KR20230084957A - 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈 - Google Patents

광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈 Download PDF

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KR20230084957A
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김규진
유용학
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 실시예에 따른 광학계는 광학계는 양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈; 제2렌즈; 및 음(-)의 굴절력을 갖는 제3렌즈를 포함하고, 상기 제1 내지 제3렌즈는 물체측으로부터 상측까지 순차적으로 배치되고, 상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈 사이에 배치되는 조리개를 포함하고, 상기 제1렌즈의 굴절률은 상기 제2렌즈의 굴절률보다 작을 수 있다.

Description

광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈{OPTICAL SYSTEM AND CAMERA MODULE INCLUDING THE SAME}
본 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 주행보조 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.
또한, 차량용 카메라 모듈은 외부로 노출되므로, 습기 및 온도에 의해 촬영 품질이 떨어질 수 있다. 특히 카메라 모듈은 주위 온도와 렌즈의 재질에 따라 광학 특성이 변화되는 문제가 있다.
따라서, 상술한 문제를 해결할 수 있는 새로운 광학계 및 카메라가 요구된다.
본 실시예는 광학 특성이 향상된 광학계 및 카메라 모듈을 제공하고자 한다.
또한, 본 실시예는 저온 또는 고온의 환경에서 우수한 광학적 특성을 제공할 수 있는 광학계 및 카메라 모듈을 제공하고자 한다.
또한, 본 실시예는 다양한 온도 범위에서 광학적 특성이 변화하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있는 광학계 및 카메라 모듈을 제공하고자 한다.
또한, 본 실시예는 카메라 모듈 내의 렌즈의 초점 거리 변화를 예측하고 보상할 수 있는 카메라 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예는 카메라 모듈 내의 적어도 한 렌즈의 온도 변화를 예측하고 광축 거리를 조절할 수 있는 카메라 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예는 온도 변화가 큰 장치 또는 구조물에 적용되는 카메라 모듈을 제어하는 제어 시스템을 제공할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 실시예에 따른 광학계는 양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈; 제2렌즈; 및 음(-)의 굴절력을 갖는 제3렌즈를 포함하고, 상기 제1 내지 제3렌즈는 물체측으로부터 상측까지 순차적으로 배치되고, 상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈 사이에 배치되는 조리개를 포함하고, 상기 제1렌즈의 굴절률은 상기 제2렌즈의 굴절률보다 작을 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학계는 양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈; 제2렌즈; 및 음(-)의 굴절력을 갖는 제3렌즈를 포함하고, 상기 제1 내지 제3렌즈는 물체측으로부터 상측까지 순차적으로 배치되고, 상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈 사이에 배치되는 조리개를 포함하고, 상기 제2렌즈의 굴절률은 상기 제3렌즈의 굴절률보다 클 수 있다.
다음의 조건식을 만족할 수 있다. <조건식> v2 < v1 (상기 조건식에서 v1은 상기 제1렌즈의 아베수를 의미하고, v2는 상기 제2렌즈의 아베수를 의미한다.)
다음의 조건식을 만족할 수 있다. <조건식> 1.8 < Fno < 2.2 (상기 조건식에서 Fno는 상기 광학계의 F-넘버(F-number)를 의미한다.)
다음의 조건식을 만족할 수 있다. <조건식> 1.5 < n1 < 1.6 (상기 조건식에서 n1은 상기 제1렌즈의 굴절률을 의미한다.)
다음의 조건식을 만족할 수 있다. <조건식> 1.6 < n2 < 1.7 (상기 조건식에서 n2은 상기 제2렌즈의 굴절률을 의미한다.)
다음의 조건식을 만족할 수 있다. <조건식> 50 < v1 < 60 (상기 조건식에서 v1은 상기 제1렌즈의 아베수를 의미한다.)
다음의 조건식을 만족할 수 있다. <조건식> 10 < v2 < 20 (상기 조건식에서 v2는 상기 제2렌즈의 아베수를 의미한다.)
광축에서 상기 제2렌즈의 두께는 상기 제1렌즈의 두께보다 클 수 있다.
광축에서 상기 제1렌즈의 두께는 상기 제3렌즈의 두께보다 클 수 있다.
광축에서 상기 제1렌즈의 두께는 상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈 사이의 거리보다 클 수 있다.
본 실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 향상된 광학 특성을 가질 수 있다.
자세하게, 본 실시예에 따른 광학계에서 복수의 렌즈는 설정된 형상, 굴절력, 초점 거리, 두께 등을 가져 향상된 왜곡 특성 및 수차 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 설정된 화각 범위내에서 고해상도, 고화질의 이미지를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 다양한 온도 범위에서 동작할 수 있다. 자세하게, 상기 광학계는 플라스틱 재질의 제1 내지 제3렌즈를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 내지 제3 렌즈 각각은 설정된 굴절력을 가질 수 있다. 이에 따라, 온도 변화에 따른 굴절률 변화로 각 렌즈의 초점거리가 변화할 경우에도 상기 제1 내지 제3 렌즈는 상호 보상할 수 있다. 즉, 상기 광학계는 저온(약 -40℃) 내지 고온(약 85℃)의 온도 범위에서 굴절력에 대한 배분을 효과적으로 수행할 수 있으며, 저온(-40℃) 내지 고온(85℃)의 온도 범위에서 광학적 특성이 변화하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 다양한 온도 범위에서 향상된 광학 특성을 유지할 수 있다.
또한, 카메라 모듈 내의 BFL(Back focal length) 변화를 보상할 수 있다. 또한 온도 변화에 따라 광축 방향으로 적어도 한 렌즈를 이동시켜 주어, 성능 변화를 최소화할 수 있다. 또한 차량의 내부 또는 외부 장치로부터 카메라 모듈의 주변 온도 정보를 검출하여, 각 온도별 예측 가능한 범위 내에서 적어도 한 렌즈와 센서 사이의 거리를 조절할 수 있다. 이에 따라 카메라 모듈의 온도에 따른 성능 변화를 최소화시켜 줄 수 있다.
또한, 본 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, 예컨대 여름철 고온의 차량 내부에서도 우수한 광학 특성을 가질 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 카메라 모듈 또는 광학계가 적용된 차량의 평면도를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 실시예에 따른 카메라 모듈 또는 광학계가 적용된 차량의 내부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 광학계의 구성도이다.
도 5는 저온(-40℃) 환경에서의 광학계(1000)의 회절(diffraction) MTF 특성에 대한 그래프이다.
도 6은 저온(-40℃) 환경에서의 액츄에이터 구동에 따른 Peak 기준이 보상된 광학계(1000)의 회절(diffraction) MTF 특성에 대한 그래프이다.
도 7은 저온(-40℃) 환경에서의 광학계(1000)의 수차도에 대한 그래프이다.
도 8는 상온(20℃) 환경에서의 광학계(1000)의 회절(diffraction) MTF 특성에 대한 그래프이다.
도 9은 상온(20℃) 환경에서의 액츄에이터 구동에 따른 Peak 기준이 보상된 광학계(1000)의 회절(diffraction) MTF 특성에 대한 그래프이다.
도 10은 상온(20℃) 환경에서의 광학계(1000)의 수차도에 대한 그래프이다.
도 11은 고온(85℃) 환경에서의 광학계(1000)의 회절(diffraction) MTF 특성에 대한 그래프이다.
도 12는 고온(85℃) 환경에서의 액츄에이터 구동에 따른 Peak 기준이 보상된 광학계(1000)의 회절(diffraction) MTF 특성에 대한 그래프이다.
도 13은 고온(85℃) 환경에서의 광학계(1000)의 수차도에 대한 그래프이다.
도 14는 본 실시예의 카메라 시스템을 나타낸 도면이다.
도 15 (A), (B)는 카메라 모듈 내에서 온도에 따른 렌즈의 초점 거리 변화를 설명한 도면이다.
도 16은 본 실시예의 카메라 시스템에서 카메라 모듈의 예시를 나타낸 측 단면도이다.
도 17은 본 실시예의 카메라 시스템의 저장부에 저장된 온도에 따른 렌즈 보정률을 나타낸 표이다.
도 18은 본 실시예의 카메라 시스템에서 온도에 따른 렌즈 보정률을 나타낸 그래프이다.
도 19는 본 실시예의 카메라 시스템의 저장부에 저장된 기준 BFL에 따른 온도 보상율을 나타낸 테이블을 나타낸 도면이다.
도 20은 본 실시예의 카메라 시스템에서 온도에 따른 초점 거리 보정방법을 나타낸 그래프이다.
도 21은 본 실시예에 따른 광학계에서 일부 용어를 설명하기 위한 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 실시예가 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 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예의 구성 요소를 설명하는데 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 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
또한, 렌즈의 면이 볼록하다는 것은 광축 영역의 렌즈 면이 볼록한 형상을 가지는 것을 의미할 수 있고, 렌즈의 면이 오목하다는 것은 광축 영역의 렌즈 면이 오목한 형상을 가지는 것을 의미할 수 있다.
또한, "물체측면"은 광축을 기준으로 물체 측을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있고, "센서측면"은 광축을 기준으로 이미지 센서를 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있다. "물체측면"은 "물측면"일 수 있다. "센서측면"은 "상측면"일 수 있다.
또한, 수직 방향은 광축과 수직인 방향을 의미할 수 있고, 렌즈 또는 렌즈면의 끝단은 입사된 광이 통과하는 렌즈의 유효 영역의 최 끝단을 의미할 수 있다.
또한, 렌즈의 중심 두께는 렌즈의 광축에서 물체측면 및 센서측면 사이의 광축 방향 길이를 의미할 수 있다.
또한, 렌즈면의 유효경의 크기는 측정 방법 등에 따라 최대 ±0.4mm 정도의 측정 오차를 가질 수 있다.
또한, 실시예에서 저온은 특정 온도(-40℃)를 의미하거나 약 -40℃ 내지 약30℃의 온도 범위를 의미할 수 있고, 상온은 특정 온도(20℃)를 의미하거나 약 18℃ 내지 약 30℃의 온도 범위를 의미할 수 있다. 또한, 고온은 특정 온도(85℃)를 의미하거나 약 80℃ 내지 약 105℃의 온도 범위를 의미할 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 카메라 모듈 또는 광학계가 적용된 차량의 평면도를 도시한 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 실시예에 따른 카메라 모듈 또는 광학계가 적용된 차량의 내부를 도시한 도면이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 차량용 카메라 시스템은, 영상 생성부(2110), 제1정보 생성부(2120), 제2정보 생성부(2210, 2220, 2230, 2240, 2250, 2260) 및 제어부(2140)를 포함한다.
영상 생성부(2110)는 차량(2000)의 외부 또는 내부에 배치되는 적어도 하나의 제1카메라 모듈(2310)을 포함할 수 있으며, 차량(2000)의 전방 영상을 생성할 수 있다. 또한, 영상 생성부(2110)는 제1카메라 모듈(2310)을 이용하여 차량(2000)의 전방뿐만 아니라 하나 이상의 방향에 대한 차량(2000)의 주변을 촬영하여 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. 영상 생성부(2110)는 전방 영상 및 주변 영상을 제어부(2140)에 제공할 수 있다.
이어서, 제1정보 생성부(2120)는 차량(2000)에 배치되는 적어도 하나의 레이더 또는/및 카메라를 포함할 수 있으며, 차량(2000)의 전방을 감지하여 제1감지정보를 생성한다. 구체적으로, 제1정보 생성부(2120)는 차량(2000)에 배치되고, 차량(2000)의 전방에 위치한 차량(2000)들의 위치 및 속도, 보행자의 여부 및 위치 등을 감지하여 제1감지정보를 생성할 수 있다.
제1정보 생성부(2120)에서 생성한 제1감지정보를 이용하여 차량(2000)과 앞차와의 거리를 일정하게 유지하도록 제어할 수 있고, 운전자가 차량(2000)의 주행 차로를 변경하고자 하는 경우나 후진 주차 시와 같이 기 설정된 특정한 경우에 차량(2000)의 운행 안정성을 높일 수 있다. 제1정보 생성부(2120)는 제1감지정보를 제어부(2140)에 제공할 수 있다.
이어서, 제2정보 생성부(2210, 2220, 2230, 2240, 2250, 2260)는 영상 생성부(2110)에서 생성한 전방 영상과 제1정보 생성부(2120)에서 생성한 제1감지정보에 기초하여, 차량(2000)의 각 측면을 감지하여 제2감지정보를 생성한다. 구체적으로, 제2정보 생성부(2210, 2220, 2230, 2240, 2250, 2260)는 차량(2000)에 배치되는 적어도 하나의 레이더 또는/및 카메라를 포함할 수 있으며, 차량(2000)의 측면에 위치한 차량들의 위치 및 속도를 감지하거나 영상을 촬영할 수 있다. 여기서, 제2정보 생성부(2210, 2220, 2230, 2240, 2250, 2260)는 차량(2000)의 전방 양 코너, 사이드 미러, 및 후방 중앙 및 후방 양 코너에 각각 배치될 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3을 참조하면, 영상 생성부(2110)는 차량(2000)의 내부에 배치되는 적어도 하나의 제2카메라 모듈(2320)을 포함할 수 있다. 제2카메라 모듈(2320)은 운전자 및 동승자와 인접하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2카메라 모듈(2320)은 운전자 및 동승자와 제1거리(d1) 이격된 위치에 배치되어 차량(2000)의 내부 영상을 생성할 수 있다. 이때, 제1거리(d1)는 약 500mm 이상일 수 있다. 자세하게, 제1거리(d1)는 약 600mm 이상일 수 있다. 또한, 제2카메라 모듈(2320)은 약 55도(degree) 이상의 화각(FOV)을 가질 수 있다.
영상 생성부(2110)는 제2카메라 모듈(2320)을 이용하여 차량(2000) 내부의 운전자 및/또는 동승자를 촬영하여 차량(2000)의 내부 영상을 생성할 수 있다. 여기서 차량의 내부 영상은 디지털 영상일 수 있으며, 컬러 영상, 흑백 영상 및 적외선 영상 등을 포함할 수 있다. 또한, 내부 영상은 정지 영상 및 동영상을 포함할 수 있다. 영상 생성부(2110)는 차량(2000)의 내부 영상을 제어부(2140)에 제공한다.
제어부(2140)는 영상 생성부(2110)로부터 제공된 정보를 바탕으로 차량(2000)의 탑승자에게 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 영상 생성부(2110)로부터 제공된 정보를 바탕으로 운전자의 건강 상태, 졸음 여부, 음주 여부 등을 감지할 수 있고, 운전자에게 이와 대응되는 안내, 경고 등의 정보를 제공할 수 있다. 또한, 영상 생성부(2110)로부터 제공된 정보를 바탕으로 동승자의 수면 여부, 건강 상태 등을 감지할 수 있고 운전자 및/또는 동승자에게 이에 대한 정보를 제공할 수 있다.
이러한 차량용 카메라 시스템은 이하의 본 실시예에 따른 광학계(1000)를 갖는 카메라 모듈을 포함할 수 있고, 차량(2000)의 전방, 후방, 각 측면 또는 코너 영역을 통해 획득된 정보를 이용하여 사용자에게 제공하거나 처리하여 자동 운전 또는 주변 안전으로부터 차량(2000)과 물체를 보호할 수 있다. 또한, 차량(2000)의 내부에도 배치되어 운전자 및 동승자에게 다양한 정보를 제공할 수 있다. 즉, 제1카메라 모듈(2310) 및 제2카메라 모듈(2320) 중 적어도 하나의 카메라 모듈은 후술할 광학계(1000)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 카메라 모듈은 광학계는 안전 규제, 자율주행 기능의 강화 및 편의성 증가를 위해 차량 내에 복수로 탑재될 수 있다. 또한 카메라 모듈의 광학계는 차선유지시스템(LKAS: Lane keeping assistance system), 차선이탈 경보시스템(LDWS), 운전자 감시 시스템(DMS: Driver monitoring system)과 같은 제어를 위한 부품으로서, 차량 내에 적용되고 있다. 이러한 차량용 카메라 모듈은 주위 온도 변화에도 안정적인 광학 성능을 구현할 수 있고 가격 경쟁력이 있는 모듈을 제공하여, 차량용 부품의 신뢰성을 확보할 수 있다.
이하 본 실시예에 따른 광학계에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 광학계(1000)는 복수의 렌즈들(100, 200, 300) 및 이미지 센서(600)를 포함할 수 있다. 자세하게, 본 실시예에 따른 광학계(1000)는 2매 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학계(1000)는 3매 렌즈를 포함할 수 있고, 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 순차적으로 배치되는 제1렌즈(100), 제2렌즈(200), 제3렌즈(300) 및 이미지 센서(600)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3렌즈(100, 200, 300)은 광학계(1000)의 광축(OA)을 따라 순차적으로 배치될 수 있다.
이 경우, 물체의 정보에 해당하는 광은 제1렌즈(100), 제2렌즈(200) 및 제3렌즈(300)를 통과하여 이미지 센서(600)에 입사될 수 있다.
복수의 렌즈들(100, 200, 300) 각각은 유효 영역 및 비유효 영역을 포함할 수 있다. 유효 영역은 제1 내지 제3렌즈(100, 200, 300) 각각에 입사된 광이 통과하는 영역일 수 있다. 즉, 유효 영역은 입사된 광이 굴절되어 광학 특성을 구현하는 영역일 수 있다. 유효 영역은 유효경 영역일 수 있다.
비유효 영역은 유효 영역 둘레에 배치될 수 있다. 비유효 영역은 광이 입사되지 않는 영역일 수 있다. 즉, 비유효 영역은 광학 특성과 무관한 영역일 수 있다. 또한, 비유효 영역은 렌즈를 수용하는 배럴(미도시) 등에 고정되는 영역일 수 있다. 비유효 영역은 비유효경 영역일 수 있다.
이미지 센서(600)는 광을 감지할 수 있다. 자세하게, 이미지 센서(600)는 복수의 렌즈들, 자세하게 제1 내지 제3렌즈들(100, 200, 300)을 순차적으로 통과한 광을 감지할 수 있다. 이미지 센서(600)는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등 입사되는 광을 감지할 수 있는 소자를 포함할 수 있다.
이미지 센서(600)는 설정된 크기를 가지는 복수의 픽셀(pixel)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(600)의 픽셀 크기는 약 3㎛일 수 있다. 이미지 센서(600)는 설정된 파장의 광을 감지할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(600)는 적외선(IR, Infrared Ray) 광을 감지할 수 있다. 자세하게, 이미지 센서(600)는 약 1500nm 이하의 근적외선(near infrared ray) 광을 감지할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 약 880nm 내지 약 1000nm 파장 대역의 광을 감지할 수 있다.
본 실시예에 따른 광학계(1000)는 커버 글라스(400) 및 필터(500)를 더 포함할 수 있다.
커버 글라스(400)는 복수의 렌즈들(100, 200, 300)과 이미지 센서(600) 사이에 배치될 수 있다. 커버 글라스(400)는 이미지 센서(600)와 인접하게 배치될 수 있다. 커버 글라스(400)는 이미지 센서(600)와 대응되는 형상을 가질 수 있다. 커버 글라스(400)는 이미지 센서(600)보다 크거나 같은 크기로 제공되어 이미지 센서(600)의 상부를 보호할 수 있다.
또한, 필터(500)는 복수의 렌즈들(100, 200, 300)과 이미지 센서(600) 사이에 배치될 수 있다. 필터(500)는 복수의 렌즈들(100, 200, 300) 중 이미지 센서(600)와 가장 인접한 마지막 렌즈(제3렌즈(300))와 이미지 센서(600) 사이에 배치될 수 있다. 자세하게, 필터(500)는 커버 글라스(400)와 이미지 센서(600) 사이에 배치될 수 있다.
필터(500)는 설정된 파장 대역의 광을 통과시키고, 이와 다른 파장 대역의 광을 필터링할 수 있다. 필터(500)는 이미지 센서(600)가 수광하는 광과 대응되는 파장 대역의 광을 통과시킬 수 있고, 수광하는 광과 대응되지 않는 파장 대역의 광을 차단할 수 있다. 자세하게, 필터(500)는 적외선 파장대역의 광을 통과시킬 수 있고, 자외선, 가시광선 대역의 광을 차단할 수 있다. 예를 들어, 필터(500)는 적외선 패스(IR Pass) 필터, 적외선 컷오프(IR Cutoff) 필터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 광학계(1000)는 조리개(STOP)를 포함할 수 있다. 조리개(STOP)는 제1렌즈(100)와 제2렌즈(200)의 사이에 배치될 수 있다. 조리개(STOP)는 제2렌즈(200)보다 제1렌즈(100)에 가깝게 배치될 수 있다. 조리개(STOP)는 제2렌즈(200)의 물체측면으로부터 이격될 수 있다. 조리개(STOP)는 피사체로부터 입사되는 광의 광량을 조절할 수 있다. 조리개(STOP)는 제1렌즈(100)를 통과한 광의 광량을 조절할 수 있다. 조리개(STOP)는 제3렌즈(300)로 입사하는 광의 광량을 조절할 수 있다. 조리개(STOP)는 구경 조리개를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 광학계는 고굴절률을 갖는 제1렌즈(100)와 저굴절률을 갖는 제2렌즈(200) 사이에 조리개를 배치함으로써, 향상된 광학적 특성을 가질 수 있다.
이하에서는 표 1을 참조하여, 본 실시예에 따른 복수의 렌즈에 대해 보다 자세히 설명하도록 한다.
렌즈 면 곡률반경(mm) 두께 또는 간격(mm) 굴절률 아베수 유효경 크기
제1렌즈 제1면(S1) 2.398 1.331 1.5350 55.7000 2.809
　 제2면(S2) 176.549 0.040 2.080
STOP - infinity 1.089 2.000
제2렌즈 제3면(S3) -2.292 1.602 1.6714 19.2000 2.387
　 제4면(S4) -1.515 0.115 3.571
제3렌즈 제5면(S5) 17.782 0.910 1.5350 55.7000 4.594
　 제6면(S6) 1.736 0.333 5.477
필터 　 infinity 0.300 5.669
　 　 infinity 0.750 6.029
커버 글라스 　 infinity 0.400 6.155
이미지 센서 　 infinity 0.045 6.181
표 1은 본 실시예에 따른 제1 내지 제3 렌즈들(100, 200, 300)의 곡률반경(Radius of Curvature), 광축(OA)에서의 각 렌즈의 두께(Thickness), 광축(OA)에서 각 렌즈 사이의 간격(distance), d-line (587.562 mm) 파장 대역의 광에 대한 굴절률(Refractive index), 아베수(Abbe's Number) 및 유효경(Clear aperture; CA)의 크기에 대한 것이다. 여기서, 표 1에 기재된 렌즈 데이터는 상온(약 20℃)에서의 데이터이다.
도 4 및 표 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 광학계(1000)의 제1렌즈(100)는 플라스틱(Plastic) 재질을 가지며 광축(OA)에서 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 또한, 광축(OA)에서 제1렌즈(100)의 제1면(S1)은 볼록한 형상을 가질 수 있고, 제2면(S2)은 오목할 수 있다. 제1렌즈(100)는 광축(OA)에서 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 또한, 광축(OA)에서 제1렌즈(100)의 제1면(S1)은 볼록한 형상을 가질 수 있고, 제2면(S2)는 볼록한 형상을 가질 수 있다. 제1렌즈(100)는 광축(OA)에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다.
제1면(S1) 및 제2면(S2) 중 적어도 하나의 면은 비구면(Asphere)일 수 있다. 예를 들어, 제1면(S1) 및 제2면(S2)은 모두 비구면(Asphere)일 수 있다. 제1면(S1)은 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 제1면(S1)은 유효경 영역 이외의 영역인 플랜지부 영역에서 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 제2면(S2)은 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 제2면(S2)는 유효경 영역 내에서 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다.
제2렌즈(200)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제2렌즈(200)는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
제2렌즈(200)는 물체측면으로 정의되는 제3면(S3) 및 센서측면으로 정의되는 제4면(S4)을 포함할 수 있다. 제3면(S3)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 제4면(S4)은 광축(OA)에서 오목할 수 있다. 즉, 제2렌즈(200)는 광축(OA)에서 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 제3면(S3)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 제4면(S4)은 볼록할 수 있다. 즉, 제2렌즈(200)는 광축(OA)에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 제3면(S3)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 제4면(S4)은 광축(OA)에서 볼록할 수 있다. 즉, 제2렌즈(200)는 광축(OA)에서 센서 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 제3면(S3)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 제4면(S4)은 광축(OA)에서 오목할 수 있다. 즉, 제2렌즈(200)는 광축(OA)에서 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 제4면(S4)은 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 제4면(S4)는 유효경 영역 내에서 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다.
제3면(S3) 및 제4면(S4) 중 적어도 하나의 면은 비구면(Asphere)일 수 있다. 예를 들어, 제3면(S3) 및 제4면(S4)은 모두 비구면(Asphere)일 수 있다.
제3렌즈(300)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제3렌즈(300)는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
제3렌즈(300)는 물체측면으로 정의되는 제5면(S5) 및 센서측면으로 정의되는 제6면(S6)을 포함할 수 있다. 제5면(S5)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 제6면(S6)은 광축(OA)에서 오목할 수 있다. 즉, 제3렌즈(300)는 광축(OA)에서 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 제5면(S5)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 제6면(S6)은 광축(OA)에서 볼록할 수 있다. 즉, 제3렌즈(300)는 광축(OA)에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 제5면(S5)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 제6면(S6)은 광축(OA)에서 볼록할 수 있다. 즉, 제3렌즈(300)는 광축(OA)에서 센서 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 제5면(S5)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 제6면(S6)은 광축(OA)에서 오목할 수 있다. 즉, 제3렌즈(300)는 광축(OA)에서 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 제5면(S5)은 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 제5면(S5)은 유효경 영역 이외의 영역인 플랜지부 영역에서 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 제6면(S6)은 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 제6면(S6)는 유효경 영역 내에서 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다.
제5면(S5) 및 제6면(S6) 중 적어도 하나의 면은 비구면(Asphere)일 수 있다. 예를 들어, 제5면(S5) 및 제6면(S6)은 모두 비구면(Asphere)일 수 있다.
다음의 표 2는 저온(-40℃) 내지 고온(85℃)의 온도 범위에서 다양한 파장의 광에 대한 제1 내지 제3렌즈(100, 200, 300)의 굴절률에 대한 데이터이다.
d-line 587.562
온도 제1렌즈 제2렌즈 제3렌즈
-40 1.5412 1.6785 1.5412
-20 1.5392 1.6761 1.5392
-18 1.5386 1.6759 1.5386
0 1.5372 1.6737 1.5372
20 1.5348 1.6714 1.5348
40 1.5334 1.6690 1.5334
60 1.5310 1.6667 1.5310
80 1.5292 1.6643 1.5292
85 1.5287 1.6637 1.5287
표 2를 참조하면, 제1렌즈(100), 제2렌즈(200) 및 제3렌즈(300)는 온도 변화에 따라 서로 상이한 굴절률 변화 특성을 가질 수 있다.
제1렌즈(100)와 제3렌즈(300)의 굴절률은 동일할 수 있고, 제2렌즈(200)의 굴절률은 제1렌즈(100) 및 제3렌즈(300)의 굴절률과 상이할 수 있다. 제1렌즈(100) 및 제3렌즈(300)의 굴절률은 제2렌즈(200)의 굴절률보다 작은 값을 가질 수 있다.
또한, 표 2를 참조하면, 제1 내지 제3렌즈(100, 200, 300)는 저온(약 -40℃) 내지 고온(약 85℃)의 온도 범위에서 온도에 따라 변화하는 굴절률이 매우 작은 것을 알 수 있다. 특히, 제1 내지 제3렌즈(100, 200, 300)의 온도 변화에 따른 굴절률의 변화(dnt_1/dt, dnt_2/dt, dnt_3/dt)는 음수를 가지는 것을 알 수 있다.
다음의 표 3은 상온(약 20℃)에서 제1렌즈(100)의 물체 측면(제1면(S1)) 및 센서 측면(제2면(S2)) 각각의 광축(OA)의 수직 방향 높이(0.2mm 간격)에 따른 Sag 데이터이다.
또한, 표 4는 상온(약 20℃)에서 광축(OA)의 수직 방향 높이(0.2mm 간격)에 따른 렌즈 두께에 대한 데이터이다. 자세하게, 표 4의 D_1은 제1렌즈(100)의 중심 두께로 제1렌즈(100)의 광축(OA)에서의 두께(mm)이다. 또한, 표 4의 D_1_ET는 제1렌즈(100)의 유효 영역 끝단에서의 광축(OA) 방향 두께(mm)를 의미한다. 자세하게, 제1렌즈(100)의 물체측면(제1면(S1))의 유효 영역 끝단과 제1렌즈(100)의 센서측면(제2면(S2))의 유효 영역 끝단 사이의 광축(OA) 방향 거리(mm)를 의미한다.
제1렌즈의 물체 측면에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm) 제1렌즈의 물체 측면의 Sag(mm) 제1렌즈의 센서 측면에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm) 제1렌즈의 센서 측면의 Sag(mm)
0 0 0 0
0.2 0.008342 0.2 0.000096
0.4 0.033438 0.4 0.000177
0.6 0.075611 0.6 -0.000522
0.8 0.135237 0.8 -0.003683
1.0 0.212560 1.0 -0.012856
1.2 0.306717 - -
1.4 0.412283 - -
광축으로부터 광축의 수직 방향 높이(mm) 제1렌즈의 광축 방향 두께(mm)
0 1.33083 (D_1)
0.2 1.32258
0.4 1.29757
0.6 1.25469
0.8 1.19191
1.0 1.10541
1.2 1.01218
1.4 3.08208(D_1_ET)
광축으로부터 광축의 수직 방향 높이(mm) 제1렌즈의 물체측면(제1면(S1))의 Slope angle(degree) 제1렌즈의 센서측면(제2면(S2))의 Slope angle(degree)
0 0 0
0.2 4.8 0
0.4 9.5 0
0.6 14.3 -0.4
0.8 18.9 -1.5
1.0 23.3 -4.0
1.2 26.9 -
1.4 27.8 -
표 3, 표 4를 참조하면, 제1렌즈(100)의 광축(OA) 방향 두께는 광축(OA)에서 제1렌즈(100)의 유효경의 끝단 방향으로 갈수록 얇아질 수 있다. 자세하게, 제1렌즈(100)의 광축(OA) 방향 두께는 광축(OA) 내지 제2면(S2)의 유효경 끝단까지의 범위에서 광축(OA)에서 최대값을 가질 수 있고, 제2면(S2)의 유효경의 끝단에서 최소값을 가질 수 있다.
또한, 표 5는 상온(약 20℃)에서 광축(OA)의 수직 방향 높이(0.2mm 간격)에 따른 제1렌즈의 물체측면(제1면(S1))과 제1렌즈의 센서측면(제2면(S2))의 Slope Angle(degree)의 데이터이다. Slope Angle은 렌즈면에 접하는 접선과 광축(OA)에 수직인 선이 이루는 각도를 의미한다.
이에 따라, 제1렌즈(100)는 입사하는 광을 제어하여 향상된 수차 제어 특성을 가질 수 있다.
다음의 표 6은 상온(약 20℃)에서 제2렌즈(200)의 물체측면(제3면(S3)) 및 센서측면(제4면(S4)) 각각의 광축(OA)의 수직 방향 높이(0.2mm 간격)에 따른 Sag 데이터이다.
또한, 표 7은 상온(약 20℃)에서 광축(OA)의 수직 방향 높이(0.2mm 간격)에 따른 렌즈 두께에 대한 데이터이다. 자세하게, 표 7의 D_2는 제2렌즈(200)의 중심 두께로 제2렌즈(200)의 광축(OA)에서의 두께(mm)이다. 또한, 표 7의 D_2_ET는 제2렌즈(200)의 유효 영역 끝단에서의 광축(OA) 방향 두께(mm)를 의미한다. 자세하게, 제2렌즈(200)의 물체측면(제3면(S3))의 유효 영역 끝단과 제2렌즈(200)의 센서측면(제4면(S4))의 유효 영역 끝단 사이의 광축(OA) 방향 거리(mm)를 의미한다.
제2렌즈의 물체 측면에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm) 제2렌즈의 물체 측면의 Sag(mm) 제2렌즈의 센서 측면에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm) 제2렌즈의 센서 측면의 Sag(mm)
0 0 0 0
0.2 -0.008800 0.2 -0.013178
0.4 -0.036080 0.4 -0.052372
0.6 -0.084512 0.6 -0.116462
0.8 -0.158765 0.8 -0.203590
1.0 -0.264721 1.0 -0.311458
1.2 -0.410780 1.2 -0.436542
- - 1.4 -0.570487
- - 1.6 -0.695283
- - 1.7 -0.745133
광축으로부터 광축의 수직 방향 높이(mm) 제2렌즈의 광축 방향 두께(mm)
0 1.602 (D_2)
0.2 1.598
0.4 1.586
0.6 1.570
0.8 1.557
1.0 1.555
1.2 1.576
1.4 1.735
1.7 1.735 (D_2_ET)
광축으로부터 광축의 수직 방향 높이(mm) 제2렌즈의 물체측면(제3면(S3))의 Slope angle(degree) 제2렌즈의 센서측면(제4면(S4))의 Slope angle(degree)
0 0 0
0.2 -5.1 -7.8
0.4 -10.5 -14.5
0.6 -16.8 -20.8
0.8 -24.0 -26.1
1.0 -31.8 -30.4
1.2 -40.5 -33.3
1.4 - -33.7
1.6 - -29.1
1.8 - -12.5
표 6 및 표 7을 참조하면, 제2렌즈(200)의 광축(OA) 방향 두께는 광축(OA)에서 제2렌즈(200)의 유효경의 끝단 방향으로 갈수록 얇아질 수 있다. 자세하게, 제2렌즈(200)의 광축(OA) 방향 두께는 광축(OA) 내지 제3면(S3)의 유효경 끝단까지의 범위에서 광축(OA)에서 최대값을 가질 수 있고, 제3면(S3)의 유효경의 끝단에서 최소값을 가질 수 있다.
또한, 표 8은 상온(약 20℃)에서 광축(OA)의 수직 방향 높이(0.2mm 간격)에 따른 제2렌즈(200)의 물체측면(제4면(S4))과 제2렌즈(200)의 센서측면(제2면(S2))의 Slope Angle(degree)의 데이터이다. Slope Angle은 렌즈면에 접하는 접선과 광축(OA)에 수직인 선이 이루는 각도를 의미한다.
이에 따라, 제2렌즈(200)는 저온 내지 고온의 온도 범위에서 온도에 따라 광학적 특성이 변화하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다.
다음의 표 9는 상온(약 20℃)에서 제3렌즈(300)의 물체측면(제5면(S5)) 및 센서측면(제6면(S6)) 각각의 광축(OA)의 수직 방향 높이(0.2mm 간격)에 따른 Sag 데이터이다.
또한, 표 10은 상온(약 20℃)에서 광축(OA)의 수직 방향 높이에 따른 렌즈 두께에 대한 데이터이다. 자세하게, 표 10의 D_3은 제3렌즈(300)의 중심 두께로 제3렌즈(300)의 광축(OA)에서의 두께(mm)이다. 또한, 표 10의 D_3_ET는 제3렌즈(300)의 유효 영역 끝단에서의 광축(OA) 방향 두께(mm)를 의미한다. 자세하게, 제3렌즈(300)의 물체측면(제5면(S5))의 유효 영역 끝단과 제3렌즈(300)의 센서측면(제6면(S6))의 유효 영역 끝단 사이의 광축(OA) 방향 거리(mm)를 의미한다.
제3렌즈의 물체 측면에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm) 제3렌즈의 물체 측면의 Sag(mm) 제3렌즈의 센서 측면에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm) 제3렌즈의 센서 측면의 Sag(mm)
0 0 0 0
0.2 0.001002 0.2 0.011272
0.4 0.002719 0.4 0.042387
0.6 0.002323 0.6 0.086840
0.8 -0.002663 0.8 0.137449
1.0 -0.013447 1.0 0.188413
1.2 -0.029788 1.2 0.235607
1.4 -0.049507 1.4 0.275934
1.6 -0.068631 1.6 0.306826
1.8 -0.083569 1.8 0.326159
2.0 -0.093438 2.0 0.331788
2.2 -0.100106 2.2 0.320061
2.3 -0.102119 2.4 0.283972
- - 2.6 0.211097
- - 2.7 0.154880
광축으로부터 광축의 수직 방향 높이(mm) 제3렌즈의 광축 방향 두께(mm)
0 0.910 (D_3)
0.2 0.920
0.4 0.950
0.6 0.855
0.8 1.050
1.0 1.112
1.2 1.175
1.4 1.235
1.6 1.285
1.8 1.320
2.0 1.335
2.2 1.330
2.4 1.295
2.6 1.254
2.7 1.459 (D_3_ET)
광축으로부터 광축의 수직 방향 높이(mm) 제3렌즈의 물체측면(제5면(S5))의 Slope angle(degree) 제3렌즈의 센서측면(제6면(S6))의 Slope angle(degree)
0 0 0
0.2 0.5 6.3
0.4 0.3 11.0
0.6 -0.7 13.7
0.8 -2.2 14.5
1.0 -3.9 13.9
1.2 -5.3 12.5
1.4 -5.8 10.2
1.6 -5.0 7.2
1.8 -3.5 3.7
2.0 -2.2 -0.6
2.2 -1.6 -6.4
2.3 -0.5 -10.1
2.4 - -14.5
2.6 - -26.0
2.7 - -32.6
표 9 및 표 10을 참조하면, 제3렌즈(300)의 광축(OA) 방향 두께는 광축(OA)에서 제3렌즈(300)의 유효경의 끝단 방향으로 갈수록 두꺼워질 수 있다. 자세하게, 제3렌즈(300)의 광축(OA) 방향 두께는 광축(OA) 내지 제5면(S5)의 유효경 끝단까지의 범위에서 제5면(S5)의 유효경의 끝단에서 최대값을 가질 수 있고, 광축(OA)에서 최소값을 가질 수 있다.
또한, 표 11은 상온(약 20℃)에서 광축(OA)의 수직 방향 높이(0.2mm 간격)에 따른 제3렌즈(300)의 물체측면(제5면(S5))과 제3렌즈(300)의 센서측면(제6면(S6))의 Slope Angle(degree)의 데이터이다. Slope Angle은 렌즈면에 접하는 접선과 광축(OA)에 수직인 선이 이루는 각도를 의미한다.
이에 따라, 제3렌즈(300)는 저온 내지 고온의 온도 범위에서 온도에 따라 광학적 특성이 변화하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다.
본 실시예에 따른 광학계(1000)에서 각 렌즈면의 비구면 계수의 값은 다음의 표 12과 같다.
제1면(S1) 제2면(S2) 제3면(S3) 제4면(S4) 제5면(S5) 제6면(S6)
Y 2.3978 176.5490 -2.2922 -1.5147 17.7823 1.7362
K 0.0626 -90.8230 1.6786 -0.6320 13.1395 -5.2002
A -0.0105 -0.0115 -0.0196 0.0292 -0.0793 -0.0582
B 0.0374 0.0209 0.0229 0.0121 0.0658 0.0298
C -0.1212 -0.1702 -0.0561 -0.0151 -0.0450 -0.0122
D 0.2192 0.5538 0.0838 0.0089 0.0229 0.0033
E -0.2473 -0.8539 -0.0510 -0.0021 -0.0078 -0.0006
F 0.1759 0.8590 0.0120 0.0002 0.0017 0.0001
G -7.70E-02 -5.28E-01 　 　 -2.30E-04 -2.76E-06
H 1.89E-02 1.15E-01 　 　 1.76E-05 5.70E-09
J -2.00E-03 　 　 　 -5.83E-07 3.22E-09
또한, 본 실시예에 따른 광학계(1000)에서 제1렌즈(100)와 제2렌즈(200) 사이의 간격(제1간격)은 상온(약 20℃)에서 다음의 표 13와 같을 수 있다.
제1렌즈의 센서 측면에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm) 제1렌즈의 센서 측면에서 조리개의 물체 측면까지의 광축 방향 간격(mm) 조리개의 센서 측면에서부터 제2렌즈의 물체 측면까지의 광축 방향 간격(mm) 제2렌즈의 물체 측면에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm)
0 0.040 1.602 0
0.2 0.040 1.598 0.2
0.4 0.040 1.586 0.4
0.6 0.041 1.570 0.6
0.8 0.044 1.557 0.8
1.0(L1) 0.053 1.555 1.0(L1)
표 13을 참조하면, 제1간격(d12)은 제1렌즈의 센서 측면에서 제2렌즈의 물체측면까지의 광축 방향의 거리를 의미할 수 있다. 제1간격(d12)은 제1렌즈의 센서 측면에서 조리개 물체측면까지의 광축 방향의 간격과 조리개의 센서 측면에서부터 제2렌즈의 물체 측면까지의 광축 방향의 간격의 합일 수 있다. 제1간격(d12)는 제1에어갭(d12)일 수 있다.
제1간격은 광축(OA)에서 제2면(S2)의 유효경의 끝단인 제1지점(L1)으로 갈수록 작아질 수 있다. 여기서 제1지점(L1)이 의미하는 값은 서로 마주하는 제1렌즈(100)의 센서측면(제2면(S2))과 제2렌즈(200)의 물체측면(제3면(S3)) 중 유효경 크기가 작은 제2면(S2)의 유효 반경 값의 근사값으로, 표 3에 기재된 제2면(S2)의 유효경 값의 1/2의 근사값을 의미한다.
제1간격은 광축(OA)에서 최대값을 가질 수 있고, 제1지점(L1)에서 최소값을 가질 수 있다. 제1간격의 최대값은 최소값의 약 1배 내지 약 1.3배일 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서 제1간격의 최대값은 최소값의 약 1.03배일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 광학계(1000)에서 제2렌즈(200)와 제3렌즈(300) 사이의 간격(제2간격)은 상온(약 20℃)에서 다음의 표 14와 같을 수 있다.
제2렌즈의 센서 측면에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm) 제2에어갭(d23)의 광축 방향 간격(mm)
(제2간격)		 제3렌즈의 물체 측면에서 광축으로부터의 광축의 수직 방향 높이(mm)
0 0.115 0
0.2 0.129 0.2
0.4 0.170 0.4
0.6 0.234 0.6
0.8 0.316 0.8
1.0 0.413 1.0
1.2 0.522 1.2
1.4 0.636 1.4
1.6 0.742 1.6
1.7(L2) 0.783 1.7(L2)
표 14를 참조하면, 제2간격(d23)은 제2렌즈의 센서 측면에서 제3렌즈의 물체 측면까지의 광축 방향을 의미할 수 있다. 제2간격(d23)는 제2에어갭(d23)일 수 있다.
제2간격은 광축(OA)에서 제4면(S4)의 유효경의 끝단인 제2지점(L2)으로 갈수록 커질 수 있다. 여기서 제2지점(L2)이 의미하는 값은 서로 마주하는 제2렌즈(200)의 센서측면(제4면(S4))과 제3렌즈(300)의 물체측면(제5면(S5)) 중 유효경 크기가 작은 제4면(S4)의 유효 반경 값의 근사값으로, 표 3에 기재된 제4면(S4)의 유효경 값의 1/2의 근사값을 의미한다.
제2간격은 제2지점(L2)에서 최대값을 가질 수 있고, 광축(OA)에서 최소값을 가질 수 있다. 제2간격의 최대값은 최소값의 약 6배 내지 약 8배일 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서 제2간격의 최대값은 최소값의 약 6.8배일 수 있다.
본 실시예에 따른 광학계(1000)는 이하에서 설명되는 수학식 중 적어도 하나를 만족할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 광학계(1000)는 저온 내지 고온의 온도 범위에서 온도에 따라 광학적 특성이 변화하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있어, 다양한 온도에서 향상된 광학 특성을 구현할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 광학계(1000)는 후술할 수학식 중 적어도 하나를 만족함에 따라 다양한 온도에서 향상된 왜곡 및 수차 특성을 가질 수 있다. 일부 수학식들에 표기된 용어는 도 21을 참고하여 설명하기로 한다.
[수학식 1]
1.2 < L1_CT / L1_ET < 1.6
수학식 1에서 L1_CT는 상온(약 20℃)에서 제1렌즈(100)의 중심 두께로 제1렌즈(100)의 광축(OA)에서의 두께(mm)이다. 또한, L1_ET는 상온(약 20℃)에서 제1렌즈(100)의 유효 영역 끝단에서의 광축(OA) 방향 두께(mm)를 의미한다.
자세하게, L1_ET는 제1렌즈(100)의 물체측면(제1면(S1))의 유효 영역 끝단과 제1렌즈(100)의 센서측면(제2면(S2))의 유효 영역 끝단 사이의 광축(OA) 방향 거리(mm)를 의미한다. L1_ET는 제1렌즈(100)의 유효경 외측의 플랜지부 두께일 수 있다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 1을 만족할 경우, 광학계(1000)는 향상된 색수차 감소 특성을 가질 수 있다.
[수학식 2]
1 < L3_ET / L3_CT < 1.5
수학식 2에서 L3_CT는 상온(약 20℃)에서 제3렌즈(300)의 중심 두께로 제3렌즈(300)의 광축(OA)에서의 두께(mm)이다. 또한, L3_ET는 상온(약 20℃)에서 제3렌즈(300)의 유효 영역 끝단에서의 광축(OA) 방향 두께(mm)를 의미한다. 자세하게, L3_ET는 제3렌즈(300)의 물체측면(제5면(S5))의 유효 영역 끝단과 제3렌즈(100)의 센서측면(제6면(S6))의 유효 영역 끝단 사이의 광축(OA) 방향 거리(mm)를 의미한다. L3_ET는 제3렌즈(300)의 유효경 외측의 플랜지부 두께일 수 있다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 2를 만족할 경우, 광학계(1000)는 향상된 수차 감소 특성을 가질 수 있다.
[수학식 3]
1.6 < n2 < 1.7
수학식 3에서 n2은 제2렌즈(200)의 d-line(587.6nm) 파장 대역의 광에 대한 굴절률이다.
[수학식 4]
1.2 < L3S2_max_sag to Sensor < 1.8
수학식 4에서 L3S2_max_sag to Sensor는 제3렌즈(300)의 센서측면(제6면(S6))의 최대 Sag 값인 지점에서 이미지 센서(600)까지의 광축(OA) 방향 거리(mm)를 의미한다.
[수학식 5]
1 < BFL / L3S2_max_sag to Sensor < 1.5
수학식 5에서 L3S2_max_sag to Sensor는 제3렌즈(300)의 센서측면(제6면(S6))의 최대 Sag 값인 지점에서 이미지 센서(600)까지의 광축(OA) 방향 거리(mm)를 의미한다. BFL(Back focal length)은 상온(약 20℃)에서 이미지 센서(600)와 최인접한 렌즈의 센서측면의 정점으로부터 이미지 센서(600)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)이다.
[수학식 6]
30 < |L3S2_max slope| < 35
수학식 6에서 L3S2_max slope는 제3렌즈의 센서측면에 접하는 접선이 광축(OA)에 수직인 선과 이루는 각도 중 최대값을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 6을 만족할 경우, 광학계(1000)는 Flare 현상을 최소화할 수 있다.
[수학식 7]
6 < d23_max / d23_CT < 7
수학식 7에서 d23_CT는 상온(약 20℃)에서 제2렌즈(200)의 센서측면(제4면(S4))에서 제3렌즈(300)의 물체측면(제5면(S5))까지 광축(OA)에서의 거리(mm)이다. 또한, d23_max는 상온(약 20℃)에서 제2렌즈(200)의 센서 측면(제4면(S4))에서 제3렌즈(300)의 물체 측면(제5면(S5))까지의 거리 중 가장 큰 사이의 거리(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 7을 만족할 경우, 광학계(1000)는 화각의 주변부, 색수차 및 왜곡 수차 특성이 개선된 특성을 가질 수 있다.
[수학식 8]
1 < L3_ET / L3_CT < 1.5
수학식 8에서 L3_CT는 상온(약 20℃)에서 제3렌즈(300)의 중심 두께로 제3렌즈(300)의 광축(OA)에서의 두께(mm)이다. 또한, L3_ET는 상온(약 20℃)에서 제3렌즈(300)의 유효 영역 끝단에서의 광축(OA) 방향 두께(mm)를 의미한다. 자세하게, L3_ET는 제3렌즈(300)의 물체측면(제5면(S5))의 유효 영역 끝단과 제3렌즈(100)의 센서측면(제6면(S6))의 유효 영역 끝단 사이의 광축(OA) 방향 거리(mm)를 의미한다. L3_ET는 제3렌즈(300)의 유효경 외측의 플랜지부 두께일 수 있다.
[수학식 9]
1 < L2_CT / L1_CT < 1.5
수학식 9에서 L2_CT는 상온(약 20℃)에서 광축(OA) 방향에서 제2렌즈의 중심 두께를 의미한다. 또한, L1_CT는 상온(약 20℃)에서 광축(OA) 방향에서 제1렌즈의 중심 두께를 의미한다.
[수학식 10]
1.2 < L2R1 / L2R2 < 1.7
수학식 10에서 L2R1은 상온(약 20℃)에서 제2렌즈(200)의 물체측면(제3면(S3))의 곡률 반경이고, L2R2는 상온(약 20℃)에서 제2렌즈(200)의 센서측면(제4면(S4))의 곡률 반경이다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 10을 만족할 경우, 광학계(1000)는 향상된 수차 제어 특성을 가질 수 있다.
[수학식 11]
1 < CA_L1S1 / CA_L1S2 < 1.5
수학식 11에서 CA_L1S1은 상온(약 20℃)에서 제1렌즈(100)의 물체 측면(제1면(S1))의 유효경의 크기(CA, Clear Aperture)이고, CA_L1S2는 상온(약 20℃)에서 제1렌즈(100)의 센서측면(제2면(S2))의 유효경의 크기이다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 11을 만족할 경우, 광학계(1000)는 입사되는 광을 제어할 수 있고, 광학 성능을 유지하면서 슬림 및 컴팩트한 구조로 제공될 수 있는 적절한 크기를 가질 수 있다.
[수학식 12]
1.2 < CA_L2S2 / CA_L2S1 < 1.7
수학식12에서 CA_L2S1은 상온(약 20℃)에서 제2렌즈(200)의 물체 측면(제3면(S3))의 유효경의 크기(CA, Clear Aperture)이고, CA_L2S2는 상온(약 20℃)에서 제2렌즈(200)의 센서측면(제4면(S4))의 유효경의 크기이다.
[수학식 13]
1 < d23_CT / d23_ET < 1.5
수학식 13에서 d23_CT는 상온(약 20℃)에서 광축(OA)에서의 제2렌즈와 제3렌즈 사이의 거리(mm)이다. 또한, d23_ET는 상온(약 20℃)에서 광축(OA) 방향에서 제2렌즈(200)의 유효 영역 끝단과 제3렌즈(300) 사이의 거리(mm)를 의미한다.
[수학식 14]
1 < L_CT_Max / Air_Max < 2
수학식 14에서 L_CT_Max는 광축(OA) 방향에서 제1 내지 제3렌즈 중 중심 두께가 가장 큰 값을 의미한다. 또한, Air_Max는 광축(OA) 방향에서 제1렌즈와 제2렌즈 사이의 거리 및 제2렌즈와 제3렌즈 사이의 거리 중 큰 값을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 14를 만족할 경우, 광학계(1000)는 설정된 화각, 초점 거리에서 양호한 광학 성능 및 TTL 축소 특성을 가질 수 있다.
[수학식 15]
2.5 < ∑L_CT / ∑Air_CT < 3.5
수학식 15에서 ∑L_CT는 광축(OA) 방향에서 제1 내지 제3렌즈의 중심 두께의 합을 의미한다. 또한, ∑Air_CT는 광축(OA) 방향에서 제1렌즈와 제2렌즈 사이의 거리 및 제2렌즈와 제3렌즈 사이의 거리의 합을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 15를 만족할 경우, 광학계(1000)는 설정된 화각, 초점 거리에서 양호한 광학 성능 및 TTL 축소 특성을 가질 수 있다.
[수학식 16]
20 < ∑Abb / ∑Index < 30
수학식 16에서 ΣIndex는 상온(약 20℃)에서 제1 내지 제3 렌즈의 각각의 d-line에서의 굴절률 합을 의미한다. 또한, ΣAbb는 상온(약 20℃)에서 제1 내지 제3 렌즈 각각의 아베수(Abbe's number)의 합을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 16을 만족할 경우, 저온 내지 고온의 온도 범위에서 광학계(1000)는 향상된 수차 특성 및 해상력을 가질 수 있다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 16을 만족할 경우, 광학계(1000)는 향상된 수차 특성 및 해상력을 가질 수 있다.
[수학식 17]
2 < |Max_distoriton| < 3
수학식 17에서 Max_distoriton은 광학계(1000)의 광학적 왜곡(optical distortion) 값의 최대값을 의미할 수 있다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 17을 만족할 경우, 광학계(1000)는 왜곡 특성이 개선된 특성을 가질 수 있다.
[수학식 18]
0.2 < Air_Edge_Max / L_CT_Max < 0.7
수학식 18에서 Air_Edge_Max는 광축(OA) 방향에서 제1렌즈(100)와 제2렌즈(200) 사이의 엣지(Edge) 부분의 거리(mm) 및 제2렌즈(200)와 제3렌즈(300) 사이의 엣지(Edge) 부분의 거리 중 최대값을 의미한다. 또한, L_CT_Max 광축(OA) 방향에서 제1 내지 제3렌즈(100, 200, 300)의 중심 두께 중 최대값을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 18을 만족할 경우, 광학계(1000)는 광학 성능 및 TTL 축소 구조 특성을 가질 수 있다.
[수학식 19]
1 < CA_L1S1 / CA_min < 1.5
CA_L1S1은 상온(약 20℃)에서 제1렌즈(100)의 물체 측면(제1면(S1))의 유효경의 크기(CA, Clear Aperture)이다.
또한, CA_min은 광학계(1000)에 포함된 복수의 렌즈들(100)의 렌즈면들 중 상온(약 20℃)에서 가장 작은 유효경의 크기(CA)를 가지는 렌즈면의 유효경의 크기(CA)이다.
[수학식 20]
2 < CA_max / CA_min < 3
수학식 20에서 CA_max는 광학계(1000)에 포함된 복수의 렌즈들(100, 200, 300)의 렌즈면들 중 상온(약 20℃)에서 가장 큰 유효경의 크기(CA)를 가지는 렌즈면의 유효경의 크기(CA)이다.
또한, CA_min은 광학계(1000)에 포함된 복수의 렌즈들(100, 200, 300)의 렌즈면들 중 상온(약 20℃)에서 가장 작은 유효경의 크기(CA)를 가지는 렌즈면의 유효경의 크기(CA)이다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 20을 만족할 경우, 광학계(1000)는 광학 성능 및 TTL 축소 구조 특성을 가질 수 있다.
[수학식 21]
1.4 < CA_max / CA_Aver < 2
수학식 21에서 CA_max는 광학계(1000)에 포함된 복수의 렌즈들(100, 200, 300)의 렌즈면들 중 상온(약 20℃)에서 가장 큰 유효경의 크기(CA)를 가지는 렌즈면의 유효경의 크기(CA)이다.
또한, CA_Aver은 광학계(1000)에 포함된 복수의 렌즈들(100, 200, 300)의 렌즈면(물체측면, 센서측면)의 상온(약 20℃)에서 유효경(CA) 크기의 평균(mm)을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 21을 만족할 경우, 광학계(1000)는 광학 성능 및 TTL 축소 구조 특성을 가질 수 있다.
[수학식 22]
0.2 < CA_min / CA_Aver < 0.8
수학식 22에서 CA_min은 광학계(1000)에 포함된 복수의 렌즈들(100)의 렌즈면들 중 상온(약 20℃)에서 가장 작은 유효경의 크기(CA)를 가지는 렌즈면의 유효경의 크기(CA)이다.
또한, CA_Aver은 광학계(1000)에 포함된 복수의 렌즈들(100)의 렌즈면(물체측면, 센서측면)의 상온(약 20℃)에서 유효경(CA) 크기의 평균(mm)을 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 22를 만족할 경우, 광학계(1000) 는 슬림하고 컴팩트한 구조로 제공될 수 있고, 저온 내지 고온의 온도 범위에서 광학 성능 구현을 위한 적절한 크기를 가질 수 있다.
[수학식 23]
0.2 < CA_max / (2*ImgH) < 0.6
수학식 23에서 CA_max는 광학계(1000)에 포함된 복수의 렌즈들(100, 200, 300)의 렌즈면들 중 상온(약 20℃)에서 가장 큰 유효경의 크기(CA)를 가지는 렌즈면의 유효경의 크기(CA)이다.
또한, ImgH는 상온(약 20℃)에서 광축(OA)과 중첩되는 이미지 센서(600)의 상면 중심 0 필드(filed) 영역에서 이미지 센서(600)의 1.0 필드(field) 영역까지의 광축(OA)의 수직 방향 거리의 2배 값이다. 즉, ImgH는 상온(약 20℃)에서 이미지 센서(600)의 전체 대각 방향 길이(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 23을 만족할 경우, 광학계(1000)는 슬림하고 컴팩트한 구조로 제공될 수 있고, 저온 내지 고온의 온도 범위에서 광학 성능 구현을 위한 적절한 크기를 가질 수 있다.
[수학식 24]
1.5 < f / L1R1 < 2.5
수학식 24에서 f는 상온(약 20℃)에서 광학계(1000)의 유효 초점 거리(mm)를 의미한다. f는 EFL(Effective Focal Length)일 수 있다.
또한, L1R1은 상온(약 20℃)에서 제1렌즈(100)의 물체측면(제1면(S1))의 곡률 반경이다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 24를 만족할 경우, 광학계(1000)는 TTL 축소 구조로 제공될 수 있다.
[수학식 25]
0.5 < EPD / L1R1 < 1
수학식 25에서 EPD(Entrance Pupil Diameter)는 입사동의 직경을 의미한다.
또한, L1R1은 상온(약 20℃)에서 제1렌즈(100)의 물체측면(제1면(S1))의 곡률 반경이다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 25를 만족할 경우, 광학계(1000)는 입사광 제어 특성을 가질 수 있다.
[수학식 26]
1 < lf1 / f2l < 1.5
수학식 26에서 f1은 상온(약 20℃)에서 제1렌즈(100)의 초점 거리(mm)이고, f2는 제2렌즈(200)의 상온(약 20℃)에서 초점 거리(mm)이다.
본 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 26을 만족할 경우, 광학계(1000)는 제1렌즈(100) 및 제2렌즈(200)는 입사하는 광 경로 제어를 위한 적절한 굴절력을 가질 수 있고, 광학계(1000)는 향상된 해상력을 가질 수 있다.
[수학식 27]
6mm < TTL < 7.5mm
수학식 27에서 TTL은 상온(약 20℃)의 환경에서 제1렌즈(100)의 물체측 면(제1면(S1))에서 이미지 센서(600)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)이다.
[수학식 28]
2.5mm < ImgH < 3.5mm
수학식 28에서 ImgH는 상온(약 20℃)에서 광축(OA)과 중첩되는 이미지 센서(600)의 상면 중심 0 필드(filed) 영역에서 이미지 센서(600)의 1.0 필드(field) 영역까지의 광축(OA)의 수직 방향 거리의 2배 값이다. 즉, ImgH는 상온(약 20℃)에서 이미지 센서(600)의 전체 대각 방향 길이(mm)를 의미한다.
[수학식 29]
1.5 < BFL < 2
수학식 29에서 BFL(Back focal length)은 상온(약 20℃)에서 이미지 센서(600)와 최인접한 렌즈의 센서측면의 정점으로부터 이미지 센서(600)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)이다.
[수학식 30]
4.5mm < f < 5.5mm
수학식 30에서 f는 상온(약 20℃)에서 광학계(1000)의 유효 초점 거리(mm)를 의미한다. F는 EFL(Effective Focal Length)일 수 있다.
[수학식 31]
50도(degree) < FOV < 80도(degree)
수학식 31에서 FOV는 상온(약 20℃), 저온(약 -40℃) 및 고온(약 85℃)의 환경에서 광학계(1000)의 화각(FOV)을 의미한다.
[수학식 32]
2 < TTL / CA_max < 2.8
수학식 32에서 TTL은 상온(약 20℃)의 환경에서 제1렌즈(100)의 물체측 면(제1면(S1))에서 이미지 센서(600)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)이다.
또한, CA_max는 광학계(1000)에 포함된 복수의 렌즈들(100, 200, 300)의 렌즈면들 중 상온(약 20℃)에서 가장 큰 유효경의 크기(CA)를 가지는 렌즈면의 유효경의 크기(CA)이다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 32을 만족할 경우, 광학계(1000) 는 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서 양호한 광학 성능을 가지며, 슬림하고 컴팩트한 구조로 제공될 수 있다.
[수학식 33]
2 < TTL / ImgH < 2.5
수학식 33에서 TTL은 상온(약 20℃)의 환경에서 제1렌즈(100)의 물체측 면(제1면(S1))에서 이미지 센서(600)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)이다.
또한, ImgH는 상온(약 20℃)에서 광축(OA)과 중첩되는 이미지 센서(600)의 상면 중심 0 필드(filed) 영역에서 이미지 센서(600)의 1.0 필드(field) 영역까지의 광축(OA)의 수직 방향 거리의 2배 값이다. 즉, ImgH는 상온(약 20℃)에서 이미지 센서(600)의 전체 대각 방향 길이(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 33을 만족할 경우, 광학계(1000)는 상대적으로 큰 크기의 이미지 센서(600) 예를 들어 1인치 전후의 큰 이미지 센서(600)를 적용을 위한 BFL(Back focal length)을 확보하며 보다 작은 TTL을 가질 수 있어 고화질 구현 및 슬림한 구조를 가질 수 있다.
[수학식 34]
0.2 < BFL / ImgH < 0.7
수학식 34에서 BFL(Back focal length)은 상온(약 20℃)에서 이미지 센서(600)와 최인접한 렌즈의 센서측면의 정점으로부터 이미지 센서(600)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)이다.
또한, ImgH는 상온(약 20℃)에서 광축(OA)과 중첩되는 이미지 센서(600)의 상면 중심 0 필드(filed) 영역에서 이미지 센서(600)의 1.0 필드(field) 영역까지의 광축(OA)의 수직 방향 거리의 2배 값이다. 즉, ImgH는 상온(약 20℃)에서 이미지 센서(600)의 전체 대각 방향 길이(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 34를 만족할 경우, 광학계(1000)는 상대적으로 큰 크기의 이미지 센서(600), 예를 들어 1인치 전후의 큰 이미지 센서(600)를 적용하기 위한 BFL(Back focal length)을 확보할 수 있고, 마지막 렌즈와 이미지 센서(600) 사이의 간격을 최소화할 수 있어 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서 양호한 광학 특성을 가질 수 있다.
[수학식 35]
3.5 < TTL / BFL < 4
수학식 35에서 TTL은 상온(약 20℃)의 환경에서 제1렌즈(100)의 물체측 면(제1면(S1))에서 이미지 센서(600)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)이다.
또한, BFL(Back focal length)은 상온(약 20℃)에서 이미지 센서(600)와 최인접한 렌즈의 센서측면의 정점으로부터 이미지 센서(600)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)이다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 35을 만족할 경우, 광학계(1000)는 BFL을 확보하며 슬림하고 컴팩트하게 제공될 수 있다.
[수학식 36]
0.5 < f / TTL < 1
수학식 36에서 f는 상온(약 20℃)에서 광학계(1000)의 유효 초점 거리(mm)를 의미한다. F는 EFL(Effective Focal Length)일 수 있다.
또한, TTL은 상온(약 20℃)의 환경에서 제1렌즈(100)의 물체측 면(제1면(S1))에서 이미지 센서(600)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)이다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 36을 만족할 경우, 광학계(1000)는 슬림하고 컴팩트하게 제공될 수 있다.
[수학식 37]
2.5 < f / BFL < 3
수학식 37에서 f는 상온(약 20℃)에서 광학계(1000)의 유효 초점 거리(mm)를 의미한다. f는 EFL(Effective Focal Length)일 수 있다.
또한, BFL(Back focal length)은 상온(약 20℃)에서 이미지 센서(600)와 최인접한 렌즈의 센서측면의 정점으로부터 이미지 센서(600)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)이다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 37을 만족할 경우, 광학계(1000)는 설정된 화각을 가지며 적절한 초점 거리를 가질 수 있고, 슬림하고 컴팩트하게 제공될 수 있다. 또한, 광학계(1000)는 마지막 렌즈와 이미지 센서(600) 사이의 간격을 최소화할 수 있어 화각(FOV)의 주변부에서 양호한 광학 특성을 가질 수 있다.
[수학식 38]
1.3 < f / ImgH < 1.8
수학식 38에서 f는 상온(약 20℃)에서 광학계(1000)의 유효 초점 거리(mm)를 의미한다. F는 EFL(Effective Focal Length)일 수 있다.
또한, ImgH는 상온(약 20℃)에서 광축(OA)과 중첩되는 이미지 센서(600)의 상면 중심 0 필드(filed) 영역에서 이미지 센서(600)의 1.0 필드(field) 영역까지의 광축(OA)의 수직 방향 거리의 2배 값이다. 즉, ImgH는 상온(약 20℃)에서 이미지 센서(600)의 전체 대각 방향 길이(mm)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 38을 만족할 경우, 광학계(1000)는 상대적으로 큰 크기의 이미지 센서(600), 예를 들어 1인치 전후의 큰 이미지 센서(600)를 적용하며 향상된 수차 특성을 가질 수 있다.
[수학식 39]
2 < f/ EPD < 2.3
수학식 39에서 f는 상온(약 20℃)에서 광학계(1000)의 유효 초점 거리(mm)를 의미한다. F는 EFL(Effective Focal Length)일 수 있다. 또한, EPD(Entrance Pupil Diameter)는 입사동의 직경을 의미한다.
[수학식 40]
1 < TTL/f < 1.5
수학식 40에서 f는 상온(약 20℃)에서 광학계(1000)의 유효 초점 거리(mm)를 의미한다. F는 EFL(Effective Focal Length)일 수 있다.
또한, TTL은 상온(약 20℃)의 환경에서 제1렌즈(100)의 물체측 면(제1면(S1))에서 이미지 센서(600)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)이다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 40을 만족할 경우, 광학계(1000)는 슬림하고 컴팩트하게 제공될 수 있다.
[수학식 41]
1.8 < Fno < 2.2
수학식 41에서 Fno는 상기 광학계의 F-넘버(F-number)를 의미한다.
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 41을 만족할 경우, 어두운 환경에서도 밝은 환경에서와 같이 촬영할 수 있고, 특히 근적외선(near infrared ray) 광을 감지할 수 있다.
[수학식 42]
v2 < v1
수학식 42에서 제1렌즈(100)의 아베수(abbe-number)를 의미하고, 제2렌즈(200)의 아베수(abbe-number)를 의미한다.
[수학식 43]
1.5 < n1 < 1.6
수학식 43에서 n1은 제1렌즈(100)의 dline(587.6nm) 파장 대역의 광에 대한 굴절률이다.
[수학식 44]
50 < v1 < 60
수학식 44에서 v1은 제1렌즈의 아베수(abbe-number)를 의미한다.
[수학식 45]
10 < v2 < 20
수학식 45에서 v2는 제2렌즈의 아베수(abbe-number)를 의미한다.
[수학식 46]
Figure pat00001
수학식 46에서 Z는 Sag로 비구면 상의 임의의 위치로부터 비구면의 정점까지의 광축 방향의 거리를 의미할 수 있다.
또한, Y는 비구면 상의 임의의 위치로부터 광축까지의 광축에 수직인 방향으로의 거리를 의미할 수 있다.
또한, c는 렌즈의 곡률을 의미할 수 있고, K는 코닉 상수를 의미할 수 있다.
또한, A, B, C, D, … 은 비구면 계수(Aspheric constant)를 의미할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 광학계(1000)에서 제1렌즈(100)는 제2렌즈(200) 및 제3렌즈(300)는 동일한 재료로 제공될 수 있고, 상술한 수학식 1내지 수학식 46 중 적어도 하나의 수학식을 만족할 수 있다. 이에 따라, 광학계(1000)는 온도에 따라 광학적 특성이 변화하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있으며, 다양한 온도에서 향상된 광학 특성을 가지 수 있다.
또한, 실시예예 따른 광학계(1000)는 수학식 1 내지 수학식 46 중 적어도 하나의 수학식을 만족함에 따라 다양한 온도에서 왜곡 및 수차 특성이 변화하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있어 향상된 광학 특성을 가질 수 있다.
다음의 표 15는 본 실시예에 따른 광학계(1000)에서 상술한 수학식들의 항목에 대한 것으로, 상온(약 20℃)에서의 제1 내지 제3 렌즈(100, 200, 300)의 초점 거리, 광학계(1000)의 온도별 TTL(Total track length), BFL(Back focal length), F값, ImgH, 유효 초점 거리(EFL) 값 등에 대한 것이다.
표 16는 본 실시예에 따른 광학계(1000)에서 상술한 수학식 1 내지 수학식 45에 대한 결과 값에 대한 것이다.
본 실시예
D1_CT 1.3308 mm
D2_CT 1.6022 mm
D3_CT 0.9100 mm
D1_ET 0.9000 mm
D2_ET 1.2324 mm
D3_ET 1.1411 mm
f1 (상온(약 20℃)) 4.6057 mm
f2 (상온(약 20℃)) 3.8431 mm
f3 (상온(약 20℃)) -3.7280 mm
EPD (상온(약 20℃)) 2.3773 mm
TD(L1S1~L3S2) (상온(약 20℃)) 5.0865 mm
SD(Stop~L3S2) (상온(약 20℃)) 3.7157 mm
EFL (상온(20℃)) 5.093 mm
EFL (저온(-40℃)) 5.005 mm
EFL (고온(85℃)) 5.190 mm
BFL (상온(20℃)) 1.8328 mm
BFL (저온(-40℃)) 1.8262 mm
BFL (고온(85℃)) 1.8401 mm
Fno (상온(20℃)) 2.16
Fno (저온(-40℃)) 2.12
Fno (고온(85℃)) 2.20
TTL (상온(20℃)) 6.91824 mm
TTL (저온(-40℃)) 6.8972 mm
TTL (고온(85℃)) 6.9411 mm
화각(FOV) (상온(20℃)) 60.79도
화각(FOV) (저온(-40℃)) 60.89도
화각(FOV) (고온(85℃)) 60.68도
수학식 본 실시예
수학식 1 1.2 < L1_CT / L1_ET < 1.6 1.478
수학식 2 1 < L3_ET / L3_CT < 1.5 1.254
수학식 3 1.6 < n2 <1.8 1.671
수학식 4 1.2 < L3S2_max_sag to Sensor < 1.8 1.500
수학식 5 1 < BFL / L3S2_max_sag to Sensor < 1.5 1.222
수학식 6 30 < |L3S2_max slope| < 35 32.600
수학식 7 6 < d23_max / d23_CT < 7 6.808
수학식 8 1 < L3_ET / L3_CT < 1.5 1.254
수학식 9 1 < L2_CT / L1_CT < 1.5 1.204
수학식 10 1.2 < L2R1 / L2R2 < 1.7 1.513
수학식 11 1 < CA_L1S1 / CA_L1S2 < 1.5 1.350
수학식 12 1.2 < CA_L2S2 / CA_L2S1 < 1.7 1.496
수학식 13 6 < d23_ET / d23_CT < 7 6.808
수학식 14 1 < L_CT_Max / Air_Max < 2 1.246
수학식 15 2.5 < ∑L_CT / ∑Air_CT < 3.5 3.090
수학식 16 20 < ∑Abb / ∑Index < 30 27.425
수학식 17 2 < |Max_distoriton| < 3 2.500
수학식 18 0.2 < Air_Edge_Max / L_CT_Max < 0.7 0.514
수학식 19 1 < CA_L1S1 / CA_min < 1.5 1.350
수학식 20 2 < CA_max / CA_min < 3 2.738
수학식 21 1.4 < CA_max / CA_Aver < 2 1.673
수학식 22 0.2 < CA_min / CA_Aver < 0.8 0.611
수학식 23 0.2 < CA_max / (2*ImgH) < 0.6 0.443
수학식 24 1.5 < f / L1R1 < 2.5 2.127
수학식 25 0.5 < EPD / L1R1 < 1 0.851
수학식 26 1 < lf1 / f2l < 1.5 1.198
수학식 27 6 < TTL < 7.5 6.920
수학식 28 2.5 < ImgH < 3.5 3.090
수학식 29 1.5 < BFL < 2 1.833
수학식 30 4.5 < f < 5.5 5.100
수학식 31 50 < FOV < 80 62.000
수학식 32 2 < TTL / CA_max < 2.8 2.527
수학식 33 2 < TTL / ImgH < 2.5 2.239
수학식 34 0.2 < BFL / ImgH < 0.7 0.593
수학식 35 3.5 < TTL / BFL < 4 3.774
수학식 36 0.5 < f / TTL < 1 0.737
수학식 37 2.5 < f / BFL < 3 2.782
수학식 38 1.3 < f / ImgH < 1.8 1.650
수학식 39 2 < f / EPD < 2.3 2.145
수학식 40 1 < TTL/f < 1.5 1.357
수학식 41 2 < Fno < 2.3 2.12
수학식 42 v2 < v1 만족
수학식 43 1.5 < n1 < 1.6 1.5350
수학식 44 50 < v1 < 60 55.7
수학식 45 10 < v2 < 20 19.2
표 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 광학계(1000)는 수학식 1 내지 수학식 45 중 적어도 하나를 만족하는 것을 알 수 있다. 자세하게, 본 실시예에 따른 광학계(1000)는 수학식 1 내지 수학식 45을 모두 만족하는 것을 알 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 광학계(1000)는 저온(-40℃) 내지 고온(85℃)의 온도 범위에서 60도(degree) 내외(60±1도)의 화각을 가지며, 도 5내지 도 13과 같은 광학 특성을 가질 수 있다.
도 5 내지 도 13은 온도에 따른 광학계(1000)의 회절(diffraction) MTF특성과 수차도에 대한 그래프이다.
자세하게, 도 5는 저온(-40℃) 환경에서의 광학계(1000)의 회절(diffraction) MTF 특성에 대한 그래프이고, 도 6은 저온(-40℃) 환경에서의 액츄에이터 구동에 따른 Peak 기준이 보상된 광학계(1000)의 회절(diffraction) MTF 특성에 대한 그래프이다. 도 8는 상온(20℃) 환경에서의 광학계(1000)의 회절(diffraction) MTF 특성에 대한 그래프이고, 도 9은 상온(20℃) 환경에서의 액츄에이터 구동에 따른 Peak 기준이 보상된 광학계(1000)의 회절(diffraction) MTF 특성에 대한 그래프이다. 도 11은 고온(85℃) 환경에서의 광학계(1000)의 회절(diffraction) MTF 특성에 대한 그래프이고, 도 12는 고온(85℃) 환경에서의 액츄에이터 구동에 따른 Peak 기준이 보상된 광학계(1000)의 회절(diffraction) MTF 특성에 대한 그래프이다.
또한, 도 7, 도 10 및 도 13 각각은 저온(-40℃), 상온(20℃) 및 고온(85℃) 환경에서의 광학계(1000)의 수차도에 대한 그래프로, 좌측에서 우측 방향으로 구면 수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점 수차(Astigmatic Field Curves), 왜곡 수차(Distortion)를 측정한 그래프이다. 도 7, 도 10 및 도 13에서 X축은 초점 거리(mm) 또는 왜곡도(%)를 나타낼 수 있고, Y축은 이미지의 높이(height)를 의미할 수 있다. 또한, 구면 수차에 대한 그래프는 약 920nm, 약 940nm 및 약 960nm 파장 대역의 광에 대한 그래프이며, 비점 수차 및 왜곡 수차에 대한 그래프는 940nm 파장 대역의 광에 대한 그래프이다.
도 7, 도 10 및 도 13의 수차도에서는 각 곡선들이 Y축에 근접할 수록 수차보정기능이 좋은 것으로 해석할 수 있는데, 도 7, 도 10 및 도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 광학계(1000)는 거의 대부분의 영역에서 측정 값들이 Y축에 인접한 것을 알 수 있다.
도 5 내지 도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 광학계(1000)는 온도가 저온(-40℃) 내지 고온(85℃)의 범위에서 변화하여도 MTF 특성 및 수차 특성의 변화가 거의 없거나 크지 않는 것을 알 수 있다. 자세하게, 저온(-40℃) 및 고온(85℃)에서 MTF 특성 변화가 상온(22℃)의 10% 미만인 것을 알 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 광학계(1000)는 다양한 온도 범위에서 우수한 광학특성을 유지할 수 있다. 자세하게, 광학계(1000)는 제1렌즈(100)가 제2렌즈(120) 및 제3렌즈(300)와 동일한 플라스틱 재질을 포함할 수 있다.
이때, 본 실시예에 따른 제1 내지 제3 렌즈(100, 200, 300)는 설정된 굴절률, 형상, 두께 등으로 제공되어, 온도에 따라 변화하는 굴절률 변화에 의해 발생하는 초점 거리의 변화를 상호 보상할 수 있다. 따라서, 광학계(1000)는 저온(-40℃) 내지 고온(85℃)의 온도 범위에서 광학적 특성이 변화하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있고, 향상된 광학 특성을 유지할 수 있다.
이하에서는 도 14 내지 도 20을 참조하여, 본 실시예의 광학계에서 온도 변화에 따라 렌즈와 렌즈 사이의 거리 또는 렌즈와 이미지 센서 사이의 거리를 조절하는 카메라 모듈에 대하여 설명한다. 본 실시예에 따른 카메라 모듈을 통해 온도에 따른 성능 변화를 최소화시켜 줄 수 있다.
도 14를 참조하면, 발명의 실시예에 따른 카메라 시스템은 카메라 모듈(1100), 카메라 모듈(1100)에 구동 신호를 제공하는 온도 보상부(211), 카메라 모듈(1100)의 주변 온도를 검출하는 온도 센서(213), 및 온도 변화에 따른 보상율이 저장된 저장부(215)를 포함할 수 있다.
구동부(140)는 제2렌즈 홀더(103)의 어느 한 렌즈를 광축(Lz) 방향으로 이동시켜 주는 제1구동부(141)로 구현될 수 있다. 다른 예로서, 구동부(140)는 메인 기판(700)를 광축(Lz) 방향으로 이동시켜 주는 제2구동부(151)로 구현될 수 있다. 다른 예로서, 구동부(140)는 제1렌즈 홀더(101)의 어느 한 렌즈를 광축(Lz) 방향으로 이동시켜 주는 제3구동부(161)로 구현될 수 있다. 구동부(140)는 단일 구동부로 구현될 수 있으나, 다른 예로서, 2개 이상의 구동부로 구현될 수 있으며, 예컨대, 제1 및 제2구동부(141,151)로 구현되거나, 제1 및 제3구동부(141,161)로 구현되거나, 제2 및 제3구동부(151,161)로 구현될 수 있다.
액츄에이터는 자석 및 코일을 갖는 VCM(Voice Coil Motor) 방식의 구동일 수 있으며, 지지하는 지지부재를 더 포함할 수 있으며, 자석 외측에 요크 또는/및 홀 센서가 배치될 수 있다.
카메라 모듈(1100)은 물체 측에서 센서 측을 향해 복수의 렌즈(100,200,300)들이 광축(Lz)을 따라 적층될 수 있으며, 예컨대 제1렌즈(100), 제2렌즈(200) 및 제3렌즈(300)로 적층될 수 있다. 제1렌즈(100)는 물체 측에 가장 가까운 렌즈 또는 첫 번째 렌즈일 수 있다. 제3렌즈(300)는 센서에 가장 가까운 렌즈 또는 마지막 렌즈로 정의될 수 있다.
카메라 모듈(1100)은 플라스틱 렌즈로만 구성될 수 있다. 차량 내에서 플라스틱 렌즈를 사용하는 경우, 유리 재질의 렌즈에 비해 가격은 낮출 수 있고, 입사측 면과 출사측 면을 비구면으로 제공하여 빛의 경로 제어가 용이할 수 있다. 여기서, 플라스틱 재질은 유리 재질의 열 팽창계수(CTE)에 비해 5배 이상 높고, 온도의 함수에 따른 굴절률의 변경 값은 유리 재질보다 플라스틱 재질이 10배 이상 낮을 수 있다. 플라스틱 렌즈와 같이 온도에 따라 팽창과 수축되는 비율이 큰 경우, 도 15의 (A)(B)와 같이, 플라스틱 렌즈(111,112)가 온도 변화에 따라 팽창 또는 수축될 수 있으며, 예컨대 (A)와 같이, 물체측 면이 볼록하고 또는/및 센서측 면이 오목한 경우, 물체측 방향으로 팽창할 수 있으며, (B)와 같이 물체측 면이 오목하고 또는/및 센서측 면이 볼록한 경우, 센서측 방향으로 팽창할 수 있다. 이러한 렌즈(111,112)는 입사측 면과 출사측 면의 위치 또는 광축(Lz) 높이가 달라질 수 있다. 이에 따라 렌즈(111,112)는 온도 변화에 따라 광학 특성에 영향을 줄 수 있다.
제1렌즈 홀더(101)는 방열 효율을 위해 플라스틱 재질이거나 금속 재질일 수 있다. 제2렌즈 홀더(103)는 방열 효율을 위해 플라스틱 재질이거나 금속 재질일 수 있다. 렌즈 홀더(101,103)가 금속인 경우 카메라 모듈(1100)의 방열 효과를 개선시켜 줄 수 있고, 또는 플라스틱 렌즈와의 같은 재질로 적용할 경우, 열 팽창 계수 차이를 줄여줄 수 있다. 금속 재질은, 예컨대 Al, Ag, 또는 Cu 재질 중에서 선택될 수 있으며, Al 또는 Al 합금일 수 있다. 제1,2렌즈 홀더(101,103)의 표면에는 친수성 재질이 코팅되거나 도포될 수 있다. 발명의 실시예는 BFL의 보상을 위해, 제2렌즈 홀더(103)의 재질이 금속일 수 있다.
렌즈(100,200,300)들 각각은 빛이 입사되는 유효경을 갖는 유효영역과 유효영역의 외측에 비 유효영역인 플랜지를 포함할 수 있다. 비 유효영역은 빛이 차광막(131,133)에 의해 차단되는 영역일 수 있다. 플랜지는 렌즈(100,200,300)의 유효 영역에서 광축(Lz)에 대해 원주 방향으로 연장될 수 있다. 렌즈(100,200,300) 중에서 적어도 하나는 플랜지부가 없거나 상대적으로 짧은 길이로 제공될 수 있다. 제3렌즈(300)는 외측 둘레에 플랜지(117A)가 제2렌즈 홀더(103)의 내측에 결합될 수 있다.
온도 센서(213)는 카메라 모듈(1100)의 주변 온도를 검출할 수 있다. 검출된 온도는 카메라 모듈(1100)의 내부 또는 외부의 온도를 검출할 수 있으며, -50도에서 125도의 범위까지 검출할 수 있다. 카메라 모듈(1100)은 차량, 비행기, 선박, 휴대 단말기와 같은 이동체에 적용될 수 있으며, 예컨대 차량인 경우, 외부 환경에 의해 온도 편차가 클 수 있다. 이때의 기준 온도는 차량 내의 온도일 수 있다.
온도 보상부(211)는 온도 센서(213)로부터 검출된 온도를 기초로 구동부(들)의 구동 모드를 제어하게 된다. 저장부(215)는 검출된 온도와 온도에 따른 온도 보상률이 매칭되어 저장될 수 있다.
예컨대, 도 17과 같이 구간별 온도 보상률은 기준 온도를 기초로 기준(Ref) 온도보다 낮은 온도일 때 보상하기 위한 제1모드(Status 1-3)와, 기준(Ref) 온도보다 높은 온도일 때 보상하기 위한 제2모드(Status 5-8)로 설정할 수 있다. 기준(Ref) 온도는 실내 온도 예컨대, 10도 내지 30도의 범위 또는 15도 내지 25도의 범위일 수 있으며, 바람직하게 20도±10도일 수 있다. 제1모드(Status 1-3)는 기준(Ref) 온도보다 낮은 온도로서, 구간별 온도는 10도부터 -50도까지의 범위를 적어도 3 구간으로 구분할 수 있으며, 제1구간(Status 1)은 10 내지 -10도의 범위이며, 제2구간(Status 2)은 -10도 내지 -30도의 범위이며, 제3구간(Status 3)은 -30도 내지 -50도의 범위일 수 있다. 제1 내지 제3구간(Status 1-3)의 구간별 기준 온도는 0도, -20도 및 -40도일 수 있으며, 구간별 온도의 편차는 ±10도일 수 있다. 제2모드는 기준(Ref) 온도보다 높은 온도로서, 구간별 온도는 30도부터 100도까지의 범위를 적어도 4 구간으로 구분할 수 있으며, 구간별 온도를 보면, 제1구간(Status 5)은 30 내지 50도의 범위이며, 제2구간(Status 6)은 50도 내지 70도의 범위이며, 제3구간(Status 7)은 70도 내지 90도의 범위이며, 제4구간(Status 8)은 제90도 내지 110도의 범위일 수 있다. 제1 내지 제4구간(Status 5-8)의 구간별 기준 온도는 40도, 60도, 80도 및 100도일 수 있으며, 구간별 온도의 편차는 ±10도일 수 있다.
발명의 다른 예는 구간별 온도 보정률은 각 구간(status 1-8)의 평균 온도 변화량으로 보정할 수 있다. 예컨대, 기준 온도보다 낮은 제1구간(Status 1)에서 10도의 온도 보정율과 -10도의 온도 보정률의 평균 값으로 온도 보정률을 설정할 수 있고, 이러한 방식으로 기준 온도보다 낮은 제 2내지 제3 구간 각각의 평균 온도 보정률을 설정할 수 있다. 또한 기준온도 보다 높은 제1구간(Status 5)에서 30도의 온도 보정률과 50도의 온도 보정률의 평균 값으로 해당 구간의 온도 보정률을 설정할 수 있고, 이러한 방식으로 기준 온도보다 높은 제2 내지 제4 구간 각각의 평균 온도 보정률로 보정할 수 있다.
발명의 다른 예는 평균 온도 보정률의 계산에 있어서, 기준보다 낮은 각 구간에서는 상대적으로 낮은 온도의 보정률에 가중치를 더 주고, 기준보다 높은 각 구간에서는 상대적으로 높은 온도의 보정률에 가중치를 더 줄 수 있다. 예컨대, 기준 온도보다 낮은 제1구간(Status 1)에서 10도의 온도 보정율에 가중치를 30%를 주고, -10도의 온도 보정률에 가중치를 70%의 가중치를 두고, 이들 평균 값으로 온도 보정률을 설정할 수 있고, 이러한 방식으로 기준 온도보다 낮은 제2 내지 제3구간 각각의 가중치가 더해진 평균 온도 보정률을 설정할 수 있다. 또한 기준온도 보다 높은 제1구간(Status 5)에서 30도의 온도 보정률에 30%의 가중치를 두고 50도의 온도 보정률에 70%의 가중치를 더 주어, 이들 평균 값으로 해당 구간의 온도 보정률을 설정할 수 있고, 이러한 방식으로 기준 온도보다 높은 제2 내지 제4 구간 각각의 평균 온도 보정률로 보정할 수 있다.
온도 보상부(211)는 검출된 온도를 기초로, 저장부(215)에 저장된 기준 모드, 제1모드의 구간별(Status 1-3) 온도 보상률, 제2모드의 구간별(Status 1-3) 온도 보상률과 비교하여, 매칭되는 온도로 구동 모드를 결정할 수 있다. 또는 온도 보상부(211)는 각 구간별 평균 온도 보상율을 기초로 BFL의 위치를 제어할 수 있다.
온도 보상부(211)는 구동 모드에 따라 적어도 하나의 구동부(141,151,161)를 제어할 수 있다. 예컨대, 제1제어신호(F1)에 의해 제1구동부(141)를 구동할 경우, 제3렌즈(300)의 센서 측면과 이미지 센서(600) 사이의 광축(Lz) 거리 즉, BFL(Back focal length)를 증가 또는 감소시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 제3렌즈(300)가 온도 변화에 따라 수축 또는 팽창하므로, 기준 BFL이 감소되거나 증가될 수 있다.
어느 한 구간인 경우, 제3렌즈(300)는 수축될 수 있고 이로 인해 BFL은 기준 값보다 증가될 수 있으며, 온도 보상부(211)에 의해 BFL의 온도 보상율에 따라 BFL이 증가되도록 구동부(141,151)를 제어할 수 있다. 반대로, 온도 보상부(211)는 검출된 온도가 기준 온도보다 높은 제2모드의 어느 한 구간인 경우, 제3렌즈(300)는 팽창될 수 있고 이로 인해 BFL은 기준 값보다 감소될 수 있으며, 온도 보상부(211)에 의해 BFL의 온도 보상율에 따라 BFL이 감소되도록 제1구동부(141,151)를 제어할 수 있다.
제1구동부(141)는 제1제어신호(F1)가 입력되면, 제3렌즈(300)를 광축(Lz) 방향으로 업(Up) 또는 다운(Down)시켜 줄 수 있다. 제2구동부(151)는 제2제어신호(F2)가 입력되면, 메인 기판(700)을 광축(Lz) 방향으로 업 또는 다운시켜 줄 수 있다. 제3구동부(161)는 제3제어신호(F3)가 입력되면, 제1렌즈 홀더(101) 또는 내부 어느 한 렌즈(100,200,300)를 광축(Lz) 방향으로 업 또는 다운시켜 줄 수 있다. 여기서, 제3구동부(161)가 구동될 경우, 온도 변화에 따라 카메라 모듈(1100)의 TTL(Total track length)의 변화를 조절하거나, BFL 변화에 따른 TTL을 축소 또는 증가시켜 줄 수 있다. TTL은 제1렌즈(100)의 물체측 면에서 이미지 센서(600)까지의 광축(Lz) 거리이다.
도 18과 같이, 발명의 실시 예는 온도가 최저 -40도일 최소 -5%의 지점, 최대 -14.3%의 지점과, 온도가 최고 100도일 때 최소 5%인 지점, 최소 14.3%인 지점을 연결한 영역 내에서 마지막 렌즈(300)의 온도 변화 또는 BFL 변화에 따라 BFL을 증가 또는 감소되도록 제1 또는 제2구동부(141,151)를 구동시켜 주어, 일정한 기준 BFL로 유지할 수 있다. 이에 따라 온도 변화에 따른 카메라 모듈의 광학 성능의 변화를 억제할 수 있다.
온도 보상부(211)에 의해 감지된 온도를 기초로 제어 신호가 입력되면, 제1,2액츄에이터(141A,141B)는 코일(42)과 자석(41) 사이의 전자기적인 영향력에 의해 자석(41)들이 제2렌즈 홀더(103)와 함께 광축(Lz) 방향으로 업 또는 다운하게 된다. 이때 스프링 부재(45)는 제2렌즈 홀더(103)의 광축(Lz) 방향의 이동을 지지하며, 제2렌즈 홀더(103)의 렌즈(L3)와 이미지 센서(600) 사이의 광축 거리(BFL)는 증가 또는 감소하게 된다. 따라서, 제2렌즈 홀더(103)의 마지막 렌즈(L3)와 이미지 센서(600) 사이의 거리(BFL)는 온도에 의해 마지막 렌즈(L3)가 팽창 또는 수축하더라도, 일정하게 유지될 수 있다. 이에 따라 카메라 모듈(1100)은 구성에 의해 온도가 가변되더라도, 광학 성능의 변화를 억제할 수 있다.
도 20을 참조하면, 온도 보상부(211)에 의해 BFL 보상 방법은, 온도 센서(213)에 의해 카메라 모듈(1100)의 주변 온도를 검출하며(S1), 검출된 주변 온도와 저장부(215)에 저장된 온도 보성 테이블을 비교 및 매칭하게 된다(S2). 이때 주변 온도가 기준 모드인 경우, 기준 BFL로 유지하도록 제어하며(S3), 기준 온도보다 낮은 제1온도인 경우 BFL이 증가되도록 카메라 모듈의 제1 또는 제2구동부(141,151)에 구동력을 제공하며(S4), 기준 온도보다 높은 제2온도인 경우, BFL이 감소되도록 카메라 모듈의 제1 또는 제2구동부(141,151)에 구동력을 제공하는 단계(S5)로 진행될 수 있다.
본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈;
    제2렌즈; 및
    음(-)의 굴절력을 갖는 제3렌즈를 포함하고,
    상기 제1 내지 제3렌즈는 물체측으로부터 상측까지 순차적으로 배치되고,
    상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈 사이에 배치되는 조리개를 포함하고,
    상기 제1렌즈의 굴절률은 상기 제2렌즈의 굴절률보다 작은 광학계.
  2. 양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈;
    제2렌즈; 및
    음(-)의 굴절력을 갖는 제3렌즈를 포함하고,
    상기 제1 내지 제3렌즈는 물체측으로부터 상측까지 순차적으로 배치되고,
    상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈 사이에 배치되는 조리개를 포함하고,
    상기 제2렌즈의 굴절률은 상기 제3렌즈의 굴절률보다 큰 광학계.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    다음의 조건식을 만족하는 광학계.
    <조건식>
    v2 < v1
    (상기 조건식에서 v1은 상기 제1렌즈의 아베수를 의미하고, v2는 상기 제2렌즈의 아베수를 의미한다.)
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    다음의 조건식을 만족하는 광학계.
    <조건식>
    1.8 < Fno < 2.2
    (상기 조건식에서 Fno는 상기 광학계의 F-넘버(F-number)를 의미한다.)
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    다음의 조건식을 만족하는 광학계.
    <조건식>
    1.5 < n1 < 1.6
    (상기 조건식에서 n1은 상기 제1렌즈의 굴절률을 의미한다.)
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    다음의 조건식을 만족하는 광학계.
    <조건식>
    1.6 < n2 < 1.7
    (상기 조건식에서 n2은 상기 제2렌즈의 굴절률을 의미한다.)
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    다음의 조건식을 만족하는 광학계.
    <조건식>
    50 < v1 < 60
    (상기 조건식에서 v1은 상기 제1렌즈의 아베수를 의미한다.)
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    다음의 조건식을 만족하는 광학계.
    <조건식>
    10 < v2 < 20
    (상기 조건식에서 v2는 상기 제2렌즈의 아베수를 의미한다.)
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    광축에서 상기 제2렌즈의 두께는 상기 제1렌즈의 두께보다 큰 광학계.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    광축에서 상기 제1렌즈의 두께는 상기 제3렌즈의 두께보다 큰 광학계.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    광축에서 상기 제1렌즈의 두께는 상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈 사이의 거리보다 큰 광학계.
  12. 이미지 센서;
    제1항의 광학계; 및
    상기 이미지 센서와 상기 광학계 사이에 배치되는 필터를 포함하는 카메라 모듈.
  13. 제12항의 카메라 모듈을 포함하는 자동차.
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