌즈는 하기 수학식을 만족하는 광학계.
    30 < vd4 - vd5 < 40
    (vd4는 상기 제4 렌즈의 아베수이고, vd5는 상기 제5 렌즈의 아베수이다.)
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 제5 렌즈는 하기 수학식을 만족하는 광학계.
    0.3 < L5_CT / L5_ET < 1
    (L5_CT는 상기 제5 렌즈의 상기 광축에서의 두께(mm)이고, L5_ET는 상기 제5 렌즈의 물체 측 면의 유효 영역 끝단과 상기 제5 렌즈의 센서 측 면의 유효 영역 끝단 사이의 상기 광축 방향 거리(mm)이다.)
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 제6 렌즈는 하기 수학식을 만족하는 광학계.
    -6 < L6R2 / L6R1 < -1
    (L6R1은 상기 광축에서 상기 제6 렌즈의 물체 측 면의 곡률 반경(mm)이고, L6R2는 상기 광축에서 상기 제6 렌즈의 센서 측 면의 곡률 반경(mm)이다.)
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제6 렌즈는 글라스 재질을 포함하는 광학계.
  16. 광학계 및 이미지 센서를 포함하고,
    상기 광학계는 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 따른 광학계를 포함하고,
    하기 수학식을 만족하는 카메라 모듈.
    110 < FOV < 170
    (FOV(Field of view)는 상기 광학계의 화각이다.)
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