KR20230088072A - 광학계 및 카메라 모듈 - Google Patents

광학계 및 카메라 모듈 Download PDF

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KR20230088072A
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lenses
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타카노 사다오
쇼이치 야마자키
타쿠마 카토
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

발명의 실시예에 개시된 광학계는 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되는 복수의 렌즈를 포함하고, 상기 복수의 렌즈 중 물체측에 가장 가까운 제1 렌즈는 물체측 면이 광축에서 볼록한 형상을 가지며, Vd1 > 65 및 nk > 1.65을 만족할 수 있다(Vd1은 상기 제1 렌즈의 아베수이며, nk는 센서에 가장 가까운 마지막 렌즈의 굴절률이다).

Description

광학계 및 카메라 모듈{OPTICAL SYSTEM AND CAMERA MODULE}
실시예는 향상된 광학 성능을 위한 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈에 대한 것이다.
카메라 모듈은 객체를 촬영하여 이미지 또는 동영상으로 저장하는 기능을 수행하며 다양한 어플리케이션에 장착되고 있다. 특히 카메라 모듈은 초소형으로 제작되어 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 등의 휴대용 디바이스뿐만 아니라 드론, 차량 등에 적용되어 다양한 기능을 제공하고 있다.
예를 들어, 카메라 모듈의 광학계는 상(image)를 결상하는 촬상 렌즈, 결상된 상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서를 포함할 수 있다. 이때, 상기 카메라 모듈은 이미지 센서와 촬상 렌즈 사이의 간격을 자동 조절하여 렌즈의 초점거리를 정렬하는 오토포커스(autofocus, AF) 기능을 수행할 수 있고, 줌 렌즈(zoom lens)를 통해 원거리의 객체의 배율을 증가 또는 감소시켜 촬영하는 줌 업(zoom up) 또는 줌 아웃(zoom out)의 주밍(zooming) 기능을 수행할 수 있다. 또한, 카메라 모듈은 영상 흔들림 방지(image stabilization, IS)기술을 채용하여 불안정한 고정장치 혹은 사용자의 움직임에 기인한 카메라의 움직임으로 인한 영상의 흔들림을 보정하거나 방지하는 기술이 채용되고 있다.
이러한 카메라 모듈이 상(image)을 얻기 위해 가장 중요한 요소는 상(image)을 결상하는 촬상 렌즈이다. 최근 고해상도에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이를 구현하기 위해 복수의 렌즈를 포함하는 광학계에 대한 연구가 진행되고 있다. 예를 들어, 고해상도 구현을 위해 양(+)의 굴절력 또는 음(-)의 굴절력을 가지는 복수의 촬상 렌즈를 이용한 연구가 진행되고 있다.
그러나, 복수의 렌즈를 포함할 경우 우수한 광학적 특성, 수차 특성을 도출하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 복수의 렌즈를 포함할 경우, 상기 복수의 렌즈의 두께, 간격, 크기 등에 의해 전체 길이, 높이 등이 증가할 수 있고, 이로 인해 상기 복수의 렌즈를 포함하는 모듈의 전체 크기가 증가하는 문제가 있다.
또한, 고해상도, 고화질 구현을 위해 이미지 센서의 크기가 증가하고 있다. 그러나, 이미지 센서의 크기가 증가할 경우 복수의 렌즈를 포함하는 광학계의 TTL(Total track length) 또한 증가하며, 이로 인해 상기 광학계를 포함하는 카메라, 이동 단말기 등의 두께 역시 증가하는 문제가 있다.
따라서, 상술한 문제를 해결할 수 있는 새로운 광학계가 요구된다.
실시예는 광학 특성이 향상된 광학계를 제공하고자 한다.
실시예는 화각의 중심부와 주변부에서 우수한 광학 성능을 가지는 광학계를 제공하고자 한다.
실시예는 슬림한 구조를 가질 수 있는 광학계를 제공하고자 한다.
발명의 실시예에 따른 광학계는 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되는 복수의 렌즈를 포함하고, 상기 복수의 렌즈 중 물체측에 가장 가까운 제1 렌즈는 물체측 면이 광축에서 볼록한 형상을 가지며, Vd1 > 65 및 nk > 1.65을 만족할 수 있다(Vd1은 상기 제1 렌즈의 아베수이며, nk는 센서에 가장 가까운 마지막 렌즈의 굴절률이다).
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈는 유리 재질일 수 있다. 상기 제1 렌즈는 유리 재질 또는 플라스틱 재질이며 내부에 투명한 재질의 나노 사이즈의 입자를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 마지막 렌즈는 유리일 수 있다. 상기 마지막 렌즈는 유리 재질 또는 플라스틱 재질이며 내부에 투명한 재질의 나노 사이즈의 입자를 포함할 수 있다.
발명의 실시 에에 의하면, 상기 제1 렌즈와 상기 마지막 렌즈에 첨가된 나노 사이즈의 입자는 서로 다른 재질일 수 있다. 상기 제1 렌즈와 상기 마지막 렌즈에 첨가된 나노 사이즈의 입자는 굴절률 및 아베수가 서로 다를 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 마지막 렌즈의 물체측 면과 센서측 면 중 적어도 하나는 광축에 대해 회전 비대칭인 자유곡면을 가질 수 있다. 상기 회전 비대칭인 자유곡면은 광축에 대해 상기 광축과 직교하는 제1 방향 또는 제2 방향으로 대칭 형상을 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 광학계는 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되는 복수의 렌즈를 포함하고, 상기 복수의 렌즈 중 물체측에 가장 가까운 제1 렌즈는 물체측 면이 광축에서 볼록한 형상을 가지며, TTL/(2*Imgh) < 0.57 및 nk > 1.65을 만족할 수 있다(TTL(Total track length)은 물체측에 가장 가까운 제1 렌즈의 물체 측 면의 정점으로부터 상기 센서의 상면까지의 광축에서의 거리이고, ImgH는 상기 센서의 최대 대각 방향 길이의 1/2이며, nk는 센서에 가장 가까운 마지막 렌즈의 굴절률이다).
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈의 아베수를 Vd1이라고 할 때, Vd1 > 65를 만족할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈는 유리 재질일 수 있다. 상기 제1 렌즈는 유리 재질 또는 플라스틱 재질이며 내부에 투명한 재질의 나노 사이즈의 입자를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 마지막 렌즈는 유리 재질일 수 있다. 상기 마지막 렌즈는 내부에 투명한 재질의 나노 사이즈의 입자를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈와 상기 마지막 렌즈에 첨가된 나노 사이즈의 입자는 서로 다른 재질일 수 있다. 상기 제1 렌즈와 상기 마지막 렌즈에 첨가된 나노 사이즈의 입자는 굴절률 및 아베수가 서로 다를 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 마지막 렌즈의 물체측 면과 센서측 면 중 적어도 하나는 광축에 대해 회전 비대칭인 자유곡면을 가질 수 있다. 상기 회전 비대칭인 자유곡면은 광축에 대해 상기 광축과 직교하는 제1 방향 또는 제2 방향으로 대칭 형상을 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 광학계는 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되는 제1 내지 제7 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈는 상기 광축에서 양(+)의 굴절력을 가지고, 상기 제7 렌즈는 상기 광축에서 음(-)의 굴절력을 가지고, 상기 제1 렌즈의 물체 측 면은 상기 광축에서 볼록한 형상을 가지며, Vd1 > 65 및 n7 > 1.65을 만족할 수 있다(Vd1은 상기 제1 렌즈의 아베수이며, n7는 센서에 가장 가까운 제7 렌즈의 굴절률이다).
발명의 실시 예에 의하면, TTL/(2*Imgh) < 0.57을 만족할 수 있다(TTL(Total track length)은 물체측에 가장 가까운 제1 렌즈의 물체 측 면의 정점으로부터 상기 센서의 상면까지의 광축에서의 거리이고, ImgH는 상기 센서의 최대 대각 방향 길이의 1/2이다).
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈와 상기 제7 렌즈는 유리 재질이며, 또는 내부에 서로 다른 종류의 투명한 나노 사이즈의 입자를 갖는 유리 재질 또는 플라스틱 재료일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈는 MgF2, ZrO2, TiO2, BaTiO3 중 하나를 포함하며, 상기 제7 렌즈는 MgF2, ZrO2, TiO2, BaTiO3 중 다른 하나를 포함할 수 있다. 상기 렌즈들은 유리 재질의 렌즈와 플라스틱 재질의 렌즈가 혼합 또는 또는 나노 사이즈의 입자를 포함하는 유리 재질 또는 플라스틱 재질의 렌즈와 플라스틱 재질의 렌즈가 혼합될 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈은 이미지 센서; 및 상기 이미지 센서와 광학계의 마지막 렌즈 사이에 필터를 포함하며, 상기 광학계는 상기에 개시된 광학계를 포함하고, 상기 광학계 내의 렌즈들은 유리 재질의 렌즈와 플라스틱 재질의 렌즈가 혼합, 또는 나노 사이즈의 입자를 포함하는 유리 재질 또는 플라스틱 재질의 렌즈와 플라스틱 재질의 렌즈가 혼합되며, 상기 마지막 렌즈의 센서측 면은 광축에서 상기 광축과 직교하는 제1 방향의 길이와, 상기 광축과 직교하는 제2 방향의 길이가 서로 다를 수 있다. 상기 플라스틱 재질들이 혼합될 경우, 나노 사이즈의 입자를 갖는 렌즈와 나노 사이즈의 입자가 없는 렌즈로 혼합될 수 있다.
실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 광학계는 복수의 렌즈들이 설정된 형상, 굴절력, 두께, 간격 등을 가짐에 따라 향상된 수차 특성, 해상력 등을 가질 수 있다.
실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 향상된 왜곡(distortion) 및 수차 제어 특성을 가질 수 있고, 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
실시예에 따른 광학계는 향상된 광학 특성을 가지며 작은 TTL(Total track length)을 가질 수 있어, 상기 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈은 슬림하고 컴팩트한 구조로 제공될 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 광학계의 제1 방향에서의 측 단면도이다.
도 2는 도 1의 따른 광학계의 제2 방향에서의 측 단면도이다.
도 3은 도 1의 광학계에서 이미지 센서, n 번째 렌즈 및 n-1번째 렌즈의 관계를 나타낸 설명한 도면이다.
도 4는 제1실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이다.
도 5는 도 1 및 도 2의 광학계에서 n 번째 렌즈의 물체측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1 및 도 2의 광학계에서 n 번째 렌즈의 센서측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이다.
도 7은 제1실시 예에 따른 광학계의 광선 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 8은 제2 실시예에 따른 광학계의 제1 방향에서의 측 단면도이다.
도 9는 도 8의 따른 광학계의 제2 방향에서의 측 단면도이다.
도 10은 제2실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이다.
도 11은 도 8 및 도 9의 광학계에서 n 번째 렌즈의 물체측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 8 및 도 9의 광학계에서 n 번째 렌즈의 센서측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이다.
도 13은 제2실시 예에 따른 광학계의 광선 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 14는 제3 실시예에 따른 광학계의 제1 방향에서의 측 단면도이다.
도 15는 도 14의 따른 광학계의 제2 방향에서의 측 단면도이다.
도 16은 제3실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이다.
도 17은 도 14 및 도 15의 광학계에서 n 번째 렌즈의 물체측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이다.
도 18은 도 14 및 도 15의 광학계에서 n 번째 렌즈의 센서측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이다.
도 19는 제3실시 예에 따른 광학계의 광선 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 20은 제4 실시예에 따른 광학계의 제1 방향에서의 측 단면도이다.
도 21은 도 20의 따른 광학계의 제2 방향에서의 측 단면도이다.
도 22는 제4실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이다.
도 23은 도 20 및 도 21의 광학계에서 n 번째 렌즈의 물체측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이다.
도 24는 도 20 및 도 21의 광학계에서 n 번째 렌즈의 센서측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이다.
도 25는 제4실시 예에 따른 광학계의 광선 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 26은 제5 실시예에 따른 광학계의 제1 방향에서의 측 단면도이다.
도 27은 도 26의 따른 광학계의 제2 방향에서의 측 단면도이다.
도 28은 제5실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이다.
도 29는 도 26 및 도 27의 광학계에서 n 번째 렌즈의 물체측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이다.
도 30은 도 27 및 도 28의 광학계에서 n 번째 렌즈의 센서측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이다.
도 31은 제5실시 예에 따른 광학계의 광선 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 32는 제6 실시예에 따른 광학계의 제1 방향에서의 측 단면도이다.
도 33은 도 32의 따른 광학계의 제2 방향에서의 측 단면도이다.
도 34는 제6실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이다.
도 35는 도 32 및 도 33의 광학계에서 n 번째 렌즈의 물체측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이다.
도 36은 도 32 및 도 33의 광학계에서 n 번째 렌즈의 센서측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이다.
도 37은 제6실시 예에 따른 광학계의 광선 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 38은 실시예에 따른 광학계를 갖는 카메라 모듈이 이동 단말기에 적용된 것을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
발명의 설명에 있어서, "물체 측 면"은 광축(OA)을 기준으로 물체 측을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있고, "센서 측 면"은 광축을 기준으로 촬상 면(이미지 센서)을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있다. 상기 렌즈의 일면이 볼록하다는 것은 광축 또는 근축 영역(Paraxial region)에서 볼록한 형상을 의미할 수 있고, 렌즈의 일면이 오목하다는 것은 광축 또는 근축 영역에서의 오목한 형상을 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 끝단을 의미할 수 있다. 렌즈면의 유효경의 크기는 측정 방법 등에 따라 최대 ±0.4 mm 정도의 측정 오차를 가질 수 있다. 상기 근축 영역이라 함은 광축 근처의 매우 좁은 영역을 의미하며, 광축(OA)으로부터 광선이 떨어지는 거리가 거의 0인 영역이다. 이하, 광축이라는 의미는 각 렌즈의 중심이거나 광축 근처의 매우 좁은 영역을 포함할 수 있다.
도 1, 2, 8, 9,14,15, 20, 21, 26 및 27을 참조하면, 발명의 실시예(들)에 따른 따른 광학계(1000)는 복수의 렌즈군(G1,G2)을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 복수의 렌즈 군(G1,G2) 각각은 적어도 하나의 렌즈를 포함한다. 예를 들어, 상기 광학계(1000)는 물체 측으로부터 이미지 센서(300)를 향해 광축(OA)을 따라 순차적으로 배치되는 제1 렌즈군(G1) 및 제2 렌즈군(G2)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 렌즈 군(G1,G2) 중 제2 렌즈 군(G2)의 렌즈 매수는 제1 렌즈 군(G1)의 렌즈 매수보다 더 많을 수 있으며, 예컨대 제1 렌즈 군(G1)의 렌즈 매수의 1배 초과 2배 미만일 수 있다.
상기 제1 렌즈군(G1)은 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈군(G1)은 3매 이하의 렌즈 예컨대, 3매의 렌즈일 수 있다. 상기 제2 렌즈군(G2)은 적어도 둘 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제2 렌즈군(G2)은 상기 제1 렌즈군(G1)의 렌즈보다 많은 매수 예컨대,1.5배 이상의 많은 렌즈를 포함할 수 있으며, 5매 이하 또는 4매 이하의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제2 렌즈 군(G2)의 렌즈 매수는 상기 제1 렌즈 군(G1)의 렌즈 매수보다 1매 이상 및 2매 이하의 차이를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 렌즈군(G2)은 4매의 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 광학계(1000)의 렌즈들 중에서 물체 측에 가장 가까운 렌즈 즉, 첫 번째 렌즈는 고 아베수(Abbe's number)의 재질일 수 있다. 상기 첫 번째 렌즈는 렌즈들의 아베수 중에서 가장 높은 아베수를 가질 수 있다. 물체 측에 가장 가까운 렌즈의 물체측 면은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있으며, 센서측 면은 오목한 형상을 가질 수 있다. 이러한 높은 아베수를 갖는 렌즈에 의해 빛이 렌즈를 통해 분산되는 양을 줄여주고, 보다 선명한 상을 얻을 수 있는 광량을 제공할 수 있다. 이에 따라 첫 번째 렌즈 이후의 렌즈들에 의한 색 보정량을 줄일 수 있어, 보다 얇은 렌즈로 구현할 수 있고, 광학계(1000)를 얇은 두께로 제공할 수 있다. 상기 첫 번째 렌즈는 유리 재질일 수 있으며, 아베수가 65 이상 또는 65 초과일 수 있다.
상기 첫 번째 렌즈는 유리 재질 또는 플라스틱 재질 내부에 나노 사이즈의 입자를 포함할 수 있다. 상기 나노 사이즈의 입자는 상기 첫 번째 렌즈 내에 1 내지 50vol%로 첨가될 수 있으며, 예컨대 30vol% 내지 50vol% 범위로 첨가될 수 있다. 상기 나노 사이즈의 입자는 MgF2, ZrO2, TiO2, BaTiO3 중 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 MgF2를 포함할 수 있다. 상기 나노 사이즈의 입자는 상기 유리 재질보다 높은 아베수를 가질 수 있다. 이에 따라 상기 첫 번째 렌즈의 아베수를 높여줄 수 있고, 입사되는 빛의 분산을 줄이고, 해상도를 개선시켜 줄 수 있다. 상기 나노 입자의 사이즈는 1nm 내지 100nm의 크기를 가질 수 있다. 상기 나노 입자의 사이즈는 50nm 이하가 바람직하고, 투과율이 높은 Nano-Composite를 얻기 위해서는 30nm 이하가 바람직하며, 더 바람직하게 15nm 이하일 수 있다. 하기 설명에서, 나노 입자를 첨가하지 않는 유리 재질 또는 플라스틱 재질은 제1 재질일 수 있으며, 나노 입자를 포함하는 유리 재질 또는 플라스틱 재질은 제2 재질일 수 있다.
상기 광학계(1000)의 렌즈들 중에서 센서측에 가장 인접한 렌즈 즉, 마지막 렌즈 또는 n번째 렌즈는 고 굴절률의 재질일 수 있다. 상기 n번째 렌즈는 굴절률이 1.65 이상 또는 1.65 초과일 수 있다. 상기 마지막 렌즈의 재질은 상기 첫 번째 재질과 같은 재질이거나 유리 재질일 수 있다. 이와 같이, 렌즈의 굴절률이 높일 경우, 박형 렌즈로 설계하는 데 용이할 수 있다.
상기 광학계(1000)의 렌즈들 중에서 회전 비대칭 렌즈는 1매 또는 2매일 수 있다. 상기 회전 비대칭 렌즈는 자유 곡면을 갖는 렌즈로서, 광축(OA)에 대해서 회전 비대칭 형상을 가질 수 있다. 상기 회전 비대칭 렌즈의 물체측 면 또는 센서측 면은 광축에 대해 제1 방향 또는 제2 방향으로 대칭 형상을 갖는다. 상기 회전 비대칭 렌즈의 자유 곡면은 X-Z면에 대해 대칭 형상을 갖고, Y-Z면에 대해 대칭 형상을 갖고, X-Z면과 Y-Z면은 서로 비대칭 형상일 수 있다. 상기 마지막 렌즈는 물체측 면 및 센서측 면 중 적어도 하나 또는 모두가 자유 곡면을 가질 수 있다. 예컨대, 센서 측에 가장 인접한 렌즈의 물체측 면은 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상일 수 있으며, 상기 센서 측에 가장 인접한 렌즈의 센서측 면은 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상일 수 있다. 상기 광학계(1000)의 렌즈들 중에서 회전 대칭 렌즈는 회전 비대칭 렌즈보다 많을 수 있으며, n-1매 또는 n-2매일 수 있다. 상기 n은 6 내지 8일 수 있다. 상기 Z 방향은 광축 방향이며, X 방향은 상기 광축(OA)과 직교하는 제1 방향이며, Y 방향은 상기 Z 방향 및 X 방향과 직교하는 제2 방향일 수 있다.
상기 복수의 렌즈 중 마지막 렌즈의 센서측 면은 광축(OA)에 대해 제1 방향(X)의 유효 반경이 상기 제2 방향(Y)의 유효 반경보다 클 수 있다. 상기 복수의 렌즈 중 마지막 렌즈의 센서측 면을 지나는 접선의 최대 각도는 제1 방향(X)에서의 각도가 제2 방향(Y)에서의 각도보다 클 수 있다.
상기 광학계(1000)는 TTL/(2*Imgh)의 수학식 값이 0.57 이하일 수 있다. 상기 TTL(Total track length )은 상기 첫 번째 렌즈의 물체 측 면의 정점으로부터 이미지 센서의 상면까지의 광축에서의 거리이고, 상기 ImgH는 이미지 센서의 최대 대각 방향 길이의 1/2이다. 상기 광학계(1000)가 TTL/(2*Imgh)의 값이 0.57 이하로 설정해 줌으로써, 슬림한 광학계 및 이를 갖는 카메라 모듈을 제공할 수 있다. 상기 제1,2렌즈 군(G1,G2)의 총 렌즈 매수는 8매 이하이다.
광축(OA)에서 상기 제1 렌즈군(G1) 및 상기 제2 렌즈군(G2)은 설정된 간격을 가질 수 있다. 상기 광축(OA)에서 상기 제1 렌즈군(G1) 및 상기 제2 렌즈군(G2) 사이의 광축 간격은 광축에서의 이격 거리이며, 상기 제1 렌즈군(G1) 내의 렌즈 중에서 센서 측에 가장 가까운 렌즈의 센서 측 면과 상기 제2 렌즈군(G2) 내의 렌즈 중에서 물체 측에 가장 가까운 렌즈의 물체 측 면 사이의 광축 간격일 수 있다. 상기 제1 렌즈군(G1) 및 상기 제2 렌즈군(G2) 사이의 광축 간격은 상기 제1 렌즈 군(G1)의 광축 거리보다 작고 상기 제1 렌즈 군(G1)의 광축 거리의 10% 이상일 수 있으며, 예컨대 10% 내지 40% 범위 또는 10% 내지 30% 범위일 수 있다. 여기서, 상기 제1 렌즈 군(G1)의 광축 거리는 상기 제1 렌즈 군(G1)의 물체 측에 가장 가까운 렌즈의 물체 측 면과 센서 측에 가장 가까운 렌즈의 센서 측 면 사이의 광축 거리이다.
상기 제1 렌즈군(G1) 및 상기 제2 렌즈군(G2) 사이의 광축 간격은 상기 제2 렌즈 군(G2)의 광축 거리의 20% 이하일 수 있으며, 예컨대 3% 내지 20% 범위일 수 있다. 상기 제2 렌즈 군(G2)의 광축 거리는 상기 제2 렌즈 군(G2)의 물체 측에 가장 가까운 렌즈의 물체 측 면과 센서 측에 가장 가까운 렌즈의 센서 측 면 사이의 광축 거리이다. 상기 제1,2 렌즈 군(G1,G2) 내에서 평균 유효경 크기가 최소인 렌즈는 제2 렌즈 군(G2)에 가장 가까운 렌즈일 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계(1000)는 화각(FOV)의 중심부뿐 만 아니라 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있고, 색수차 및 왜곡 수차를 개선할 수 있다.
상기 제1 렌즈 군(G1)은 물체 측을 통해 입사된 광들이 모이도록 굴절시켜 주며, 상기 제2 렌즈 군(G2)은 상기 제1 렌즈 군(G1)을 통해 출사된 광을 이미지 센서(300)의 주변까지 확산될 수 있도록 굴절시켜 줄 수 있다. 상기 제1 렌즈 군(G1)의 렌즈들 중에서 물체 측에 가장 가까운 렌즈는 양(+)의 굴절력을 갖고, 상기 제2 렌즈 군(G2)의 렌즈들 중에서 센서 측에 가장 가까운 렌즈는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다.
상기 제1 렌즈 군(G1)에서 가장 두꺼운 렌즈는 물체측에 가장 가깝게 배치되고, 상기 제2 렌즈 군(G2)에서 가장 두꺼운 렌즈는 센서측에 가장 가깝게 배치될 수 있다.
렌즈부(100,100A,100B,100C,100D,100E)는 유리 재질의 렌즈와 플라스틱 재질의 렌즈들이 혼합될 수 있다. 렌즈부(100,100A,100B,100C,100D,100E)는 나노 입자를 포함하는 유리 재질 또는 플라스틱 재질의 렌즈와, 나노 입자를 포함하지 않는 유리 재질 또는 플라스틱 재질의 렌즈들이 혼합될 수 있다. 즉, 제1 재질과 제2 재질의 렌즈들이 혼합될 수 있다. 상기 렌즈부(100,100A,100B,100C,100D,100E)들 중에서 유리 재질의 렌즈 매수는 플라스틱 재질의 렌즈 매수보다 작을 수 있다. 상기 렌즈부(100,100A,100B,100C,100D,100E)들 중에서 제2 재질의 렌즈 매수는 제1 재질의 렌즈 매수보다 작을 수 있다. 상기 렌즈부(100,100A,100B,100C,100D,100E)들 중에서 유리 재질의 렌즈 매수 또는 나노 입자를 갖는 렌즈 매수는 2매 또는 3매일 수 있다.
상기 렌즈들 각각은 유효 영역 및 비유효 영역을 포함할 수 있다. 상기 유효 영역은 상기 렌즈들 각각에 입사된 광이 통과하는 영역일 수 있다. 즉, 상기 유효 영역은 입사된 광이 굴절되어 광학 특성을 구현하는 유효한 영역일 수 있다. 상기 비유효 영역은 상기 유효 영역의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 비유효 영역은 상기 복수의 렌즈들에서 유효한 광이 입사되지 않는 영역일 수 있다. 즉, 상기 비유효 영역은 상기 광학 특성과 무관한 영역일 수 있다. 또한, 상기 비유효 영역의 단부는 상기 렌즈를 수용하는 배럴(미도시) 등에 고정되는 영역일 수 있다.
상기 제2 렌즈 군(G2) 내에서 이미지 센서(300)에 가장 가까운 렌즈의 유효경 크기는 최대일 수 있다. 상기 유효경의 크기는 각 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 평균 크기일 수 있다. 상기 제2 렌즈 군(G2) 내에서 이미지 센서(300)에 가장 가까운 렌즈의 센서 측 면은 유효경 크기가 최대일 수 있다. 유효경 크기가 최소인 렌즈는 제1,2렌즈 군(G1,G2) 사이에 인접한 렌즈 면 또는 조리개에 인접한 렌즈 면일 수 있다. 이에 따라 상기 광학계(1000)는 입사하는 광을 제어하여 해상력, 색수차 제어 특성을 개선시킬 수 있고, 상기 광학계(1000)의 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.
상기 광학계(1000)는 이미지 센서(300)를 포함할 수 있다. 상기 이미지 센서(300)는 광을 감지하고 전기적 신호로 변환할 수 있다. 상기 이미지 센서(300)는 상기 각 렌즈부(100,100A,10B,100C,100D,100E)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 제2 렌즈 군(G2)과 상기 이미지 센서(300) 사이에 배치될 수 있다. 상기 필터(500)는 상기 복수의 렌즈들(100,100A) 중 센서 측에 가장 가까운 렌즈와 상기 이미지 센서(300) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 광학계(100,100A)가 8매 렌즈인 경우, 상기 필터(500)는 상기 제8 렌즈(110)와 상기 이미지 센서(300) 사이에 배치될 수 있다.
상기 필터(500)는 적외선 필터 또는 커버 글라스의 광학적 필터 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 필터(500)는 설정된 파장 대역의 광을 통과시키고, 이와 다른 파장 대역의 광을 필터링할 수 있다. 상기 필터(500)가 적외선 필터를 포함할 경우 외부 광으로부터 방출되는 복사열이 상기 이미지 센서(300)에 전달되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 상기 필터(500)는 가시광선을 투과할 수 있고 적외선을 반사할 수 있다.
실시예에 따른 광학계(1000)는 조리개(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 조리개는 상기 광학계(1000)에 입사되는 광량을 조절할 수 있다. 상기 조리개는 설정된 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 조리개는 물체 측에 가장 가까운 렌즈의 물체측 면 또는 센서 측 면의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 조리개는 상기 제1 렌즈 군(G1) 내의 렌즈 중에서 인접한 두 렌즈 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 조리개는 물체 측에 두 번째로 가까운 렌즈의 물체 측면의 둘레에 위치할 수 있다. 이와 다르게, 상기 복수의 렌즈들 중 선택되는 적어도 하나의 렌즈는 조리개 역할을 수행할 수 있다. 자세하게, 상기 제1 렌즈 군(G1)의 렌즈들 중 선택되는 하나의 렌즈의 물체 측 면 또는 센서 측 면은 광량을 조절하는 조리개 역할을 수행할 수 있다.
실시 예에 따른 광학계(1000)는 광의 경로를 변경하기 위한 반사 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 반사부재는 제1 렌즈 군(G1)의 입사 광을 렌즈들 방향으로 반사하는 프리즘으로 구현될 수 있다. 이하, 실시 예에 따른 광학계를 상세하게 설명하기로 한다.
<제1실시 예>
도 1은 제1 실시예에 따른 광학계의 제1 방향에서의 측 단면도이며, 도 2는 도 1의 따른 광학계의 제2 방향에서의 측 단면도이고, 도 3은 도 1의 광학계에서 이미지 센서, n 번째 렌즈 및 n-1번째 렌즈의 관계를 나타낸 설명한 도면이며, 도 4는 제1실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이고, 도 5는 도 1 및 도 2의 광학계에서 n 번째 렌즈의 물체측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이며, 도 6은 도 1 및 도 2의 광학계에서 n 번째 렌즈의 센서측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이고, 도 7은 제1실시 예에 따른 광학계의 광선 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 광학계(1000)는 렌즈부(100)를 포함하며, 상기 렌즈부(100)는 제1 렌즈(101), 제2 렌즈(102), 제3 렌즈(103), 제4 렌즈(104), 제5 렌즈(105), 제6 렌즈(106) 및 제7 렌즈(107)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제7 렌즈들(101,102,103,104,105,106,107)은 상기 광학계(1000)의 광축(OA)을 따라 순차적으로 배치될 수 있다.
상기 제1 렌즈(101)는 상기 제1 렌즈 군(G1)에서 물체 측에 가장 가까운 렌즈이다. 상기 제7 렌즈(107)는 상기 제2 렌즈 군(G2) 또는 렌즈부(100) 내에서 이미지 센서(107)에 가장 가까운 렌즈이다. 물체의 정보에 해당하는 광은 제1 렌즈(101), 제2 렌즈(102), 제3 렌즈(103), 제4 렌즈(104), 제5 렌즈(105), 제6 렌즈(106) 및 제7 렌즈(107)를 통과하여 이미지 센서(300)에 입사될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(101,102,103)는 제1 렌즈 군(G1)일 수 있으며, 상기 제4 내지 제7 렌즈(104,105,106,107)는 제2 렌즈 군(G2)일 수 있다. 또한 상기 제1 렌즈(101)의 센서측 면의 둘레 또는 상기 제2 렌즈(102)의 물체측 면의 둘레에 조리개가 배치될 수 있다.
상기 제1 렌즈(101)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)는 양(+)의 굴절력일 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)는 플라스틱 재질 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈(101)는 물체 측 면으로 정의하는 제1 면(S1) 및 센서 측 면으로 정의하는 제2 면(S2)을 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 부연 설명하면, 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. 상기 제1,2면(S1,S2)의 비구면 계수는 도 4와 같이 제공될 수 있다.
상기 제2 렌즈(102)는 상기 제1 렌즈(101)과 상기 제3 렌즈(103) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)는 음(-)의 굴절력일 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 렌즈(102)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제2 렌즈(102)는 물체 측 면으로 정의하는 제3 면(S3) 및 센서 측 면으로 정의하는 제4 면(S4)을 포함할 수 있다. 광축(OA)에서 상기 제3 면(S3)은 볼록한 형상이며, 상기 제4 면(S4)은 오목한 형상일 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)는 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제3 면(S3)은 볼록하고, 상기 제4 면(S4)는 볼록한 형상일 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)는 양면이 볼록한 형상일 수 있다. 상기 제3 면(S3) 및 상기 제4 면(S4) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제3,4면(S3,S4)의 비구면 계수는 도 4와 같이 제공될 수 있다.
상기 제3 렌즈(103)는 상기 제1 렌즈 군(G1) 내에서 센서 측에 가장 가까운 렌즈이다. 상기 제3 렌즈(103)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)는 양(+)의 굴절력일 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 렌즈(103)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제3 렌즈(103)는 물체 측 면으로 정의하는 제5 면(S5) 및 센서 측 면으로 정의하는 제6 면(S6)을 포함할 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)는 광축(OA)에서 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 부연 설명하면, 상기 제5 면(S5)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 상기 제6 면(S6)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제5,6면(S5,S6) 중에서 상기 제5 면(S5)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제3 렌즈(103)는 광축(OA)에서 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제5,6 면(S5,S6)의 비구면 계수는 도 4와 같이 제공될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(101,102,103) 중에서 상기 제2 렌즈(102)의 초점 거리의 절대값은 가장 클 수 있다. 상기 제1 렌즈 군(G1)의 초점 거리의 절대값은 상기 제2 렌즈(102), 상기 제3 렌즈(103) 및 상기 제1 렌즈(101) 순서로 큰 값을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(101,102,103)는 서로 상이한 중심 두께(CT: Center Thickness)를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제1 내지 제3 렌즈(101,102,103) 중에서 상기 제1 렌즈(101)는 가장 두꺼운 중심 두께를 가질 수 있고, 상기 제2 렌즈(102)는 가장 얇은 중심 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(101,102,103) 중에서 상기 제2 렌즈(102)는 가장 큰 굴절률을 가질 수 있고,1.6 초과이며, 상기 제1,3 렌즈(101,103)의 굴절률은 1.6 이하일 수 있다.
상기 제1 렌즈(101)의 아베수는 상기 제1 내지 제3 렌즈(101,102,103) 중 가장 클 수 있고, 렌즈부(100) 내에서 가장 클 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)의 아베수는 상기 제1 내지 제3 렌즈(101,102,103) 중 가장 작을 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)의 아베수는 상기 제2 렌즈(102)의 아베수보다 40 이상 또는 50 이상 클 수 있다. 자세하게, 상기 제1 렌즈(101)의 아베수는 65 초과 또는 70 이상일 있으며, 예컨대 70 내지 85 범위일 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)의 아베수는 45 이상이며, 상기 제1 렌즈(101)의 아베수는 상기 제3 렌즈(103)의 아베수보다 20 이상 클 수 있다.
상기 제1 렌즈(101)의 재질은 유리 재질, 또는 내부에 투명한 재질의 나노 입자를 포함하는 유리 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)의 재질은 제1 재질 또는 제2 재질일 수 있다. 상기 나노 사이즈의 입자는 상기 제1 렌즈(101) 내에 1 내지 50vol%로 첨가될 수 있으며, 예컨대 30vol% 내지 50vol% 범위로 첨가될 수 있다. 상기 나노 사이즈의 입자는 MgF2, ZrO2, TiO2, BaTiO3 중 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 MgF2를 포함할 수 있다. 상기 나노 사이즈의 입자는 상기 유리 재질 또는 플라스틱 재질보다 높은 아베수를 가질 수 있다. 이에 따라 상기 제1 렌즈(101)의 아베수를 높여줄 수 있고, 입사되는 빛의 분산을 줄이고, 해상도를 개선시켜 줄 수 있다. 상기 나노 사이즈의 입자의 사이즈는 1nm 내지 100nm의 크기를 가질 수 있다. 상기 나노 입자의 사이즈는 50nm 이하가 바람직하고, 투과율이 높은 Nano-Composite를 얻기 위해서는 30nm 이하가 바람직하며, 더 바람직하게 15nm 이하일 수 있다. 상기 제1 렌즈(101) 내에 첨가된 나노 사이즈의 입자의 아베수는 80 이상 예컨대, 80 내지 110 범위일 수 있다. 상기 제1 렌즈(101) 내에 높은 아베수를 갖는 나노 사이즈의 입자가 상기 범위로 첨가됨으로써, 상기 제1 렌즈(101)를 유리 재질 또는 플라스틱 재질보다 더 높은 아베수를 갖도록 할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(101,102,103) 중에서 렌즈의 유효경의 크기(Clear aperture, CA)는 상기 제3 렌즈(103)의 물체측 면 또는 센서 측 면 중 적어도 하나가 가장 작을 수 있고, 상기 제1 렌즈(101)의 물체측 면의 유효경 크기(H1)이 가장 클 수 있다. 자세하게, 상기 제3 렌즈(103)의 센서 측 제6 면(S6)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제6 면(S1, S2, S3, S4, S5, S6) 중 가장 작을 수 있다. 이때, 상기 제3 렌즈(103)의 센서 측 제6면(S6)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제7 렌즈들(101,102,103,104,105,106,107)의 물체 측 면 및 센서 측 면들 중 가장 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계(1000)는 입사하는 광을 제어하여 해상력, 색수차 제어 특성을 개선시킬 수 있고, 상기 광학계(1000)의 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.
상기 제4 렌즈(104)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 렌즈(104)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제4 렌즈(104)는 물체 측 면으로 정의하는 제7 면(S7) 및 센서 측 면으로 정의하는 제8 면(S8)을 포함할 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)는 센서 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 부연 설명하면, 상기 제7 면(S7)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 제8 면(S8)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면(S8) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면(S8)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제7,8 면(S7,S8)의 비구면 계수는 도 4와 같이 제공될 수 있다.
상기 제5 렌즈(105)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(105)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(105)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 렌즈(105)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제5 렌즈(105)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. 상기 제5 렌즈(105)는 물체 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 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제9,10 면(S9,S10)의 비구면 계수는 도 4와 같이 제공될 수 있다.
상기 제5 렌즈(105)의 제9 면(S9) 및 제10 면(S10) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다. 상기 임계점은 광축(OA) 및 상기 광축(OA)의 수직인 방향에 대한 기울기 값의 부호가 양(+)에서 음(-)으로 또는 음(-)에서 양(+)으로 변하는 지점으로, 기울기 값이 0인 지점을 의미할 수 있다. 또한 상기 임계점은 렌즈 면을 지나는 접선의 기울기 값이 커지다고 작아지는 지점 또는 작아지다가 커지는 지점일 수 있다.
상기 제6 렌즈(106)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(106)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(106)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제6 렌즈(106)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제6 렌즈(106)는 물체 측 면으로 정의하는 제11 면(S11) 및 센서 측 면으로 정의하는 제12 면(S12)을 포함할 수 있다. 상기 제6 렌즈(106)은 광축(OA)에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 제11 면(S11)은 볼록한 형상이고, 제12 면(S12)는 볼록한 형상일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제6 렌즈(106)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상, 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상 또는 양면이 오목한 형상일 수 있다. 상기 제11 면(S11) 및 상기 제12 면(S12) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제11 면(S11) 및 상기 제12 면(S12)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제11,12 면(S11,S12)의 비구면 계수는 도 4와 같이 제공될 수 있다. 상기 제6 렌즈(106)의 제11 면(S11) 및 제12 면(S12) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다.
상기 제7 렌즈(107)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제7 렌즈(107)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제7 렌즈(107)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 렌즈(107)는 유리 재질로 제공되거나, 나노 입자를 갖는 유리 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있다.
상기 제7 렌즈(107)는 물체 측 면으로 정의하는 제13 면(S13) 및 센서 측 면으로 정의하는 제14 면(S14)을 포함할 수 있다. 상기 제7 렌즈(107)는 광축에서 양면이 오목한 형상일 수 있다. 예를 들면, 상기 제13 면(S13)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 제14 면(S14)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제13 면(S13)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 상기 제14 면(S14)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제13 면(S13) 및 상기 제14 면(S14) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제13 면(S13) 및 상기 제14 면(S14)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제13,14 면(S13,S14)의 비구면 계수 일부는 도 4와 같이 제공될 수 있다. 상기 제7 렌즈(107)의 제13 면(S13) 및 제14 면(S14) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다.
상기 제5 내지 제7 렌즈(105,106,107)의 임계점의 위치는 상기 광학계(1000)의 광학 특성을 고려하여 상술한 범위를 만족하는 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 자세하게, 상기 임계점의 위치는 상기 광학계(1000)의 색수차, 왜곡 특성, 수차 특성, 해상력 등의 광학 특성 제어를 위해 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 렌즈를 통해 상기 이미지 센서(300)로 방출되는 광의 경로를 효과적으로 제어할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 광학계(1000)는 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서도 향상된 광학 특성을 가질 수 있다.
상기 제7 렌즈(107)는 광축(OA)에 대해 비대칭인 자유곡면 렌즈일 수 있다. 상기 제7 렌즈(107)의 제13 면(S13) 및 제14 면(S14) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축(OA)에 대해서 비대칭 형상인 자유곡면일 수 있다. 예를 들면, 상기 제13 면(S13)은 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상인 자유 곡면을 가질 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상인 자유 곡면을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 1의 X-Z 평면과 도 2의 Y-Z평면에서 광학계는 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상일 수 있다. 여기서, 상기 제7 렌즈(107)의 제14 면(S14)의 유효경 크기를 보면, 제1 방향 길이(H7x)는 제2 방향 길이(H7y)보다 클 수 있다. 제14 면(S14)의 유효경에서 제1 방향 길이(H7x)는 상기 제2 방향의 길이(H7y)의 1배 초과 1.5배 미만일 수 있다. 즉, 1 < H7x/H7y < 1.5의 수학식을 만족할 수 있다. 여기서, X 방향은 제1 방향이며, 이미지 센서(300)의 장변 방향일 수 있으며, Y 방향은 제2 방향이며, 상기 이미지 센서(300)의 단변 방향일 수 있다. 상기 이미지 센서(300)는 장변 및 단변의 비율이 3:2, 4:3, 또는 16:9일 수 있다.
상기 회전 비대칭 렌즈의 물체측 제13 면(S13) 또는 센서측 제14 면(S14)은 광축(OA)에 대해 제1 방향(X) 또는 제2 방향(Y)으로 대칭 형상 즉, 2축 대칭 면을 가질 수 있다. 상기 회전 비대칭 렌즈를 제공해 줌으로써, 화각의 주변부에서 비점 수차 및 왜곡을 양호하게 보정할 수 있다. 또한 2축 대칭 면을 제공해 줌으로써, 가공성을 높이고, 면 정밀도를 개선할 수 있다.
도 5 및 도 3과 같이, 상기 제13 면(S13)은 임계점을 가지며, 예컨대 광축(OA)에서 제1,2 방향(X,Y)으로 1mm 내지 1.5mm 범위에 임계점이 위치할 수 있다. 상기 제13 면(S13)은 임계점은 광축(OA)에서 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)의 끝단까지의 영역 중에서 서로 같거나 다른 위치에 배치될 수 있다. 또한 제13 면(S13)의 표면 형상은 제1 방향의 렌즈 면(L7S1x)의 형상과 제2 방향의 렌즈 면(L7S1y)의 형상이 광축(OA)에 대해 서로 비대칭 형상일 수 있다. 상기 제13 면(S13)의 길이 또는 유효 반경은 광축(OA)을 기준으로 제1 방향의 렌즈 면(L7S1x)의 길이가 제2 방향의 렌즈 면(L7S1y)의 길이보다 클 수 있다.
상기 제13 면(S13)의 중심과 직교하는 제1,2 방향(X,Y)으로 연장되는 가상의 직선에서 상기 제13 면(S13)의 유효 영역 끝단까지의 제3 방향(Z)의 높이는 제1 방향(X)의 끝단 높이(L7S1x_Zend)가 제2 방향(Y)의 끝단 높이(L7S1y_Zend)보다 높을 수 있다. 즉, 상기 제13 면(S13)의 제1,2 방향의 끝단에서의 높이 차이는 1 < L7S1x_Zend / L7S1y_Zend < 2의 수학식을 만족할 수 있다.
도 6과 같이, 제14 면(S14)은 임계점을 가지며, 예컨대 광축(OA)에서 제1,2 방향(X,Y)으로 1.3mm 내지 1.7mm 범위의 거리에 임계점이 위치할 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 임계점은 광축(OA)에서 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)의 끝단까지의 영역 중에서 서로 같거나 다른 위치에 배치될 수 있다. 도 3과 같이, 광축(OA)에서 제1 방향(X)으로 제14 면(S14)의 임계점(P1)까지의 거리(dP1)는 상기 제14 면(S14)의 유효 반경(r7x)의 44% 이하 예컨대, 35% 내지 44% 범위에 위치할 수 있다. 상기 제2 방향(Y)으로의 임계점 위치는 상기 제14 면(S14)의 제2 방향(Y)의 유효 반경의 44% 이상 예컨대, 44% 내지 52% 범위에 위치할 수 있다. 상기 유효 반경(r7x)은 상기 광축(OA)에서 제1 방향(X)으로 제14 면(S14)의 유효 영역 끝단까지의 직선 거리이며, 상기 제6 렌즈(106)의 제12 면(S12)의 유효 반경(r6) 보다 클 수 있다.
상기 제14 면(S14)의 표면 형상은 제1 방향(X)의 렌즈 면(L7S2x)의 형상과 제2 방향(Y)의 렌즈 면(L7S2y)의 형상이 광축(OA)에 대해 서로 비대칭 형상일 수 있다. 상기 제14 면(S14)의 길이는 광축(OA)을 기준으로 제1 방향의 렌즈 면(L7S2x)의 길이가 제2 방향의 렌즈 면(L7S2y)의 길이보다 클 수 있다.
상기 제14 면(S14)의 중심과 직교하는 제1,2 방향(X,Y)으로 연장되는 가상의 직선에서 상기 제14 면(S14)의 유효 영역 끝단에 대한 제3 방향(Z)의 높이는 제1 방향(X)의 끝단 높이(L7S2x_Zend)가 제2 방향(Y)의 끝단 높이(L7S2y_Zend)보다 높을 수 있다. 즉, 상기 제14 면(S14)의 제1,2 방향의 끝단에서의 높이 차이는 1 < L7S2x_Zend / L7S2y_Zend < 2의 수학식을 만족할 수 있다. 이에 따라 이미지 센서(300)의 주변부 즉, 장변 및 단변 방향의 단부 영역까지 광을 조사하여 중심부와 주변부 사이 또는 주변부들 사이의 광 분포 차이를 줄여줄 수 있다.
상기 제4 내지 제7 렌즈(104,105,106,107) 중에서 적어도 하나 또는 둘 이상은 굴절률이 1.65 초과일 수 있다. 상기 제4 내지 제7 렌즈(104,105,106,107) 중에서 상기 제7 렌즈(107)는 가장 큰 굴절률을 가질 수 있고, 상기 제4,5 렌즈(104,105)의 굴절률은 1.6 이상 예컨대,1.6 내지 1.7 범위일 수 있으며, 제6 렌즈(106)의 굴절률보다 클 수 있다. 상기 제4 내지 제7 렌즈(104,105,106,107)는 모두 굴절률이 1.5 이상일 수 있다. 상기 광학계(1000) 내에서 1.6 초과의 굴절률을 갖는 렌즈 매수는 전체 매수의 40% 이상이거나 3매 이상일 수 있다.
상기 제7 렌즈(107)는 렌즈(101-107) 중에서 굴절률이 가장 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(107)의 굴절률은 1.65 이상 예컨대,1.65 초과일 수 있으며,1.65 초과 1.85 이하일 수 있다. 상기 제7 렌즈(107)는 상기 제1 렌즈(101)의 굴절률보다 0.15 이상 클 수 있으며, 예컨대 상기 제1 렌즈(101)의 굴절률보다 0.15 내지 0.3 범위로 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(107)는 내부에 투명한 재질의 나노 사이즈의 입자를 포함할 수 있다. 상기 나노 사이즈의 입자는 상기 제7 렌즈(107) 내에 1 내지 50vol%로 첨가될 수 있으며, 예컨대 30vol% 내지 50vol% 범위로 첨가될 수 있다. 상기 나노 사이즈의 입자는 MgF2, ZrO2, TiO2, BaTiO3 중 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 ZrO2, TiO2, 또는 BaTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 나노 사이즈의 입자의 사이즈는 1nm 내지 100nm의 크기를 가질 수 있다. 상기 나노 입자의 사이즈는 50nm 이하가 바람직하고, 투과율이 높은 Nano-Composite를 얻기 위해서는 30nm 이하가 바람직하며, 더 바람직하게 15nm 이하일 수 있다. 상기 나노 사이즈의 입자는 상기 유리 재질 또는 플라스틱 재질보다 높은 굴절률을 갖는 재질일 수 있으며, 예컨대 1.7 이상 또는 1.7 내지 2.6 범위일 수 있다. 상기 제7 렌즈(107)에 첨가된 나노 사이즈의 입자와 종류와 상기 제1 렌즈(101)에 첨가된 나노 사이즈의 입자의 종류는 굴절률, 재질 또는 아베수가 서로 다를 수 있다. 이에 따라 상기 제7 렌즈(107)의 굴절률을 높여줄 수 있고, 광학계를 슬림화시켜 줄 수 있다.
상기 제4 내지 제7 렌즈(104,105,106,107) 중에서 렌즈의 유효경(Clear aperture, CA)는 상기 제4 렌즈(104)의 물체측 면 및 센서측 면 중 적어도 하나가 가장 작을 수 있고, 상기 제7 렌즈(107)의 물체측 면 및 센서측 면 중 적어도 하나가 가장 클 수 있다. 자세하게, 상기 제4 렌즈(104)의 물체 측 제7 면(S7)의 유효경의 크기는 상기 제4 내지 제7 렌즈(104,105,106,107)의 물체 측 면 및 센서 측 면 중에서 가장 작을 수 있다. 상기 제7 렌즈(107)의 센서 측 제14 면(S14)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제7 렌즈들(101,102,103,104,105,106,107)의 물체 측 면 및 센서 측 면들 중 가장 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(107)의 센서 측 제14 면(S14)의 유효경의 크기(H7)는 대각선 길이로서, 상기 제3 렌즈(103)의 제6 면(S6)의 유효경 크기의 1.5배 이상 및 5배 미만일 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계(1000)는 색 수차를 감소시키고 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.
상기 제1 내지 제7 렌즈들(101,102,103,104,105,106,107) 각각의 유효경 크기를 각 렌즈의 물체 측 면과 센서 측 면의 유효경의 평균 값으로 정의할 때, 상기 제3 렌즈(103)의 제5,6 면(S5,S6)의 유효경 평균 즉, 상기 제3 렌즈(103)의 유효경 크기는 렌즈들 중에서 가장 작을 수 있다. 또한 상기 제7 렌즈(107)의 제13,14 면(S13,S14)의 유효경 평균 즉, 상기 제7 렌즈(107)의 유효경 크기는 렌즈들 중에서 가장 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(107)의 유효경 크기는 상기 제3 렌즈(103)의 유효경 크기의 2배 초과일 수 있으며, 예컨대 2배 초과 및 4배 미만일 수 있다.
도 3을 참조하면, BFL(Back focal length)은 상기 이미지 센서(300)에서 마지막 렌즈까지의 광축 거리이다. 상기 제7 렌즈(107)의 제14 면(S14)의 임의의 지점을 통과하는 접선(K1)과 상기 접선(K1)에 수직인 법선(K2)은 광축(OA)과 소정의 각도(θ1)를 가질 수 있다. 상기 제1 방향(X)의 제14 면(S14) 상에서 최대 접선 각도(θ1)는 45도 초과 예컨대, 45도 초과 및 70도 미만일 수 있다. 상기 제2 방향(Y)의 제14 면(S14) 상에서 최대 접선 각도(θ1)는 5도 초과 예컨대, 5도 초과 및 45도 미만일 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 제1 방향(X)에서 접선의 최대 각도가 상기 제2 방향(Y)에서의 접선의 최대 각도보다 클 수 있다.
Sag_L7S2_max는 임계점(P1)에서의 제14 면(S14)의 최대 Sag 값이며, D7_CT는 상기 제7 렌즈(107)의 중심 두께 또는 광축 두께이며, L7_ET는 상기 제7 렌즈(107)의 에지 두께이다. D6_CT는 상기 제6 렌즈(106)의 중심 두께 또는 광축 두께이며, 상기 제7 렌즈(107)의 에지 두께(L7_ET)는 제13 면(S13)의 유효 영역 끝단에서 제14 면(S14)의 유효 영역까지의 광축 방향의 거리이다. D67_CT는 상기 제6 렌즈(106)의 중심에서 상기 제7 렌즈(107)의 중심까지의 광축 거리(즉, 중심 간격)이다. 즉, 상기 제6 렌즈(106)의 중심에서 상기 제7 렌즈(107)의 중심까지의 광축 거리(D67_CT)는 제12 면(S12)의 중심에서 제13 면(S13)의 중심까지의 거리이다. D67_ET는 상기 제6 렌즈(106)의 에지에서 상기 제7 렌즈(107)의 에지까지의 광축 방향의 거리(즉, 에지 간격)이다. 즉, 상기 제6 렌즈(106)의 에지에서 상기 제7 렌즈(107)의 에지까지의 광축 방향의 거리(D67_ET)는 상기 제12 면(S12)의 유효 영역 끝단에서 원주 방향으로 연장된 직선과 상기 제13 면(S13)의 유효 영역 끝단 사이의 광축 방향의 거리이다.
이러한 방식으로 제1 내지 제7 렌즈(101,102,103,104,106,106,107)의 중심 두께, 에지 두께, 인접한 두 렌즈 사이의 중심 간격 및 에지 간격을 설정할 수 있다.
상기 제7 렌즈(107)의 중심 두께(L7_CT)는 상기 제1 렌즈(101)의 중심 두께보다 클 수 있으며, 상기 제6 렌즈(106)의 중심 두께보다 1.5배 이상 예컨대,1.5배 내지 2.5배 범위일 수 있다. 상기 제6,7렌즈(106,107) 사이의 광축 간격(D67_CT)은 상기 제5,6 렌즈(105,106) 사이의 광축 간격보다 작을 수 있다. 상기 제5,6 렌즈(105,106) 사이의 광축 간격은 렌즈들 사이의 간격 중에서 최대일 수 있으며, 제1 렌즈(101)의 중심 두께보다 작을 수 있다. 렌즈들(101-107) 사이의 간격 중에서 제2,3렌즈(102,103) 사이의 광축 간격은 최소일 수 있다.
상기 제1 렌즈(101)의 아베수는 렌즈부(100) 내에서 최대이며, 상기 제4 렌즈(104)의 아베수는 렌즈부(100) 내에서 최소일 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)는 상기 제1 렌즈(101)의 아베수보다 40 이상 작을 수 있다. 상기 제4,5 렌즈(104,105)의 아베수는 40 미만 예컨대, 30 미만일 수 있으며, 상기 제6,7 렌즈(106,107)의 아베수는 상기 제5 렌즈(105)의 아베수보다 크며, 40 이상 예컨대, 45 이상일 수 있다. 상기 제6,7 렌즈(106,107)의 아베수는 상기 제5 렌즈(105)의 아베수보다 2배 이상 클 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)의 아베수는 상기 제5 렌즈(105)의 아베수보다 3배 이상 클 수 있다.
곡률 반경을 절대 값으로 설명하면, 상기 렌즈부(100) 내에서 제6 렌즈(106)의 제11 면(S11)의 곡률 반경은 광축(OA)에서 렌즈 면들 중 가장 클 수 있고, 제1 렌즈(101)의 제1 면(S1)의 곡률 반경은 광축(OA)에서 렌즈 면들 중 가장 작을 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)의 제1 면(S1)의 곡률 반경은 상기 제7 렌즈(107)의 제14 면(S14)의 곡률 반경과의 차이가 2mm 이하일 수 있다. 상기 최대 곡률 반경은 최소 곡률 반경의 10 배 이상일 수 있다. 이에 따라 제1,7 렌즈(101,107)의 물체측 제1 면(S1)과 제14 면(S14)의 곡률 반경을 2mm 이하로 배치하여, 렌즈부(100)의 양측 렌즈에 의해 광의 입사 량과 출사 량을 개선시켜 줄 수 있다.
초점 거리를 절대 값으로 설명하면, 상기 렌즈부(100) 내에서 제5 렌즈(105)의 초점 거리는 렌즈들 중에서 가장 클 수 있고, 제7 렌즈(107)의 초점 거리는 가장 작을 수 있으며, 최대 초점 거리는 최소 초점 거리의 10배 이상일 수 있다.
표 1은 도 1,2의 제1 실시 예의 광학계의 렌즈 데이터의 예이다.
렌즈 면 곡률반경(mm) 두께(mm)/
간격(mm)		 굴절률 아베수 유효경의 크기(mm)
제1 렌즈 제1 면 2.0472 0.904 1.497 81.61 3.359
제2 면 5.2472 0.147 2.889
제2 렌즈 제3 면
(Stop)		 5.3782 0.250 1.680 18.10 2.839
제4 면 3.8302 0.093 2.709
제3 렌즈 제5 면 5.6913 0.383 1.543 56.00
 2.712
제6 면 19.5149 0.379 2.637
제4 렌즈 제7 면 -16.8927 0.369 1.680 18.10 2.715
제8 면 -14.6818 0.420 3.161
제5 렌즈 제9 면 8.1638 0.252 1.650 21.50 3.544
제10 면 8.0875 0.581 4.951
제6 렌즈 제11 면 27.6955 0.594 1.543　 56.00 5.389
제12 면 -14.8839 0.350 7.138
제7 렌즈 제13 면 -7.0632 1.041 1.773 49.63 8.878
제14 면 3.0096 0.226 8.709
필터 Infinity 0.210 11.719
Infinity 0.500 11.859
이미지 센서 Infinity 0.000 12.411
표 1은 도 1,2의 제1 내지 제7 렌즈들(101,102,103,104,105,106,107)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.
제1 실시예의 광학계에서 렌즈부(100)의 굴절률 합은 8 이상 예컨대, 8 내지 15 범위이며, 상기 굴절률 평균은 1.6 내지 1.7 범위일 수 있다. 상기 렌즈들 각각의 아베수 합은 220 이상 예컨대, 220 내지 350 범위이며, 전체 렌즈의 중심 두께 합은 5mm 이하 예컨대, 2.5mm 내지 5mm 범위이며, 광축에서의 렌즈들 사이의 간격 합은 3 mm 이하이고 상기 렌즈의 중심 두께 합보다 작고, 1.5mm 내지 2.5mm 범위일 수 있다. 또한 렌즈부(100)의 각 렌즈 면의 유효 경의 평균 값은 4mm 이상 예컨대, 4mm 내지 6mm 범위이며, 각 렌즈들의 중심 두께의 평균은 0.6mm 이하 예컨대, 0.4mm 내지 0.6mm 범위일 수 있다. 이에 따라 슬림한 광학계를 제공할 수 있다.
도 4와 같이, 제1 실시예에 복수의 렌즈들(100) 중 적어도 하나의 렌즈면은 30차 비구면 계수를 가진 비구면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제7 렌즈(101,102,103,104,105,106,107)는 30차 비구면 계수를 가지는 렌즈면을 포함할 수 있다. 상기와 같이 30차 비구면 계수를 가진 비구면은(“0”이 아닌 수치) 주변부의 비구면 형상을 특히 크게 변화시킬 수 있기 때문에 화각(FOV)의 주변부의 광학 성능을 양호하게 보정할 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
표 2는 제7 렌즈(107)의 제13 면(S13)의 자유 곡면에 대해 최대 반경 방향 차수에서의 계수와 방위각이 없을 때의 계수를 나타내며, 표 3은 제14 면(S14)의 자유곡면에 대해 자유 곡면에서 최대 반경 방향 차수에서의 계수와 방위각이 없을 때의 계수를 나타낸다.
도 7은 제1실시 예에 따른 광학계의 광선 수차 특성에 대한 그래프이다. 도 7의 수차 그래프에서 광학계의 자오상면(Tangential field curvature) 및 구결상면(Sagittal field curvature)에서 광축 상의 상대 필드 높이(relative field height)가 0.0 내지 1.0인 영역에서의 제1,2방향(X,Y)에 대해 횡수차를 나타내는 분석 그래프로서, 약 435nm, 약 486nm, 약 546nm, 약 587nm, 약 656nm 파장 대역의 광에 대해 횡수차의 보정 상태가 양호한 광학계를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 광학계(1000)는 향상된 해상력을 가지며 화각(FOV)의 중심부뿐만 아니라 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 상기 실시예에서 확인한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예 1의 렌즈계는 7매의 렌즈 구성으로 소형 경량화하면서 동시에 구면수차, 비점수차, 왜곡수차, 색수차, 코마수차 모두 양호하게 보정되어 고해상도의 구현이 가능하므로 카메라의 광학 기기에 내장되어 활용될 수 있다.
<제2실시 예>
도 8은 제2 실시예에 따른 광학계의 제1 방향에서의 측 단면도이며, 도 9는 도 8의 따른 광학계의 제2 방향에서의 측 단면도이고, 도 10은 제2실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이며, 도 11은 도 8 및 도 9의 광학계에서 n 번째 렌즈의 물체측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이고, 도 12는 도 8 및 도 9의 광학계에서 n 번째 렌즈의 센서측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이며, 도 13은 제2실시 예에 따른 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 광학계(1000)는 제1 렌즈(111), 제2 렌즈(112), 제3 렌즈(113), 제4 렌즈(114), 제5 렌즈(115), 제6 렌즈(116) 및 제7 렌즈(117)를 갖는 렌즈부(100A)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 렌즈(111,112,113)는 제1 렌즈 군(G1)일 수 있으며, 상기 제4 내지 제7 렌즈(114,115,116,117)는 제2 렌즈 군(G2)일 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 센서측 면의 둘레 또는 상기 제2 렌즈(112)의 물체측 면의 둘레에 조리개가 배치될 수 있다.
상기 제1 렌즈(111)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 양(+)의 굴절력일 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 유리(glass) 재질 또는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈(111)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 부연 설명하면, 제1 렌즈(111)의 제1 면(S1)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 제2 면(S2)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제1,2면(S1,S2)의 비구면 계수는 도 10과 같이 제공될 수 있다.
상기 제2 렌즈(112)는 상기 제1 렌즈(111)과 상기 제3 렌즈(113) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)는 음(-)의 굴절력일 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 렌즈(112)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제2 렌즈(112)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상일 수 있다. 광축(OA)에서 상기 제2 렌즈(112)의 상기 제3 면(S3)은 볼록한 형상이며, 제4 면(S4)은 오목한 형상일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제3 면(S3)은 볼록하고, 상기 제4 면(S4)는 볼록한 형상일 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)는 양면이 볼록한 형상일 수 있다. 상기 제3 면(S3) 및 상기 제4 면(S4) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제3,4면(S3,S4)의 비구면 계수는 도 10과 같이 제공될 수 있다.
상기 제3 렌즈(113)는 상기 제1 렌즈 군(G1) 내에서 센서 측에 가장 가까운 렌즈이다. 상기 제3 렌즈(113)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)는 양(+)의 굴절력일 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 렌즈(113)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제3 렌즈(113)는 광축(OA)에서 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 부연 설명하면, 상기 제3 렌즈(113)의 제5 면(S5)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 제6 면(S6)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제5,6면(S5,S6) 중에서 상기 제5 면(S5)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제3 렌즈(113)는 광축(OA)에서 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제5,6 면(S5,S6)의 비구면 계수는 도 10과 같이 제공될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(111,112,113) 중에서 상기 제2 렌즈(112)의 초점 거리의 절대값은 가장 클 수 있다. 상기 제1 렌즈 군(G1)의 초점 거리의 절대값은 상기 제2 렌즈(112), 상기 제3 렌즈(113) 및 상기 제1 렌즈(111) 순서로 큰 값을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(111,112,113)는 서로 상이한 중심 두께(CT: Center Thickness)를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제1 내지 제3 렌즈(111,112,113) 중에서 상기 제1 렌즈(111)는 가장 두꺼운 중심 두께를 가질 수 있고, 상기 제2 렌즈(112)는 가장 얇은 중심 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(111,112,113) 중에서 상기 제2 렌즈(112)는 가장 큰 굴절률을 가질 수 있고,1.6 초과이며, 상기 제1,3 렌즈(111,113)의 굴절률은 1.6 이하일 수 있다.
상기 제1 렌즈(111)의 아베수는 상기 제1 내지 제3 렌즈(111,112,113) 중 가장 클 수 있고, 렌즈부(100A) 내에서 가장 클 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)의 아베수는 상기 제1 내지 제3 렌즈(111,112,113) 중 가장 작을 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 아베수는 상기 제2 렌즈(112)의 아베수보다 40 이상 또는 50 이상 클 수 있다. 자세하게, 상기 제1 렌즈(111)의 아베수는 65 초과 또는 70 이상일 있으며, 예컨대 70 내지 85 범위일 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)의 아베수는 45 이상이며, 상기 제1 렌즈(111)의 아베수는 상기 제3 렌즈(113)의 아베수보다 20 이상의 차이를 가질 수 있다.
상기 제1 렌즈(111)의 재질은 유리 재질, 또는 내부에 투명한 재질의 나노 입자를 포함하는 유리 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 나노 사이즈의 입자는 상기 제1 렌즈(111) 내에 1 내지 50vol%로 첨가될 수 있으며, 예컨대 30vol% 내지 50vol% 범위로 첨가될 수 있다. 상기 나노 사이즈의 입자는 MgF2, ZrO2, TiO2, BaTiO3 중 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 MgF2를 포함할 수 있다. 상기 나노 사이즈의 입자는 상기 유리 재질 또는 플라스틱 재질보다 높은 아베수를 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(121)의 아베수에 대한 설명은 제1실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
이에 따라 상기 제1 렌즈(111)의 아베수를 높여줄 수 있고, 입사되는 빛의 분산을 줄이고, 해상도를 개선시켜 줄 수 있다. 상기 나노 입자의 사이즈는 1nm 내지 100nm의 크기를 가질 수 있다. 상기 나노 입자의 사이즈는 50nm 이하가 바람직하고, 투과율이 높은 Nano-Composite를 얻기 위해서는 30nm 이하가 바람직하며, 더 바람직하게 15nm 이하일 수 있다. 상기 제1 렌즈(101) 내에 첨가된 나노 입자의 아베수는 80 이상 예컨대, 80 내지 110 범위일 수 있다. 상기 제1 렌즈(111) 내에 높은 아베수를 갖는 나노 입자가 상기 범위로 첨가됨으로써, 상기 제1 렌즈(111)를 유리 재질 또는 플라스틱 재질보다 더 높은 아베수를 갖도록 할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(111,112,113) 중에서 렌즈의 유효경의 크기(Clear aperture, CA)는 상기 제3 렌즈(113)의 물체측 면 또는 센서 측 면 중 적어도 하나가 가장 작을 수 있고, 상기 제1 렌즈(111)의 물체측 면의 유효경 크기(H1)이 가장 클 수 있다. 자세하게, 상기 제3 렌즈(113)의 센서 측 제6 면(S6)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제6 면(S1, S2, S3, S4, S5, S6) 중 가장 작을 수 있다. 이때, 상기 제3 렌즈(113)의 센서 측 제6면(S6)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제7 렌즈들(111,112,113,114,115,116,117)의 물체 측 면 및 센서 측 면들 중 가장 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계(1000)는 입사하는 광을 제어하여 해상력, 색수차 제어 특성을 개선시킬 수 있고, 상기 광학계(1000)의 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.
상기 제4 렌즈(114)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(114)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(114)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 렌즈(114)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제4 렌즈(114)의 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(114)의 제7 면(S7)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 제8 면(S8)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면(S8) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면(S8)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제7,8 면(S7,S8)의 비구면 계수는 도 10과 같이 제공될 수 있다.
상기 제5 렌즈(115)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(115)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(115)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 렌즈(115)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제5 렌즈(115)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(115)의 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. 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. 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제9,10 면(S9,S10)의 비구면 계수는 도 10과 같이 제공될 수 있다. 상기 제5 렌즈(115)의 제9 면(S9) 및 제10 면(S10) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다.
상기 제6 렌즈(116)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(116)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(116)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제6 렌즈(116)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제6 렌즈(116)은 광축(OA)에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 제6 렌즈(116)의 제11 면(S11)은 볼록한 형상이고, 제12 면(S12)은 볼록한 형상일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제6 렌즈(116)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상, 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상 또는 양면이 오목한 형상일 수 있다. 상기 제11 면(S11) 및 상기 제12 면(S12) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제11 면(S11) 및 상기 제12 면(S12)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제11,12 면(S11,S12)의 비구면 계수는 도 10과 같이 제공될 수 있다. 상기 제6 렌즈(116)의 제11 면(S11) 및 제12 면(S12) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다.
상기 제7 렌즈(117)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 렌즈(117)는 유리 재질로 제공되거나, 나노 입자를 갖는 유리 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있다.
상기 제7 렌즈(117)는 광축에서 양면이 오목한 형상일 수 있다. 예를 들면, 상기 제7 렌즈(117)의 제13 면(S13)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 제14 면(S14)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제13 면(S13)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 상기 제14 면(S14)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제13 면(S13) 및 상기 제14 면(S14) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제13 면(S13) 및 상기 제14 면(S14)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제13,14 면(S13,S14)의 비구면 계수 일부는 도 10과 같이 제공될 수 있다.
상기 제7 렌즈(117)의 제13 면(S13) 및 제14 면(S14) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다. 예들 들면, 상기 제13 면(S13)은 중심에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 임계점을 가질 수 있으며, 상기 임계점(도 3의 P1)은 상기 제14 면(S14)의 중심에서 제1 방향의 유효 영역 끝단까지의 거리(도 3의 r7x)의 35% 이상의 위치 예컨대, 35% 내지 44% 범위의 거리(도 3의 dP1)에 위치할 수 있으며, 제2 방향의 유효 영역 끝단까지의 거리의 44% 이상 예컨대, 44% 내지 52% 범위에 위치할 수 있다. 상기 제14 면(S14)의 임계점은 중심에서 제1,2 방향(X,Y)으로 1.3mm 이상 예컨대, 1.3mm 내지 1.7mm 범위에 위치할 수 있다.
상기 제5 내지 제7 렌즈(115,116,117)의 임계점의 위치는 상기 광학계(1000)의 광학 특성을 고려하여 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 렌즈들을 통해 상기 이미지 센서(300)로 방출되는 광의 경로를 효과적으로 제어할 수 있다. 따라서, 제2 실시예에 따른 광학계(1000)는 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서도 향상된 광학 특성을 가질 수 있다.
상기 제7 렌즈(117)는 광축에 대해 비대칭인 자유곡면 렌즈일 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)의 제13 면(S13) 및 제14 면(S14) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축(OA)에 대해서 비대칭 형상인 자유곡면일 수 있다. 예를 들면, 상기 제13 면(S13)은 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상인 자유 곡면을 가질 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상인 자유 곡면을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 8의 X-Z 평면과 도 9의 Y-Z평면에서 광학계는 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상일 수 있다. 여기서, 상기 제7 렌즈(117)의 제14 면(S14)의 유효경 크기를 보면, 제1 방향 길이(H7x)는 제2 방향 길이(H7y)보다 클 수 있다. 제14 면(S14)의 유효경에서 제1 방향 길이(H7x)는 상기 제2 방향의 길이(H7y)의 1배 초과 1.5배 미만일 수 있다. 즉, 1 < H7x/H7y < 1.5의 수학식을 만족할 수 있다.
도 11과 같이, 상기 제7 렌즈(117)의 제13 면(S13)은 임계점 없이 제공될 수 있다. 상기 제13 면(S13)의 표면 형상은 제1 방향의 렌즈 면(L7S1x)의 형상과 제2 방향의 렌즈 면(L7S1y)의 형상이 광축(OA)에 대해 서로 비대칭 형상일 수 있다. 상기 제13 면(S13)의 길이 또는 유효 반경은 광축(OA)을 기준으로 제1 방향의 렌즈 면(L7S1x)의 길이가 제2 방향의 렌즈 면(L7S1y)의 길이보다 클 수 있다.
상기 제13 면(S13)의 중심과 직교하는 제1,2 방향(X,Y)으로 연장되는 가상의 직선에서 상기 제13 면(S13)의 유효 영역 끝단까지의 제3 방향(Z)의 높이는 제1 방향(X)의 끝단 높이(L7S1x_Zend)가 제2 방향(Y)의 끝단 높이(L7S1y_Zend)보다 높을 수 있다. 즉, 상기 제13 면(S13)의 제1,2 방향의 끝단에서의 높이 차이는 1 < L7S1x_Zend / L7S1y_Zend < 2의 수학식을 만족할 수 있다.
도 12와 같이, 상기 제7 렌즈(117)의 제14 면(S14)은 임계점을 가지며, 예컨대 광축(OA)에서 제1,2방향(X,Y)으로 1.3mm 내지 1.7mm 범위의 거리에 임계점이 위치할 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 임계점은 광축(OA)에서 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)의 끝단까지의 영역 중에서 서로 같거나 다른 위치에 배치될 수 있다. 도 3을 참조하면, 광축(OA)에서 제1 방향(X)으로 제14 면(S14)의 임계점(P1)까지의 거리(dP1)는 상기 제14 면(S14)의 유효 반경(r7x)의 44% 이하 예컨대, 35% 내지 44% 범위에 위치할 수 있다. 상기 제2 방향(Y)으로의 임계점 위치는 상기 제14 면(S14)의 유효 반경의 44% 이상 예컨대, 44% 내지 52% 범위에 위치할 수 있다.
상기 제14 면(S14)의 표면 형상은 제1 방향(X)의 렌즈 면(L7S2x)의 형상과 제2 방향(Y)의 렌즈 면(L7S2y)의 형상이 광축(OA)에 대해 서로 비대칭 형상일 수 있다. 상기 제14 면(S14)의 길이는 광축(OA)을 기준으로 제1 방향의 렌즈 면(L7S2x)의 길이가 제2 방향의 렌즈 면(L7S2y)의 길이보다 클 수 있다.
상기 제14 면(S14)의 중심과 직교하는 제1,2 방향(X,Y)으로 연장되는 가상의 직선에서 상기 제14 면(S14)의 유효 영역 끝단에 대한 제3 방향(Z)의 높이는 제1 방향(X)의 끝단 높이(L7S2x_Zend)가 제2 방향(Y)의 끝단 높이(L7S2y_Zend)보다 높을 수 있다. 즉, 상기 제14 면(S14)의 제1,2 방향의 끝단에서의 높이 차이는 1 < L7S2x_Zend / L7S2y_Zend < 2의 수학식을 만족할 수 있다. 이에 따라 이미지 센서(300)의 주변부 즉, 장변 및 단변 방향의 단부 영역까지 광을 조사하여 중심부와 주변부 사이 또는 주변부들 사이의 광 분포 차이를 줄여줄 수 있다.
상기 제4 내지 제7 렌즈(114,115,116,117) 중에서 적어도 하나 또는 둘 이상은 굴절률이 1.65 초과일 수 있다. 상기 제4 내지 제7 렌즈(114,115,116,117) 중에서 상기 제7 렌즈(117)는 가장 큰 굴절률을 가질 수 있고, 상기 제4,5 렌즈(114,115)의 굴절률은 1.6 이상 예컨대, 1.6 내지 1.7 범위일 수 있으며, 제6 렌즈(116)의 굴절률보다 클 수 있다. 상기 제4 내지 제7 렌즈(114,115,116,117)는 모두 굴절률이 1.5 이상일 수 있다. 상기 광학계(1000) 내에서 1.6 초과의 굴절률을 갖는 렌즈 매수는 전체 매수의 40% 이상이거나 3매 이상일 수 있다.
상기 제7 렌즈(117)는 렌즈(111-117) 중에서 굴절률이 가장 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)의 굴절률은 1.65 이상 예컨대,1.65 초과일 수 있으며,1.65 초과 1.85 이하일 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)는 상기 제1 렌즈(111)의 굴절률보다 0.15 이상 클 수 있으며, 예컨대 상기 제1 렌즈(111)의 굴절률보다 0.15 내지 0.3 범위로 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)는 내부에 나노 입자를 포함할 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 제7 렌즈(117) 내에 1 내지 50vol%로 첨가될 수 있으며, 예컨대 30vol% 내지 50vol% 범위로 첨가될 수 있다. 상기 나노 입자는 MgF2, ZrO2, TiO2, BaTiO3 중 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 ZrO2, TiO2, 또는 BaTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)의 굴절률에 대한 설명은 제1실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
상기 제4 내지 제7 렌즈(114,115,116,117) 중에서 렌즈의 유효경(Clear aperture, CA)는 상기 제4 렌즈(114)의 물체측 면 및 센서측 면 중 적어도 하나가 가장 작을 수 있고, 상기 제7 렌즈(117)의 물체측 면 및 센서측 면 중 적어도 하나가 가장 클 수 있다. 자세하게, 상기 제4 렌즈(114)의 물체 측 제7 면(S7)의 유효경의 크기는 상기 제4 내지 제7 렌즈(114,115,116,117)의 물체 측 면 및 센서 측 면 중에서 가장 작을 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)의 센서 측 제14 면(S14)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제7 렌즈들(111,112,113,114,115,116,117)의 물체 측 면 및 센서 측 면들 중 가장 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)의 센서 측 제14 면(S14)의 유효경의 크기(H7)는 대각선 길이로서, 상기 제3 렌즈(113)의 제6 면(S6)의 유효경 크기의 1.5배 이상 및 5배 미만일 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계(1000)는 색 수차를 감소시키고 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.
상기 제1 내지 제7 렌즈들(111,112,113,114,115,116,117) 각각의 유효경 크기를 각 렌즈의 물체 측 면과 센서 측 면의 유효경의 평균 값으로 정의할 때, 상기 제3 렌즈(113)의 제5,6 면(S5,S6)의 유효경 평균 즉, 상기 제3 렌즈(113)의 유효경 크기는 렌즈들 중에서 가장 작을 수 있다. 또한 상기 제7 렌즈(117)의 제13,14 면(S13,S14)의 유효경 평균 즉, 상기 제7 렌즈(117)의 유효경 크기는 렌즈들 중에서 가장 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)의 유효경 크기는 상기 제3 렌즈(113)의 유효경 크기의 2배 초과일 수 있으며, 예컨대 2배 초과 및 4배 미만일 수 있다.
상기 제7 렌즈(117)의 제14 면(S14)에서의 접선 각도(θ1)는 제1 방향(X) 상에서 최대 접선 각도로서, 45도 초과 예컨대, 45도 초과 및 70도 미만일 수 있으며, 제2 방향(Y) 상에서 최대 접선 각도로서, 5도 초과 예컨대, 5도 초과 및 45도 미만일 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 제1 방향(X)에서 접선의 최대 각도가 상기 제2 방향(Y)에서의 접선의 최대 각도보다 클 수 있다.
상기 제7 렌즈(117)의 중심 두께(L7_CT)는 상기 제1 렌즈(111)의 중심 두께보다 클 수 있으며, 상기 제6 렌즈(116)의 중심 두께보다 1.5배 이상 예컨대, 1.5배 내지 2.5배 범위일 수 있다. 상기 제6,7렌즈(116,117) 사이의 광축 간격은 상기 제5,6 렌즈(115,116) 사이의 광축 간격보다 클 수 있다. 상기 제6,7 렌즈(116,117) 사이의 광축 간격은 렌즈들 사이의 간격 중에서 최대일 수 있으며, 제1 렌즈(111)의 중심 두께보다 작을 수 있다. 렌즈들 사이의 간격 중에서 제2,3렌즈(112,113) 사이의 광축 간격은 최소일 수 있다.
상기 제1 렌즈(111)의 아베수는 렌즈 내에서 최대이며, 상기 제4 렌즈(114)의 아베수는 렌즈 내에서 최소일 수 있다. 상기 제4 렌즈(114)는 상기 제1 렌즈(111)의 아베수보다 40 이상 작을 수 있다. 상기 제4,5 렌즈(114,115)의 아베수는 40 미만 예컨대, 30 미만일 수 있으며, 상기 제6,7 렌즈(116,117)의 아베수는 상기 제5 렌즈(115)의 아베수보다 크며, 40 이상 예컨대, 45 이상일 수 있다. 상기 제6,7 렌즈(116,117)의 아베수는 상기 제5 렌즈(115)의 아베수보다 2배 이상 클 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 아베수는 상기 제5 렌즈(115)의 아베수보다 3배 이상 클 수 있다.
곡률 반경을 절대 값으로 설명하면, 상기 렌즈부(100A) 내에서 제6 렌즈(116)의 제12 면(S12)의 곡률 반경은 광축(OA)에서 렌즈 면들 중 가장 클 수 있고, 제1 렌즈(111)의 제1 면(S1)의 곡률 반경은 광축(OA)에서 렌즈 면들 중 가장 작을 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 제1 면(S1)의 곡률 반경은 상기 제7 렌즈(117)의 제14 면(S14)의 곡률 반경과의 차이가 2mm 이하일 수 있다. 상기 최대 곡률 반경은 최소 곡률 반경의 10 배 이상일 수 있다. 이에 따라 제1,7 렌즈(111,117)의 물체측 제1 면(S1)과 제14 면(S14)의 곡률 반경을 2mm 이하로 배치하여, 두 렌즈에 의해 광의 입사 량과 출사 량을 개선시켜 줄 수 있다.
초점 거리를 절대 값으로 설명하면, 상기 렌즈부(100A) 내에서 제5 렌즈(115)의 초점 거리는 렌즈들 중에서 가장 클 수 있고, 제7 렌즈(117)의 초점 거리는 가장 작을 수 있으며, 최대 초점 거리는 최소 초점 거리의 10배 이상일 수 있다.
표 4는 도 8,9의 제2실시 예의 광학계의 렌즈 데이터의 예이다.
렌즈 면 곡률반경(mm) 두께(mm)/
간격(mm)		 굴절률 아베수 유효경의 크기(mm)
제1 렌즈 제1 면 2.0055 0.842 1.497 　 81.61 3.212
제2 면 4.7764 0.145 2.770
제2 렌즈 제3 면
(Stop)		 5.5614 0.250 1.680 18.10 2.730
제4 면 3.8532 0.083 2.615
제3 렌즈 제5 면 5.0139 0.371 1.543 56.00 2.627
제6 면 15.0639 0.372 2.572
제4 렌즈 제7 면 -19.8554 0.348 1.680 18.10 2.659
제8 면 -16.0655 0.495 3.070
제5 렌즈 제9 면 8.0587 0.250 1.650 21.50 3.466
제10 면 7.4808 0.529 4.588
제6 렌즈 제11 면 12.9396 0.500 1.543 56.00 4.989
제12 면 -21.2151 0.565 6.641
제7 렌즈 제13 면 -5.6766 0.906 1.697 55.46 8.483
제14 면 2.7266 0.234 8.522
필터 Infinity 0.210 11.647
Infinity 0.500 11.799
이미지 센서 Infinity 0.000 12.408
표 4은 도 8,9의 제1 내지 제7 렌즈들(111,112,113,114,115,116,117)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.
제2 실시예의 광학계에서 렌즈부(100A)의 굴절률 합은 8 이상 예컨대, 8 내지 15 범위이며, 상기 굴절률 평균은 1.6 내지 1.7 범위일 수 있다. 상기 렌즈(100A)의 아베수 합은 220 이상 예컨대, 220 내지 350 범위이며, 전체 렌즈의 중심 두께 합은 5mm 이하 예컨대, 2.5mm 내지 5mm 범위이며, 광축에서의 렌즈들 사이의 간격 합은 3 mm 이하이고 상기 렌즈의 중심 두께 합보다 작고, 1.5mm 내지 2.5mm 범위일 수 있다. 또한 렌즈부(100A)의 각 렌즈 면의 유효 경의 평균 값은 4mm 이상 예컨대, 4mm 내지 6mm 범위이며, 각 렌즈들의 중심 두께의 평균은 0.6mm 이하 예컨대, 0.4mm 내지 0.6mm 범위일 수 있다. 이에 따라 슬림한 광학계를 제공할 수 있다.
도 10과 같이, 제2 실시예에 복수의 렌즈들(100A) 중 적어도 하나의 렌즈면은 30차 비구면 계수를 가진 비구면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제7 렌즈(111,112,113,114,115,116,117)는 30차 비구면 계수를 가지는 렌즈면을 포함할 수 있다. 상기와 같이 30차 비구면 계수를 가진 비구면은(“0”이 아닌 수치) 주변부의 비구면 형상을 특히 크게 변화시킬 수 있기 때문에 화각(FOV)의 주변부의 광학 성능을 양호하게 보정할 수 있다.
Figure pat00003
Figure pat00004
표 5는 제7 렌즈(117)의 제13 면(S13)의 자유 곡면에 대해 최대 반경 방향 차수에서의 계수와 방위각이 없을 때의 계수를 나타내며, 표 6은 제14 면(S14)의 자유곡면에 대해 자유 곡면에서 최대 반경 방향 차수에서의 계수와 방위각이 없을 때의 계수를 나타낸다.
도 13은 제2실시 예에 따른 광학계의 수차 특성에 대한 그래프이다. 도 13의 수차도에서는 자오상면(Tangential field curvature) 및 구결상면(Sagittal field curvature)에서 광축 상의 상대 필드 높이(relative field height)가 0.0 내지 1.0인 영역에서의 제1,2방향(X,Y)에 대해 횡수차를 나타내는 분석 그래프로서, 약 435nm, 약 486nm, 약 546nm, 약 587nm, 약 656nm 파장 대역의 광에 대해 횡수차의 보정 상태가 양호한 광학계를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 광학계(1000)는 향상된 해상력을 가지며 화각(FOV)의 중심부뿐만 아니라 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
<제3실시 예>
도 14는 제3 실시예에 따른 광학계의 제1 방향에서의 측 단면도이며, 도 15는 도 14의 따른 광학계의 제2 방향에서의 측 단면도이고, 도 16은 제3 실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이며, 도 17은 도 14 및 도 15의 광학계에서 n 번째 렌즈의 물체측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이고, 도 18는 도 14 및 도 15의 광학계에서 n 번째 렌즈의 센서측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이며, 도 19는 제3실시 예에 따른 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 광학계(1000)는 제1 렌즈(121), 제2 렌즈(122), 제3 렌즈(123), 제4 렌즈(124), 제5 렌즈(125), 제6 렌즈(126) 및 제7 렌즈(127)를 갖는 렌즈부(100B)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 렌즈(121,122,123)는 제1 렌즈 군(G1)일 수 있으며, 상기 제4 내지 제7 렌즈(124,125,126,127)는 제2 렌즈 군(G2)일 수 있다. 상기 제1 렌즈(121)의 센서측 면의 둘레 또는 상기 제2 렌즈(122)의 물체측 면의 둘레에 조리개가 배치될 수 있다.
상기 제1 렌즈(121)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(121)는 양(+)의 굴절력일 수 있다. 상기 제1 렌즈(121)는 유리(glass) 재질 또는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈(121)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 부연 설명하면, 제1 렌즈(121)의 제1 면(S1)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 제2 면(S2)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제1,2면(S1,S2)의 비구면 계수는 도 16과 같이 제공될 수 있다.
상기 제2 렌즈(122)는 상기 제1 렌즈(121)과 상기 제3 렌즈(123) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 렌즈(122)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(122)는 음(-)의 굴절력일 수 있다. 상기 제2 렌즈(122)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 렌즈(122)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제2 렌즈(122)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상일 수 있다. 광축(OA)에서 상기 제2 렌즈(122)의 상기 제3 면(S3)은 볼록한 형상이며, 제4 면(S4)은 오목한 형상일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제3 면(S3)은 볼록하고, 상기 제4 면(S4)는 볼록한 형상일 수 있다. 상기 제2 렌즈(122)는 양면이 볼록한 형상일 수 있다. 상기 제3 면(S3) 및 상기 제4 면(S4) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제3,4면(S3,S4)의 비구면 계수는 도 16과 같이 제공될 수 있다.
상기 제3 렌즈(123)는 상기 제1 렌즈 군(G1) 내에서 센서 측에 가장 가까운 렌즈이다. 상기 제3 렌즈(123)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(123)는 양(+)의 굴절력일 수 있다. 상기 제3 렌즈(123)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 렌즈(123)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제3 렌즈(123)는 광축(OA)에서 센서 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 부연 설명하면, 상기 제3 렌즈(123)의 제5 면(S5)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 제6 면(S6)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제5,6면(S5,S6) 중에서 상기 제5 면(S5)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제3 렌즈(123)는 광축(OA)에서 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제5,6 면(S5,S6)의 비구면 계수는 도 16과 같이 제공될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(121,122,123) 중에서 상기 제2 렌즈(122)의 초점 거리의 절대값은 가장 클 수 있다. 상기 제1 렌즈 군(G1)의 초점 거리의 절대값은 상기 제2 렌즈(122), 상기 제3 렌즈(123) 및 상기 제1 렌즈(121) 순서로 큰 값을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(121,122,123)는 서로 상이한 중심 두께(CT: Center Thickness)를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제1 내지 제3 렌즈(121,122,123) 중에서 상기 제1 렌즈(121)는 가장 두꺼운 중심 두께를 가질 수 있고, 상기 제2 렌즈(122)는 가장 얇은 중심 두께를 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(121)의 두께는 상기 제2 렌즈(122)으 중심 두께의 2배 이상일 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(121,122,123) 중에서 상기 제2 렌즈(122)는 가장 큰 굴절률을 가질 수 있고, 1.6 초과이며, 상기 제1,3 렌즈(121,123)의 굴절률은 1.6 이하일 수 있다.
상기 제1 렌즈(121)의 아베수는 상기 제1 내지 제3 렌즈(121,122,123) 중 가장 클 수 있고, 렌즈부(100B) 내에서 가장 클 수 있다. 상기 제2 렌즈(122)의 아베수는 상기 제1 내지 제3 렌즈(121,122,123) 중 가장 작을 수 있다. 상기 제1 렌즈(121)의 아베수는 상기 제2 렌즈(122)의 아베수보다 40 이상 또는 50 이상 클 수 있다. 자세하게, 상기 제1 렌즈(121)의 아베수는 65 초과 또는 70 이상일 있으며, 예컨대 70 내지 85 범위일 수 있다. 상기 제3 렌즈(123)의 아베수는 45 이상이며, 상기 제1 렌즈(121)의 아베수는 상기 제3 렌즈(123)의 아베수보다 20 이상의 차이를 가질 수 있다.
상기 제1 렌즈(121)의 재질은 유리 재질 또는 내부에 투명한 재질의 나노 입자를 포함하는 유리 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 제1 렌즈(121) 내에 1 내지 50vol%로 첨가될 수 있으며, 예컨대 30vol% 내지 50vol% 범위로 첨가될 수 있다. 상기 나노 입자는 MgF2, ZrO2, TiO2, BaTiO3 중 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 MgF2를 포함할 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 유리 재질보다 높은 아베수를 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(121)의 아베수에 대한 설명은 제1실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(121,122,123) 중에서 렌즈의 유효경의 크기(Clear aperture, CA)는 상기 제3 렌즈(123)의 물체측 면 또는 센서 측 면 중 적어도 하나가 가장 작을 수 있고, 상기 제1 렌즈(121)의 물체측 면의 유효경 크기(H1)이 가장 클 수 있다. 자세하게, 상기 제3 렌즈(123)의 센서 측 제6 면(S6)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제6 면(S1, S2, S3, S4, S5, S6) 중 가장 작을 수 있다. 이때, 상기 제3 렌즈(123)의 센서 측 제6면(S6)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제7 렌즈들(121,122,123,124,125,126,127)의 물체 측 면 및 센서 측 면들 중 가장 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계(1000)는 입사하는 광을 제어하여 해상력, 색수차 제어 특성을 개선시킬 수 있고, 상기 광학계(1000)의 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.
상기 제4 렌즈(124)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(124)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(124)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 렌즈(124)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제4 렌즈(124)의 센서 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제4 렌즈(124)의 제7 면(S7)은 볼록하거나, 제8 면(S8)이 오목할 수 있다. 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면(S8) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면(S8)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제7,8 면(S7,S8)의 비구면 계수는 도 16과 같이 제공될 수 있다.
상기 제5 렌즈(125)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(125)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(125)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 렌즈(125)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제5 렌즈(125)는 물체 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 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제9,10 면(S9,S10)의 비구면 계수는 도 16과 같이 제공될 수 있다. 상기 제5 렌즈(125)의 제9 면(S9) 및 제10 면(S10) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다.
상기 제6 렌즈(126)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(126)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(126)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다.
상기 제6 렌즈(126)은 광축(OA)에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제6 렌즈(126)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상, 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상 또는 양면이 오목한 형상일 수 있다. 상기 제11 면(S11) 및 상기 제12 면(S12) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제11 면(S11) 및 상기 제12 면(S12)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제11,12 면(S11,S12)의 비구면 계수는 도 16과 같이 제공될 수 있다. 상기 제6 렌즈(126)의 제11 면(S11) 및 제12 면(S12) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다.
상기 제7 렌즈(127)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제7 렌즈(127)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제7 렌즈(127)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 렌즈(127)는 유리 재질로 제공되거나 나노 입자를 갖는 유리 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있다.
상기 제7 렌즈(127)는 광축에서 양면이 오목한 형상일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제13 면(S13)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 상기 제14 면(S14)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제13 면(S13) 및 상기 제14 면(S14) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제13 면(S13) 및 상기 제14 면(S14)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제13,14 면(S13,S14)의 비구면 계수 일부는 도 16과 같이 제공될 수 있다.
상기 제7 렌즈(127)의 제13 면(S13) 및 제14 면(S14) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다. 예들 들면, 상기 제13 면(S13)은 중심에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 임계점을 가질 수 있으며, 상기 임계점(도 3의 P1)은 상기 제14 면(S14)의 중심에서 제1 방향의 유효 영역 끝단까지의 거리(도 3의 r7x)의 29% 이상의 위치 예컨대, 29% 내지 37% 범위의 거리(도 3의 dP1)에 위치할 수 있으며, 제2 방향의 유효 영역 끝단까지의 거리의 37% 이상 예컨대, 37% 내지 45% 범위에 위치할 수 있다. 상기 제14 면(S14)의 임계점은 중심에서 1.1mm 이상 예컨대, 1.1mm 내지 1.5mm 범위에 위치할 수 있다.
상기 제5 내지 제7 렌즈(125,126,127)의 임계점의 위치는 상기 광학계(1000)의 광학 특성을 고려하여 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 렌즈들을 통해 상기 이미지 센서(300)로 방출되는 광의 경로를 효과적으로 제어할 수 있다. 따라서, 제3 실시예에 따른 광학계(1000)는 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서도 향상된 광학 특성을 가질 수 있다.
상기 제7 렌즈(127)는 광축에 대해 비대칭인 자유곡면 렌즈일 수 있다. 상기 제7 렌즈(127)의 제13 면(S13) 및 제14 면(S14) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축(OA)에 대해서 비대칭 형상인 자유곡면일 수 있다. 예를 들면, 상기 제13 면(S13)은 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상인 자유 곡면을 가질 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상인 자유 곡면을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 14의 X-Z 평면과 도 15의 Y-Z평면에서 광학계는 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상일 수 있다. 도 17과 같이, 상기 제7 렌즈(127)의 제13 면(S13)은 임계점 없이 제공될 수 있다. 상기 제13 면(S13)의 표면 형상은 제1 방향의 렌즈 면(L7S1x)의 형상과 제2 방향의 렌즈 면(L7S1y)의 형상이 광축(OA)에 대해 서로 비대칭 형상일 수 있다. 상기 제13 면(S13)의 길이 또는 유효 반경은 광축(OA)을 기준으로 제1 방향의 렌즈 면(L7S1x)의 길이가 제2 방향의 렌즈 면(L7S1y)의 길이보다 클 수 있다. 여기서, 상기 제7 렌즈(127)의 제14 면(S14)의 유효경 크기를 보면, 제1 방향 길이(H7x)는 제2 방향 길이(H7y)보다 클 수 있다. 제14 면(S14)의 유효경에서 제1 방향 길이(H7x)는 상기 제2 방향의 길이(H7y)의 1배 초과 1.5배 미만일 수 있다. 즉, 1 < H7x/H7y < 1.5의 수학식을 만족할 수 있다.
상기 제13 면(S13)의 중심과 직교하는 제1,2 방향(X,Y)으로 연장되는 가상의 직선에서 상기 제13 면(S13)의 유효 영역 끝단까지의 제3 방향(Z)의 높이는 제1 방향(X)의 끝단 높이(L7S1x_Zend)가 제2 방향(Y)의 끝단 높이(L7S1y_Zend)보다 높을 수 있다. 즉, 상기 제13 면(S13)의 제1,2 방향의 끝단에서의 높이 차이는 1 < L7S1x_Zend / L7S1y_Zend < 2의 수학식을 만족할 수 있다.
도 18과 같이, 상기 제7 렌즈(127)의 제14 면(S14)은 임계점을 가지며, 예컨대 광축(OA)에서 제1,2방향으로 제1,2방향(X,Y)으로 1.1mm 내지 1.5mm 범위의 거리에 임계점이 위치할 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 임계점은 광축(OA)에서 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)의 끝단까지의 영역 중에서 서로 같거나 다른 위치에 배치될 수 있다.
상기 제14 면(S14)의 표면 형상은 제1 방향(X)의 렌즈 면(L7S2x)의 형상과 제2 방향(Y)의 렌즈 면(L7S2y)의 형상이 광축(OA)에 대해 서로 비대칭 형상일 수 있다. 상기 제14 면(S14)의 길이는 광축(OA)을 기준으로 제1 방향의 렌즈 면(L7S2x)의 길이가 제2 방향의 렌즈 면(L7S2y)의 길이보다 클 수 있다.
상기 제14 면(S14)의 중심과 직교하는 제1,2 방향(X,Y)으로 연장되는 가상의 직선에서 상기 제14 면(S14)의 유효 영역 끝단에 대한 제3 방향(Z)의 높이는 제1 방향(X)의 끝단 높이(L7S2x_Zend)가 제2 방향(Y)의 끝단 높이(L7S2y_Zend)보다 높을 수 있다. 즉, 상기 제14 면(S14)의 제1,2 방향의 끝단에서의 높이 차이는 1 < L7S2x_Zend / L7S2y_Zend < 2의 수학식을 만족할 수 있다. 이에 따라 이미지 센서(300)의 주변부 즉, 장변 및 단변 방향의 단부 영역까지 광을 조사하여 중심부와 주변부 사이 또는 주변부들 사이의 광 분포 차이를 줄여줄 수 있다.
상기 제4 내지 제7 렌즈(124,125,126,127) 중에서 적어도 하나 또는 둘 이상은 굴절률이 1.65 초과일 수 있다. 상기 제4 내지 제7 렌즈(124,125,126,127) 중에서 상기 제6,7 렌즈(126,127)는 다른 렌즈의 굴절률보다 클 수 있고, 상기 제4,5 렌즈(124,125)의 굴절률은 1.6 이상 예컨대, 1.6 내지 1.7 범위일 수 있으며, 제6 렌즈(126)의 굴절률보다 작을 수 있다. 상기 제4 내지 제7 렌즈(124,125,126,127)는 모두 굴절률이 1.6 이상 또는 1.65 이상일 수 있다. 상기 제6,7 렌즈(126,127)의 굴절률은 상기 제4,5(124,125)의 굴절률보다 높고 1.7 이상일 수 있다. 상기 광학계(1000) 내에서 1.6 초과의 굴절률을 갖는 렌즈 매수는 전체 매수의 60% 이상이거나 5매 이상일 수 있다.
상기 제6,7 렌즈(126,127)는 렌즈(121-127) 중에서 굴절률이 다른 렌즈들의 굴절률보다 클 수 있다. 상기 제6,7 렌즈(126,127)의 굴절률은 1.7 이상, 1.7 내지 1.85 범위일 수 있다. 상기 제6,7 렌즈(126,127)의 굴절률은 서로 동일할 수 있다. 상기 제6,7 렌즈(126,127)는 상기 제1 렌즈(121)의 굴절률보다 0.15 이상 클 수 있으며, 예컨대 상기 제1 렌즈(121)의 굴절률보다 0.15 내지 0.3 범위로 클 수 있다. 상기 제6,7 렌즈(126,127)는 내부에 나노 입자를 포함할 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 제6,7 렌즈(126,127) 내에 1 내지 50vol%로 첨가될 수 있으며, 예컨대 30vol% 내지 50vol% 범위로 첨가될 수 있다. 상기 나노 입자는 MgF2, ZrO2, TiO2, BaTiO3 중 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 ZrO2, TiO2, 또는 BaTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제6,7 렌즈(126,127)의 굴절률에 대한 설명은 제1실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
상기 제4 내지 제7 렌즈(124,125,126,127) 중에서 렌즈의 유효경(Clear aperture, CA)는 상기 제4 렌즈(124)의 물체측 면 및 센서측 면 중 적어도 하나가 가장 작을 수 있고, 상기 제7 렌즈(127)의 물체측 면 및 센서측 면 중 적어도 하나가 가장 클 수 있다. 자세하게, 상기 제4 렌즈(124)의 물체 측 제7 면(S7)의 유효경의 크기는 상기 제4 내지 제7 렌즈(124,125,126,127)의 물체 측 면 및 센서 측 면 중에서 가장 작을 수 있다. 상기 제7 렌즈(127)의 센서 측 제14 면(S14)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제7 렌즈들(121,122,123,124,125,126,127)의 물체 측 면 및 센서 측 면들 중 가장 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(127)의 센서 측 제14 면(S14)의 유효경의 크기(H7)는 대각선 길이로서, 상기 제3 렌즈(123)의 제6 면(S6)의 유효경 크기의 1.5배 이상 및 5배 미만일 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계(1000)는 색 수차를 감소시키고 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.
상기 제1 내지 제7 렌즈들(121,122,123,124,125,126,127) 각각의 유효경 크기를 각 렌즈의 물체 측 면과 센서 측 면의 유효경의 평균 값으로 정의할 때, 상기 제3 렌즈(123)의 제5,6 면(S5,S6)의 유효경 평균 즉, 상기 제3 렌즈(123)의 유효경 크기는 렌즈들 중에서 가장 작을 수 있다. 또한 상기 제7 렌즈(127)의 제13,14 면(S13,S14)의 유효경 평균 즉, 상기 제7 렌즈(127)의 유효경 크기는 렌즈들 중에서 가장 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(127)의 유효경 크기는 상기 제3 렌즈(123)의 유효경 크기의 2배 초과일 수 있으며, 예컨대 2배 초과 및 4배 미만일 수 있다.
상기 제7 렌즈(127)의 제14 면(S14)에서의 접선 각도(θ1)는 제1 방향(X)의 최대 접선 각도로서, 45도 초과 예컨대, 45도 초과 및 70도 미만일 수 있으며, 제2 방향(Y)의 최대 접선 각도로서, 5도 초과 예컨대, 5도 초과 및 45도 미만일 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 제1 방향(X)에서 접선의 최대 각도가 상기 제2 방향(Y)에서의 접선의 최대 각도보다 클 수 있다.
상기 제7 렌즈(127)의 중심 두께(L7_CT)는 상기 제1 렌즈(121)의 중심 두께보다 클 수 있으며, 상기 제6 렌즈(126)의 중심 두께보다 1.5배 이상 예컨대, 1.5배 내지 2.5배 범위일 수 있다. 상기 제6,7렌즈(126,127) 사이의 광축 간격은 상기 제5,6 렌즈(125,126) 사이의 광축 간격보다 클 수 있다. 상기 제6,7 렌즈(126,127) 사이의 광축 간격은 렌즈들 사이의 간격 중에서 최대일 수 있으며, 제1 렌즈(121)의 중심 두께보다 작을 수 있다. 렌즈들 사이의 간격 중에서 제2,3렌즈(122,123) 사이의 광축 간격은 최소일 수 있다.
상기 제1 렌즈(121)의 아베수는 렌즈 내에서 최대이며, 상기 제2,4,5 렌즈(122,124,125)의 아베수는 렌즈 내에서 최소일 수 있다. 상기 제1,4,5 렌즈(122,124,125)는 상기 제1 렌즈(121)의 아베수보다 40 이상 작을 수 있다. 상기 제2,4,5 렌즈(122,124,125)의 아베수는 40 미만 예컨대, 30 미만일 수 있으며, 상기 제6,7 렌즈(126,127)의 아베수는 상기 제5 렌즈(125)의 아베수보다 크며, 40 이상일 수 있다. 상기 제6,7 렌즈(126,127)의 아베수는 상기 제5 렌즈(125)의 아베수보다 2배 이상 클 수 있다. 상기 제1 렌즈(121)의 아베수는 상기 제5 렌즈(125)의 아베수보다 3배 이상 클 수 있다.
곡률 반경을 절대 값으로 설명하면, 상기 렌즈부(100B) 내에서 제3 렌즈(123)의 제5 면(S5)의 곡률 반경은 광축(OA)에서 렌즈 면들 중 가장 클 수 있고, 제1 렌즈(121)의 제1 면(S1)의 곡률 반경은 광축(OA)에서 렌즈 면들 중 가장 작을 수 있다. 상기 제1 렌즈(121)의 제1 면(S1)의 곡률 반경은 상기 제7 렌즈(127)의 제14 면(S14)의 곡률 반경과의 차이가 2mm 이하일 수 있다. 상기 최대 곡률 반경은 최소 곡률 반경의 10 배 이상일 수 있다. 이에 따라 제1,7 렌즈(121,127)의 물체측 제1 면(S1)과 제14 면(S14)의 곡률 반경을 2mm 이하로 배치하여, 렌즈부(100B)의 양측 렌즈에 의해 광의 입사 량과 출사 량을 개선시켜 줄 수 있다.
초점 거리를 절대 값으로 설명하면, 상기 렌즈부(100B) 내에서 제4,5 렌즈(124,125)의 초점 거리는 다른 렌즈의 초점 거리보다 클 수 있고, 제7 렌즈(127)의 초점 거리는 가장 작을 수 있으며, 최대 초점 거리는 최소 초점 거리의 10배 이상일 수 있다.
표 7은 도 14,15의 제3실시 예의 광학계의 렌즈 데이터의 예이다.
렌즈 면 곡률반경(mm) 두께(mm)/
간격(mm)		 굴절률 아베수 유효경의 크기(mm)
제1 렌즈 제1 면 2.0888 0.966 1.487 　 81.61 　 3.212
제2 면 7.3046 0.124 2.770
제2 렌즈 제3 면
(Stop)		 5.9782 0.250 1.680 　 18.10 　 3.356
제4 면 4.8234 0.183 2.835
제3 렌즈 제5 면 -100.0000 0.339 1.543 　 56.00 　 2.685
제6 면 -11.2504 0.285 2.585
제4 렌즈 제7 면 -11.4365 0.319 1.680 　 18.10 　 2.569
제8 면 -15.8006 0.509 2.537
제5 렌즈 제9 면 13.3785 0.271 1.680 　 18.10 　 2.606
제10 면 10.0364 0.461 3.035
제6 렌즈 제11 면 9.8519 0.587 1.744 　 44.90 　 3.600
제12 면 -16.8053 0.590 4.683
제7 렌즈 제13 면 -6.6940 1.006 1.744 44.90 4.980
제14 면 3.6385 0.100 6.592
필터 Infinity 0.210 8.772
Infinity 0.500 8.787
이미지 센서 Infinity 0.000 11.704
표 7은 도 14,15의 제1 내지 제7 렌즈들(121,122,123,124,125,126,127)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.
제3 실시예의 광학계에서 렌즈부(100B)의 굴절률 합은 8 이상 예컨대, 8 내지 15 범위이며, 상기 굴절률 평균은 1.6 내지 1.7 범위일 수 있다. 상기 렌즈(100B)의 아베수 합은 220 이상 예컨대, 220 내지 350 범위이며, 전체 렌즈의 중심 두께 합은 5mm 이하 예컨대, 2.5mm 내지 5mm 범위이며, 광축에서의 렌즈들 사이의 간격 합은 3 mm 이하이고 상기 렌즈의 중심 두께 합보다 작고, 1.5mm 내지 2.5mm 범위일 수 있다. 또한 렌즈부(100B)의 각 렌즈 면의 유효 경의 평균 값은 4mm 이상 예컨대, 4mm 내지 6mm 범위이며, 각 렌즈들의 중심 두께의 평균은 0.6mm 이하 예컨대, 0.4mm 내지 0.6mm 범위일 수 있다. 이에 따라 슬림한 광학계를 제공할 수 있다.
도 16과 같이, 제3 실시예에 복수의 렌즈들(100B) 중 적어도 하나의 렌즈면은 30차 비구면 계수를 가진 비구면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제7 렌즈(121,122,123,124,125,126,127)는 30차 비구면 계수를 가지는 렌즈면을 포함할 수 있다. 상기와 같이 30차 비구면 계수를 가진 비구면은(“0”이 아닌 수치) 주변부의 비구면 형상을 특히 크게 변화시킬 수 있기 때문에 화각(FOV)의 주변부의 광학 성능을 양호하게 보정할 수 있다.
Figure pat00005
Figure pat00006
표 8는 제7 렌즈(127)의 제13 면(S13)의 자유 곡면에 대해 최대 반경 방향 차수에서의 계수와 방위각이 없을 때의 계수를 나타내며, 표 9는 제14 면(S14)의 자유곡면에 대해 자유 곡면에서 최대 반경 방향 차수에서의 계수와 방위각이 없을 때의 계수를 나타낸다.
도 19는 제3실시 예에 따른 광학계의 수차 특성에 대한 그래프이다. 도 19의 수차도에서는 자오상면(Tangential field curvature) 및 구결상면(Sagittal field curvature)에서 광축 상의 상대 필드 높이(relative field height)가 0.0 내지 1.0인 영역에서의 제1,2방향(X,Y)에 대해 횡수차를 나타내는 분석 그래프로서, 약 435nm, 약 486nm, 약 546nm, 약 587nm, 약 656nm 파장 대역의 광에 대해 횡수차의 보정 상태가 양호한 광학계를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 광학계(1000)는 향상된 해상력을 가지며 화각(FOV)의 중심부뿐만 아니라 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
<제4실시 예>
도 20은 제4 실시예에 따른 광학계의 제1 방향에서의 측 단면도이며, 도 21은 도 20의 따른 광학계의 제2 방향에서의 측 단면도이고, 도 22는 제4 실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이며, 도 23은 도 20 및 도 21의 광학계에서 n 번째 렌즈의 물체측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이고, 도 24는 도 20 및 도 21의 광학계에서 n 번째 렌즈의 센서측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이며, 도 25는 제4 실시 예에 따른 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 20 및 도 21를 참조하면, 광학계(1000)는 제1 렌즈(131), 제2 렌즈(132), 제3 렌즈(133), 제4 렌즈(134), 제5 렌즈(135), 제6 렌즈(136) 및 제7 렌즈(137)를 갖는 렌즈부(100C)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 렌즈(131,132,133)는 제1 렌즈 군(G1)일 수 있으며, 상기 제4 내지 제7 렌즈(134,135,136,137)는 제2 렌즈 군(G2)일 수 있다. 상기 제1 렌즈(131)의 센서측 면의 둘레 또는 상기 제2 렌즈(132)의 물체측 면의 둘레에 조리개가 배치될 수 있다.
상기 제1 렌즈(131)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(131)는 양(+)의 굴절력일 수 있다. 상기 제1 렌즈(131)는 플라스틱 재질 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈(131)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 부연 설명하면, 제1 렌즈(131)의 제1 면(S1)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 제2 면(S2)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제1,2면(S1,S2)의 비구면 계수는 도 22과 같이 제공될 수 있다.
상기 제2 렌즈(132)는 상기 제1 렌즈(131)과 상기 제3 렌즈(133) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 렌즈(132)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(132)는 음(-)의 굴절력일 수 있다. 상기 제2 렌즈(132)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 렌즈(132)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제2 렌즈(132)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상일 수 있다. 광축(OA)에서 상기 제2 렌즈(132)의 상기 제3 면(S3)은 볼록한 형상이며, 제4 면(S4)은 오목한 형상일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제3 면(S3)은 볼록하고, 상기 제4 면(S4)는 볼록한 형상일 수 있다. 상기 제2 렌즈(132)는 양면이 볼록한 형상일 수 있다. 상기 제3 면(S3) 및 상기 제4 면(S4) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제3,4면(S3,S4)의 비구면 계수는 도 22과 같이 제공될 수 있다.
상기 제3 렌즈(133)는 상기 제1 렌즈 군(G1) 내에서 센서 측에 가장 가까운 렌즈이다. 상기 제3 렌즈(133)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(133)는 양(+)의 굴절력일 수 있다. 상기 제3 렌즈(133)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 렌즈(133)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제3 렌즈(133)는 광축(OA)에서 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 부연 설명하면, 상기 제3 렌즈(133)의 제5 면(S5)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 제6 면(S6)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제5,6면(S5,S6) 중에서 상기 제5 면(S5)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제3 렌즈(133)는 광축(OA)에서 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제5,6 면(S5,S6)의 비구면 계수는 도 22과 같이 제공될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(131,132,133) 중에서 상기 제2 렌즈(132)의 초점 거리의 절대값은 가장 클 수 있다. 상기 제1 렌즈 군(G1)의 초점 거리의 절대값은 상기 제2 렌즈(132), 상기 제3 렌즈(133) 및 상기 제1 렌즈(131) 순서로 큰 값을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(131,132,133)는 서로 상이한 중심 두께(CT: Center Thickness)를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제1 내지 제3 렌즈(131,132,133) 중에서 상기 제1 렌즈(131)는 가장 두꺼운 중심 두께를 가질 수 있고, 상기 제2 렌즈(132)는 가장 얇은 중심 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(131,132,133) 중에서 상기 제2 렌즈(132)는 가장 큰 굴절률을 가질 수 있고, 1.6 초과이며, 상기 제1,3 렌즈(131,133)의 굴절률은 1.6 이하일 수 있다.
상기 제1 렌즈(131)의 아베수는 상기 제1 내지 제3 렌즈(131,132,133) 중 가장 클 수 있고, 렌즈부(100C) 내에서 가장 클 수 있다. 상기 제2 렌즈(132)의 아베수는 상기 제1 내지 제3 렌즈(131,132,133) 중 가장 작을 수 있다. 상기 제1 렌즈(131)의 아베수는 상기 제2 렌즈(132)의 아베수보다 40 이상 또는 50 이상 클 수 있다. 자세하게, 상기 제1 렌즈(131)의 아베수는 65 초과 또는 70 이상일 있으며, 예컨대 70 내지 85 범위일 수 있다. 상기 제3 렌즈(133)의 아베수는 45 이상이며, 상기 제1 렌즈(131)의 아베수는 상기 제3 렌즈(133)의 아베수보다 20 이상의 차이를 가질 수 있다.
상기 제1 렌즈(131)의 재질은 유리 재질, 또는 내부에 나노 입자를 포함하는 유리 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 제1 렌즈(131) 내에 1 내지 50vol%로 첨가될 수 있으며, 예컨대 30vol% 내지 50vol% 범위로 첨가될 수 있다. 상기 나노 입자는 MgF2, ZrO2, TiO2, BaTiO3 중 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 MgF2를 포함할 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 유리 재질 또는 플라스틱 보다 높은 아베수를 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(131)의 아베수에 대한 설명은 제1실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(131,132,133) 중에서 렌즈의 유효경의 크기(Clear aperture, CA)는 상기 제3 렌즈(133)의 물체측 면 또는 센서 측 면 중 적어도 하나가 가장 작을 수 있고, 상기 제1 렌즈(131)의 물체측 면의 유효경 크기(H1)이 가장 클 수 있다. 자세하게, 상기 제3 렌즈(133)의 센서 측 제6 면(S6)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제6 면(S1, S2, S3, S4, S5, S6) 중 가장 작을 수 있다. 이때, 상기 제3 렌즈(133)의 센서 측 제6면(S6)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제7 렌즈들(131,132,133,134,135,136,137)의 물체 측 면 및 센서 측 면들 중 가장 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계(1000)는 입사하는 광을 제어하여 해상력, 색수차 제어 특성을 개선시킬 수 있고, 상기 광학계(1000)의 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.
상기 제4 렌즈(134)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(134)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(134)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 렌즈(134)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제4 렌즈(134)의 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(134)의 제7 면(S7)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 제8 면(S8)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면(S8) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면(S8)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제7,8 면(S7,S8)의 비구면 계수는 도 22과 같이 제공될 수 있다.
상기 제5 렌즈(135)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(135)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(135)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다.
상기 제5 렌즈(135)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(135)의 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. 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. 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제9,10 면(S9,S10)의 비구면 계수는 도 22와 같이 제공될 수 있다. 상기 제5 렌즈(135)의 제9 면(S9) 및 제10 면(S10) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다.
상기 제6 렌즈(136)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(136)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(136)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제6 렌즈(136)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제6 렌즈(136)은 광축(OA)에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 제6 렌즈(136)의 제11 면(S11)은 볼록한 형상이고, 제12 면(S12)은 볼록한 형상일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제6 렌즈(136)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상, 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상 또는 양면이 오목한 형상일 수 있다. 상기 제11 면(S11) 및 상기 제12 면(S12) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제11 면(S11) 및 상기 제12 면(S12)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제11,12 면(S11,S12)의 비구면 계수는 도 22와 같이 제공될 수 있다. 상기 제6 렌즈(136)의 제11 면(S11) 및 제12 면(S12) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다.
상기 제7 렌즈(137)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제7 렌즈(137)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제7 렌즈(137)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 렌즈(137)는 유리 재질로 제공되거나 내부에 나노 입자를 갖는 유리 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있다.
상기 제7 렌즈(137)는 광축에서 양면이 오목한 형상일 수 있다. 예를 들면, 상기 제7 렌즈(137)의 제13 면(S13)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 제14 면(S14)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제13 면(S13)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 상기 제14 면(S14)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제13 면(S13) 및 상기 제14 면(S14) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제13 면(S13) 및 상기 제14 면(S14)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제13,14 면(S13,S14)의 비구면 계수 일부는 도 22와 같이 제공될 수 있다.
상기 제7 렌즈(137)의 제13 면(S13) 및 제14 면(S14) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다. 예들 들면, 상기 제13 면(S13)은 중심에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 임계점을 가질 수 있으며, 상기 임계점(도 3의 P1)은 상기 제14 면(S14)의 중심에서 제1 방향(X)의 유효 영역 끝단까지의 거리(도 3의 r7x)의 32% 이상의 위치 예컨대, 32% 내지 41% 범위의 거리(도 3의 dP1)에 위치할 수 있으며, 제2 방향(Y)의 유효 영역 끝단까지의 거리의 41% 이상 예컨대, 41% 내지 49% 범위에 위치할 수 있다. 상기 제14 면(S12)의 임계점은 중심에서 제1,2 방향으로 1.2mm 이상 예컨대, 1.2mm 내지 1.6mm 범위에 위치할 수 있다.
상기 제5 내지 제7 렌즈(135,136,137)의 임계점의 위치는 상기 광학계(1000)의 광학 특성을 고려하여 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 렌즈들을 통해 상기 이미지 센서(300)로 방출되는 광의 경로를 효과적으로 제어할 수 있다. 따라서, 제4 실시예에 따른 광학계(1000)는 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서도 향상된 광학 특성을 가질 수 있다.
상기 제7 렌즈(137)는 광축에 대해 비대칭인 자유곡면 렌즈일 수 있다. 상기 제7 렌즈(137)의 제13 면(S13) 및 제14 면(S14) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축(OA)에 대해서 비대칭 형상인 자유곡면일 수 있다. 예를 들면, 상기 제13 면(S13)은 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상인 자유 곡면을 가질 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상인 자유 곡면을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 20의 X-Z 평면과 도 21의 Y-Z평면에서 광학계는 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상일 수 있다. 여기서, 상기 제7 렌즈(137)의 제14 면(S14)의 유효경 크기를 보면, 제1 방향 길이(H7x)는 제2 방향 길이(H7y)보다 클 수 있다. 제14 면(S14)의 유효경에서 제1 방향 길이(H7x)는 상기 제2 방향의 길이(H7y)의 1배 초과 1.5배 미만일 수 있다. 즉, 1 < H7x/H7y < 1.5의 수학식을 만족할 수 있다.
도 23과 와 같이, 상기 제7 렌즈(137)의 제13 면(S13)은 임계점 없이 제공될 수 있다. 상기 제13 면(S13)의 표면 형상은 제1 방향의 렌즈 면(L7S1x)의 형상과 제2 방향의 렌즈 면(L7S1y)의 형상이 광축(OA)에 대해 서로 비대칭 형상일 수 있다. 상기 제13 면(S13)의 길이 또는 유효 반경은 광축(OA)을 기준으로 제1 방향의 렌즈 면(L7S1x)의 길이가 제2 방향의 렌즈 면(L7S1y)의 길이보다 클 수 있다.
상기 제13 면(S13)의 중심과 직교하는 제1,2 방향(X,Y)으로 연장되는 가상의 직선에서 상기 제13 면(S13)의 유효 영역 끝단까지의 제3 방향(Z)의 높이는 제1 방향(X)의 끝단 높이(L7S1x_Zend)가 제2 방향(Y)의 끝단 높이(L7S1y_Zend)보다 높을 수 있다. 즉, 상기 제13 면(S13)의 제1,2 방향의 끝단에서의 높이 차이는 1 < L7S1x_Zend / L7S1y_Zend < 2의 수학식을 만족할 수 있다.
도 24와 같이, 상기 제7 렌즈(137)의 제14 면(S14)은 임계점을 가지며, 예컨대 광축(OA)에서 제1,2방향(X,Y)으로 1.2mm 내지 1.6mm 범위의 거리에 임계점이 위치할 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 임계점은 광축(OA)에서 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)의 끝단까지의 영역 중에서 서로 같거나 다른 위치에 배치될 수 있다.
상기 제14 면(S14)의 표면 형상은 제1 방향(X)의 렌즈 면(L7S2x)의 형상과 제2 방향(Y)의 렌즈 면(L7S2y)의 형상이 광축(OA)에 대해 서로 비대칭 형상일 수 있다. 상기 제14 면(S14)의 길이는 광축(OA)을 기준으로 제1 방향의 렌즈 면(L7S2x)의 길이가 제2 방향의 렌즈 면(L7S2y)의 길이보다 클 수 있다.
상기 제14 면(S14)의 중심과 직교하는 제1,2 방향(X,Y)으로 연장되는 가상의 직선에서 상기 제14 면(S14)의 유효 영역 끝단에 대한 제3 방향(Z)의 높이는 제1 방향(X)의 끝단 높이(L7S2x_Zend)가 제2 방향(Y)의 끝단 높이(L7S2y_Zend)보다 높을 수 있다. 즉, 상기 제14 면(S14)의 제1,2 방향의 끝단에서의 높이 차이는 1 < L7S2x_Zend / L7S2y_Zend < 2의 수학식을 만족할 수 있다. 이에 따라 이미지 센서(300)의 주변부 즉, 장변 및 단변 방향의 단부 영역까지 광을 조사하여 중심부와 주변부 사이 또는 주변부들 사이의 광 분포 차이를 줄여줄 수 있다.
상기 제4 내지 제7 렌즈(134,135,136,137) 중에서 적어도 하나 또는 둘 이상은 굴절률이 1.65 초과일 수 있다. 상기 제4 내지 제7 렌즈(134,135,136,137) 중에서 상기 제5,7 렌즈(135,137)는 다른 렌즈의 굴절률보다 클 수 있고, 상기 제4 내지 제7 렌즈(134,135,136,137)의 굴절률은 1.6 이상 예컨대, 1.6 내지 1.85 범위일 수 있으며, 제3 렌즈(133)의 굴절률보다 클 수 있다. 상기 제4 내지 제7 렌즈(134,135,136,137)는 모두 굴절률이 1.6 이상일 수 있으며, 상기 제5,7 렌즈(135,137)의 굴절률은 1.7 이상이며, 제4,6 렌즈(134,136)의 굴절률보다 클 수 있다. 상기 광학계(1000) 내에서 1.6 초과의 굴절률을 갖는 렌즈 매수는 전체 매수의 60% 이상이거나 4매 이상일 수 있다.
상기 렌즈(131-137) 중에서 상기 제5,7 렌즈(135,137)의 굴절률은 다른 렌즈들의 굴절률보다 클 수 있다. 상기 제5,7 렌즈(135,137)의 굴절률은 1.65 이상 예컨대,1.65 초과일 수 있으며, 1.7 초과 1.85 이하일 수 있다. 상기 제5,7 렌즈(135,137)는 상기 제1 렌즈(131)의 굴절률보다 0.15 이상 클 수 있으며, 예컨대 상기 제1 렌즈(131)의 굴절률보다 0.15 내지 0.3 범위로 클 수 있다. 상기 제5,7 렌즈(135,137)는 내부에 나노 입자를 포함할 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 제5,7 렌즈(135,137) 내에 1 내지 50vol%로 첨가될 수 있으며, 예컨대 30vol% 내지 50vol% 범위로 첨가될 수 있다. 상기 나노 입자는 MgF2, ZrO2, TiO2, BaTiO3 중 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 ZrO2, TiO2, 또는 BaTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제5,7 렌즈(135,137)의 굴절률에 대한 설명은 제1실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
상기 제4 내지 제7 렌즈(134,135,136,137) 중에서 렌즈의 유효경(Clear aperture, CA)는 상기 제4 렌즈(134)의 물체측 면 및 센서측 면 중 적어도 하나가 가장 작을 수 있고, 상기 제7 렌즈(137)의 물체측 면 및 센서측 면 중 적어도 하나가 가장 클 수 있다. 자세하게, 상기 제4 렌즈(134)의 물체 측 제7 면(S7)의 유효경의 크기는 상기 제4 내지 제7 렌즈(134,135,136,137)의 물체 측 면 및 센서 측 면 중에서 가장 작을 수 있다. 상기 제7 렌즈(137)의 센서 측 제14 면(S14)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제7 렌즈들(131,132,133,134,135,136,137)의 물체 측 면 및 센서 측 면들 중 가장 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(137)의 센서 측 제14 면(S14)의 유효경의 크기(H7)는 대각선 길이로서, 상기 제3 렌즈(133)의 제6 면(S6)의 유효경 크기의 1.5배 이상 및 5배 미만일 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계(1000)는 색 수차를 감소시키고 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.
상기 제1 내지 제7 렌즈들(131,132,133,134,135,136,137) 각각의 유효경 크기를 각 렌즈의 물체 측 면과 센서 측 면의 유효경의 평균 값으로 정의할 때, 상기 제3 렌즈(133)의 제5,6 면(S5,S6)의 유효경 평균 즉, 상기 제3 렌즈(133)의 유효경 크기는 렌즈들 중에서 가장 작을 수 있다. 또한 상기 제7 렌즈(137)의 제13,14 면(S13,S14)의 유효경 평균 즉, 상기 제7 렌즈(137)의 유효경 크기는 렌즈들 중에서 가장 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(137)의 유효경 크기는 상기 제3 렌즈(133)의 유효경 크기의 2배 초과일 수 있으며, 예컨대 2배 초과 및 4배 미만일 수 있다.
상기 제7 렌즈(137)의 제14 면(S14)에서의 접선 각도(θ1)는 제1 방향(X) 상에서 최대 접선 각도로서, 45도 초과 예컨대, 45도 초과 및 70도 미만일 수 있으며, 제2 방향(Y) 상에서 최대 접선 각도로서, 5도 초과 예컨대, 5도 초과 및 45도 미만일 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 제1 방향(X)에서 접선의 최대 각도가 상기 제2 방향(Y)에서의 접선의 최대 각도보다 클 수 있다.
상기 제7 렌즈(137)의 중심 두께(L7_CT)는 상기 제1 렌즈(131)의 중심 두께보다 클 수 있으며, 상기 제6 렌즈(136)의 중심 두께보다 1.5배 이상 예컨대, 1.5배 내지 2.5배 범위일 수 있다. 상기 제6,7렌즈(136,137) 사이의 광축 간격은 상기 제5,6 렌즈(135,136) 사이의 광축 간격보다 작을 수 있다. 상기 제5,6 렌즈(135,136) 사이의 광축 간격은 렌즈들 사이의 간격 중에서 최대일 수 있으며, 제1 렌즈(131)의 중심 두께보다 작을 수 있다. 렌즈들 사이의 간격 중에서 제2,3렌즈(132,133) 사이의 광축 간격은 최소일 수 있다.
상기 제1 렌즈(131)의 아베수는 렌즈 내에서 최대이며, 상기 제2,4,6 렌즈(132,134,136)의 아베수는 렌즈 내에서 최소일 수 있다. 상기 제2,4,6 렌즈(132,134,136)는 상기 제1 렌즈(131)의 아베수보다 40 이상 작을 수 있다. 상기 제2,4,6 렌즈(142,134,136)의 아베수는 40 미만 예컨대, 30 미만일 수 있으며, 상기 제7 렌즈(137)의 아베수는 상기 제5 렌즈(135)의 아베수보다 크며, 40 이상 예컨대, 45 이상일 수 있다. 상기 제7 렌즈(137)의 아베수는 상기 제6 렌즈(136)의 아베수보다 2배 이상 클 수 있다. 상기 제1 렌즈(131)의 아베수는 상기 제6 렌즈(136)의 아베수보다 3배 이상 클 수 있다.
곡률 반경을 절대 값으로 설명하면, 상기 렌즈부(100C) 내에서 제6 렌즈(136)의 제11 면(S11)의 곡률 반경은 광축(OA)에서 렌즈 면들 중 가장 클 수 있고, 제7 렌즈(137)의 제14 면(S14)의 곡률 반경은 광축(OA)에서 렌즈 면들 중 가장 작거나 5mm 이하일 수 있다. 상기 제1 렌즈(131)의 제1 면(S1)의 곡률 반경은 상기 제7 렌즈(137)의 제14 면(S14)의 곡률 반경과의 차이가 2mm 이하일 수 있다. 상기 최대 곡률 반경은 최소 곡률 반경의 10 배 이상일 수 있다. 이에 따라 제1,7 렌즈(131,137)의 물체측 제1 면(S1)과 제14 면(S14)의 곡률 반경을 2mm 이하로 배치하여, 렌즈부(100C)의 양측 렌즈에 의해 광의 입사 량과 출사 량을 개선시켜 줄 수 있다.
초점 거리를 절대 값으로 설명하면, 상기 렌즈부(100C) 내에서 제5 렌즈(135)의 초점 거리는 렌즈들 중에서 가장 클 수 있고, 제7 렌즈(137)의 초점 거리는 가장 작을 수 있으며, 최대 초점 거리는 최소 초점 거리의 10배 이상일 수 있다.
표 10은 도 20,21의 제4실시 예의 광학계의 렌즈 데이터의 예이다.
렌즈 면 곡률반경(mm) 두께(mm)/
간격(mm)		 굴절률 아베수 유효경의 크기(mm)
제1 렌즈 제1 면 2.1029 0.899 1.487 　 81.61 　 3.407
제2 면 5.7036 0.152 2.936
제2 렌즈 제3 면
(Stop)		 4.9309 0.250 1.680 　 18.10 　 2.852
제4 면 3.6032 0.098 2.733
제3 렌즈 제5 면 6.1458 0.394 1.543 　 56.00 　 2.748
제6 면 23.0920 0.330 2.674
제4 렌즈 제7 면 -28.9660 0.380 1.680 　 18.10 　 2.733
제8 면 -14.5537 0.600 3.129
제5 렌즈 제9 면 29.1856 0.250 1.755 　 27.53 　 3.501
제10 면 34.4328 0.584 4.332
제6 렌즈 제11 면 72.9051 0.562 1.680 　 18.10 　 4.594
제12 면 -10.7747 0.050 6.702
제7 렌즈 제13 면 -7.2860 1.324 1.744 44.90 8.234
제14 면 2.1394 0.116 8.243
필터 Infinity 0.210 11.608
Infinity 0.500 11.764
이미지 센서 Infinity 0.000 12.408
표 10은 도 20,21의 제1 내지 제7 렌즈들(131,132,133,134,135,136,137)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.
제4 실시예의 광학계에서 렌즈부(100C)의 굴절률 합은 8 이상 예컨대, 8 내지 15 범위이며, 상기 굴절률 평균은 1.6 내지 1.7 범위일 수 있다. 상기 렌즈(100C)의 아베수 합은 220 이상 예컨대, 220 내지 350 범위이며, 전체 렌즈의 중심 두께 합은 5mm 이하 예컨대, 2.5mm 내지 5mm 범위이며, 광축에서의 렌즈들 사이의 간격 합은 3 mm 이하이고 상기 렌즈의 중심 두께 합보다 작고, 1.5mm 내지 2.5mm 범위일 수 있다. 또한 렌즈부(100C)의 각 렌즈 면의 유효 경의 평균 값은 4mm 이상 예컨대, 4mm 내지 6mm 범위이며, 각 렌즈들의 중심 두께의 평균은 0.6mm 이하 예컨대, 0.4mm 내지 0.6mm 범위일 수 있다. 이에 따라 슬림한 광학계를 제공할 수 있다.
도 22와 같이, 제4 실시예에 복수의 렌즈들(100C) 중 적어도 하나의 렌즈면은 30차 비구면 계수를 가진 비구면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제7 렌즈(131,132,133,134,135,136,137)는 30차 비구면 계수를 가지는 렌즈면을 포함할 수 있다. 상기와 같이 30차 비구면 계수를 가진 비구면은(“0”이 아닌 수치) 주변부의 비구면 형상을 특히 크게 변화시킬 수 있기 때문에 화각(FOV)의 주변부의 광학 성능을 양호하게 보정할 수 있다.
Figure pat00007
Figure pat00008
표 11은 제7 렌즈(137)의 제13 면(S13)의 자유 곡면에 대해 최대 반경 방향 차수에서의 계수와 방위각이 없을 때의 계수를 나타내며, 표 12는 제14 면(S14)의 자유곡면에 대해 자유 곡면에서 최대 반경 방향 차수에서의 계수와 방위각이 없을 때의 계수를 나타낸다.
도 25는 제4실시 예에 따른 광학계의 수차 특성에 대한 그래프이다. 도 25의 수차도에서는 자오상면(Tangential field curvature) 및 구결상면(Sagittal field curvature)에서 광축 상의 상대 필드 높이(relative field height)가 0.0 내지 1.0인 영역에서의 제1,2방향(X,Y)에 대해 횡수차를 나타내는 분석 그래프로서, 약 435nm, 약 486nm, 약 546nm, 약 587nm, 약 656nm 파장 대역의 광에 대해 횡수차의 보정 상태가 양호한 광학계를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 광학계(1000)는 향상된 해상력을 가지며 화각(FOV)의 중심부뿐만 아니라 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
<제5실시 예>
도 26은 제5 실시예에 따른 광학계의 제1 방향에서의 측 단면도이며, 도 27은 도 26의 따른 광학계의 제2 방향에서의 측 단면도이고, 도 28는 제5 실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이며, 도 29는 도 26 및 도 27의 광학계에서 n 번째 렌즈의 물체측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이고, 도 30은 도 26 및 도 27의 광학계에서 n 번째 렌즈의 센서측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이며, 도 31은 제3실시 예에 따른 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 26 및 도 27을 참조하면, 광학계(1000)는 제1 렌즈(141), 제2 렌즈(142), 제3 렌즈(143), 제4 렌즈(144), 제5 렌즈(145), 제6 렌즈(146) 및 제7 렌즈(147)를 갖는 렌즈부(100D)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 렌즈(141,142,143)는 제1 렌즈 군(G1)일 수 있으며, 상기 제4 내지 제7 렌즈(144,145,146,147)는 제2 렌즈 군(G2)일 수 있다. 상기 제1 렌즈(141)의 센서측 면의 둘레 또는 상기 제2 렌즈(142)의 물체측 면의 둘레에 조리개가 배치될 수 있다.
상기 제1 렌즈(141)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(141)는 양(+)의 굴절력일 수 있다. 상기 제1 렌즈(141)는 플라스틱 재질 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈(141)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제1,2면(S1,S2)의 비구면 계수는 도 28과 같이 제공될 수 있다.
상기 제2 렌즈(142)는 상기 제1 렌즈(141)과 상기 제3 렌즈(143) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 렌즈(142)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(142)는 음(-)의 굴절력일 수 있다. 상기 제2 렌즈(142)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 렌즈(142)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제2 렌즈(142)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제3 면(S3)은 볼록하고, 상기 제4 면(S4)는 볼록한 형상일 수 있다. 상기 제2 렌즈(142)는 양면이 볼록한 형상일 수 있다. 상기 제3 면(S3) 및 상기 제4 면(S4) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제3,4면(S3,S4)의 비구면 계수는 도 28과 같이 제공될 수 있다.
상기 제3 렌즈(143)는 상기 제1 렌즈 군(G1) 내에서 센서 측에 가장 가까운 렌즈이다. 상기 제3 렌즈(143)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(143)는 양(+)의 굴절력일 수 있다. 상기 제3 렌즈(143)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 렌즈(143)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제3 렌즈(143)는 광축(OA)에서 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제5,6면(S5,S6) 중에서 상기 제5 면(S5)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제3 렌즈(143)는 광축(OA)에서 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제5,6 면(S5,S6)의 비구면 계수는 도 28과 같이 제공될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(141,142,143) 중에서 상기 제2 렌즈(142)의 초점 거리의 절대값은 가장 클 수 있다. 상기 제1 렌즈 군(G1)의 초점 거리의 절대값은 상기 제2 렌즈(142), 상기 제3 렌즈(143) 및 상기 제1 렌즈(141) 순서로 큰 값을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(141,142,143)는 서로 상이한 중심 두께(CT: Center Thickness)를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제1 내지 제3 렌즈(141,142,143) 중에서 상기 제1 렌즈(141)는 가장 두꺼운 중심 두께를 가질 수 있고, 상기 제2 렌즈(142)는 가장 얇은 중심 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(141,142,143) 중에서 상기 제2 렌즈(142)는 가장 큰 굴절률을 가질 수 있고,1.6 초과이며, 상기 제1 렌즈(141)의 굴절률은 1.6 미만일 수 있다.
상기 제1 렌즈(141)의 아베수는 상기 제1 내지 제3 렌즈(141,142,143) 중 가장 클 수 있고, 렌즈부(100D) 내에서 가장 클 수 있다. 상기 제2 렌즈(142)의 아베수는 상기 제1 내지 제3 렌즈(141,142,143) 중 가장 작을 수 있다. 상기 제1 렌즈(141)의 아베수는 상기 제2 렌즈(142)의 아베수보다 40 이상 또는 50 이상 클 수 있다. 자세하게, 상기 제1 렌즈(141)의 아베수는 65 초과 또는 70 이상일 있으며, 예컨대 70 내지 85 범위일 수 있다. 상기 제3 렌즈(143)의 아베수는 45 이상이며, 상기 제1 렌즈(141)의 아베수는 상기 제3 렌즈(143)의 아베수보다 20 이상의 차이를 가질 수 있다.
상기 제1 렌즈(141)의 재질은 유리 재질, 또는 내부에 나노 입자를 포함하는 유리 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 제1 렌즈(141) 내에 1 내지 50vol%로 첨가될 수 있으며, 예컨대 30vol% 내지 50vol% 범위로 첨가될 수 있다. 상기 나노 입자는 MgF2, ZrO2, TiO2, BaTiO3 중 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 MgF2를 포함할 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 유리 재질 또는 플라스틱 재질보다 높은 아베수를 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(141)의 아베수에 대한 설명은 제1실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(141,142,143) 중에서 렌즈의 유효경의 크기(Clear aperture, CA)는 상기 제3 렌즈(143)의 물체측 면 또는 센서 측 면 중 적어도 하나가 가장 작을 수 있고, 상기 제1 렌즈(141)의 물체측 면의 유효경 크기(H1)이 가장 클 수 있다. 자세하게, 상기 제3 렌즈(143)의 센서 측 제6 면(S6)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제6 면(S1, S2, S3, S4, S5, S6) 중 가장 작을 수 있다. 이때, 상기 제3 렌즈(143)의 센서 측 제6면(S6)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제7 렌즈들(141,142,143,144,145,146,147)의 물체 측 면 및 센서 측 면들 중 가장 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계(1000)는 입사하는 광을 제어하여 해상력, 색수차 제어 특성을 개선시킬 수 있고, 상기 광학계(1000)의 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.
상기 제4 렌즈(144)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(144)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(144)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 렌즈(144)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제4 렌즈(144)의 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면(S8) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면(S8)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제7,8 면(S7,S8)의 비구면 계수는 도 28과 같이 제공될 수 있다.
상기 제5 렌즈(145)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(145)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(145)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 렌즈(145)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제5 렌즈(145)는 물체 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 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제9,10 면(S9,S10)의 비구면 계수는 도 28과 같이 제공될 수 있다. 상기 제5 렌즈(145)의 제9 면(S9) 및 제10 면(S10) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다.
상기 제6 렌즈(146)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(146)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(146)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제6 렌즈(146)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제6 렌즈(146)은 광축(OA)에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제6 렌즈(146)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상, 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상 또는 양면이 오목한 형상일 수 있다. 상기 제11 면(S11) 및 상기 제12 면(S12) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제11 면(S11) 및 상기 제12 면(S12)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제11,12 면(S11,S12)의 비구면 계수는 도 28과 같이 제공될 수 있다. 상기 제6 렌즈(146)의 제11 면(S11) 및 제12 면(S12) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다.
상기 제7 렌즈(147)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제7 렌즈(147)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제7 렌즈(147)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 렌즈(147)는 유리 재질로 제공되거나, 내부에 나노 입자를 갖는 유리 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 제7 렌즈(147)는 광축에서 양면이 오목한 형상일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제13 면(S13)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 상기 제14 면(S14)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제13 면(S13) 및 상기 제14 면(S14) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제13 면(S13) 및 상기 제14 면(S14)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제13,14 면(S13,S14)의 비구면 계수 일부는 도 28과 같이 제공될 수 있다.
상기 제7 렌즈(147)의 제13 면(S13) 및 제14 면(S14) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다. 예들 들면, 상기 제13 면(S13)은 중심에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 임계점을 가질 수 있으며, 상기 임계점(도 3의 P1)은 상기 제14 면(S12)의 중심에서 제1 방향(X)의 유효 영역 끝단까지의 거리(도 3의 r7x)의 33% 이상의 위치 예컨대, 33% 내지 41% 범위의 거리(도 3의 dP1)에 위치할 수 있으며, 제2 방향(Y)의 유효 영역 끝단까지의 거리의 41% 이상 예컨대, 41% 내지 49% 범위에 위치할 수 있다. 상기 제14 면(S14)의 임계점은 중심에서 1.2mm 이상 예컨대, 1.2mm 내지 1.6mm 범위에 위치할 수 있다.
상기 제5 내지 제7 렌즈(145,146,147)의 임계점의 위치는 상기 광학계(1000)의 광학 특성을 고려하여 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 렌즈들을 통해 상기 이미지 센서(300)로 방출되는 광의 경로를 효과적으로 제어할 수 있다. 따라서, 제5 실시예에 따른 광학계(1000)는 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서도 향상된 광학 특성을 가질 수 있다.
상기 제7 렌즈(147)는 광축에 대해 비대칭인 자유곡면 렌즈일 수 있다. 상기 제7 렌즈(147)의 제13 면(S13) 및 제14 면(S14) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축(OA)에 대해서 비대칭 형상인 자유곡면일 수 있다. 예를 들면, 상기 제13 면(S13)은 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상인 자유 곡면을 가질 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상인 자유 곡면을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 26의 X-Z 평면과 도 27의 Y-Z평면에서 광학계는 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상일 수 있다. 여기서, 상기 제7 렌즈(147)의 제14 면(S14)의 유효경 크기를 보면, 제1 방향 길이(H7x)는 제2 방향 길이(H7y)보다 클 수 있다. 제14 면(S14)의 유효경에서 제1 방향 길이(H7x)는 상기 제2 방향의 길이(H7y)의 1배 초과 1.5배 미만일 수 있다. 즉, 1 < H7x/H7y < 1.5의 수학식을 만족할 수 있다.
도 23와 같이, 상기 제7 렌즈(147)의 제13 면(S13)은 임계점 없이 제공될 수 있다. 상기 제13 면(S13)의 표면 형상은 제1 방향의 렌즈 면(L7S1x)의 형상과 제2 방향의 렌즈 면(L7S1y)의 형상이 광축(OA)에 대해 서로 비대칭 형상일 수 있다. 상기 제13 면(S13)의 길이 또는 유효 반경은 광축(OA)을 기준으로 제1 방향의 렌즈 면(L7S1x)의 길이가 제2 방향의 렌즈 면(L7S1y)의 길이보다 클 수 있다.
상기 제13 면(S13)의 중심과 직교하는 제1,2 방향(X,Y)으로 연장되는 가상의 직선에서 상기 제13 면(S13)의 유효 영역 끝단까지의 제3 방향(Z)의 높이는 제1 방향(X)의 끝단 높이(L7S1x_Zend)가 제2 방향(Y)의 끝단 높이(L7S1y_Zend)보다 높을 수 있다. 즉, 상기 제13 면(S13)의 제1,2 방향의 끝단에서의 높이 차이는 1 < L7S1x_Zend / L7S1y_Zend < 2의 수학식을 만족할 수 있다.
도 24와 같이, 상기 제7 렌즈(147)의 제14 면(S14)은 임계점을 가지며, 예컨대 광축(OA)에서 제1,2방향(X,Y)으로 1.3mm 내지 1.7mm 범위의 거리에 임계점이 위치할 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 임계점은 광축(OA)에서 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)의 끝단까지의 영역 중에서 서로 같거나 다른 위치에 배치될 수 있다.
상기 제14 면(S14)의 표면 형상은 제1 방향(X)의 렌즈 면(L7S2x)의 형상과 제2 방향(Y)의 렌즈 면(L7S2y)의 형상이 광축(OA)에 대해 서로 비대칭 형상일 수 있다. 상기 제14 면(S14)의 길이는 광축(OA)을 기준으로 제1 방향의 렌즈 면(L7S2x)의 길이가 제2 방향의 렌즈 면(L7S2y)의 길이보다 클 수 있다.
상기 제14 면(S14)의 중심과 직교하는 제1,2 방향(X,Y)으로 연장되는 가상의 직선에서 상기 제14 면(S14)의 유효 영역 끝단에 대한 제3 방향(Z)의 높이는 제1 방향(X)의 끝단 높이(L7S2x_Zend)가 제2 방향(Y)의 끝단 높이(L7S2y_Zend)보다 높을 수 있다. 즉, 상기 제14 면(S14)의 제1,2 방향의 끝단에서의 높이 차이는 1 < L7S2x_Zend / L7S2y_Zend < 2의 수학식을 만족할 수 있다. 이에 따라 이미지 센서(300)의 주변부 즉, 장변 및 단변 방향의 단부 영역까지 광을 조사하여 중심부와 주변부 사이 또는 주변부들 사이의 광 분포 차이를 줄여줄 수 있다.
상기 제4 내지 제7 렌즈(144,145,146,147) 중에서 적어도 하나 또는 둘 이상은 굴절률이 1.65 초과일 수 있다. 상기 제4 내지 제7 렌즈(144,145,146,147) 중에서 상기 제7 렌즈(147)는 가장 큰 굴절률을 가질 수 있고, 상기 제4 내지 제6 렌즈(144,145,146)의 굴절률은 1.6 이상 예컨대, 1.6 내지 1.7 범위일 수 있으며, 제1 렌즈(141)의 굴절률보다 클 수 있다. 상기 제4 내지 제7 렌즈(144,145,146,147)는 모두 굴절률이 1.65 이상일 수 있다. 상기 광학계(1000) 내에서 1.6 초과의 굴절률을 갖는 렌즈 매수는 전체 매수의 80% 이상이거나 5매 이상일 수 있다.
상기 제7 렌즈(147)는 렌즈(141-147) 중에서 굴절률이 가장 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(147)의 굴절률은 1.65 이상 예컨대, 1.7 이상일 수 있으며,1.7 내지 1.85 범위일 수 있다. 상기 제7 렌즈(147)는 상기 제1 렌즈(141)의 굴절률보다 0.15 이상 클 수 있으며, 예컨대 상기 제1 렌즈(141)의 굴절률보다 0.15 내지 0.3 범위로 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(147)는 내부에 나노 입자를 포함할 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 제7 렌즈(147) 내에 1 내지 50vol%로 첨가될 수 있으며, 예컨대 30vol% 내지 50vol% 범위로 첨가될 수 있다. 상기 나노 입자는 MgF2, ZrO2, TiO2, BaTiO3 중 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 ZrO2, TiO2, 또는 BaTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제7 렌즈(147)의 굴절률에 대한 설명은 제1실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
상기 제4 내지 제7 렌즈(144,145,146,147) 중에서 렌즈의 유효경(Clear aperture, CA)는 상기 제4 렌즈(144)의 물체측 면 및 센서측 면 중 적어도 하나가 가장 작을 수 있고, 상기 제7 렌즈(147)의 물체측 면 및 센서측 면 중 적어도 하나가 가장 클 수 있다. 자세하게, 상기 제4 렌즈(144)의 물체 측 제7 면(S7)의 유효경의 크기는 상기 제4 내지 제7 렌즈(144,145,146,147)의 물체 측 면 및 센서 측 면 중에서 가장 작을 수 있다. 상기 제7 렌즈(147)의 센서 측 제14 면(S14)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제7 렌즈들(141,142,143,144,145,146,147)의 물체 측 면 및 센서 측 면들 중 가장 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(147)의 센서 측 제14 면(S14)의 유효경의 크기(H7)는 대각선 길이로서, 상기 제3 렌즈(143)의 제6 면(S6)의 유효경 크기의 1.5배 이상 및 5배 미만일 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계(1000)는 색 수차를 감소시키고 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.
상기 제1 내지 제7 렌즈들(141,142,143,144,145,146,147) 각각의 유효경 크기를 각 렌즈의 물체 측 면과 센서 측 면의 유효경의 평균 값으로 정의할 때, 상기 제3 렌즈(143)의 제5,6 면(S5,S6)의 유효경 평균 즉, 상기 제3 렌즈(143)의 유효경 크기는 렌즈들 중에서 가장 작을 수 있다. 또한 상기 제7 렌즈(147)의 제13,14 면(S13,S14)의 유효경 평균 즉, 상기 제7 렌즈(147)의 유효경 크기는 렌즈들 중에서 가장 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(147)의 유효경 크기는 상기 제3 렌즈(143)의 유효경 크기의 2배 초과일 수 있으며, 예컨대 2배 초과 및 4배 미만일 수 있다.
상기 제7 렌즈(147)의 제14 면(S14)에서의 접선 각도(θ1)는 제1 방향(X) 상에서 최대 접선 각도로서, 45도 초과 예컨대, 45도 초과 및 70도 미만일 수 있으며, 제2 방향(Y) 상에서 최대 접선 각도로서, 5도 초과 예컨대, 5도 초과 및 45도 미만일 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 제1 방향(X)에서 접선의 최대 각도가 상기 제2 방향(Y)에서의 접선의 최대 각도보다 클 수 있다.
상기 제7 렌즈(147)의 중심 두께(L7_CT)는 상기 제1 렌즈(141)의 중심 두께보다 클 수 있으며, 상기 제6 렌즈(146)의 중심 두께보다 1.5배 이상 예컨대, 1.5배 내지 2.5배 범위일 수 있다. 상기 제6,7렌즈(146,147) 사이의 광축 간격은 상기 제5,6 렌즈(145,146) 사이의 광축 간격보다 작을 수 있다. 상기 제4,5 렌즈(144,145) 사이의 광축 간격은 렌즈들 사이의 간격 중에서 최대일 수 있으며, 제1 렌즈(141)의 중심 두께보다 작을 수 있다. 렌즈들 사이의 간격 중에서 제2,3렌즈(142,143) 사이의 광축 간격은 최소일 수 있다.
상기 제1 렌즈(141)의 아베수는 렌즈 내에서 최대이며, 상기 제2,4,5,6 렌즈(142,144,145,146)의 아베수는 렌즈 내에서 다른 렌즈의 아베수보다 작을 수 있다. 상기 제2,4,5,6 렌즈(142,144,145,146)는 상기 제1 렌즈(141)의 아베수보다 40 이상 작을 수 있다. 상기 제2,4,5,6 렌즈(142,144,145,146)의 아베수는 40 미만 예컨대, 30 미만일 수 있으며, 상기 제7 렌즈(147)의 아베수는 상기 제5 렌즈(145)의 아베수보다 크며, 40 이상 예컨대, 45 이상일 수 있다. 상기 제7 렌즈(147)의 아베수는 상기 제5 렌즈(145)의 아베수보다 2배 이상 클 수 있다. 상기 제1 렌즈(141)의 아베수는 상기 상기 제2,4,5,6 렌즈(142,144,145,146)의 아베수보다 3배 이상 클 수 있다.
곡률 반경을 절대 값으로 설명하면, 상기 렌즈부(100D) 내에서 제6 렌즈(146)의 제11 면(S11)의 곡률 반경은 광축(OA)에서 렌즈 면들 중 가장 클 수 있고, 제1 렌즈(141)의 제1 면(S1)의 곡률 반경은 광축(OA)에서 렌즈 면들 중 가장 작을 수 있다. 상기 제1 렌즈(141)의 제1 면(S1)의 곡률 반경은 상기 제7 렌즈(147)의 제14 면(S14)의 곡률 반경과의 차이가 2mm 이하일 수 있다. 상기 최대 곡률 반경은 최소 곡률 반경의 10 배 이상일 수 있다. 이에 따라 제1,7 렌즈(141,147)의 물체측 제1 면(S1)과 제14 면(S14)의 곡률 반경을 2mm 이하로 배치하여, 렌즈부(100D)의 양측 렌즈에 의해 광의 입사 량과 출사 량을 개선시켜 줄 수 있다.
초점 거리를 절대 값으로 설명하면, 상기 렌즈부(100D) 내에서 제4 렌즈(144)의 초점 거리는 렌즈들 중에서 가장 클 수 있고, 제7 렌즈(147)의 초점 거리는 가장 작을 수 있으며, 최대 초점 거리는 최소 초점 거리의 10배 이상일 수 있다.
표 13은 도 26,27의 제5 실시 예의 광학계의 렌즈 데이터의 예이다.
렌즈 면 곡률반경(mm) 두께(mm)/
간격(mm)		 굴절률 아베수 유효경의 크기(mm)
제1 렌즈 제1 면 2.0983 0.913 1.497 81.61
　		 3.460
제2 면 5.1537 0.159 2.985
제2 렌즈 제3 면
(Stop)		 4.6450 0.251 1.680 18.10 2.923
제4 면 3.7437 0.107 2.808
제3 렌즈 제5 면 6.4465 0.389 1.620 60.35　 2.816
제6 면 20.8850 0.377 2.706
제4 렌즈 제7 면 -20.5057 0.388 1.680 18.10　 2.774
제8 면 -13.7722 0.532 3.193
제5 렌즈 제9 면 22.5799 0.256 1.680 18.10　 3.496
제10 면 13.9987 0.398 4.794
제6 렌즈 제11 면 24.2231 0.598 1.680 18.10 5.164
제12 면 -8.9149 0.200 6.828
제7 렌즈 제13 면 -8.3909 1.056 1.750 35.04 8.395
제14 면 2.7035 0.358 8.419
필터 Infinity 0.210 11.642
Infinity 0.497 11.794
이미지 센서 Infinity 0.000 12.416
표 13은 도 26,27의 제1 내지 제7 렌즈들(141,142,143,144,145,146,147)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.
제5 실시예의 광학계에서 렌즈부(100D)의 굴절률 합은 8 이상 예컨대, 8 내지 15 범위이며, 상기 굴절률 평균은 1.6 내지 1.7 범위일 수 있다. 상기 렌즈(100D)의 아베수 합은 220 이상 예컨대, 220 내지 350 범위이며, 전체 렌즈의 중심 두께 합은 5mm 이하 예컨대, 2.5mm 내지 5mm 범위이며, 광축에서의 렌즈들 사이의 간격 합은 3 mm 이하이고 상기 렌즈의 중심 두께 합보다 작고, 1.5mm 내지 2.5mm 범위일 수 있다. 또한 렌즈부(100D)의 각 렌즈 면의 유효 경의 평균 값은 4mm 이상 예컨대, 4mm 내지 6mm 범위이며, 각 렌즈들의 중심 두께의 평균은 0.6mm 이하 예컨대, 0.4mm 내지 0.6mm 범위일 수 있다. 이에 따라 슬림한 광학계를 제공할 수 있다.
도 28과 같이, 제5 실시예에 복수의 렌즈들(100D) 중 적어도 하나의 렌즈면은 30차 비구면 계수를 가진 비구면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제7 렌즈(141,142,143,144,145,146,147)는 30차 비구면 계수를 가지는 렌즈면을 포함할 수 있다. 상기와 같이 30차 비구면 계수를 가진 비구면은(“0”이 아닌 수치) 주변부의 비구면 형상을 특히 크게 변화시킬 수 있기 때문에 화각(FOV)의 주변부의 광학 성능을 양호하게 보정할 수 있다.
Figure pat00009
Figure pat00010
표 15는 제7 렌즈(147)의 제13 면(S13)의 자유 곡면에 대해 최대 반경 방향 차수에서의 계수와 방위각이 없을 때의 계수를 나타내며, 표 12는 제14 면(S14)의 자유곡면에 대해 자유 곡면에서 최대 반경 방향 차수에서의 계수와 방위각이 없을 때의 계수를 나타낸다.
도 31는 제5실시 예에 따른 광학계의 수차 특성에 대한 그래프이다. 도 31의 수차도에서는 자오상면(Tangential field curvature) 및 구결상면(Sagittal field curvature)에서 광축 상의 상대 필드 높이(relative field height)가 0.0 내지 1.0인 영역에서의 제1,2방향(X,Y)에 대해 횡수차를 나타내는 분석 그래프로서, 약 435nm, 약 486nm, 약 546nm, 약 587nm, 약 656nm 파장 대역의 광에 대해 횡수차의 보정 상태가 양호한 광학계를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 광학계(1000)는 향상된 해상력을 가지며 화각(FOV)의 중심부뿐만 아니라 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
<제6실시 예>
도 32은 제6 실시예에 따른 광학계의 제1 방향에서의 측 단면도이며, 도 33은 도 32의 따른 광학계의 제2 방향에서의 측 단면도이고, 도 34는 제6 실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이며, 도 35는 도 32,33의 광학계에서 n 번째 렌즈의 물체측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이고, 도 36은 도 32,33의 광학계에서 n 번째 렌즈의 센서측 면의 제3 방향의 높이를 나타낸 도면이며, 도 37은 제3실시 예에 따른 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 32 및 도 33을 참조하면, 광학계(1000)는 제1 렌즈(151), 제2 렌즈(152), 제3 렌즈(153), 제4 렌즈(154), 제5 렌즈(155), 제6 렌즈(156) 및 제7 렌즈(157)를 갖는 렌즈부(100E)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 렌즈(151,152,153)는 제1 렌즈 군(G1)일 수 있으며, 상기 제4 내지 제7 렌즈(154,155,156,157)는 제2 렌즈 군(G2)일 수 있다. 상기 제1 렌즈(151)의 센서측 면의 둘레 또는 상기 제2 렌즈(152)의 물체측 면의 둘레에 조리개가 배치될 수 있다.
상기 제1 렌즈(151)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(151)는 양(+)의 굴절력일 수 있다. 상기 제1 렌즈(151)는 플라스틱 재질 또는 유리 재질일 수 있다. 상기 제1 렌즈(151)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 면(S1) 및 상기 제2 면(S2) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제1,2면(S1,S2)의 비구면 계수는 도 34와 같이 제공될 수 있다.
상기 제2 렌즈(152)는 상기 제1 렌즈(151)과 상기 제3 렌즈(153) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 렌즈(152)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(152)는 음(-)의 굴절력일 수 있다. 상기 제2 렌즈(152)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 렌즈(152)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제2 렌즈(152)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제3 면(S3)은 볼록하고, 상기 제4 면(S4)는 볼록한 형상일 수 있다. 상기 제2 렌즈(152)는 양면이 볼록한 형상일 수 있다. 상기 제3 면(S3) 및 상기 제4 면(S4) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제3,4면(S3,S4)의 비구면 계수는 도 34와 같이 제공될 수 있다.
상기 제3 렌즈(153)는 상기 제1 렌즈 군(G1) 내에서 센서 측에 가장 가까운 렌즈이다. 상기 제3 렌즈(153)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(153)는 양(+)의 굴절력일 수 있다. 상기 제3 렌즈(153)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 렌즈(153)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제3 렌즈(153)는 광축(OA)에서 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제5,6면(S5,S6) 중에서 상기 제5 면(S5)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제3 렌즈(153)는 광축(OA)에서 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제5,6 면(S5,S6)의 비구면 계수는 도 34와 같이 제공될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(151,152,153) 중에서 상기 제2 렌즈(152)의 초점 거리의 절대값은 가장 클 수 있다. 상기 제1 렌즈 군(G1)의 초점 거리의 절대값은 상기 제2 렌즈(152), 상기 제3 렌즈(153) 및 상기 제1 렌즈(151) 순서로 큰 값을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(151,152,153)는 서로 상이한 중심 두께(CT: Center Thickness)를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제1 내지 제3 렌즈(151,152,153) 중에서 상기 제1 렌즈(151)는 가장 두꺼운 중심 두께를 가질 수 있고, 상기 제2 렌즈(152)는 가장 얇은 중심 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(151,152,153) 중에서 상기 제2 렌즈(152)는 가장 큰 굴절률을 가질 수 있고,1.6 초과이며, 상기 제1,3 렌즈(151,153)의 굴절률은 1.6 이하일 수 있다.
상기 제1 렌즈(151)의 아베수는 상기 제1 내지 제3 렌즈(151,152,153) 중 가장 클 수 있고, 렌즈부(100E) 내에서 가장 클 수 있다. 상기 제2 렌즈(152)의 아베수는 상기 제1 내지 제3 렌즈(151,152,153) 중 가장 작을 수 있다. 상기 제1 렌즈(151)의 아베수는 상기 제2 렌즈(152)의 아베수보다 40 이상 또는 50 이상 클 수 있다. 자세하게, 상기 제1 렌즈(151)의 아베수는 65 초과 또는 70 이상일 있으며, 예컨대 70 내지 85 범위일 수 있다. 상기 제3 렌즈(153)의 아베수는 45 이상이며, 상기 제1 렌즈(151)의 아베수는 상기 제3 렌즈(153)의 아베수보다 20 이상의 차이를 가질 수 있다.
상기 제1 렌즈(151)의 재질은 유리 재질, 또는 내부에 나노 입자를 포함한 유리 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 제1 렌즈(151) 내에 1 내지 50vol%로 첨가될 수 있으며, 예컨대 30vol% 내지 50vol% 범위로 첨가될 수 있다. 상기 나노 입자는 MgF2, ZrO2, TiO2, BaTiO3 중 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 MgF2를 포함할 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 유리 재질 또는 플라스틱 재질보다 높은 아베수를 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(151)의 아베수에 대한 설명은 제1실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
상기 제1 내지 제3 렌즈(151,152,153) 중에서 렌즈의 유효경의 크기(Clear aperture, CA)는 상기 제3 렌즈(153)의 물체측 면 또는 센서 측 면 중 적어도 하나가 가장 작을 수 있고, 상기 제1 렌즈(151)의 물체측 면의 유효경 크기(H1)이 가장 클 수 있다. 자세하게, 상기 제3 렌즈(153)의 센서 측 제6 면(S6)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제6 면(S1, S2, S3, S4, S5, S6) 중 가장 작을 수 있다. 이때, 상기 제3 렌즈(153)의 센서 측 제6면(S6)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제7 렌즈들(151,152,153,154,155,156,157)의 물체 측 면 및 센서 측 면들 중 가장 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계(1000)는 입사하는 광을 제어하여 해상력, 색수차 제어 특성을 개선시킬 수 있고, 상기 광학계(1000)의 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.
상기 제4 렌즈(154)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(154)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(154)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 렌즈(154)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제4 렌즈(154)의 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제4 렌즈(154)의 제7 면(S7)은 볼록하거나, 제8 면(S8)이 오목할 수 있다. 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면(S8) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면(S8)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제7,8 면(S7,S8)의 비구면 계수는 도 34과 같이 제공될 수 있다.
상기 제5 렌즈(155)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(155)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(155)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 렌즈(155)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제5 렌즈(155)는 물체 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 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제9,10 면(S9,S10)의 비구면 계수는 도 34와 같이 제공될 수 있다. 상기 제5 렌즈(155)의 제9 면(S9) 및 제10 면(S10) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다.
상기 제6 렌즈(156)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(156)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(156)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제6 렌즈(156)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자를 갖지 않는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제6 렌즈(156)은 광축(OA)에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제6 렌즈(156)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상, 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상 또는 양면이 오목한 형상일 수 있다. 상기 제11 면(S11) 및 상기 제12 면(S12) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제11 면(S11) 및 상기 제12 면(S12)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제11,12 면(S11,S12)의 비구면 계수는 도 34과 같이 제공될 수 있다. 상기 제6 렌즈(156)의 제11 면(S11) 및 제12 면(S12) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다.
상기 제7 렌즈(157)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제7 렌즈(157)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제7 렌즈(157)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 렌즈(157)는 유리 재질로 제공되거나 내부에 나노 입자를 갖는 유리 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 제7 렌즈(157)는 광축에서 양면이 오목한 형상일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제13 면(S13)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 상기 제14 면(S14)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제13 면(S13) 및 상기 제14 면(S14) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제13 면(S13) 및 상기 제14 면(S14)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제13,14 면(S13,S14)의 비구면 계수 일부는 도 34과 같이 제공될 수 있다.
상기 제7 렌즈(157)의 제13 면(S13) 및 제14 면(S14) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다. 예들 들면, 상기 제13 면(S13)은 중심에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 임계점을 가질 수 있으며, 상기 임계점(도 3의 P1)은 상기 제14 면(S14)의 중심에서 제1 방향의 유효 영역 끝단까지의 거리(도 3의 r7x)의 21% 이상의 위치 예컨대, 21% 내지 27% 범위의 거리(도 3의 dP1)에 위치할 수 있으며, 제2 방향의 유효 영역 끝단까지의 거리의 25% 이상 예컨대, 25% 내지 33% 범위에 위치할 수 있다. 상기 제14 면(S14)의 임계점은 중심에서 0.7mm 이상 예컨대, 0.7mm 내지 1.1mm 범위에 위치할 수 있다.
상기 제5 내지 제7 렌즈(155,156,157)의 임계점의 위치는 상기 광학계(1000)의 광학 특성을 고려하여 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 렌즈들을 통해 상기 이미지 센서(300)로 방출되는 광의 경로를 효과적으로 제어할 수 있다. 따라서, 제6 실시예에 따른 광학계(1000)는 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서도 향상된 광학 특성을 가질 수 있다.
상기 제7 렌즈(157)는 광축에 대해 비대칭인 자유곡면 렌즈일 수 있다. 상기 제7 렌즈(157)의 제13 면(S13) 및 제14 면(S14) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축(OA)에 대해서 비대칭 형상인 자유곡면일 수 있다. 예를 들면, 상기 제13 면(S13)은 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상인 자유 곡면을 가질 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상인 자유 곡면을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 32의 X-Z 평면과 도 33의 Y-Z평면에서 광학계는 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상일 수 있다. 여기서, 상기 제7 렌즈(157)의 제14 면(S14)의 유효경 크기를 보면, 제1 방향 길이(H7x)는 제2 방향 길이(H7y)보다 클 수 있다. 제14 면(S14)의 유효경에서 제1 방향 길이(H7x)는 상기 제2 방향의 길이(H7y)의 1배 초과 1.5배 미만일 수 있다. 즉, 1 < H7x/H7y < 1.5의 수학식을 만족할 수 있다.
도 35과 같이, 상기 제7 렌즈(157)의 제13 면(S13)은 임계점 없이 제공될 수 있다. 상기 제13 면(S13)의 표면 형상은 제1 방향의 렌즈 면(L7S1x)의 형상과 제2 방향의 렌즈 면(L7S1y)의 형상이 광축(OA)에 대해 서로 비대칭 형상일 수 있다. 상기 제13 면(S13)의 길이 또는 유효 반경은 광축(OA)을 기준으로 제1 방향의 렌즈 면(L7S1x)의 길이가 제2 방향의 렌즈 면(L7S1y)의 길이보다 클 수 있다.
상기 제13 면(S13)의 중심과 직교하는 제1,2 방향(X,Y)으로 연장되는 가상의 직선에서 상기 제13 면(S13)의 유효 영역 끝단까지의 제3 방향(Z)의 높이는 제1 방향(X)의 끝단 높이(L7S1x_Zend)가 제2 방향(Y)의 끝단 높이(L7S1y_Zend)보다 높을 수 있다. 즉, 상기 제13 면(S13)의 제1,2 방향의 끝단에서의 높이 차이는 1 < L7S1x_Zend / L7S1y_Zend < 2의 수학식을 만족할 수 있다.
도 36과 같이, 상기 제7 렌즈(157)의 제14 면(S14)은 임계점을 가지며, 예컨대 광축(OA)에서 제1,2방향(X,Y)으로 0.7mm 이상 예컨대, 0.7mm 내지 1.1mm 범위의 거리에 임계점이 위치할 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 임계점은 광축(OA)에서 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)의 끝단까지의 영역 중에서 서로 같거나 다른 위치에 배치될 수 있다. 제1 내지 제6 실시 예 각각에서는 제14 면(S14)의 임계점이 제1,2방향(X,Y)에서 서로 동일한 위치에 배치되거나, 0.2mm 이하의 차이 내에 배치될 수 있다.
상기 제14 면(S14)의 표면 형상은 제1 방향(X)의 렌즈 면(L7S2x)의 형상과 제2 방향(Y)의 렌즈 면(L7S2y)의 형상이 광축(OA)에 대해 서로 비대칭 형상일 수 있다. 상기 제14 면(S14)의 길이는 광축(OA)을 기준으로 제1 방향의 렌즈 면(L7S2x)의 길이가 제2 방향의 렌즈 면(L7S2y)의 길이보다 클 수 있다.
상기 제14 면(S14)의 중심과 직교하는 제1,2 방향(X,Y)으로 연장되는 가상의 직선에서 상기 제14 면(S14)의 유효 영역 끝단에 대한 제3 방향(Z)의 높이는 제1 방향(X)의 끝단 높이(L7S2x_Zend)가 제2 방향(Y)의 끝단 높이(L7S2y_Zend)보다 높을 수 있다. 즉, 상기 제14 면(S14)의 제1,2 방향의 끝단에서의 높이 차이는 1 < L7S2x_Zend / L7S2y_Zend < 2의 수학식을 만족할 수 있다. 이에 따라 이미지 센서(300)의 주변부 즉, 장변 및 단변 방향의 단부 영역까지 광을 조사하여 중심부와 주변부 사이 또는 주변부들 사이의 광 분포 차이를 줄여줄 수 있다.
상기 제4 내지 제7 렌즈(154,155,156,157) 중에서 적어도 하나 또는 모두의 굴절률이 1.6 이상일 수 있다. 상기 제4 내지 제7 렌즈(154,155,156,157) 중에서 상기 제7 렌즈(157)는 가장 큰 굴절률을 가질 수 있고, 상기 제4,5,6 렌즈(154,155,156)의 굴절률은 1.6 이상 예컨대, 1.65 내지 1.7 범위일 수 있으며, 제3 렌즈(153)의 굴절률보다 클 수 있다. 상기 제4 내지 제7 렌즈(154,155,156,157)는 모두 굴절률이 1.65 이상일 수 있다. 상기 광학계(1000) 내에서 1.6 초과의 굴절률을 갖는 렌즈 매수는 전체 매수의 60% 이상이거나 4매 이상일 수 있다.
상기 제7 렌즈(157)는 렌즈(151-157) 중에서 굴절률이 가장 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(157)의 굴절률은 1.7 이상 예컨대,1.7 초과일 수 있으며, 1.7 초과 1.85 이하일 수 있다. 상기 제7 렌즈(157)는 상기 제1 렌즈(151)의 굴절률보다 0.15 이상 클 수 있으며, 예컨대 상기 제1 렌즈(151)의 굴절률보다 0.15 내지 0.4 범위로 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(157)는 내부에 나노 입자를 포함할 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 제7 렌즈(157) 내에 1 내지 50vol%로 첨가될 수 있으며, 예컨대 30vol% 내지 50vol% 범위로 첨가될 수 있다. 상기 나노 입자는 MgF2, ZrO2, TiO2, BaTiO3 중 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 ZrO2, TiO2, 또는 BaTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제7 렌즈(157)의 굴절률에 대한 설명은 제1실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
상기 제4 내지 제7 렌즈(154,155,156,157) 중에서 렌즈의 유효경(Clear aperture, CA)는 상기 제4 렌즈(154)의 물체측 면 및 센서측 면 중 적어도 하나가 가장 작을 수 있고, 상기 제7 렌즈(157)의 물체측 면 및 센서측 면 중 적어도 하나가 가장 클 수 있다. 자세하게, 상기 제4 렌즈(154)의 물체 측 제7 면(S7)의 유효경의 크기는 상기 제4 내지 제7 렌즈(154,155,156,157)의 물체 측 면 및 센서 측 면 중에서 가장 작을 수 있다. 상기 제7 렌즈(157)의 센서 측 제14 면(S14)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제7 렌즈들(151,152,153,154,155,156,157)의 물체 측 면 및 센서 측 면들 중 가장 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(157)의 센서 측 제14 면(S14)의 유효경의 크기(H7)는 대각선 길이로서, 상기 제3 렌즈(153)의 제6 면(S6)의 유효경 크기의 1.5배 이상 및 5배 미만일 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계(1000)는 색 수차를 감소시키고 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.
상기 제1 내지 제7 렌즈들(151,152,153,154,155,156,157) 각각의 유효경 크기를 각 렌즈의 물체 측 면과 센서 측 면의 유효경의 평균 값으로 정의할 때, 상기 제3 렌즈(153)의 제5,6 면(S5,S6)의 유효경 평균 즉, 상기 제3 렌즈(153)의 유효경 크기는 렌즈들 중에서 가장 작을 수 있다. 또한 상기 제7 렌즈(157)의 제13,14 면(S13,S14)의 유효경 평균 즉, 상기 제7 렌즈(157)의 유효경 크기는 렌즈들 중에서 가장 클 수 있다. 상기 제7 렌즈(157)의 유효경 크기는 상기 제3 렌즈(153)의 유효경 크기의 2배 초과일 수 있으며, 예컨대 2배 초과 및 4배 미만일 수 있다.
상기 제7 렌즈(157)의 제14 면(S14)에서의 접선 각도(θ1)는 제1 방향(X) 상에서 최대 접선 각도로서, 45도 초과 예컨대, 45도 초과 및 70도 미만일 수 있으며, 제2 방향(Y) 상에서 최대 접선 각도로서, 5도 초과 예컨대, 5도 초과 및 45도 미만일 수 있다. 상기 제14 면(S14)은 제1 방향(X)에서 접선의 최대 각도가 상기 제2 방향(Y)에서의 접선의 최대 각도보다 클 수 있다.
상기 제7 렌즈(157)의 중심 두께(L7_CT)는 상기 제1 렌즈(151)의 중심 두께보다 클 수 있으며, 상기 제6 렌즈(156)의 중심 두께보다 1.5배 이상 예컨대, 1.5배 내지 2.5배 범위일 수 있다. 상기 제6,7렌즈(156,157) 사이의 광축 간격은 상기 제5,6 렌즈(155,156) 사이의 광축 간격보다 클 수 있다. 상기 제6,7 렌즈(156,157) 사이의 광축 간격은 렌즈들 사이의 간격 중에서 최대일 수 있으며, 제1 렌즈(151)의 중심 두께보다 클 수 있다. 렌즈들 사이의 간격 중에서 제2,3렌즈(152,153) 사이의 광축 간격은 최소일 수 있다.
상기 제1 렌즈(151)의 아베수는 렌즈 내에서 최대이며, 상기 제4,5 렌즈(154,155)의 아베수는 다른 렌즈들의 아베수보다 작을 수 있다. 상기 제4,5 렌즈(154,155)는 상기 제1 렌즈(151)의 아베수보다 40 이상 작을 수 있다. 상기 제4,5 렌즈(154,155)의 아베수는 40 미만 예컨대, 30 미만일 수 있으며, 상기 제7 렌즈(157)의 아베수는 상기 제5 렌즈(155)의 아베수보다 크며, 40 이상 예컨대, 45 이상일 수 있다. 상기 제7 렌즈(157)의 아베수는 상기 제5 렌즈(155)의 아베수보다 2배 이상 클 수 있다. 상기 제1 렌즈(151)의 아베수는 상기 제5 렌즈(155)의 아베수보다 3배 이상 클 수 있다.
곡률 반경을 절대 값으로 설명하면, 상기 렌즈부(100E) 내에서 제6 렌즈(156)의 제11 면(S11)의 곡률 반경은 광축(OA)에서 렌즈 면들 중 가장 클 수 있고, 제1 렌즈(151)의 제1 면(S1)의 곡률 반경은 광축(OA)에서 렌즈 면들 중 가장 작을 수 있다. 상기 제1 렌즈(151)의 제1 면(S1)의 곡률 반경은 상기 제7 렌즈(157)의 제14 면(S14)의 곡률 반경과의 차이가 2mm 이하일 수 있다. 상기 최대 곡률 반경은 최소 곡률 반경의 10 배 이상일 수 있다. 이에 따라 제1,7 렌즈(151,157)의 물체측 제1 면(S1)과 제14 면(S14)의 곡률 반경을 2mm 이하로 배치하여, 두 렌즈에 의해 광의 입사 량과 출사 량을 개선시켜 줄 수 있다.
초점 거리를 절대 값으로 설명하면, 상기 렌즈부(100E) 내에서 제4 렌즈(154)의 초점 거리는 렌즈들 중에서 가장 클 수 있고, 제7 렌즈(157)의 초점 거리는 가장 작을 수 있으며, 최대 초점 거리는 최소 초점 거리의 10배 이상일 수 있다.
표 13은 도 32,33의 제6 실시 예의 광학계의 렌즈 데이터의 예이다.
렌즈 면 곡률반경(mm) 두께(mm)/
간격(mm)		 굴절률 아베수 유효경의 크기(mm)
제1 렌즈 제1 면 1.9982 0.835 1.497
　		 81.61
　		 3.195
제2 면 4.7524 0.134 2.800
제2 렌즈 제3 면
(Stop)		 5.4542 0.250 1.650
　		 21.50
　		 2.772
제4 면 3.8351 0.075 2.670
제3 렌즈 제5 면 5.2346 0.394 1.525
　		 56.46
　		 2.688
제6 면 21.4071 0.356 2.601
제4 렌즈 제7 면 -18.8969 0.346 1.680
　		 18.10
　		 2.657
제8 면 -17.4697 0.446 3.020
제5 렌즈 제9 면 13.4519 0.300 1.680
　		 18.10
　		 3.282
제10 면 9.1694 0.509 4.361
제6 렌즈 제11 면 13.1526 0.409 1.689
　		 31.16
　		 4.553
제12 면 -11.0434 0.865 5.286
제7 렌즈 제13 면 -5.6716 0.884 1.806 40.73 7.680
제14 면 3.9338 0.039 8.552
필터 Infinity 0.210 11.550
Infinity 0.500 11.715
이미지 센서 Infinity 0.000 12.414
표 16은 도 32,33의 제1 내지 제7 렌즈들(151,152,153,154,155,156,157)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.
제6 실시예의 광학계에서 렌즈부(100E)의 굴절률 합은 8 이상 예컨대, 8 내지 15 범위이며, 상기 굴절률 평균은 1.6 내지 1.7 범위일 수 있다. 상기 렌즈(100E)의 아베수 합은 220 이상 예컨대, 220 내지 350 범위이며, 전체 렌즈의 중심 두께 합은 5mm 이하 예컨대, 2.5mm 내지 5mm 범위이며, 광축에서의 렌즈들 사이의 간격 합은 3 mm 이하이고 상기 렌즈의 중심 두께 합보다 작고, 1.5mm 내지 2.5mm 범위일 수 있다. 또한 렌즈부(100E)의 각 렌즈 면의 유효 경의 평균 값은 4mm 이상 예컨대, 4mm 내지 6mm 범위이며, 각 렌즈들의 중심 두께의 평균은 0.6mm 이하 예컨대, 0.4mm 내지 0.6mm 범위일 수 있다. 이에 따라 슬림한 광학계를 제공할 수 있다.
도 34와 같이, 제6 실시예에 복수의 렌즈들(100E) 중 적어도 하나의 렌즈면은 30차 비구면 계수를 가진 비구면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제7 렌즈(151,152,153,154,155,156,157)는 30차 비구면 계수를 가지는 렌즈면을 포함할 수 있다. 상기와 같이 30차 비구면 계수를 가진 비구면은(“0”이 아닌 수치) 주변부의 비구면 형상을 특히 크게 변화시킬 수 있기 때문에 화각(FOV)의 주변부의 광학 성능을 양호하게 보정할 수 있다.
Figure pat00011
Figure pat00012
표 17는 제7 렌즈(157)의 제13 면(S13)의 자유 곡면에 대해 최대 반경 방향 차수에서의 계수와 방위각이 없을 때의 계수를 나타내며, 표 18은 제14 면(S14)의 자유곡면에 대해 자유 곡면에서 최대 반경 방향 차수에서의 계수와 방위각이 없을 때의 계수를 나타낸다.
도 37는 제6 실시 예에 따른 광학계의 수차 특성에 대한 그래프이다. 도 37의 수차도에서는 자오상면(Tangential field curvature) 및 구결상면(Sagittal field curvature)에서 광축 상의 상대 필드 높이(relative field height)가 0.0 내지 1.0인 영역에서의 제1,2방향(X,Y)에 대해 횡수차를 나타내는 분석 그래프로서, 약 435nm, 약 486nm, 약 546nm, 약 587nm, 약 656nm 파장 대역의 광에 대해 횡수차의 보정 상태가 양호한 광학계를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 광학계(1000)는 향상된 해상력을 가지며 화각(FOV)의 중심부뿐만 아니라 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
상기에 개시된 제1 내지 제6 실시예에 따른 광학계(1000)는 이하에서 설명되는 수학식들 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 만족할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 광학계(1000)는 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 광학계(1000)가 적어도 하나의 수학식을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 색수차, 왜곡 수차 등의 수차 특성을 효과적으로 제어할 수 있고, 화각(FOV)의 중심부뿐만 아니라 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 또한, 상기 광학계(1000)는 향상된 해상력을 가질 수 있고, 보다 슬림하고 컴팩트한 구조를 가질 수 있다. 또한, 수학식들에 기재된 렌즈의 광축(OA)에서의 두께, 인접한 렌즈들의 광축(OA)에서의 간격 및 에지에서의 간격이 의미하는 것은 도 2와 같을 수 있다.
[수학식 1]
2 < L1_CT / L3_CT < 4
수학식 1에서 L1_CT는 상기 제1 렌즈(101,111,121,131,141,151)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미하고, L3_CT는 상기 제3 렌즈(103)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 1을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 수차 특성을 개선할 수 있다.
[수학식 2]
Vd1 > 65
수학식 2에서 Vd1는 제1 렌즈(101,111,121,131,141,151)의 아베수이다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 2를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 슬림화될 수 있으며, 향상된 수차 특성 및 해상력을 가질 수 있다.
[수학식 3]
n7 > 1.65
수학식 3에서 n7는 제7 렌즈(107,117,127,137,147,157)의 d-line에서의 굴절률이다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 3을 만족할 경우, TTL에 영향을 억제할 수 있다.
[수학식 3-1]
1.6 ≤ Aver(n1:n7) ≤ 1.7
수학식 3-1에서 Aver(n1:n7)는 제1 내지 제7 렌즈의 d-line에서의 굴절률 값들의 평균이다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 3-1을 만족할 경우, 광학계(1000)를 박형화할 수 있고 TTL에 영향을 억제할 수 있다.
[수학식 4]
45 < L7S2x_max slope < 70
수학식 3에서 L7S2x_max slope는 제7 렌즈(107,117,127,137,147,157)의 센서측 제14 면(S14)의 제1 방향(X) 상에서 측정한 접선 각도의 최대 값(Degree)을 의미한다. 상기 제14 면(S14)에서 L7S2x_max slope는 광축(OA)의 수직인 제1 방향(X)으로 연장하는 가상의 선에 대해 가장 큰 접선 각도를 가지는 지점의 각도 값(Degree)을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 3를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 렌즈 플레어(lens flare)의 발생을 제어할 수 있다.
[수학식 5]
5 < L7S2y_max slope < 40
수학식 3에서 L7S2y_max slope는 제7 렌즈(107,117,127,137,147,157)의 센서측 제14 면(S14)의 제2 방향(Y) 상에서 측정한 접선 각도의 최대 값(Degree)을 의미한다. 상기 제14 면(S14)에서 L7S2y_max slope는 광축(OA)의 수직인 제2 방향(Y)으로 연장하는 가상의 선에 대해 가장 큰 접선 각도를 가지는 지점의 각도 값(Degree)을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 4를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 렌즈 플레어(lens flare)의 발생을 제어할 수 있다. 또한 수학식 4,5를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 왜곡 수차 특성을 개선할 수 있고, 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서 양호한 광학 성능을 제공할 수 있다.
또한 수학식 4,5를 만족할 경우, 제7 렌즈(107,117,127,137,147,157)의 센서측 제14 면(S14)은 자유곡면 즉, 회전 비대칭 형상으로 제공할 수 있다.
[수학식 6]
1 < CA_L7S2x/CA_L7S2y < 1.5
수학식 6에서 CA_L7S2x는 제7 렌즈(107,117,127,137,147,157)의 센서측 제14 면(S14)의 제1 방향(X)의 유효경 길이이며, CA_L7S2y는 제7 렌즈(107,117,127,137,147,157)의 센서측 제14 면(S14)의 제2 방향(Y)의 유효경 길이이다. 이에 따라 광학계(1000)는 수학식 6을 만족할 경우, 제7 렌즈(107,117,127,137,147,157)의 제1,2방향(X,Y)의 길이가 다른 자유곡면 즉, 회전 비대칭 렌즈로 제공할 수 있어, 이미지 센서(300)의 장변/단변 비율에 맞추어 광학 특성을 개선시켜 줄 수 있다.
[수학식 7]
2 < L7S2x_Zend/L7S2y_Zend < 4
수학식 7에서, L7S2x_Zend는 제7 렌즈(107,117,127,137,147,157)의 센서측 제14 면(S14)의 중심과 직교하는 제1 방향(X)으로 연장되는 가상의 직선에서 제14 면(S14)의 유효 영역 끝단에 대한 제3 방향(Z)의 높이이며, L7S2y_Zend는 제7 렌즈(107,117,127,137,147,157)의 센서측 제14 면(S14)의 중심과 직교하는 제2 방향(Y)으로 연장되는 가상의 직선에서 제14 면(S14)의 유효 영역 끝단에 대한 제3 방향(Z)의 높이를 나타낸다. 이러한 수학식 7을 만족할 경우, 제7 렌즈(107,117,127,137,147,157)의 센서 측 제14 면(S14)의 제1,2방향(X,Y)를 따른 유효 영역 단부에서의 광 특성을 개선시켜 줄 수 있다.
[수학식 8]
1< L7S2x_max slope/L7S2y_max slope < 3
수학식 8을 만족할 경우, 광학계(1000)는 제7 렌즈(107,117,127,137,147,157)의 센서측 제14 면(S14)의 제1,2방향의 경사 각도에 따라 이미지 센서(300)의 장변과 단변의 코너 영역으로 광을 효과적으로 제공할 수 있다.
[수학식 9]
0.01 <D12_CT / D67_CT < 1
수학식 11에서 D12_CT는 상기 제1 렌즈(101,111,121,131,141,151)와 상기 제2 렌즈(102,112,122,132,142,152) 사이의 광축 간격(mm)을 의미한다. 자세하게, 상기 D12_CT는 상기 제1 렌즈(101,111,121,131,141,151)의 제2 면(S2) 및 상기 제2 렌즈(102,112,122,132,142,152)의 제3 면(S3)의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다. 상기 D67_CT는 상기 제6 렌즈(106,116,126,135,146,156)의 제12 면(S12)의 중심과 상기 제7 렌즈(107,117,127,137,147,157)의 제13 면(S13)의 중심 사이의 광축 거리(mm)를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 9를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 수차 특성을 개선할 수 있고, 상기 광학계(1000)를 크기, 예를 들어 TTL(total track length) 축소를 제어할 수 있다.
[수학식 10]
0 < L1_CT / L7_CT < 2
수학식 10에서 L1_CT는 상기 제1 렌즈(101,111,121,131,141,151)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미하고, L7_CT는 상기 제7 렌즈(107,117,127,137,147,157)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 10을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 향상된 수차 특성을 가질 수 있으며, 설정된 화각에서 양호한 광학 성능을 가지며 TTL(total track length)을 제어할 수 있다.
[수학식 11]
0 < L6_CT / L7_CT < 2
수학식 11에서 L6_CT는 상기 제6 렌즈(106,116,126,136,146,156)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 11을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상기 제6,7 렌즈의 제조 정밀도를 완화할 수 있으며, 화각(FOV)의 중심부 및 주변부의 광학 성능을 개선할 수 있다.
[수학식 11-1]
0 < D67_CT / D34_CT < 1
수학식 11-1에서 D34_CT는 상기 제3 렌즈와 상기 제4 렌즈 사이의 광축 간격(mm)을 의미한다. 자세하게, 상기 D34_CT는 상기 제3 렌즈의 제6 면(S6) 및 상기 제4 렌즈의 제7 면(S7)의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 11-1를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 수차 특성을 개선할 수 있고, 상기 광학계(1000)를 크기, 예를 들어 TTL(total track length) 축소를 제어할 수 있다.
[수학식 11-2]
1 < G2_TD / D67_CT < 30
수학식 11-2에서 G2_TD는 상기 제4 렌즈의 물체측 제7 면(S7)에서 제7 렌즈의 센서 측 제14 면(S14) 사이의 광축에서의 거리(mm)를 의미한다. 수학식 11-2는 제2렌즈 군(G2)의 전체 광축 거리와 제6,7 렌즈 사이의 광축 격을 설정할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 11-2를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 수차 특성을 개선할 수 있고, 상기 광학계(1000)를 크기, 예를 들어 TTL(total track length) 축소를 제어할 수 있다.
[수학식 11-3]
1 < G1_TD / D34_CT < 6
수학식 11-3에서 G1_TD는 상기 제1 렌즈의 물체측 제1 면(S1)에서 제3 렌즈의 센서 측 제6 면(S6) 사이의 광축에서의 거리(mm)를 의미한다. 수학식 11-3는 제1렌즈 군(G1)의 전체 광축 거리와 제1,2렌즈 군(G1,G2) 사이의 간격을 설정할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 11-3를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 수차 특성을 개선할 수 있고, TTL(total track length) 축소를 제어할 수 있다.
[수학식 12]
0 < L1R1 / L7R2 < 2
수학식 12에서 L1R1은 상기 제1 렌즈(101,111,121,131,141,151)의 제1 면(S1)의 곡률 반경(mm)을 의미하고, L7R2는 상기 제7 렌즈(107,117,127,137,147,157)의 제14 면(S14)의 곡률 반경(mm)을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 12를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 수차 특성이 개선될 수 있다.
[수학식 13]
1 < CA_L1S1 / CA_L3S1 < 1.5
수학식 13에서 CA_L1S1은 상기 제1 렌즈(101,111,121,131,141,151)의 제1 면(S1)의 유효경(Clear aperture, CA) 크기(mm)를 의미하고, CA_L3S1은 상기 제3 렌즈(103,113,123,133,143,153)의 제5 면(S5))의 유효경(CA) 크기(mm)를 의미한다. 수학식 13을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 제1 렌즈 군(G1)으로 입사되는 광을 제어할 수 있고, 향상된 수차 제어 특성을 가질 수 있다.
[수학식 14]
1 < CA_L7S2 / CA_L4S2 < 5
수학식 14에서 CA_L4S2는 상기 제4 렌즈(104,114,124,134,144,154)의 제8 면(S8)의 유효경(CA) 크기(mm)를 의미하고, CA_L7S2는 상기 제7 렌즈(107,117,127,137,147,157)의 제14 면(S14)의 유효경(CA) 크기(mm)를 의미한다. 수학식 14을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 제2 렌즈 군(G2)으로 입사되는 광을 제어할 수 있고, 수차 특성을 개선할 수 있다.
[수학식 15]
0.2 < CA_L3S2 / CA_L4S1 < 1
수학식 15에서 CA_L3S2는 상기 제3 렌즈(103,113,123,133,143,153)의 제6 면(S6)의 유효경(CA) 크기(mm)를 의미하고, CA_L4S1는 상기 제4 렌즈(104,114,124,134,144,154)의 제7 면(S7)의 유효경(CA) 크기(mm)를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 15을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 색 수차를 개선할 수 있고, 광학 성능을 위해 비네팅(vignetting)을 제어할 수 있다.
[수학식 16]
0.1 < CA_L5S2 / CA_L7S2 < 1
수학식 16에서 CA_L5S2는 상기 제5 렌즈(105,115,125,135,145,155)의 제10 면(S10)의 유효경(CA) 크기(mm)를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 16를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 색 수차를 개선할 수 있다.
[수학식 17]
0 < L5_CT / D56_CT < 2
수학식 17에서 L5_CT는 상기 제5 렌즈(105,115,125,135,145,155)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미하고, D56_CT는 광축(OA)에서 상기 제5 렌즈(105,115,125,135,145,155)와 제6 렌즈(106,116,126,136,146,156) 사이의 간격(mm)을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 17을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상기 제5 렌즈의 유효경 크기 및 상기 제5,6 렌즈 사이의 중심 간격을 축소할 수 있으며, 화각(FOV)의 주변부의 광학 성능을 개선할 수 있다.
[수학식 18]
0.1 < L6_CT / D67_CT < 2
수학식 18에서 L6_CT는 상기 제6 렌즈(106,116,126,136,146,156)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미하고, D67_CT는 광축(OA)에서 상기 제6,7 렌즈 사이의 간격(mm)을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 18을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상기 제6 렌즈의 유효경 크기 및 상기 제6,7 렌즈 사이의 중심 간격을 축소할 수 있으며, 화각(FOV)의 주변부의 광학 성능을 개선할 수 있다.
[수학식 19]
0.01 < L7_CT / D67_CT < 5
실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 19를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상기 제7 렌즈의 유효경 크기 및 상기 제6,7 렌즈 사이의 중심 간격을 축소할 수 있으며, 화각(FOV)의 주변부의 광학 성능을 개선할 수 있다.
[수학식 20]
1 < |L5R1 / L5_CT| < 150
수학식 20에서 L5R1은 상기 제5 렌즈의 제9 면(S9)의 곡률 반경(mm)을 의미하고, L5_CT는 상기 제5 렌즈의 광축에서의 두께(mm)를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 20을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 제5 렌즈(105)의 굴절력을 제어하며, 제2 렌즈 군(G2)으로 입사되는 광의 광학 성능을 개선할 수 있다.
[수학식 21]
0 < |L5R1 / L7R1| < 3
수학식 21에서 L7R1은 상기 제7 렌즈의 제13 면(S13)의 곡률 반경(mm)을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 21을 만족할 경우, 제5,7 렌즈의 형상 및 굴절력을 제어하며 광학 성능을 개선할 수 있으며, 제2 렌즈 군(G2)의 광학 성능을 개선할 수 있다.
[수학식 22]
0.5 < L_CT_Max / Air_CT_Max < 3
수학식 22에서 L_CT_max는 상기 렌즈들 각각의 광축(OA)에서의 두께가 가장 두꺼운 두께(mm)를 의미하고, Air_CT_max는 상기 광축에서 렌즈들 사이의 에어 갭(air gap) 또는 간격(mm)의 최대값을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 22를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 설정된 화각 및 초점 거리에서 양호한 광학 성능을 가지며, 상기 광학계(1000)를 크기 축소, 예를 들어 TTL(total track length)를 줄여줄 수 있다. 즉, 후술할 렌즈 데이터에서 d(n-1, n)_ET값 중 가장 큰 값을 의미한다(여기서 n은 1보다 크고 7 이하의 자연수). 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 22를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 설정된 화각 및 초점 거리를 가지며, 화각(FOV)의 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
[수학식 23]
0.5 < ∑L_CT / ∑Air_CT < 2
수학식 23에서 ∑L_CT는 상기 렌즈들 각각의 광축(OA)에서의 두께(mm)들의 합을 의미하고, ∑Air_CT는 상기 렌즈들 각각에서 인접한 두 렌즈 사이의 광축(OA)에서의 간격(mm)들의 합을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 23을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 설정된 화각 및 초점 거리에서 양호한 광학 성능을 가지며, 상기 광학계(1000)를 크기 축소, 예를 들어 TTL(total track length)를 줄여줄 수 있다.
[수학식 24]
10 < ∑Index < 30
수학식 24에서 ∑Index는 상기 제1 내지 제7 렌즈 각각의 d-line에서의 굴절률들의 합을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 24를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)의 TTL을 제어할 수 있고, 향상된 해상력을 가질 수 있다.
[수학식 25]
10 < ∑Abb / ∑Index < 50
수학식 25에서 ∑Abbe는 상기 제1 내지 제7 렌즈 각각의 아베수(Abbe's number)의 합을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 25를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 향상된 수차 특성 및 해상력을 가질 수 있다.
[수학식 26]
5 < CA_max / L_CT_Max < 10
수학식 26에서 CA_max는 상기 렌즈들 각각의 물체 측 면 및 센서 측 면 중 가장 큰 유효경(mm)를 의미하는 것으로, 즉, 제14 면(S14)의 대각선 방향의 유효경(mm)의 크기를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 26을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 광학 성능을 유지하면서 슬림 및 컴팩트한 광학계를 제공될 수 있다.
[수학식 27]
3 < CAx_max / L_CT_Max < 10
수학식 27에서 CAx_max는 상기 렌즈들 각각의 물체 측 면 및 센서 측 면 중 제1 방향(X)으로 가장 큰 유효경(mm)를 의미하는 것으로, 즉, 제14 면(S14)의 제1 방향의 유효경(mm)의 크기를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 27을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 광학 성능을 유지하면서 슬림 및 컴팩트한 광학계를 제공될 수 있다.
[수학식 27-1]
2 < CAy_max / L_CT_Max < 5
수학식 27에서 CAy_max는 상기 렌즈들 각각의 물체 측 면 및 센서 측 면 중 제2 방향(Y)으로 가장 큰 유효경(mm)를 의미하는 것으로, 즉, 제14 면(S14)의 제2 방향의 유효경(mm)의 크기를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 27-1을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 광학 성능을 유지하면서 슬림 및 컴팩트한 광학계를 제공될 수 있다.
[수학식 28]
1 < CA_L1S1 / CA_min < 5
수학식 28에서 CA_L1S1는 제1 렌즈의 제1 면(S1)의 유효경(mm)을 의미하며, CA_Min은 제1 내지 제14 면(S1-S14)의 유효경(mm) 중에서 가장 작은 유효 경을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 28를 만족할 경우, 제1 렌즈를 통해 입사되는 광을 제어하며, 광학 성능을 유지하면서 슬림한 광학계를 제공할 수 있다.
[수학식 29]
1 < CA_max / CA_min < 5
수학식 29에서 CA_max는 상기 렌즈들 각각의 물체 측 면 및 센서 측 면 중 가장 큰 유효경(mm)를 의미하며, CA_min은 상기 렌즈들 각각의 물체 측 면 및 센서 측 면 중 최소 유효경을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 29를 만족할 경우, 슬림하고 컴팩트한 광학계를 제공될 수 있다.
[수학식 30]
1 < CA_max / CA_Aver < 3
수학식 30에서 CA_max는 상기 렌즈들 각각의 물체 측 면 및 센서 측 면 중 가장 큰 유효경(mm)를 의미하며, CA_Aver은 상기 렌즈들 각각의 물체 측 면 및 센서 측 면의 유효경들의 평균을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 30를 만족할 경우, 슬림하고 컴팩트한 광학계를 제공될 수 있다.
[수학식 31]
0.1 < CA_min / CA_Aver < 1
수학식 30에서 CA_min는 상기 렌즈들 각각의 물체 측 면 및 센서 측 면 중 가장 작은 유효경(mm)를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 31을 만족할 경우, 슬림하고 컴팩트한 광학계를 제공될 수 있다.
[수학식 32]
0.1 < CA_max / (2*ImgH) < 1
수학식 32에서 CA_max는 상기 렌즈들 각각의 물체 측 면 및 센서 측 면 중 가장 큰 유효경을 의미하며, ImgH는 광축(OA)과 중첩되는 상기 이미지 센서(300)의 중심(0.0F)에서 대각선 끝단(1.0F)까지의 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 32을 만족할 경우 상기 광학계(1000)는 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서 양호한 광학 성능을 가지며, 슬림하고 컴팩트한 광학계를 제공할 수 있다.
[수학식 33]
0.5 < TD / CA_max < 1.5
수학식 39에서 TD는 상기 제1 렌즈 군(G1)의 물체 측 면에서 상기 제2 렌즈 군(G2)의 센서 측 면까지의 최대 광축 거리(mm)이다. 예를 들면, 광축(OA)에서 제1 렌즈의 제1 면(S1)에서 상기 제7 렌즈의 제14 면(S14)까지의 거리이다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 33를 만족할 경우, 슬림하고 컴팩트한 광학계를 제공할 수 있다.
[수학식 34]
1 < F / L7R2 < 10
수학식 34에서 F는 상기 광학계(1000)의 전체 초점 거리(mm)를 의미하고, L7R2는 상기 제7 렌즈의 제 14면(S14)의 곡률 반경(mm)을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 34을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상기 광학계(1000)의 크기 축소, 예를 들어 TTL(total track length)를 줄여줄 수 있다.
[수학식 35]
1 < F / L1R1 < 10
수학식 35에서 L1R1은 상기 제1 렌즈의 제1 면(S1))의 곡률 반경(mm)을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 35를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상기 광학계(1000)를 크기 축소, 예를 들어 TTL(total track length)를 줄여줄 수 있다.
[수학식 36]
0 < f1 / f3 < 1
수학식 36에서 f1은 상기 제1 렌즈의 초점 거리(mm)를 의미하고, f3은 상기 제3 렌즈의 초점 거리(mm)를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 36을 만족할 경우, 상기 제1 렌즈 및 상기 제3 렌즈는 입사하는 광 경로 제어를 위한 적절한 굴절력을 가질 수 있고, 해상력을 개선할 수 있다.
[수학식 37]
2 < TTL < 20
수학식 37에서 TTL(Total track length)은 상기 제1 렌즈의 제1 면(S1)의 정점에서 상기 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다. 수학식 37에서 TTL을 20 미만으로 하여, 슬림하고 컴팩트한 광학계를 제공할 수 있다.
[수학식 38]
2 < ImgH
수학식 38는 이미지 센서(300)의 대각 크기를 4mm 초과되도록 하여, 높은 해상력을 갖는 광학계를 제공할 수 있다.
[수학식 39]
BFL < 2.5
수학식 39는 BFL(Back focal length)를 2.5 mm 미만으로 하여, 필터(500)의 설치 공간을 확보할 수 있고 이미지 센서(300)와 마지막 렌즈 사이의 간격을 통해 구성 요소들의 조립성을 개선하며 결합 신뢰성을 개선할 수 있다.
[수학식 40]
2 < F < 20
수학식 50에서 전체 초점 거리(F)를 광학계에 맞게 설정할 수 있다.
[수학식 41]
FOV < 120
수학식 31에서 FOV(Field of view)는 상기 광학계(1000)의 화각(Degree)을 의미하며, FOV가 90도 이하의 광학계를 제공할 수 있다.
[수학식 42]
0.5 < TTL / CA_max < 2
수학식 42에서 CA_max는 상기 렌즈들 각각의 물체 측 면 및 센서 측 면 중 가장 큰 유효경(mm)를 의미하며, TTL(Total track length)은 상기 제1 렌즈의 제1 면(S1)의 정점으로부터 상기 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다. 수학식 42는 광학계의 전체 광축 길이와 최대 유효 경의 관계를 설정하여, 슬림하고 컴팩트한 광학계를 제공할 수 있다.
[수학식 43]
TTL / 2*ImgH < 0.57
수학식 43는 광학계의 전체 광축 길이(TTL)와 이미지 센서(300)의 대각 방향의 길이(Imgh)를 설정할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 43을 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 44]
0.01 < BFL / ImgH < 1
수학식 44는 이미지 센서(300)와 마지막 렌즈 간의 광축 간격과 이미지 센서(300)의 광축에서 대각 방향의 길이를 설정할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 44를 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 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서 양호한 광학 특성을 가질 수 있다.
[수학식 45]
3 < TTL / BFL < 10
수학식 45는 광학계의 전체 광축 길이(TTL), 및 상기 이미지 센서(300)와 마지막 렌즈 사이의 광축 간격(BFL)를 설정(단위, mm)할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 45을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 BFL을 확보하며 슬림하고 컴팩트하게 제공될 수 있다.
[수학식 46]
0.5 < F / TTL < 1.5
수학식 46는 광학계(1000)의 전체 초점 거리(F)와 전체 광축 길이(TTL)를 설정할 수 있다. 이에 따라 슬림하고 컴팩트한 광학계를 제공할 수 있다.
[수학식 47]
3 < F / BFL < 10
수학식 47는 광학계(1000)의 전체 초점 거리(F), 상기 이미지 센서(300)와 마지막 렌즈 사이의 광축 간격(BFL)를 설정(단위, mm)할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 47을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 설정된 화각을 가지며 적절한 초점 거리를 가질 수 있고, 슬림하고 컴팩트한 광학계를 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 48]
0.1 < F / ImgH < 3
수학식 48은 상기 광학계(1000)의 전체 초점 거리(F,mm)와 상기 이미지 센서(300)의 광축에서 대각선 길이(Imgh)를 설정할 수 있다. 이러한 광학계(1000)는 상대적으로 큰 크기의 이미지 센서(300), 예를 들어 1인치 전후의 큰 이미지 센서(300)를 적용하며 향상된 수차 특성을 가질 수 있다.
[수학식 49]
Figure pat00013
수학식 49에서 각 항목이 의미하는 바는 아래와 같다.
Z: The sag of the surface parallel to the Z-axis (in lens units)
c: The vertex curvature (CUY)
k: The conic constrant
r: The radial distance
rn: The normalization radius (NRADIUS)
u: r/rn
am: The mthQcon coefficient, which correlates to surface sag departure
Qm con: The mthQcon polynomial
제1 내지 제6 실시예에 따른 광학계(1000)는 수학식 1 내지 수학식 48 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 수학식을 만족할 수 있다. 이 경우, 상기 광학계(1000)는 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 광학계(1000)가 수학식 1 내지 수학식 48 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 만족할 경우 상기 광학계(1000)는 향상된 해상력을 가지며, 수차 및 왜곡 특성을 개선할 수 있다. 또한, 상기 광학계(1000)는 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 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 또한, 상기 광학계(1000)가 수학식 1 내지 수학식 48 중 적어도 하나의 수학식을 만족할 경우, 상대적으로 큰 크기의 이미지 센서(300)를 포함하며 상대적으로 작은 TTL 값을 가질 수 있고, 보다 슬림하게 컴팩트(compact)한 광학계 및 이를 갖는 카메라 모듈을 제공 수 있다.
표 19는 제 1내지 제6실시 예의 광학계(1000)에서 상술한 수학식들의 항목에 대한 것으로, 상기 광학계(1000)의 TTL(Total track length)(mm), BFL(Back focal length), 유효초점 거리(F)(mm), ImgH(mm), 유효경(CA)(mm), 두께(mm), 제1 면(S1)에서 제14 면(S14)까지의 광축 거리인 TD(mm), 상기 제1 내지 제7 렌즈들 각각의 초점 거리(f1,f2,f3,f4,f5,f6,f7)(mm), 화각(FOV)(Degree), F 넘버, 상대조도(RI)(%) 등에 대한 것이다.
항목 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6
F 6.152 6.155 6.190 6.190 6.170 6.190
f1 6.175 6.318 5.545 6.189 6.478 6.303
f2 -20.927 -19.600 -40.226 -21.291 -31.958 -21.151
f3 14.643 13.653 23.297 15.286 14.877 13.085
f4 154.431 119.268 -62.715 42.536 60.237 309.581
f5 4449.024 -193.363 -61.049 248.503 -54.800 -43.568
f6 17.904 14.868 8.427 13.834 9.648 8.774
f7 -3.470 -3.391 -2.680 -2.905 -2.762 -2.859
∑Index 11.368 11.292 11.560 11.571 11.589 11.528
∑Abbe 300.940 306.770 281.710 264.340 249.400 267.664
∑L_CT 3.793 3.467 3.737 4.059 3.851 3.418
∑Air_CT 1.970 2.189 2.153 1.815 1.774 2.385
CA_max 8.878 8.522 8.787 8.243 8.419 8.552
CA_min 2.637 2.572 2.537 2.674 2.706 2.601
CA_Aver 4.402 4.210 4.259 4.201 4.340 4.008
L_CT_max 1.041 0.906 1.006 1.324 1.056 0.884
L_CT_min 0.250 0.250 0.250 0.250 0.251 0.250
L_CT_Aver 0.542 0.495 0.534 0.580 0.550 0.488
TD 5.764 5.656 5.890 5.874 5.626 5.803
BFL 0.936 0.944 0.810 0.826 1.065 0.749
F-number 1.95 2.04 2.04 1.95 1.89 2.04
FOV 86.72 86.84 86.28 86.6 86.98 86.7622
TTL 6.70 6.60 6.70 6.70 6.69 6.55
ImgH 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00
RI 18.4% 21.0% 18.7% 19.1% 17.4% 18.8%
표 20은 제1 내지 제6 실시 예의 광학계(1000)에서 상술한 수학식 1 내지 수학식 48에 대한 결과 값에 대한 것이다. 표 3을 참조하면, 광학계(1000)는 수학식 1 내지 수학식 48 중 적어도 하나, 두 개 이상 또는 세 개 이상을 만족하는 것을 알 수 있다. 자세하게, 실시예에 따른 광학계(1000)는 상기 수학식 1 내지 수학식 48을 모두 만족하는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 광학계(1000)는 화각(FOV)의 중심부와 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고 도 5 및 도 6과 같은 우수한 광학 특성을 가질 수 있다.
수학식/실시예 1 2 3 4 5 6
1 2 < L1_CT / L3_CT < 4 2.360 2.272 2.850 2.281 2.346 2.119
2 Vd1 > 65 81.61 81.61 81.61 81.61 81.61 81.61
3 n7 > 1.65 1.773 1.697 1.744 1.744 1.750 1.806
4 45 < |L7S2x_max slope| < 70 60.181 61.322 58.019 66.267 61.718 55.380
5 5 < |L7S2y_max slope| < 45 38.967 39.469 38.442 42.033 40.836 36.060
6 1 < CA_L7S2x/CA_L7S2y < 1.5 1.238 1.228 1.233 1.211 1.224 1.236
7 2 < L7S2x_Zend/L7S2y_Zend < 4 3.174 3.244 2.646 2.743 3.484 2.329
8 1< L7S2x_max slope/L7S2y_max slope < 3 1.544 1.554 1.509 1.577 1.511 1.536
9 0.01 <D12_CT / D67_CT < 1 0.420 0.256 0.211 3.047 0.793 0.155
10 0 < L1_CT / L7_CT < 2 0.869 0.929 0.960 0.679 0.865 0.945
11 0 < L6_CT / L7_CT < 2 0.571 0.552 0.583 0.424 0.566 0.463
12 0 < L1R1 / L7R2 < 2 0.680 0.736 0.574 0.983 0.776 0.508
13 0.5 < CA_L1S1 / CA_L3S1 < 1.5 1.238 1.223 1.306 1.240 1.229 1.189
14 1 < CA_L7S2 / CA_L4S2 < 5 2.755 2.775 2.895 2.634 2.636 2.831
15 0.2 < CA_L3S2 / CA_L4S1 < 1 0.744 0.742 0.705 0.764 0.774 0.793
16 0.1 < CA_L5S2 / CA_L7S2 < 1 0.568 0.538 0.533 0.526 0.569 0.510
17 0 < L5_CT / D56_CT < 2 0.978 1.057 0.786 1.040 0.666 1.243
18 0.1 < L6_CT / D67_CT < 2 1.701 0.884 0.994 11.238 2.983 0.473
19 0.01 < L7_CT / D67_CT < 5 2.978 1.603 1.704 26.480 5.266 1.021
20 1 < |L5R1 / L5_CT| < 150 32.445 32.235 49.439 116.742 88.075 44.840
21 0 < |L5R1 / L7R1| < 3 0.255 0.439 0.679 0.100 0.346 0.431
22 0 < L_CT_Max / Air_CT_Max < 3 1.791 1.603 1.704 2.206 1.985 1.021
23 0.5 < ∑L_CT / ∑Air_CT < 2 1.925 1.584 1.736 2.237 2.171 1.433
24 10 < ∑Index <30 11.368 11.292 11.560 11.571 11.589 11.528
25 10 < ∑Abb / ∑Index <50 26.474 27.168 24.370 22.845 21.521 23.218
26 5 < CA_Max / L_CT_Max < 10 8.367 9.404 8.735 6.226 7.973 9.679
27 3 < CAx_Max / L_CT_Max < 10 7.396 8.422 7.623 0.000 0.000 8.617
28 0.1 < CA_L1S1 / CA_min <2 1.273 1.249 1.323 1.274 1.279 1.229
29 1 < CA_max / CA_min < 5 3.366 3.313 3.464 3.083 3.111 3.288
30 1 < CA_max / CA_Aver < 3 2.017 2.024 2.063 1.962 1.940 2.134
31 0.1 < CA_min / CA_Aver < 1 0.599 0.611 0.596 0.636 0.623 0.649
32 0.1 < CA_max / (2*ImgH) < 1 0.715 0.687 0.709 0.687 0.702 0.689
33 0 < TD / CA_max < 1.5 0.649 0.664 0.670 0.713 0.668 0.679
34 1 < F / L7R2 < 10 2.044 2.257 1.701 2.893 2.282 1.574
35 1 < F / L1R1 < 10 3.005 3.069 2.963 2.944 2.941 3.098
36 0 < f1 / f3 < 1 0.422 0.463 0.238 0.405 0.435 0.482
37 2 < TTL < 20 6.700 6.600 6.700 6.700 6.690 6.552
38 2 < ImgH 6.210 6.200 6.200 6.000 6.000 6.210
39 BFL < 2.5 2.327 2.416 2.406 2.200 2.321 2.497
40 2 < F < 20 6.152 6.155 6.190 6.190 6.170 6.190
41 FOV < 87 86.720 86.840 86.280 86.600 86.980 86.762
42 0.5 < TTL / CA_max < 2 0.755 0.774 0.762 0.813 0.795 0.766
43 TTL / (2*ImgH) < 0.57 0.539 0.532 0.540 0.558 0.558 0.528
44 0.01 < BFL / ImgH < 1 0.375 0.390 0.388 0.367 0.387 0.402
45 2 < TTL / BFL < 10 2.880 2.732 2.784 3.046 2.882 2.624
46 0.5 < F / TTL < 1.5 0.918 0.933 0.924 0.924 0.922 0.945
47 2 < F / BFL < 10 2.644 2.548 2.573 2.814 2.658 2.479
48 0.1 < F / ImgH < 3 0.991 0.993 0.998 1.032 1.028 0.997
도 38은 실시예에 따른 카메라 모듈이 이동 단말기에 적용된 것을 도시한 도면이다.
도 38을 참조하면, 상기 이동 단말기(1)는 후면에 제공되는 카메라 모듈(10)을 포함할 수 있다. 상기 카메라 모듈(10)은 이미지 촬영 기능을 포함할 수 있다. 또한, 상기 카메라 모듈(10)은 자동 초점(Auto focus), 줌(zoom) 기능 및 OIS 기능 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 카메라 모듈(10)은 촬영 모드 또는 화상 통화 모드에서 이미지 센서(300)에 의해 얻어지는 정지 영상 이미지 또는 동영상의 화상 프레임을 처리할 수 있다. 처리된 화상 프레임은 상기 이동 단말기(1)의 디스플레이부(미도시)에 표시될 수 있으며 메모리(미도시)에 저장될 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만 상기 이동 단말기(1)의 전면에도 상기 카메라 모듈이 더 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 카메라 모듈(10)은 제1 카메라 모듈(10A) 및 제2 카메라 모듈(10B)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 카메라 모듈(10A) 및 상기 제2 카메라 모듈(10B) 중 적어도 하나는 상술한 광학계(1000)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 카메라 모듈(10)은 슬림한 구조를 가질 수 있고, 향상된 왜곡(distortion) 및 수차 특성을 가질 수 있다. 또한, 상기 카메라 모듈(10)은 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
또한, 상기 이동 단말기(1)는 자동 초점 장치(31)를 더 포함할 수 있다. 상기 자동 초점 장치(31)는 레이저를 이용한 자동 초점 기능을 포함할 수 있다. 상기 자동 초점 장치(31)는 상기 카메라 모듈(10)의 이미지를 이용한 자동 초점 기능이 저하되는 조건, 예를 들어 10m 이하의 근접 또는 어두운 환경에서 주로 사용될 수 있다. 상기 자동 초점 장치(31)는 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL) 반도체 소자를 포함하는 발광부와, 포토 다이오드와 같은 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수광부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이동 단말기(1)는 플래쉬 모듈(33)을 더 포함할 수 있다. 상기 플래쉬 모듈(33)은 내부에 광을 발광하는 발광소자를 포함할 수 있다. 상기 플래쉬 모듈(33)은 이동 단말기의 카메라 작동 또는 사용자의 제어에 의해 작동될 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.
제1 렌즈: 101 ,111,121,131,141,151
제2 렌즈: 102,112,122,132,142,152
제3 렌즈: 103 ,113,123,133,143,153
제4 렌즈: 104,114,124,134,144,154
제5 렌즈: 105,115,125,135,145,155
제6 렌즈: 106,116,126,136,146,156
제7 렌즈: 107 ,117,127,137,147,157
렌즈부: 100,100A,100B,100C,100D,100E
이미지 센서: 300
필터: 500
광학계: 1000

Claims (25)

  1. 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되는 복수의 렌즈를 포함하고,
    상기 복수의 렌즈 중 물체측에 가장 가까운 제1 렌즈는 물체측 면이 광축에서 볼록한 형상을 가지며,
    하기 수학식을 만족하는 광학계.
    Vd1 > 65
    nk > 1.65
    (Vd1은 상기 제1 렌즈의 아베수이며, nk는 센서에 가장 가까운 마지막 렌즈의 굴절률이다)
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 유리 재질인 광학계.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 내부에 투명한 재질의 나노 사이즈의 입자를 포함한 플라스틱 재질 또는 유리 재질인 광학계.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 마지막 렌즈는 유리 재질인 광학계.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 마지막 렌즈는 내부에 투명한 재질의 나노 사이즈의 입자를 포함한 플라스틱 재질 또는 유리 재질인 광학계.
  6. 제1항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈와 상기 마지막 렌즈에 첨가된 나노 사이즈의 입자는 서로 다른 재질인 광학계.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈와 상기 마지막 렌즈에 첨가된 나노 사이즈의 입자는 굴절률 및 아베수가 서로 다른 광학계.
  8. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마지막 렌즈의 물체측 면과 센서측 면 중 적어도 하나는 광축에 대해 회전 비대칭인 자유곡면을 갖는 광학계.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 회전 비대칭인 자유곡면은 광축에 대해 상기 광축과 직교하는 제1 방향 또는 제2 방향으로 대칭 형상을 갖는 광학계.
  10. 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되는 복수의 렌즈를 포함하고,
    상기 복수의 렌즈 중 물체측에 가장 가까운 제1 렌즈는 물체측 면이 광축에서 볼록한 형상을 가지며,
    하기 수학식을 만족하는 광학계.
    TTL/(2*Imgh) < 0.57
    nk > 1.65
    (TTL(Total track length)은 물체측에 가장 가까운 제1 렌즈의 물체 측 면의 정점으로부터 상기 센서의 상면까지의 광축에서의 거리이고, ImgH는 상기 센서의 최대 대각 방향 길이의 1/2이며, nk는 센서에 가장 가까운 마지막 렌즈의 굴절률이다)
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 아베수를 Vd1이라고 할 때,
    Vd1 > 65를 만족하는 광학계.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 유리 재질인 광학계.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 내부에 투명한 재질의 나노 사이즈의 입자를 포함한 플라스틱 재질 또는 유리 재질인 광학계.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 마지막 렌즈는 유리 재질인 광학계.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 마지막 렌즈는 내부에 투명한 재질의 나노 사이즈의 입자를 포함한 플라스틱 재질 또는 유리 재질인 광학계.
  16. 제10항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈와 상기 마지막 렌즈에 첨가된 나노 사이즈의 입자는 서로 다른 재질인 광학계.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈와 상기 마지막 렌즈에 첨가된 나노 사이즈의 입자는 굴절률 및 아베수가 서로 다른 광학계.
  18. 제10 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마지막 렌즈의 물체측 면과 센서측 면 중 적어도 하나는 광축에 대해 회전 비대칭인 자유곡면을 갖는 광학계.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 회전 비대칭인 자유곡면은 광축에 대해 상기 광축과 직교하는 제1 방향 또는 제2 방향으로 대칭 형상을 갖는 광학계.
  20. 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되는 제1 내지 제7 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 렌즈는 상기 광축에서 양(+)의 굴절력을 가지고,
    상기 제7 렌즈는 상기 광축에서 음(-)의 굴절력을 가지고,
    상기 제1 렌즈의 물체 측 면은 상기 광축에서 볼록한 형상을 가지며,
    하기 수학식을 만족하는 광학계.
    Vd1 > 65
    n7 > 1.65
    (Vd1은 상기 제1 렌즈의 아베수이며, n7는 센서에 가장 가까운 제7 렌즈의 굴절률이다)
  21. 제19 항에 있어서,
    하기 수학식을 만족하는 광학계.
    TTL/(2*Imgh) < 0.57
    (TTL(Total track length)은 물체측에 가장 가까운 제1 렌즈의 물체 측 면의 정점으로부터 상기 센서의 상면까지의 광축에서의 거리이고, ImgH는 상기 센서의 최대 대각 방향 길이의 1/2이다)
  22. 제19 항 또는 제20 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈와 상기 제7 렌즈는 유리 재질 또는 플라스틱 재질이며, 내부에 서로 다른 종류의 투명한 나노 사이즈의 입자를 갖는 광학계.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 MgF2, ZrO2, TiO2, BaTiO3 중 하나를 포함하며,
    상기 제7 렌즈는 MgF2, ZrO2, TiO2, BaTiO3 중 다른 하나를 포함하는 광학계.
  24. 제20 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제7 렌즈들은 유리 재질의 렌즈와 플라스틱 재질의 렌즈가 혼합, 또는 나노 사이즈의 입자를 포함하는 유리 재질 또는 플라스틱 재질의 렌즈와 플라스틱 재질의 렌즈가 혼합되는 광학계.
  25. 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서와 광학계의 마지막 렌즈 사이에 필터를 포함하며,
    상기 광학계는 제1 항, 제10항 및 제20항 중 어느 한 항에 따른 광학계를 포함하고,
    상기 광학계 내의 렌즈들은 유리 재질의 렌즈와 플라스틱 재질의 렌즈가 혼합, 또는 나노 사이즈의 입자를 포함하는 유리 재질 또는 플라스틱 재질의 렌즈와 플라스틱 재질의 렌즈가 혼합되며,
    상기 마지막 렌즈의 센서측 면은 광축에서 상기 광축과 직교하는 제1 방향의 길이와, 상기 광축과 직교하는 제2 방향의 길이가 서로 다른 카메라 모듈.
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