KR20230088108A - 광학계 및 카메라 모듈 - Google Patents

광학계 및 카메라 모듈 Download PDF

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KR20230088108A
KR20230088108A KR1020210176977A KR20210176977A KR20230088108A KR 20230088108 A KR20230088108 A KR 20230088108A KR 1020210176977 A KR1020210176977 A KR 1020210176977A KR 20210176977 A KR20210176977 A KR 20210176977A KR 20230088108 A KR20230088108 A KR 20230088108A
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optical axis
lenses
optical system
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쇼이치 야마자키
타쿠마 카토
타카노 사다오
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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 물체 측에서 가장 가까운 제1 렌즈는 물체측 면이 광축에서 볼록한 형상을 가지며, 상기 제1 렌즈는 투명한 나노 사이즈의 입자를 포함하며, 상기 나노 사이즈의 입자의 아베수는 상기 제1 렌즈의 재질의 아베수보다 높을 수 있다.

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 물체 측에서 가장 가까운 제1 렌즈는 물체측 면이 광축에서 볼록한 형상을 가지며, 상기 제1 렌즈는 투명한 나노 사이즈의 입자를 포함하며, 상기 나노 사이즈의 입자의 아베수는 상기 제1 렌즈의 재질의 아베수보다 높을 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈에 첨가된 입자의 아베수를 Ad1-np이라 할 때, Ad1-np > 80의 수학식을 만족할 수 있다. 상기 제1 렌즈는 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, TTL/(2*Imgh) < 0.57의 수학식을 만족할 수 있다(TTL(Total track length)은 물체측에 가장 가까운 제1 렌즈의 물체 측 면의 정점으로부터 이미지 센서의 상면까지의 광축에서의 거리이고, ImgH는 상기 이미지 센서의 최대 대각 방향 길이의 1/2이다).
발명의 실시 예에 의하면, 상기 마지막 렌즈의 물체측 면과 센서측 면 중 적어도 하나는 광축에 대해 회전 비대칭인 자유곡면을 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 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 물체 측에 가장 가까운 제1 렌즈는 양(+)의 굴절력을 가지며, 상기 복수의 렌즈 중 센서 측에 가장 가까운 마지막 렌즈는 음(-)의 굴절력을 가지며, 상기 마지막 렌즈는 투명한 나노 사이즈의 입자를 포함하며, 상기 마지막 렌즈에 첨가된 입자의 굴절율은 상기 마지막 렌즈의 재질의 굴절률보다 높을 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 마지막 렌즈에 첨가된 입자의 아베수는 상기 마지막 렌즈의 재질의 아베수보다 높을 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 마지막 렌즈의 굴절률이 1.7 이상이며 이에 첨가된 나노 입자의 아베수를 Adn-np이라고 할 때, Adn-np > 25의 수학식을 만족할 수 있다. 상기 입자가 첨가된 렌즈는 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 복수의 렌즈 중 적어도 한 렌즈에 첨가된 상기 입자는 MgF2, ZnO, TiO2, 또는 BaTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되는 6 매 또는 7매의 렌즈를 포함하고, 물체측에 가장 가까운 제1 렌즈는 물체측 면이 광축에서 볼록한 형상을 가지며, 상기 렌즈들은 플라스틱 재질의 렌즈와 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질의 렌즈이 혼합되며, TTL/(2*Imgh) < 0.57 및 Ad1 > 65의 수학식을 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, Ad1-np는 제1 렌즈의 아베수이다).
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈는 투명 재질의 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질이며, 상기 입자의 아베수는 상기 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질의 아베수보다 높을 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 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, 상기 제7 렌즈는 광축에 대해 회전 비대칭 형상을 가지며, Ad1 > 65 및 TTL/(2*Imgh) < 0.57의 수학식을 만족할 수 있다(Ad1은 상기 제1 렌즈의 아베수이며, 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 내지 제7 렌즈들은 플라스틱 재질의 렌즈와 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질(Nano-composite)의 렌즈가 혼합될 수 있다. 즉, 상기 플라스틱 재질의 렌즈들은 나노 사이즈의 입자가 첨가된 렌즈와 나노 사이즈의 입자가 첨가되지 않는 렌즈를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 광학계는 복수의 양면 비구면 렌즈를 포함하는 광학계에 있어서, 투명한 나노 사이즈의 MgF2, ZnO, TiO2, 또는 BaTiO3 중 적어도 하나를 포함하는 렌즈를 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 광학계는 4매 이상의 양면 비구면 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 광학계는 모두 플라스틱 재질일 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 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질(nano-composite)의 렌즈와 플라스틱 재질의 렌즈가 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 광학계에서 이미지 센서, n 번째 렌즈 및 n-1번째 렌즈의 관계를 나타낸 설명한 도면이다.
도 3은 제1실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이다.
도 4는 제1실시 예에 따른 광학계의 광선 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 광학계의 제1 방향에서의 측 단면도이다.
도 6은 제2실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이다.
도 7은 제2실시 예에 따른 광학계의 광선 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 8은 제3 실시예에 따른 광학계의 제1 방향에서의 측 단면도이다.
도 9는 제3실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이다.
도 10은 제3실시 예에 따른 광학계의 광선 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 11은 제4 실시 예에 따른 광학계의 제1 방향에서의 측 단면도이다.
도 12는 제4실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이다.
도 13은 제4 실시 예에 따른 광학계의 광선 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 14는 발명의 실시 예에 따른 광학계에서 왜곡 그리드(Distortion grid)을 나타낸 도면이다.
도 15는 발명의 7매 구성 렌즈의 예에서 사용되고 있는 2종류의 나노 사이즈의 입자를 포함한 플라스틱 재질의 굴절률(n) 및 아베수(v)를 나타낸 도면이다.
도 16은 발명의 6매 구성 렌즈의 예에서 사용되고 있는 3종류의 나노 사이즈의 입자를 포함한 플라스틱 재질의 굴절률(n) 및 아베수(v)를 나타낸 도면이다.
도 17은 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, 5, 8, 및 11을 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 있다.
상기 제1 렌즈군(G1)은 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈군(G1)은 3매 이하의 렌즈일 수 있다. 상기 제2 렌즈군(G2)은 적어도 둘 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 렌즈군(G2)은 4매 또는 5매의 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 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질일 수 있으며, 아베수가 65 이상 또는 65 초과일 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, ZnO, TiO2, BaTiO3 중 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 MgF2를 포함할 수 있다. 도 15 및 도 16과 같이, 상기 나노 사이즈의 입자는 상기 입자를 포함하는 플라스틱 재질보다 높은 아베수를 가질 수 있다.
도 15과 같이, 7매 구성 렌즈의 제1 렌즈로서, 플라스틱 재료(M1)(아베수: 56.5, 굴절률: 1.5365)에, MgF2 입자(아베수 104.9, 굴절률 1.3777)를 39vol% 첨가하여, 나노 입자를 포함한 고 아베수(v)의 플라스틱 재질(M1') 즉, 아베수가 66.1이며 굴절률이 1.4741인 플라스틱 재질을 생성할 수 있다. 상기 M1의 재질은 예컨대, 제품 식별자가 T62R인 재질일 수 있다.
도 16과 같이, 6매 구성 렌즈의 제1 렌즈로서, 플라스틱 재료(M3)(아베수: 56.6, 굴절률: 1.5094)에, MgF2 입자(아베수 104.9, 굴절률 1.3777)를 39vol% 첨가하여, 나노 입자를 포함한 고 아베수 플라스틱 재질(M3') 즉, 아베수가 66.6 및 굴절률이 1.4577인 플라스틱 재질을 생성할 수 있다.
이에 따라 상기 첫 번째 렌즈의 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 광학계(1000)의 렌즈들 중에서 센서측에 가장 인접한 렌즈 즉, 마지막 렌즈 또는 n번째 렌즈는 고 굴절률의 재질일 수 있다. 여기서, 상기 n번째 렌즈는 굴절률이 1.70 이상 또는 1.70 초과일 수 있다. 상기 마지막 렌즈의 재질은 상기 첫 번째 렌즈의 재질과 같은 재질이거나 나노컴포지트(Nano-composite) 재료이거나 유리 재질일 수 있다. 이와 같이, 렌즈의 굴절률이 높일 경우, 박형 렌즈로 설계하는 데 용이할 수 있다. 상기 n은 6 또는 7일 수 있다.
6매 구성 렌즈 또는 7매 구성 렌즈의 최종 렌즈(n번째=6 또는 7)는 나노 사이즈의 입자를 포함한 플라스틱 재료(NanoComposite 재료)이며, 굴절률은 1.70 이상 또는 1.70 초과일 수 있다. 나노 사이즈의 입자는 최종 렌즈 내에 1~50vol%로 첨가할 수 있고, 10vol% 이상, 예를 들면 30vol% 내지 50vol%의 범위에서 첨가할 수 있다.
상기 나노 사이즈의 입자는 MgF2, ZnO, TiO2, BaTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 예를 들어, ZnO, TiO2, BaTiO3를 포함할 수 있고, 도 15, 도 16에 나타낸 바와 같이, 플라스틱 재료의 굴절률보다 높은 Nano-Composite 재료의 굴절률을 얻을 수 있다.
도 15에서는, 7매 구성 렌즈의 최종(n) 렌즈, 또는 최종-1(n-1) 렌즈로서, 굴절률이 1.6066 및 아베수가 27.1인 플라스틱 재질(M2)에, ZnO 입자(굴절률: 1.9597, 아베 수: 85.69)를 39vol% 첨가하여, 나노입자를 포함한 고굴절률 플라스틱 재질(M2') 즉, 굴절률이 1.7401, 아베수가 40.24이 플라스틱 재질(Nano-composite)을 생성할 수 있다. 상기 플라스틱 재질(M2)는 제품 식별자가 OPK4일 수 있다.
도 16에서는, 6매 구성 렌즈의 최종(n) 렌즈로서, 굴절률이 1.5665이고 아베수가 37.5인 플라스틱 재질(M4)에, TiO2 입자(굴절률: 2.5089, 아베수: 15.90)를 29vol% 첨가하여, 나노 입자를 포함한 고굴절률 플라스틱 재질(M3') 즉, 굴절률이 1.8074, 아베수가 24.85인 플라스틱 재질(Nano-Composite)을 생성할 수 있다. 여기서, 상기 플라스틱 재질(M4)는 제품 식별자가 EP3500일 수 있다.
도 16에서는, 6매 구성 렌즈의 물체측으로부터 제2렌즈, 제4렌즈로서, 굴절률이 1.6804, 아베수가 18.1인 플라스틱 재료(M5)에, BaTiO3 입자(굴절률 2.4273, 아베수 12.30)를 38vol % 첨가하여, 나노입자를 포함한 고굴절률 플라스틱 재질(M5') 즉, 굴절률이 1.9431이고 아베수가 15.005인 플라스틱 재질(Nano-composite)을 생성할 수 있다. 여기서, 상기 플라스틱 재질(M5)는 제품 식별자가 EP10000일 수 있다.
또한 BaTiO3 입자를 사용한 Nano-Compsite는 고 굴절률화뿐만 아니라 저 아베수화도 가능하며 Glass Mold에서도 실현되지 못한 굴절률이 1.9431, 아베수가 15.005의 재료도 생성될 수 있다.
따라서, 최종 n 렌즈, 최종 -1 (n-1) 렌즈 및 제 4 렌즈의 굴절률을 높일 수 있고, 박형의 광학계에서 해상도를 향상시킬 수 있다. 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.
광학계(1000)는 복수의 양면 비구면 렌즈를 포함하고, 투명한 나노 사이즈의 MgF2, ZnO, TiO2, BaTiO3 입자 중 어느 하나를 포함하는 렌즈를 갖는다.
MgF2 입자는 아베 수가 100 이상이고 일반적인 유리 렌즈 또는 플라스틱 렌즈의 아베 수보다 훨씬 높다. MgF2 입자를 유리 재료 또는 플라스틱 재료에 첨가하면 높은 아베 수의 재료가 생성되어 색수차 보정을 용이할 수 있다.
ZnO 입자는 굴절률(n) 및 아베수(v)가 모두 높다(n: 1.90 이상, v: 80 이상). 이에 따라 유리 렌즈 또는 플라스틱 렌즈에 ZnO 입자를 가하면 고굴절률 및 고아베수의 재료가 얻어져 색수차의 보정이나 주변 수차의 보정이 용이해진다.
TiO2(n>2.3, v<18.0), BaTiO3(n>2.3, v<15.0) 입자는, 고굴절률＆저아베수 때문에, 유리 또는 플라스틱의 오목 렌즈에, TiO2 입자, BaTiO3 입자를 가하면, 고굴절률 및 낮은 아베수의 재료를 얻을 수 있어, 색수차의 보정이나 주변 수차의 보정이 용이할 수 있다.
본 발명은 휴대 전화 또는 스마트 폰에 탑재되는 카메라 광학계이기 때문에, 충분한 광학 성능을 얻기 위해서는 양면 비구면 렌즈가 최소 4매 이상이 필요할 수 있다. 또는, 본 발명의 렌즈는 저비용으로 실현되어야 하기 때문에, 나노입자가 들어간 렌즈를 포함하여 모두 플라스틱 렌즈로 제공할 수 있다.
상기 광학계(1000)의 렌즈들 중에서 회전 비대칭 렌즈는 1매 또는 2매일 수 있다. 상기 회전 비대칭 렌즈는 상기 이미지 센서(300)에 가장 가까운 렌즈이며 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, 1매 또는 2매일 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 제2 렌즈 군(G2)의 첫 번째 렌즈의 중심 두께보다 작을 수 있다. 상기 제1 렌즈군(G1) 및 상기 제2 렌즈군(G2) 사이의 광축 간격은 상기 제1 렌즈 군(G1)의 광축 거리보다 작을 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 렌즈이거나 조리개에 인접한 렌즈 면일 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.
렌즈부(100,100A,100B,100C)는 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질(Nano-composite)의 렌즈와 플라스틱 재질의 렌즈들이 혼합될 수 있다. 상기 렌즈부(100,100A,100B,100C)들 중에서 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질(Nano-composite)의 렌즈 매수는 플라스틱 재질의 렌즈 매수보다 작을 수 있다. 상기 렌즈부(100,100A,100B,100C)들 중에서 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질(Nano-composite)의 렌즈 매수는 2매 내지 4매일 수 있다. 여기서, 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질(Nano-composite)의 렌즈를 제1 플라스틱 렌즈라 하고, 나노 사이즈의 입자가 없는 플라스틱 재질의 렌즈를 제2 플라스틱 렌즈라고 할 수 있다. 상기 제2 플라스틱 재질의 렌즈는 내부에 상기에 개시된 나노 사이즈의 입자가 없이 제공될 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 복수의 렌즈들(100,100A)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 렌즈부(100,100A,100B,100C) 중 센서 측에 가장 가까운 마지막 렌즈와 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 광학계에서 이미지 센서, n 번째 렌즈 및 n-1번째 렌즈의 관계를 나타낸 설명한 도면이며, 도 3은 제1실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이고, 도 4는 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(300)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 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있으며, 예컨대 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질일 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 3과 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 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 렌즈(102)는 플라스틱 재질 즉, 나노 사이즈의 입자가 없는 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 3과 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 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 렌즈(103)는 플라스틱 재질즉, 나노 사이즈의 입자가 없는 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 3과 같이 제공될 수 있다.
상기 제4 렌즈(104)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)는 플라스틱 또는 나노 사이즈의 입자를 포함한 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 렌즈(104)는 플라스틱 재질 즉, 즉, 나노 사이즈의 입자가 없는 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 광축(OA)에서 센서측으로 오목한 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. 이와 다르게, 상기 제4 렌즈(104)는 물체측으로 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 3과 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 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(105)는 플라스틱 또는 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 렌즈(105)는 플라스틱 재질 즉, 나노 사이즈의 입자가 없는 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 물체측으로 오목한 메니스커스 형상을 가질 수 있으며, 예를 들면 제9 면(S9)는 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 3과 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. 이와 다르게, 상기 제5 렌즈(105)의 제9 면(S9) 및 제10 면(S10) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축에서 유효 영역 끝단까지 임계점 없이 제공될 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 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제6 렌즈(106)는 플라스틱 재질 즉, 나노 사이즈의 입자가 없는 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 3과 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. 이와 다르게, 상기 제6 렌즈(106)의 제11 면(S11) 및 제12 면(S12) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축에서 유효 영역 끝단까지 임계점 없이 제공될 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 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 렌즈(107)는 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질로 제공될 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 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 제14 면(S14)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제13 면(S13) 및 상기 제14 면(S14) 중 적어도 하나의 면은 자유곡면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제13 면(S13) 및 상기 제14 면(S14)은 모두 자유곡면일 수 있다. 상기 제13,14 면(S13,S14)의 자유곡면 계수는 도 3과 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. 이와 다르게, 상기 제7 렌즈(107)의 제13 면(S13) 및 제14 면(S14) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축에서 유효 영역 끝단까지 임계점 없이 제공될 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 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.
상기 제7 렌즈(107)의 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.
상기 제7 렌즈(107)의 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. 광축(OA)에서 제1 방향(X)으로 제14 면(S14)까지의 높이가 0.1mm 미만인 지점까지의 거리(dP1)는 상기 제14 면(S14)의 유효 반경(r7x)의 50% 이하 예컨대, 20% 내지 50% 범위에 위치할 수 있다. 상기 제2 방향(Y)으로의 0.1mm 미만의 지점까지의 거리는 상기 제14 면(S14)의 제2 방향(Y)의 유효 반경의 20% 이상 예컨대, 20% 내지 60% 범위에 위치할 수 있다. 여기서, 상기 제14 면(S14)의 중심과 직교하는 제1,2 방향(X,Y)으로 연장되는 가상의 직선에서 상기 제14 면(S14)의 유효 영역 끝단까지의 제3 방향(Z)의 높이가, L7S2x_Zend 및 L7S2y_Zend인 경우, 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 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.
도 2를 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. 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 제6 렌즈(106)의 중심 두께(L6_CT)는 상기 제1 렌즈(101)의 중심 두께보다 작을 수 있으며, 상기 제1 렌즈(101)의 중심 두께는 상기 제6 렌즈(106)의 중심 두께(L6_CT)보다 1.1배 이상 예컨대, 1.1배 내지 2.5배 범위일 수 있다.
상기 제6,7렌즈(106,107) 사이의 광축 간격(D67_CT)은 상기 제6 렌즈의 중심 두께(L6_CT)보다 클 수 있으며, 상기 제7 렌즈(107)의 중심 두께보다 작을 수 있다. 상기 제6,7렌즈(106,107) 사이의 광축 간격(D67_CT)은 상기 제2,3 렌즈(102,103) 사이의 광축 간격보다 5배 이상 클 수 있다. 상기 제5,6 렌즈(105,106) 사이의 광축 간격은 렌즈들 사이의 간격 중에서 최대일 수 있으며, 상기 제2,3 렌즈(102,103) 사이의 광축 간격은 렌즈들 사이의 간격 중에서 최소일 수 있다. 상기 최대 광축 간격은 최소 광축 간격의 5배 이상 예컨대, 5배 내지 15배의 범위일 수 있다. 상기 제6,7렌즈(106,107) 사이의 광축 간격(D67_CT)은 상기 제1,7 렌즈(101,107)의 중심 두께보다 작을 수 있다. 상기 제7 렌즈(107)의 중심 두께는 상기 제1 렌즈(101)의 중심 두께보다 클 수 있다.
곡률 반경을 절대 값으로 설명하면, 상기 렌즈부(100) 내에서 제3 렌즈(103)는 곡률 반경이 최대일 수 있다. 즉, 최대 곡률 반경은 제3 렌즈(103)의 센서측 제6 면(S6)이 렌즈부(100) 내에서 최대일 수 있다. 상기 곡률 반경은 물체측 면과 센서측 면의 평균 값일 수 있다. 최소 곡률 반경의 렌즈 면은 아베수가 다른 렌즈보다 높은 제1 렌즈(101)의 제1 면(S1)일 수 있다. 최대 곡률 반경은 최소 곡률 반경의 5배 이상일 수 있다. 이에 따라 제1 렌즈(101)의 물체측 제1 면(S1)의 곡률 반경을 3mm 이하로 배치하여, 렌즈부(100)의 렌즈에 의해 광의 입사 량을 개선시켜 줄 수 있다.
초점 거리의 절대값을 보면, 상기 렌즈부(100) 내에서 상기 제4 렌즈(104)의 초점 거리는 가장 클 수 있으며, 제7 렌즈(107)의 초점 거리는 가장 작을 수 있다. 상기 최대 초점 거리는 최소 초점 거리의 5배 이상일 수 있다.
각 렌즈의 중심 두께를 보면, 상기 렌즈부(100) 내에서 상기 제1,7 렌즈(101,107)의 중심 두께 중 어느 하나는 가장 클 수 있고, 예컨대 제7 렌즈(107)의 중심 두께가 가장 두꺼울 수 있다. 상기 제1,7 렌즈(101,107)의 중심 두께는 0.7mm 이상 예컨대, 0.7mm 내지 1.3mm 범위일 수 있다. 상기 제1,7 렌즈(101,107)의 중심 두께의 차이는 0.3mm 이하일 수 있다. 상기 렌즈부(100) 내에서 제2 렌즈(102)는 최소 중심 두께를 가질 수 있으며, 0.3mm 이하일 수 있다. 상기 최대 중심 두께는 최소 중심 두께의 3배 이상 예컨대, 3배 내지 6배의 범위일 수 있다. 상기 렌즈부(100) 내에서 렌즈들의 중심 두께의 평균은 0.4mm 이상 예컨대, 0.4mm 내지 0.65mm 범위일 수 있다. 이러한 제1,7 렌즈(101,107)의 중심 두께를 두껍게 제공해 줌으로써, 화각(FOV)의 중심부 주변에서 광학 특성의 저하를 방지할 수 있다.
굴절률을 보면, 상기 렌즈부(100) 내에서 굴절률이 1.65 초과인 렌즈 매수는 5매 이상일 수 있으며, 전체 렌즈 매수의 60%일 수 있다. 상기 렌즈부(100) 내에서 굴절률이 1.7 이상인 렌즈 매수는 1매일 수 있으며, 전체 렌즈 매수의 20% 이하일 수 있다. 상기 렌즈부(100) 내에서 렌즈들의 굴절률의 평균은 1.6 이상 예컨대, 1.6 내지 1.8 범위일 수 있다.
또한 상기 제2 렌즈(102)는 제1, 제3 렌즈(101,103)의 굴절률보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)의 굴절률은 1.60 이상으로서, 최대 굴절률과 0.4 이하의 차이를 갖는 고 굴절률로 배치될 수 있다. 최대 굴절률을 갖는 렌즈는 제7 렌즈(107)이며 1.7 이상일 수 있다. 상기 제4,5 렌즈(104,105)의 굴절률은 1.65 이상이거나 서로 동일할 수 있다. 이에 따라 적은 매수를 갖는 광학계(1000) 내에서 주변부에 안정적인 광학 특성을 제공할 수 있다.
아베수를 보면, 렌즈부(100) 내에서 아베수가 65 초과인 렌즈는 1매이며, 제1 렌즈(101)일 수 있다. 이에 따라 제1 렌즈(101)는 입사 광의 분산을 억제할 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)는 제2 렌즈(102)의 아베수와 40 이상의 차이를 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)는 아베수/굴절률의 비율이 40 이상일 수 있다. 상기 제4,5 렌즈(104,105) 중 적어도 하나의 아베수는 최소이거나 30 미만일 수 있다. 상기 제7 렌즈(107)의 아베수는 45 이하로 배치하여, 이미지 센서(300) 상에서 광의 분산을 증가시켜 수 있다. 상기 제7 렌즈(107)의 아베수는 제1 렌즈(101)의 아베수와 20 이상의 차이를 가질 수 있다. 상기 렌즈부(100) 내에서 아베수의 평균은 45 이하를 가지며, 상기 제7 렌즈(107)의 아베수와의 차이가 10 이하일 수 있다.
상기 제1, 7 렌즈(101,107)의 재질은 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질이며, 다른 렌즈의 재질은 나노 사이즈의 입자가 없는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 렌즈부(100) 내에서 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질의 렌즈 매수는 25% 내지 35% 범위일 수 있다. 상기 제1, 7 렌즈(101,107) 내부에 투명한 재질의 나노 사이즈를 갖는 입자를 포함한 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 입자를 포함하는 플라스틱 재질보다 굴절률 또는 아베수가 높을 수 있다. 상기 제7 렌즈(107)에 첨가된 나노 사이즈의 굴절률, 아베수는 나노 입자를 포함하는 플라스틱 재질의 굴절률, 아베수보다 높을 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 제1,7 렌즈(101,107) 내에 1 내지 50vol%로 첨가될 수 있으며, 예컨대 30vol% 내지 50vol% 범위로 첨가될 수 있다. 상기 나노 입자는 MgF2, ZnO, TiO2, BaTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 나노 입자의 사이즈는 1nm 내지 100nm의 크기를 가질 수 있으며, 바람직하게, 50nm 이하일 수 있고, 투과율이 높은 나노 컴포지트를 얻기 위해서는 30nm 이하가 바람직하며, 또는 바람직하게 15nm 이하일 수 있다.
여기서, 도 15 및 도 16과 같이 같이 몰드 글래스 재질은 아베수가 20 내지 80 범위이며, 굴절률이 1.5 내지 2.0까지 제공될 수 있다. 상기 MgF2는 아베수가 80 이상 예컨대, 104.92이며, 굴절률이 1.5 이하, 예컨대, 1.3777이며, ZnO는 아베수가 25 초과 예컨대, 85.69이며, 굴절률이 1.9 내지 2.0 범위 예컨대, 1.9597이다. TiO2는 굴절률이 2.4 내지 2.6 범위 예컨대, 2.5089이며 아베수가 20 이하 예컨대, 15.90이며, BaTiO3는 굴절률이 2.4 내지 2.5 범위 예컨대, 2.4273이며 아베수가 20 이하 예컨대, 12.30일 수 있다. 이러한 나노 입자를 임의의 플라스틱 재질에 소량 첨가하여 아베수를 높이거나 굴절률을 높이거나 낮출 수 있다.
상기 제1 렌즈(101)는 나노 입자 중에서 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질보다 아베수가 높은 입자를 포함할 수 있으며(도 15, 16 참조), 예컨대 MgF2를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)의 나노 입자 함량은 10vol% 이상 예컨대, 30vol% 내지 50vol% 범위일 수 있으며, 예컨대 39vol%일 수 있다. 이에 따라 상기 제1 렌즈(101)의 아베수를 높여줄 수 있고, 입사되는 빛의 분산을 줄이고, 해상도를 개선시켜 줄 수 있다. 상기 제1 렌즈(101) 내에 첨가된 나노 입자의 아베수는 80 이상 예컨대, 80 내지 120 범위일 수 있다. 상기 제1 렌즈(101) 내에 높은 아베수를 갖는 나노 입자가 상기 범위로 첨가됨으로써, 상기 제1 렌즈(101)를 원 재질 또는 베이스 재질인 플라스틱 재질보다 더 높은 아베수를 갖도록 할 수 있다.
상기 제7 렌즈(107)는 원 재질인 플라스틱 재질(즉, 베이스 재질)보다 굴절률이 높은 나노 입자를 포함할 수 있어, 고굴절화가 가능하다(도 15, 16 참조). 상기 제7 렌즈(107)에 첨가된 나노 입자는 TiO2, BaTiO3, ZnO 중에서 선택될 수 있다. 상기 제7 렌즈(107)에 첨가된 나노 입자는 굴절률이 1.9 이상 또는 2 이상일 수 있으며, 아베수가 25 초과일 수 있다. 상기 제7 렌즈(107)에 첨가된 나노 입자의 함량은 10vol% 이상 50vol% 이하 예컨대, 30vol% 내지 50vol% 범위를 포함할 수 있다.
제1실시 예 내지 제3 실시 예의 7 매 구성 렌즈의 제7 렌즈(107)로서, 고 굴절률로 중간 아베 수 (40 전, 후)의 Nano-Composite가 필요했기 때문에, 플라스틱 재질(M2)(n: 1.6066, v: 27.1)에 대해, Nano-Composite로 고굴절률화와 중간 아베수화가 가능한 것은, 플라스틱 재질(M2)의 아베수보다도 높은 아베수인 ZnO 나노입자(v: 85.69)뿐이며, ZnO를 선택하고, 색수차의 밸런스도 유지하면서, 박형으로 사용해, 양호한 광학 성능을 얻고 있다. 또한 제7 렌즈(107)는 굴절률이 높아 입사되는 광을 주변부까지 굴절시켜 줄 수 있다.
유효경의 크기(Clear aperture, CA)를 보면, 최소 유효경은 제3 렌즈(103)이며, 최소 유효경을 갖는 렌즈 면은 물체측 제5 면(S4) 또는 센서측 제6 면(S6)일 수 있으며, 예컨대 제6 면(S6)일 수 있다. 최대 유효경은 제7 렌즈(107)이며, 최대 유효경을 갖는 렌즈 면은 센서측 제14 면(S14)일 수 있다. 상기 최대 유효경은 최소 유효경의 2.5배 이상 예컨대, 2.5 내지 4배 범위일 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.
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 1.996 0.860 1.47
　		 66.13
　		 3.19
제2 면 6.277 0.110 2.82
제2 렌즈 제3 면
(Stop)		 5.418 0.250 1.66
　		 20.33
　		 2.78
제4 면 3.604 0.092 2.68
제3 렌즈 제5 면 6.732 0.408 1.54
　		 56.10
　		 2.70
제6 면 62.815 0.367 2.62
제4 렌즈 제7 면 -18.684 0.325 1.68
　		 18.14
　		 2.67
제8 면 -19.856 0.457 3.02
제5 렌즈 제9 면 12.529 0.300 1.68
　		 18.14
　		 3.30
제10 면 7.646 0.486 4.29
제6 렌즈 제11 면 10.168 0.480 1.61
　		 26.90
　		 4.39
제12 면 -7.909 0.815 5.26
제7 렌즈 제13 면 -4.744 0.883 1.74 40.24 7.53
제14 면 3.811 0.046 8.44
필터 Infinity 0.210 11.57
Infinity 0.500 11.73
이미지 센서 Infinity 0.000 12.40
표 1은 도 1의 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 3mm 범위일 수 있다. 또한 렌즈부(100)의 각 렌즈 면의 유효 경의 평균 값은 3mm 이상 예컨대, 3mm 내지 6mm 범위이며, 각 렌즈들의 중심 두께의 평균은 0.6mm 이하 예컨대, 0.4mm 내지 0.7mm 범위일 수 있다. 이에 따라 슬림한 광학계를 제공할 수 있다.
도 3과 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 계수와 자유곡면 계수를 가지는 렌즈면을 포함할 수 있다. 상기와 같이 30차 비구면 계수를 가진 비구면 및 자유곡면은(“0”이 아닌 수치) 주변부의 비구면 형상을 특히 크게 변화시킬 수 있기 때문에 화각(FOV)의 주변부의 광학 성능을 양호하게 보정할 수 있다.
도 4는 제1실시 예에 도시된 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 5는 제2 실시예에 따른 광학계의 제1 방향에서의 측 단면도이며, 도 6은 제2실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이며, 도 7은 제2실시 예에 따른 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 5 및 도 6을 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 나노 사이즈의 입자를 포함하는 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 6과 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 나노 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 렌즈(112)는 플라스틱 재질 즉, 나노 사이즈의 입자가 없는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)는 물체 측으로 오목한 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 6과 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 나노 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 렌즈(113)는 플라스틱 재질 즉, 나노 사이즈의 입자가 없는 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 6과 같이 제공될 수 있다.
상기 제4 렌즈(114)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(114)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(114)는 플라스틱 또는 나노 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 렌즈(114)는 플라스틱 재질 즉, 나노 입자가 없는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제4 렌즈(114)의 센서측으로 오목한 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 6과 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 나노 입자를 포함하는 플라스틱 재질유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 렌즈(115)는 플라스틱 재질즉, 나노 입자가 없는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제5 렌즈(115)는 물체 측으로 오목한 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 6과 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 나노 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제6 렌즈(116)는 플라스틱 재질 즉, 나노 사이즈의 입자가 없는 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 6과 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 나노 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 렌즈(117)는 나노 입자를 포함하는 플라스틱 재질로 제공될 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 볼록한 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 자유곡면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제13 면(S13) 및 상기 제14 면(S14)은 모두 자유곡면일 수 있다. 상기 제13,14 면(S13,S14)의 자유곡면 계수는 도 6과 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. 이와 다르게, 상기 제7 렌즈(117)의 제13 면(S13) 및 제14 면(S14) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축에서 유효 영역 끝단까지 임계점 없이 제공될 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. 상기 제7 렌즈(117)가 회전 비대칭 렌즈로 제공됨으로써, 화각의 주변부에서 비점 수차 및 왜곡을 양호하게 보정할 수 있다. 또한 2축 대칭 면을 제공해 줌으로써, 가공성을 높이고, 면 정밀도를 개선할 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)에 대한 설명은 제1실시 예를 참조하기로 한다.
상기 제6 렌즈(116)의 중심 두께(L6_CT, 도 2참조)는 상기 제1 렌즈(111)의 중심 두께보다 작을 수 있으며, 상기 제1 렌즈(111)의 중심 두께는 상기 제6 렌즈(116)의 중심 두께(L6_CT)보다 1.1배 이상 예컨대, 1.1배 내지 2.5배 범위일 수 있다.
상기 제6,7렌즈(116,117) 사이의 광축 간격(D67_CT, 도 2 참조)은 상기 제6 렌즈의 중심 두께(L6_CT)보다 클 수 있으며, 상기 제7 렌즈(117)의 중심 두께보다 클 수 있다. 상기 제6,7렌즈(116,117) 사이의 광축 간격(D67_CT)은 상기 제2,3 렌즈(112,113) 사이의 광축 간격보다 5배 이상 클 수 있다. 상기 제5,6 렌즈(115,116) 사이의 광축 간격은 렌즈들 사이의 간격 중에서 최대일 수 있으며, 상기 제2,3 렌즈(112,113) 사이의 광축 간격은 렌즈들 사이의 간격 중에서 최소일 수 있다. 상기 최대 광축 간격은 최소 광축 간격의 5배 이상 예컨대, 5배 내지 15배의 범위일 수 있다. 상기 제6,7렌즈(116,117) 사이의 광축 간격(D67_CT)은 상기 제1 렌즈(111)의 중심 두께보다 작을 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)의 중심 두께는 렌즈들 중에서 최대일 수 있다.
곡률 반경을 절대 값으로 설명하면, 상기 렌즈부(100A) 내에서 제3 렌즈(113)는 곡률 반경이 최대일 수 있다. 즉, 최대 곡률 반경은 제3 렌즈(113)의 센서측 제6 면(S6)일 수 있다. 상기 곡률 반경은 물체측 면과 센서측 면의 평균 값일 수 있다. 최소 곡률 반경의 렌즈 면은 아베수가 다른 렌즈보다 높은 제1 렌즈(111)의 제1 면(S1)일 수 있다. 최대 곡률 반경은 최소 곡률 반경의 5배 이상일 수 있다. 이에 따라 제1 렌즈(111)의 물체측 제1 면(S1)의 곡률 반경을 3mm 이하로 배치하여, 렌즈부(100A)의 렌즈에 의해 광의 입사 량을 개선시켜 줄 수 있다.
초점 거리의 절대값을 보면, 상기 렌즈부(100A) 내에서 상기 제4 렌즈(114)의 초점 거리는 가장 클 수 있으며, 제7 렌즈(117)의 초점 거리는 가장 작을 수 있다. 상기 최대 초점 거리는 최소 초점 거리의 5배 이상일 수 있다.
각 렌즈의 중심 두께를 보면, 상기 렌즈부(100A) 내에서 상기 제1,7 렌즈(111,117)의 중심 두께 중 어느 하나는 가장 클 수 있고, 예컨대 제1 렌즈(111)의 중심 두께가 가장 두꺼울 수 있다. 상기 제1,7 렌즈(111,117)의 중심 두께는 0.7mm 이상 예컨대, 0.7mm 내지 1.3mm 범위일 수 있다. 상기 제1,7 렌즈(111,117)의 중심 두께의 차이는 0.3mm 이하일 수 있다. 상기 렌즈부(100A) 내에서 제2 렌즈(112)는 최소 중심 두께를 가질 수 있으며, 0.3mm 이하일 수 있다. 상기 최대 중심 두께는 최소 중심 두께의 3배 이상 예컨대, 3배 내지 6배의 범위일 수 있다. 상기 렌즈부(100A) 내에서 렌즈들의 중심 두께의 평균은 0.4mm 이상 예컨대, 0.4mm 내지 0.65mm 범위일 수 있다. 이러한 제1,7 렌즈(111,117)의 중심 두께를 두껍게 제공해 줌으로써, 화각(FOV)의 중심부 주변에서 광학 특성의 저하를 방지할 수 있다.
굴절률을 보면, 상기 렌즈부(100A) 내에서 굴절률이 1.65 초과인 렌즈 매수는 5매 이상일 수 있으며, 전체 렌즈 매수의 60%일 수 있다. 상기 렌즈부(100A) 내에서 굴절률이 1.7 이상인 렌즈 매수는 1매일 수 있으며, 전체 렌즈 매수의 20% 이하일 수 있다. 상기 렌즈부(100A) 내에서 렌즈들의 굴절률의 평균은 1.6 이상 예컨대, 1.6 내지 1.8 범위일 수 있다.
또한 상기 제2 렌즈(112)는 제1, 제3 렌즈(111,113)의 굴절률보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)의 굴절률은 1.60 이상으로서, 최대 굴절률과 0.4 이하의 차이를 갖는 고 굴절률로 배치될 수 있다. 최대 굴절률을 갖는 렌즈는 제7 렌즈(117)이며 1.7 이상일 수 있다. 상기 제4,5 렌즈(114,115)의 굴절률은 1.65 이상이거나 서로 동일할 수 있다. 이에 따라 적은 매수를 갖는 광학계(1000) 내에서 주변부에 안정적인 광학 특성을 제공할 수 있다.
아베수를 보면, 렌즈부(100A) 내에서 아베수가 65 초과인 렌즈는 1매이며, 제1 렌즈(111)일 수 있다. 이에 따라 제1 렌즈(111)는 입사 광의 분산을 억제할 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 제2 렌즈(112)의 아베수와 40 이상의 차이를 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 아베수/굴절률의 비율이 40 이상일 수 있다. 상기 제4,5 렌즈(114,115) 중 적어도 하나의 아베수는 최소이거나 30 미만일 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)의 아베수는 45 이하로 배치하여, 이미지 센서(300) 상에서 광의 분산을 증가시켜 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)의 아베수는 제1 렌즈(111)의 아베수와 20 이상의 차이를 가질 수 있다. 상기 렌즈부(100A) 내에서 아베수의 평균은 45 이하를 가지며, 상기 제7 렌즈(117)의 아베수와의 차이가 10 이하일 수 있다.
상기 제1, 7 렌즈(111,117)의 재질은 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질이며, 다른 렌즈의 재질은 나노 사이즈의 입자가 없는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 렌즈부(100A) 내에서 나노 입자를 포함하는 플라스틱 재질의 렌즈 매수는 25% 내지 35% 범위일 수 있다. 상기 제1, 7 렌즈(111,117) 내부에 투명한 재질의 나노 사이즈를 갖는 입자를 포함할 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질보다 굴절률 또는 아베수가 높을 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 제1,7 렌즈(111,117) 내에 1 내지 50vol%로 첨가될 수 있으며, 10vol% 이상 예컨대 30vol% 내지 50vol% 범위로 첨가될 수 있다. 상기 나노 입자는 MgF2, ZnO, TiO2, BaTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 나노 입자의 사이즈는 1nm 내지 100nm의 크기를 가질 수 있다. 바람직하게, 나노 입자의 사이즈는 50nm 이하이고, 투가율이 높은 나노 컴포지트를 얻기 위해 30nm 이하가 바람직하며, 더 바람직하게 15nm 이하일 수 있다.
상기 제1 렌즈(111)는 나노 입자 중에서 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질보다 아베수가 높은 입자를 포함할 수 있으며, 예컨대 MgF2를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 나노 입자 함량은 10vol% 이상 또는 30vol% 이상 예컨대, 30vol% 내지 50vol% 범위일 수 있다. 이에 따라 상기 제1 렌즈(111)의 아베수를 높여줄 수 있고, 입사되는 빛의 분산을 줄이고, 해상도를 개선시켜 줄 수 있다. 상기 제1 렌즈(111) 내에 첨가된 나노 입자의 아베수는 80 이상 예컨대, 80 내지 120 범위일 수 있다. 상기 제1 렌즈(111) 내에 높은 아베수를 갖는 나노 입자가 상기 범위로 첨가됨으로써, 상기 제1 렌즈(111)를 원(original) 플라스틱 재질(즉, 베이스 재질)보다 더 높은 아베수를 갖도록 할 수 있다. 상기 원 재질 또는 베이스 재질은 나노 사이즈의 입자가 없는 플라스틱 재질이다.
상기 제7 렌즈(117)는 원 플라스틱 재질(즉, 베이스 재질)보다 굴절률이 높은 나노 입자를 포함할 수 있다. 고굴절률의 제7 렌즈(117)에 첨가된 나노 입자는 TiO2, BaTiO3, ZnO 중에서 선택될 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)에 첨가된 나노 입자는 굴절률이 1.9 이상 또는 2 이상일 수 있으며, 아베수가 25 초과일 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)에 첨가된 나노 입자의 함량은 50vol% 이하 10vol% 이상 예컨대, 30vol% 내지 50vol% 범위를 포함할 수 있다.
제1실시 예 내지 제3 실시 예의 7 매 구성 렌즈의 제7 렌즈(107)로서, 고 굴절률로 중간 아베 수 (40 전, 후)의 Nano-Composite가 필요했기 때문에, 플라스틱 재질(M2)(n: 1.6066, v: 27.1)에 대해, Nano-Composite로 고굴절률화와 중간 아베수화가 가능한 것은, 플라스틱 재질(M2)의 아베수보다도 높은 아베수인 ZnO 나노입자(v: 85.69)뿐이며, ZnO를 선택하고, 색수차의 밸런스도 유지하면서, 박형으로 사용해, 양호한 광학 성능을 얻고 있다. 이에 따라 제7 렌즈(117)는 굴절률이 높아 입사되는 광을 주변부까지 굴절시켜 줄 수 있다.
유효경의 크기(Clear aperture, CA)를 보면, 최소 유효경은 제3 렌즈(113)이며, 최소 유효경을 갖는 렌즈 면은 물체측 제5 면(S4) 또는 센서측 제6 면(S6)일 수 있으며, 예컨대 제6 면(S6)일 수 있다. 최대 유효경은 제7 렌즈(117)이며, 최대 유효경을 갖는 렌즈 면은 센서측 제14 면(S14)일 수 있다. 상기 최대 유효경은 최소 유효경의 2.5배 이상 예컨대, 2.5 내지 4배 범위일 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.
표 2는 도 5의 제2실시 예의 광학계의 렌즈 데이터의 예이다.
렌즈 면 곡률 반경(mm) 두께(mm)/
간격(mm)		 굴절률 아베수 유효경의 크기(mm)
제1 렌즈 제1 면 2.096 0.903 1.474
　		 66.13
　		 3.34
제2 면 7.047 0.116 2.95
제2 렌즈 제3 면
(Stop)		 5.740 0.250 1.661
　		 20.33
　		 2.90
제4 면 3.716 0.103 2.80
제3 렌즈 제5 면 7.420 0.405 1.545
　		 56.10
　		 2.81
제6 면 69.192 0.392 2.73
제4 렌즈 제7 면 -17.761 0.324 1.680
　		 18.14
　		 2.77
제8 면 -20.116 0.466 3.14
제5 렌즈 제9 면 14.679 0.300 1.680
　		 18.14
　		 3.55
제10 면 11.009 0.488 4.56
제6 렌즈 제11 면 6.904 0.585 1.567
　		 37.52
　		 4.97
제12 면 -18.205 0.873 5.86
제7 렌즈 제13 면 -4.634 0.733 1.740 40.24 7.61
제14 면 3.519 0.072 8.51
필터 Infinity 0.210 11.57
Infinity 0.500 11.74
이미지 센서 Infinity 0.000 12.40
표 2는 도 5의 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 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 3mm 범위일 수 있다. 또한 렌즈부(100A)의 각 렌즈 면의 유효 경의 평균 값은 3mm 이상 예컨대, 3mm 내지 6mm 범위이며, 각 렌즈들의 중심 두께의 평균은 0.6mm 이하 예컨대, 0.4mm 내지 0.7mm 범위일 수 있다. 이에 따라 슬림한 광학계를 제공할 수 있다.
도 6과 같이, 제1 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)는 30차 비구면 계수와 자유곡면 계수를 가지는 렌즈면을 포함할 수 있다. 상기와 같이 30차 비구면 계수를 가진 비구면 및 자유곡면은(“0”이 아닌 수치) 주변부의 비구면 형상을 특히 크게 변화시킬 수 있기 때문에 화각(FOV)의 주변부의 광학 성능을 양호하게 보정할 수 있다.
도 7은 제2 실시 예에 도시된 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.
<제3실시 예>
도 8은 제3 실시예에 따른 광학계의 제1 방향에서의 측 단면도이며, 도 9는 제3 실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이며, 도 10은 제3실시 예에 따른 광학계의 광선 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 8 및 도 9를 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 나노 사이즈의 입자를 포함하는 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 9와 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 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 렌즈(122)는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제2 렌즈(122)는 물체 측으로 오목한 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 9와 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 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 렌즈(123)는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제3 렌즈(123)는 광축(OA)에서 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제3 렌즈(123)는 센서측으로 볼록한 메니스커스 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 9와 같이 제공될 수 있다.
상기 제4 렌즈(124)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(124)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(124)는 플라스틱 또는 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 렌즈(124)는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제4 렌즈(124)의 센서 측으로 오목한 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 9와 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 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 렌즈(125)는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제5 렌즈(125)는 물체 측으로 오목한 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 9와 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 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있으며, 예컨대 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질일 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 9와 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 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 렌즈(127)는 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제7 렌즈(127)는 광축에서 양면이 오목한 형상일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제13 면(S13)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 제14 면(S14)은 광축(OA)에서 볼록한 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 9와 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 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. 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. 제3실시 예에 따른 제7 렌즈(1270는 제1 실시 예의 설명을 참조하기로 한다.
상기 제6 렌즈(126)의 중심 두께(L6_CT, 도 2 참조)는 상기 제1 렌즈(121)의 중심 두께보다 작을 수 있으며, 상기 제1 렌즈(121)의 중심 두께는 상기 제6 렌즈(126)의 중심 두께(L6_CT)보다 1.1배 이상 예컨대, 1.1배 내지 2.5배 범위일 수 있다. 상기 제6,7렌즈(126,127) 사이의 광축 간격(D67_CT, 도 2 참조)은 상기 제6 렌즈의 중심 두께(L6_CT)보다 클 수 있으며, 상기 제7 렌즈(127)의 중심 두께보다 작을 수 있다. 상기 제6,7렌즈(126,127) 사이의 광축 간격(D67_CT)은 상기 제2,3 렌즈(122,123) 사이의 광축 간격보다 5배 이상 클 수 있다. 상기 제5,6 렌즈(125,126) 사이의 광축 간격은 렌즈들 사이의 간격 중에서 최대일 수 있으며, 상기 제2,3 렌즈(122,123) 사이의 광축 간격은 렌즈들 사이의 간격 중에서 최소일 수 있다. 상기 최대 광축 간격은 최소 광축 간격의 5배 이상 예컨대, 5배 내지 15배의 범위일 수 있다. 상기 제6,7렌즈(126,127) 사이의 광축 간격(D67_CT)은 상기 제1,7 렌즈(121,127)의 중심 두께보다 작을 수 있다. 상기 제7 렌즈(127)의 중심 두께는 상기 제1 렌즈(121)의 중심 두께보다 작을 수 있다.
곡률 반경을 절대 값으로 설명하면, 상기 렌즈부(100B) 내에서 제3 렌즈(123)는 곡률 반경이 최대일 수 있다. 즉, 최대 곡률 반경은 제3 렌즈(123)의 센서측 제6 면(S6)이 렌즈부(100B) 내에서 최대일 수 있다. 상기 곡률 반경은 물체측 면과 센서측 면의 평균 값일 수 있다. 최소 곡률 반경의 렌즈 면은 아베수가 다른 렌즈보다 높은 제1 렌즈(121)의 제1 면(S1)일 수 있다. 최대 곡률 반경은 최소 곡률 반경의 5배 이상일 수 있다. 이에 따라 제1 렌즈(121)의 물체측 제1 면(S1)의 곡률 반경을 3mm 이하로 배치하여, 렌즈부(100B)의 렌즈에 의해 광의 입사 량을 개선시켜 줄 수 있다.
초점 거리의 절대값을 보면, 상기 렌즈부(100B) 내에서 상기 제4 렌즈(124)의 초점 거리는 가장 클 수 있으며, 제7 렌즈(127)의 초점 거리는 가장 작을 수 있다. 상기 최대 초점 거리는 최소 초점 거리의 5배 이상일 수 있다.
각 렌즈의 중심 두께를 보면, 상기 렌즈부(100B) 내에서 상기 제1,7 렌즈(121,127)의 중심 두께 중 어느 하나는 가장 클 수 있고, 예컨대 제1 렌즈(121)의 중심 두께가 가장 두꺼울 수 있다. 상기 제1,7 렌즈(121,127)의 중심 두께는 0.7mm 이상 예컨대, 0.7mm 내지 1.3mm 범위일 수 있다. 상기 제1,7 렌즈(121,127)의 중심 두께의 차이는 0.3mm 이하일 수 있다. 상기 렌즈부(100B) 내에서 제2 렌즈(122)는 최소 중심 두께를 가질 수 있으며, 0.3mm 이하일 수 있다. 상기 최대 중심 두께는 최소 중심 두께의 3배 이상 예컨대, 3배 내지 6배의 범위일 수 있다. 상기 렌즈부(100B) 내에서 렌즈들의 중심 두께의 평균은 0.4mm 이상 예컨대, 0.4mm 내지 0.65mm 범위일 수 있다. 이러한 제1,7 렌즈(121,127)의 중심 두께를 두껍게 제공해 줌으로써, 화각(FOV)의 중심부 주변에서 광학 특성의 저하를 방지할 수 있다.
굴절률을 보면, 상기 렌즈부(100B) 내에서 굴절률이 1.65 초과인 렌즈 매수는 5매 이상일 수 있으며, 전체 렌즈 매수의 60%일 수 있다. 상기 렌즈부(100B) 내에서 굴절률이 1.7 이상인 렌즈 매수는 1매일 수 있으며, 전체 렌즈 매수의 20% 이하일 수 있다. 상기 렌즈부(100B) 내에서 렌즈들의 굴절률의 평균은 1.6 이상 예컨대, 1.6 내지 1.8 범위일 수 있다.
또한 상기 제2 렌즈(122)는 제1, 제3 렌즈(121,123)의 굴절률보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(122)의 굴절률은 1.60 이상으로서, 최대 굴절률과 0.4 이하의 차이를 갖는 고 굴절률로 배치될 수 있다. 최대 굴절률을 갖는 렌즈는 제7 렌즈(127)이며 1.7 이상일 수 있다. 상기 제4,5 렌즈(124,125)의 굴절률은 1.65 이상이거나 서로 동일할 수 있다. 이에 따라 적은 매수를 갖는 광학계(1000) 내에서 주변부에 안정적인 광학 특성을 제공할 수 있다.
아베수를 보면, 렌즈부(100B) 내에서 아베수가 65 초과인 렌즈는 1매이며, 제1 렌즈(121)일 수 있다. 이에 따라 제1 렌즈(121)는 입사 광의 분산을 억제할 수 있다. 상기 제1 렌즈(121)는 제2 렌즈(122)의 아베수와 40 이상의 차이를 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(121)는 아베수/굴절률의 비율이 40 이상일 수 있다. 상기 제4,5 렌즈(124,125) 중 적어도 하나의 아베수는 최소이거나 30 미만일 수 있다. 상기 제7 렌즈(127)의 아베수는 45 이하로 배치하여, 이미지 센서(300) 상에서 광의 분산을 증가시켜 수 있다. 상기 제7 렌즈(127)의 아베수는 제1 렌즈(121)의 아베수와 20 이상의 차이를 가질 수 있다. 상기 렌즈부(100B) 내에서 아베수의 평균은 45 이하를 가지며, 상기 제7 렌즈(127)의 아베수와의 차이가 10 이하일 수 있다.
상기 제1, 6, 7 렌즈(121,126,127)의 재질은 나노 입자를 포함하는 플라스틱 재질이며, 다른 렌즈의 재질은 나노 입자가 없는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 렌즈부(100B) 내에서 나노 입자를 포함하는 플라스틱 재질의 렌즈 매수는 40% 내지 50% 범위일 수 있다. 상기 제1, 6, 7 렌즈(121,126,127) 내부에 투명한 재질의 나노 사이즈를 갖는 입자를 포함할 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 나노 입자를 포함하는 플라스틱 재질보다 굴절률 또는 아베수가 높을 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 제1,7 렌즈(121,127) 내에 1 내지 50vol%로 첨가될 수 있으며, 10vol% 이상, 예컨대 30vol% 내지 50vol% 범위로 첨가될 수 있다. 상기 나노 입자는 MgF2, ZnO, TiO2, BaTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 나노 입자의 사이즈는 1nm 내지 100nm의 크기를 가질 수 있다. 상기 나노 입자의 사이즈는 바람직하게, 50nm 이하이고, 투과율이 높은 Nano-Composite를 얻기 위해서는 30nm 이하가 바람직하며, 더 바람직하게 15nm 이하일 수 있다.
상기 제1 렌즈(121)는 나노 입자 중에서 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질보다 아베수가 높은 입자를 포함할 수 있으며(도 15 참조), 예컨대 MgF2를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈(121)의 나노 입자 함량은 10vol% 이상 예컨대, 30vol% 내지 50vol% 범위일 수 있다. 이에 따라 상기 제1 렌즈(121)의 아베수를 높여줄 수 있고, 입사되는 빛의 분산을 줄이고, 해상도를 개선시켜 줄 수 있다. 상기 제1 렌즈(121) 내에 첨가된 나노 입자의 아베수는 80 이상 예컨대, 80 내지 120 범위일 수 있다. 상기 제1 렌즈(121) 내에 높은 아베수를 갖는 나노 입자가 상기 범위로 첨가됨으로써, 상기 제1 렌즈(121)를 원 플라스틱 재질보다 더 높은 아베수를 갖도록 할 수 있다.
상기 제6,7 렌즈(126,127)는 원 플라스틱 재질(즉, 베이스 재질)보다 굴절률이 높은 나노 입자를 포함할 수 있으며(도 15, 16 참조), 높은 굴절률을 갖는 나노 입자를 포함할 수 있다. 상기 제6,7 렌즈(126,127)에 첨가된 나노 입자는 TiO2, BaTiO3, ZnO 중에서 서로 동일하거나 다를 수 있다. 상기 제6,7 렌즈(126,127)에 첨가된 나노 입자는 굴절률이 1.9 이상 또는 2 이상일 수 있으며, 아베수가 25 초과일 수 있다. 상기 제6,7 렌즈(126,127)에 첨가된 나노 입자의 함량은 10vol% 이상 50vol% 이하 예컨대, 30vol% 내지 50vol% 범위를 포함할 수 있다. 상기 제6,7 렌즈(126,127)에 첨가된 나노 입자는 서로 동일한 재료일 수 있으며, 예컨대, ZnO일 수 있다. 제3 실시 예는 F 값이 밝은 렌즈이기 때문에, 제7 렌즈(실시 예1,2)뿐만 아니라, 제6 렌즈도 고굴절률 렌즈일 수 있다. 양 렌즈로서는, 고 굴절률로 중간 아베수 (40 전, 후)의 Nano-Composite가 필요했기 때문에, 플라스틱 재질(M2)(n: 1.6066, v: 27.1)에 대해, Nano-Composite로 고굴절률화와 중간 아베수화가 가능한 것은, 플라스틱 재질(M2)의 아베수보다도 높은 아베수인 ZnO 나노입자(v: 85.69)뿐이며, ZnO를 선택하고, 색수차의 밸런스도 유지하면서, 박형으로 사용해, 양호한 광학 성능을 얻고 있다. 이에 따라 제6,7 렌즈(126,127)는 굴절률이 높아 입사되는 광을 주변부까지 굴절시켜 줄 수 있다.
유효경의 크기(Clear aperture, CA)를 보면, 최소 유효경은 제3 렌즈(123)이며, 최소 유효경을 갖는 렌즈 면은 물체측 제5 면(S4) 또는 센서측 제6 면(S6)일 수 있으며, 예컨대 제6 면(S6)일 수 있다. 최대 유효경은 제7 렌즈(127)이며, 최대 유효경을 갖는 렌즈 면은 센서측 제14 면(S14)일 수 있다. 상기 최대 유효경은 최소 유효경의 2.5배 이상 예컨대, 2.5 내지 4배 범위일 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.
표 3은 도 8의 제3실시 예의 광학계의 렌즈 데이터의 예이다.
렌즈 면 곡률반경(mm) 두께(mm)/
간격(mm)		 굴절률 아베수 유효경의 크기(mm)
제1 렌즈 제1 면 2.119 0.965 1.474
　		 66.130
　		 3.47
제2 면 7.166 0.124 3.03
제2 렌즈 제3 면
(Stop)		 5.240 0.250 1.680
　		 18.140
　		 2.96
제4 면 3.669 0.115 2.82
제3 렌즈 제5 면 8.251 0.401 1.535
　		 55.710
　		 2.83
제6 면 107.911 0.352 2.75
제4 렌즈 제7 면 -17.127 0.347 1.680
　		 18.140
　		 2.79
제8 면 -17.148 0.397 3.16
제5 렌즈 제9 면 14.524 0.300 1.680
　		 18.140
　		 3.52
제10 면 10.915 0.579 4.61
제6 렌즈 제11 면 25.048 0.617 1.737
　		 39.820
　		 4.92
제12 면 -6.637 0.874 5.68
제7 렌즈 제13 면 -4.282 0.738 1.737 39.820 7.53
제14 면 3.853 0.028 8.45
필터 Infinity 0.210 11.58
Infinity 0.500 11.74
이미지 센서 Infinity 0.000 12.40
표 3은 도 8의 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 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 3mm 범위일 수 있다. 또한 렌즈부(100B)의 각 렌즈 면의 유효 경의 평균 값은 3mm 이상 예컨대, 3mm 내지 6mm 범위이며, 각 렌즈들의 중심 두께의 평균은 0.6mm 이하 예컨대, 0.4mm 내지 0.7mm 범위일 수 있다. 이에 따라 슬림한 광학계를 제공할 수 있다.
도 9와 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)는 30차 비구면 계수와 자유곡면 계수를 가지는 렌즈면을 포함할 수 있다. 상기와 같이 30차 비구면 계수를 가진 비구면 및 자유곡면은(“0”이 아닌 수치) 주변부의 비구면 형상을 특히 크게 변화시킬 수 있기 때문에 화각(FOV)의 주변부의 광학 성능을 양호하게 보정할 수 있다.
도 10은 제3 실시 예에 도시된 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.
<제4실시 예>
도 11은 제4 실시예에 따른 광학계의 제1 방향에서의 측 단면도이며, 도 12는 제4 실시 예에 따른 광학계에서 각 렌즈면의 비구면 계수에 대한 데이터이며, 도 13은 제4실시 예에 따른 광학계의 광선 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 제4 실시 예에 따른 광학계(1000)는 제1 렌즈(131), 제2 렌즈(132), 제3 렌즈(133), 제4 렌즈(134), 제5 렌즈(135), 및 제6 렌즈(136)를 갖는 렌즈부(100C)를 포함할 수 있다. 제4 실시 예에서 제1 렌즈 군(G1)은 제1 렌즈(131)이며, 제2 렌즈 군(G2)는 제2 내지 제6 렌즈(132,133,134,135,136)를 포함할 수 있다. 조리개는 제1 렌즈(131)의 센서 측 면 또는 제2 렌즈(132)의 물체측 면의 둘레에 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 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈(131)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(131)의 제1,2면(S1,S2)의 비구면 계수는 도 12와 같이 제공될 수 있다.
상기 제2 렌즈(132)는 광축(OA)에서 음(-)의 굴절력을 가지며, 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제2 렌즈(132)는 물체 측으로 오목한 메니스커스 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 12와 같이 제공될 수 있다.
상기 제3 렌즈(133)는 광축(OA)에서 양(+)의 굴절력일 수 있으며, 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제3 렌즈(133)는 광축(OA)에서 제5 면(S5)이 볼록한 형상을 가지며, 제6 면(S6)이 볼록한 형상을 가질 있다. 상기 제3 렌즈(133)은 양측으로 볼록한 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 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제5,6 면(S5,S6)의 비구면 계수는 도 12와 같이 제공될 수 있다.
상기 제4 렌즈(134)는 광축(OA)에서 음(-)의 굴절력을 가질 수 있으며, 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 상기 제4 렌즈(134)는 물체측 방향으로 오목한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(134)는 광축(OA)에서 상기 제7 면(S7)이 볼록한 형상을 갖고, 제8 면(S8)이 오목한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제4 렌즈(134)의 제7 면(S7)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있고, 상기 제8 면(S8)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제7,8 면(S7,S8)의 비구면 계수는 도 12와 같이 제공될 수 있다.
상기 제5 렌즈(135)는 광축(OA)에서 양(+)의 굴절력을 가질 수 있으며, 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제5 렌즈(135)는 광축(OA)에서 양측이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제9 면(S9)은 광축(OA)에서 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 제10 면(S10)은 광축(OA)에서 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 상기 제9,10 면(S9,S10)의 비구면 계수는 도 12와 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 음(-)의 굴절력을 가질 수 있으며, 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 상기 제6 렌즈(136)은 광축(OA)에서 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 제6 렌즈(136)는 광축(OA)에서 물체 측으로 오목한 메니스커스 또는 센서측으로 오목한 메니스커스 형상일 수 있다. 상기 제11 면(S11) 및 상기 제12 면(S12) 중 적어도 하나의 면은 자유곡면일 수 있다. 상기 제11,12 면(S11,S12)의 자유곡면 계수는 도 12와 같이 제공될 수 있다. 상기 제6 렌즈(136)의 제11 면(S11) 및 제12 면(S12) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축(OA)에서 유효영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다.
상기 제6 렌즈(136)는 광축(OA)에 대해 비대칭인 자유곡면 렌즈일 수 있다. 상기 제6 렌즈(136)의 제11 면(S11) 및 제12 면(S12) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축(OA)에 대해서 비대칭 형상인 자유곡면일 수 있다. 예를 들면, 상기 제11 면(S11)은 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상인 자유 곡면을 가질 수 있다. 상기 제12 면(S12)은 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상인 자유 곡면을 가질 수 있다. 예를 들면, 렌즈부(100C)는 X-Z 평면과 Y-Z평면에서 광축(OA)에 대해 회전 비대칭 형상일 수 있다. 여기서, 상기 제6 렌즈(136)의 제12 면(S12)의 유효경 크기를 보면, 제1 방향(X)의 길이(H6x)는 제2 방향(Y)의 길이보다 클 수 있다. 상기 제6 렌즈(136)의 제11 면(S11)의 유효경 크기에서, 제1 방향(X)의 길이는 제2 방향(Y)의 길이보다 클 수 있다. 상기 제12 면(S12)의 유효경에서 제1 방향 길이(H6x)는 상기 제2 방향의 길이의 1배 초과 1.5배 미만일 수 있다. 즉, 1 < H6x/H6y < 1.5의 수학식을 만족할 수 있다. 상기 회전 비대칭 렌즈의 물체측 제11 면(S11) 및 센서측 제12 면(S12) 각각은 광축(OA)에 대해 제1 방향(X) 또는 제2 방향(Y)으로 대칭 형상 즉, 2축 대칭 면을 가질 수 있다. 상기 광학계(100C)가 이미지 센서(300) 상에서 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.
상기 제6 렌즈(136)의 제12 면(S12)의 중심과 직교하는 제1,2 방향(X,Y)으로 연장되는 가상의 직선에서 상기 제12 면(S12)의 유효 영역 끝단에 대한 제3 방향(Z)의 높이는 제1 방향(X)의 끝단 높이(L6S2x_Zend)가 제2 방향(Y)의 끝단 높이(L6S2y_Zend)보다 높을 수 있다. 즉, 상기 제12 면(S12)의 제1,2 방향의 끝단에서의 높이 차이는 1.5 < L6S2x_Zend / L6S2y_Zend < 2.5의 관계를 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 제1 방향(X)의 제12 면(S12) 상에서 최대 접선 각도(θ1, 도 2 참조)는 35도 초과 예컨대, 35도 초과 및 70도 미만일 수 있다. 상기 제2 방향(Y)의 제14 면(S14) 상에서 최대 접선 각도는 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 제1방향의 최대 접선 각도는 상기 제2방향의 최대 접선 각도의 1.1배 내지 1.8배일 수 있다.
초점 거리의 절대값을 보면, 상기 렌즈부(100C) 내에서 상기 제2 렌즈(132)의 초점 거리는 가장 클 수 있으며, 제6 렌즈(136)의 초점 거리는 가장 작을 수 있다. 상기 최대 초점 거리는 최소 초점 거리의 3배 이상 예컨대, 5배 내지 30배의 범위일 수 있다.
각 렌즈의 중심 두께를 보면, 상기 렌즈부(100C) 내에서 상기 제1,5 렌즈(131,135)의 중심 두께 중 어느 하나는 가장 클 수 있고, 예컨대 제1 렌즈(101)의 중심 두께가 가장 두꺼울 수 있다. 제1,5 렌즈(131,135)의 중심 두께는 다른 렌즈들의 중심 두께보다 두꺼울 수 있으며, 0.7mm 이상 예컨대, 0.7mm 내지 1.3mm 범위일 수 있다. 상기 제1,5 렌즈(131,135)의 중심 두께의 차이는 0.2mm 이하일 수 있다. 상기 렌즈부(100C) 내에서 제2 렌즈(132)는 최소 중심 두께를 가질 수 있으며, 0.3mm 이하일 수 있다. 최대 중심 두께는 최소 중심 두께의 3배 이상 예컨대, 3배 내지 6배의 범위일 수 있다. 상기 렌즈부(100C) 내에서 렌즈들의 중심 두께의 평균은 0.4mm 이상 예컨대, 0.4mm 내지 0.65mm 범위일 수 있다. 이러한 제1,5 렌즈(131,135)의 중심 두께를 두껍게 제공해 줌으로써, 화각(FOV)의 중심부 주변에서 광학 특성의 저하를 방지할 수 있다.
굴절률을 보면, 상기 렌즈부(100C) 내에서 굴절률이 1.65 초과인 렌즈 매수는 3매 이상일 수 있으며, 전체 렌즈 매수의 45%일 수 있다. 상기 렌즈부(100C) 내에서 굴절률이 1.7 이상인 렌즈 매수는 4매 이상일 수 있으며, 전체 렌즈 매수의 60%일 수 있다. 상기 렌즈부(100C) 내에서 렌즈들의 굴절률의 평균은 1.64 이상 예컨대, 1.64 내지 1.8 범위일 수 있다. 상기 렌즈부(100C) 내에서 1.8 이상의 굴절률을 갖는 렌즈는 제1,6 렌즈(131,136) 사이에 3매로 배치될 수 있어, 입사 광을 유효 영역의 끝단까지 효과적으로 굴절시켜 줄 수 있다.
또한 상기 제2 렌즈(132)는 제6 렌즈(136)의 굴절률보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(134)는 상기 제6 렌즈(136)보다 굴절률이 더 높을 수 있으며, 상기 제2,4 렌즈(132,134)는 렌즈부(100C) 내에서 가장 높은 굴절률을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(136)의 굴절률은 1.7 이상으로서, 최대 굴절률과 0.4 이하의 차이를 갖는 고 굴절률로 배치될 수 있다. 이에 따라 적은 매수를 갖는 광학계(1000) 내에서 주변부에 안정적인 광학 특성을 제공할 수 있다.
아베수를 보면, 렌즈부(100C) 내에서 아베수가 65 초과인 렌즈는 1매이며, 제1 렌즈(131)일 수 있다. 이에 따라 제1 렌즈(131)는 입사 광의 분산을 억제할 수 있다. 상기 제1 렌즈(131)는 제2 렌즈(132)의 아베수와 40 이상 예컨대, 50 이상의 차이를 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(131)는 아베수/굴절률의 비율이 50 이상일 수 있다. 상기 제2 렌즈(132)의 아베수는 최소이거나 30 미만일 수 있다. 상기 제6 렌즈(136)의 아베수는 45 이하로 배치하여, 이미지 센서(300) 상에서 광의 분산을 증가시켜 수 있다. 상기 제6 렌즈(136)의 아베수는 제1 렌즈(131)의 아베수와 35 이상의 차이를 가질 수 있다. 상기 렌즈부(100C) 내에서 아베수의 평균은 45 이하를 가지며, 상기 제6 렌즈(136)의 아베수와 5 이하의 차이를 가질 수 있다.
상기 제1,2,4,6 렌즈(131,132,134,136)의 재질은 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질이며, 내부에 투명한 재질의 나노 입자를 포함할 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 나노 입자를 포함하는 플라스틱 재질보다 굴절률 또는 아베수가 높을 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 제1,2,4,6 렌즈(131,132,134,136) 내에 1 내지 50vol%로 첨가될 수 있으며, 10vol% 이상 예컨대 30vol% 내지 50vol% 범위로 첨가될 수 있다. 상기 나노 입자는 MgF2, ZnO, TiO2, BaTiO3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 나노 입자의 사이즈는 1nm 내지 100nm의 크기를 가질 수 있다. 상기 나노 입자의 사이즈는 바람직하게, 50nm 이하이고, 투과율이 높은 Nano-Composite를 얻기 위해서는 30nm 이하가 바람직하며, 더 바람직하게 15nm 이하일 수 있다. 상기 제1 렌즈(131)는 나노 입자 중에서 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질보다 아베수가 높은 입자를 포함할 수 있으며, 예컨대 MgF2를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈(131)의 나노 입자 함량은 10vol% 이상 예컨대, 30vol% 내지 50vol% 범위일 수 있다.
상세하게는, 도 16에서, 6매 구성 렌즈의 제1 렌즈로서, 플라스틱 재질(M3)(아베수: 56.6, 굴절률: 1.5094)에, MgF2 입자(아베수: 104.9, 굴절률: 1.3777)를 39vol% 첨가하여, 나노입자를 포함한 고아베수 플라스틱 재질(M3') 즉, 아베수가 66.6 및 굴절률이 1.4577인 플라스틱 재질(Nano-Composite)을 제공할 수 있다.
상기 제2,4,6 렌즈(132,134,136)는 나노 입자 중에서 나노 사이즈의 입자를 포함하는 플라스틱 재질보다 굴절률이 더 높은 입자 예컨대, ZnO, TiO2, BaTiO3 중 어느 하나 또는 두 종류 이상을 포함할 수 있다. 상기 제2, 4 렌즈(132,134)에 첨가된 나노 입자는 굴절률이 1.9 이상 또는 2 이상일 수 있다. 예컨대, 상기 제2 렌즈(132)와 제4 렌즈(134)는 서로 동일하거나 서로 다른 종류의 나노 입자를 가질 수 있다. 예컨대, 제2,4 렌즈(132,134)는 BaTiO3를 포함할 수 있다. 상기 제2,4 렌즈(132,134)에 첨가된 나노 입자의 함량은 35vol% 초과 예컨대, 35vol% 내지 50vol% 범위를 포함할 수 있으며, 상기 제2,4 렌즈(132,134)에 첨가된 나노 입자의 함량은 서로 같거나 다를 수 있다. 상기 제2,4 렌즈(132,134)는 서로 동일한 굴절률 또는 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 상기 제2,4 렌즈(132,134)에 첨가된 나노 입자의 함량은 상기 제6 렌즈(136)에 첨가된 나노 입자의 함량보다 많을 수 있다. 상기 제2,4 렌즈(132,134)에 첨가된 나노 입자는 상기 제6 렌즈(136)에 첨가된 나노 입자의 굴절률보다 더 높은 굴절률을 가질 수 있다.
상기 제6 렌즈(136)는 원 플라스틱 재질(즉, 베이스 재질)보다 굴절률이 높은 나노 입자를 포함할 수 있으며, 예컨대 상기 제2,4렌즈(132,134)에 첨가된 나노 입자의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 나노 입자를 포함하거나 제2,4렌즈(132,134)에 첨가된 나노 입자의 함량보다 더 낮은 함량으로 첨가될 수 있다. 상기 제6 렌즈(136)는 TiO2, BaTiO3, ZnO 중에서 선택될 수 있으며, 예컨대 ZnO일 수 있다. 상기 제6 렌즈(136)에 첨가된 나노 입자의 함량은 35vol% 이하 예컨대, 30vol% 내지 35vol% 범위를 포함할 수 있다. 상기 제6 렌즈(136)에 첨가된 나노 입자의 아베수는 25 초과일 수 있다.
본 실시예에서는, 도 16에서, 6매 구성 렌즈의 제6 렌즈(최종 n 렌즈)로서, 플라스틱 재질(M4)(굴절률: 1.5665, 아베수: 37.5)에, TiO2 입자(굴절률: 2.5089, 아베수: 15.90) )을 29vol% 첨가하여 나노입자를 포함한 고굴절률 플라스틱 재질(M4') 즉, 굴절률이 1.8074 및 아베수가 24.85인 플라스틱 재질(Nano-Composite)을 제공할 수 있다.
또한 제2렌즈, 제4렌즈로서 플라스틱 재질(M5)(굴절률: 1.6804, 아베수: 18.1)에 BaTiO3 입자(굴절률: 2.4273, 아베수: 12.30)를 38vol% 첨가하여 나노입자를 포함한 고굴절률 플라스틱 재질(M5') 즉, 굴절률이 1.9431 및 아베수가 15.005인 플라스틱 재질(Nano-Composite)을 제공할 수 있다.
유효경의 크기(Clear aperture, CA)를 보면, 최소 유효경은 제2 렌즈(132)의 물체측 제3 면(S3) 또는 센서측 제4 면(S4)일 수 있으며, 예컨대 제3 면(S3)일 수 있다. 최대 유효경은 제6 렌즈(136)의 센서측 제12 면(S12)일 수 있다. 상기 최대 유효경은 최소 유효경의 2.5배 이상 예컨대, 2.5 내지 4배 범위일 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.
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 1.952 0.947 1.46
　		 66.63
　		 3.04
제2 면 6.635 0.451 2.73
제2 렌즈 제3 면
(Stop)		 12.276 0.250 1.94
　		 15.01
　		 2.52
제4 면 8.293 0.111 2.53
제3 렌즈 제5 면 22.717 0.420 1.54
　		 56.10
　		 2.68
제6 면 -13.934 0.681 2.98
제4 렌즈 제7 면 54.946 0.300 1.94
　		 15.01
　		 3.23
제8 면 13.851 0.501 4.00
제5 렌즈 제9 면 12.434 0.909 1.67
　		 19.22
　		 4.43
제10 면 -6.606 0.767 5.50
제6 렌즈 제11 면 -3.162 0.503 1.81 24.85 7.55
제12 면 2.823 0.025 8.34
필터 Infinity 0.210

11.56
Infinity 0.500 11.73
이미지 센서 Infinity 0.000 12.42
표 4은 도 11의 제1 내지 제6 렌즈들(131,132,133,134,135,136)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 1.8 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 3mm 범위일 수 있다. 또한 렌즈부(100C)의 각 렌즈 면의 유효 경의 평균 값은 3mm 이상 예컨대, 3mm 내지 6mm 범위이며, 각 렌즈들의 중심 두께의 평균은 0.7mm 이하 예컨대, 0.4mm 내지 0.7mm 범위일 수 있다. 이에 따라 슬림한 광학계를 제공할 수 있다.
도 22와 같이, 제4 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)는 30차 비구면 계수와 자유곡면 계수를 가지는 렌즈면을 포함할 수 있다. 상기와 같이 30차 비구면 계수를 가진 비구면 및 자유곡면은(“0”이 아닌 수치) 주변부의 비구면 형상을 특히 크게 변화시킬 수 있기 때문에 화각(FOV)의 주변부의 광학 성능을 양호하게 보정할 수 있다.
도 13은 제4 실시 에에 도시된 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 1 내지 4의 렌즈계는 7매 또는 6매의 렌즈 구성으로 소형 경량화하면서 동시에 구면수차, 비점수차, 왜곡수차, 색수차, 코마수차 모두 양호하게 보정되어 고해상도의 구현이 가능하므로 카메라의 광학 기기에 내장되어 활용될 수 있다.
도 14는 발명의 실시 예에 따른 각 광학계에서 수평 FOV(Field of View)와 수직 FOV에 대한 실제 FOV와 Parax FOV를 위한 왜곡 그리드(Distortion grid)을 나타낸 도면이다. 도 14은 제1 내지 제4 실시예에 따른 광학계에서 빛을 출사되는 경우 발생하는 왜곡 그리드로, 여기서는 수평 방향(Horizontal FOV(Field of view)) 및 수직 방향(vertical FOV)의 좌우 및 상하 외곽으로 왜곡이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
상기에 개시된 제1 내지 제4 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)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미하고, L3_CT는 상기 제3 렌즈(103,113,123,133)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]
Ad1-np > 65
수학식 2에서 Ad1-np는 제1 렌즈(101,111,121,131)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]
nLn > 1.7
수학식 3에서 nLn는 이미지 센서(300)에 가장 가까운 n번째 렌즈의 d-line에서의 굴절률이다. 예컨대, 제1,2,3 실시 예에서는 제7 렌즈(107,117,127)의 굴절률이며, 제4실시 예에서는 제6 렌즈(106)의 굴절률이다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 3을 만족할 경우, TTL에 영향을 억제할 수 있다.
[수학식 3-1]
1.6 ≤ Aver(nL1:nLn) ≤ 1.7
수학식 3-1에서 Aver(nL1:nLn)는 제1 내지 마지막 렌즈(n=6,7)의 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]
0 < L1_CT / Ln_CT < 2
수학식 4에서 L1_CT는 상기 제1 렌즈(101,111,121,131)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미하고, Ln_CT는 상기 마지막 렌즈(107,117,127,136)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 4를 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 5]
0 < Ln-1_CT / Ln_CT < 2
수학식 5에서 Ln-1_CT는 n-1번째 렌즈(106,116,126,135)의 광축(OA)에서의 두께(mm)를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 5를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상기 n, n-1번째 렌즈의 제조 정밀도를 완화할 수 있으며, 화각(FOV)의 중심부 및 주변부의 광학 성능을 개선할 수 있다.
[수학식 6]
0 < L1R1 / LnR2 < 2
수학식 6에서 L1R1은 상기 제1 렌즈(101,111,121,131)의 제1 면(S1)의 곡률 반경(mm)을 의미하고, L7R2는 n번째 렌즈(107,117,127,136)의 센서측 면의 곡률 반경(mm)을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 6을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 수차 특성이 개선될 수 있다.
[수학식 7]
1 < CA_L1S1 / CA_L3S1 < 1.5
수학식 7에서 CA_L1S1은 상기 제1 렌즈(101,111,121,131)의 제1 면(S1)의 유효경(Clear aperture, CA) 크기(mm)를 의미하고, CA_L3S1은 상기 제3 렌즈(103,113,123,133)의 제5 면(S5))의 유효경(CA) 크기(mm)를 의미한다. 수학식 7을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 제1 렌즈 군(G1)으로 입사되는 광을 제어할 수 있고, 향상된 수차 제어 특성을 가질 수 있다.
[수학식 8]
1 < CA_LnS2 / CA_L4S2 < 5
수학식 8에서 CA_L4S2는 상기 제4 렌즈(104,114,124,134)의 제8 면(S8)의 유효경(CA) 크기(mm)를 의미하고, CA_LnS2는 상기 n 번째 렌즈(107,117,127,136)의 센서측 면의 유효경(CA) 크기(mm) 즉, 최대 유효경 크기를 의미한다. 수학식 8을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 제2 렌즈 군(G2)으로 입사되는 광을 제어할 수 있고, 수차 특성을 개선할 수 있다.
[수학식 9]
0.2 < CA_L3S2 / CA_L4S1 < 1
수학식 9에서 CA_L3S2는 상기 제3 렌즈(103,113,123,133)의 제6 면(S6)의 유효경(CA) 크기(mm)를 의미하고, CA_L4S1는 상기 제4 렌즈(104,114,124,134)의 제7 면(S7)의 유효경(CA) 크기(mm)를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 9를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 색 수차를 개선할 수 있고, 광학 성능을 위해 비네팅(vignetting)을 제어할 수 있다.
[수학식 10]
0.1 < CA_L5S2 / CA_LnS2 < 1
수학식 10에서 CA_L5S2는 상기 제5 렌즈(105,115,125,135)의 제10 면(S10)의 유효경(CA) 크기(mm)를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 10를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 색 수차를 개선할 수 있다.
[수학식 11]
1 < |L5R1 / L5_CT| < 100
수학식 11에서 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 11을 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 12]
0 < |L5R1 / LnR1| < 3
수학식 12에서 LnR1은 상기 n번째 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경(mm)을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 12을 만족할 경우, 이미지 센서(300)에 인접한 렌즈들의 형상 및 굴절력을 제어하며 광학 성능을 개선할 수 있으며, 제2 렌즈 군(G2)의 광학 성능을 개선할 수 있다.
[수학식 13]
0.5 < L_CT_Max / Air_CT_Max < 3
수학식 13에서 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 13를 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 6,7이다). 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 13를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 설정된 화각 및 초점 거리를 가지며, 화각(FOV)의 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
[수학식 14]
0.5 < ∑L_CT / ∑Air_CT < 2
수학식 14에서 ∑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 14을 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 15]
10 < ∑Index < 30
수학식 15에서 ∑Index는 상기 제1 내지 제n 렌즈 각각의 d-line에서의 굴절률들의 합을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 15를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)의 TTL을 제어할 수 있고, 향상된 해상력을 가질 수 있다.
[수학식 16]
10 < ∑Abb / ∑Index < 50
수학식 16에서 ∑Abbe는 상기 제1 내지 제n 렌즈 각각의 아베수(Abbe's number)의 합을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 16을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 향상된 수차 특성 및 해상력을 가질 수 있다.
[수학식 17]
5 < CA_max / L_CT_Max < 10
수학식 17에서 CA_max는 상기 렌즈들 각각의 물체 측 면 및 센서 측 면 중 가장 큰 유효경(mm)를 의미하는 것으로, 즉, 마지막 렌즈의 센서측 면의 대각선 방향의 유효경(mm)의 크기를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 17을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 광학 성능을 유지하면서 슬림 및 컴팩트한 광학계를 제공될 수 있다.
[수학식 18]
0.1 < CA_L1S1 / CA_min < 5
수학식 18에서 CA_L1S1는 제1 렌즈의 제1 면(S1)의 유효경(mm)을 의미하며, CA_Min은 각 렌즈면들의 유효경(mm) 중에서 가장 작은 유효 경을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 18를 만족할 경우, 제1 렌즈를 통해 입사되는 광을 제어하며, 광학 성능을 유지하면서 슬림한 광학계를 제공할 수 있다.
[수학식 19]
1 < CA_max / CA_min < 5
수학식 19에서 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 19를 만족할 경우, 슬림하고 컴팩트한 광학계를 제공될 수 있다.
[수학식 20]
1 < CA_max / CA_Aver < 3
수학식 20에서 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 20를 만족할 경우, 슬림하고 컴팩트한 광학계를 제공될 수 있다.
[수학식 21]
0.1 < CA_min / CA_Aver < 1
수학식 21에서 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 21을 만족할 경우, 슬림하고 컴팩트한 광학계를 제공될 수 있다.
[수학식 22]
0.1 < CA_max / (2*ImgH) < 1
수학식 22에서 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 22을 만족할 경우 상기 광학계(1000)는 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서 양호한 광학 성능을 가지며, 슬림하고 컴팩트한 광학계를 제공할 수 있다.
[수학식 23]
0.5 < TD / CA_max < 1.5
수학식 23에서 TD는 상기 제1 렌즈의 물체 측 면에서 상기 n번째 렌즈 군(G2)의 센서 측 면까지의 최대 광축 거리(mm)이다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 23를 만족할 경우, 슬림하고 컴팩트한 광학계를 제공할 수 있다.
[수학식 24]
1 < F / LnR2 < 10
수학식 34에서 F는 상기 광학계(1000)의 전체 초점 거리(mm)를 의미하고, LnR2는 마지막 n번째 렌즈의 센서측 면의 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 25]
1 < F / L1R1 < 10
수학식 25에서 L1R1은 상기 제1 렌즈의 제1 면(S1))의 곡률 반경(mm)을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 25를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 상기 광학계(1000)를 크기 축소, 예를 들어 TTL(total track length)를 줄여줄 수 있다.
[수학식 26]
0 < f1 / f3 < 1
수학식 26에서 f1은 상기 제1 렌즈의 초점 거리(mm)를 의미하고, f3은 상기 제3 렌즈의 초점 거리(mm)를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 26을 만족할 경우, 상기 제1 렌즈 및 상기 제3 렌즈는 입사하는 광 경로 제어를 위한 적절한 굴절력을 가질 수 있고, 해상력을 개선할 수 있다.
[수학식 27]
2 < TTL < 20
수학식 27에서 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 27에서 TTL을 20 미만으로 하여, 슬림하고 컴팩트한 광학계를 제공할 수 있다.
[수학식 28]
2 < ImgH
수학식 28는 이미지 센서(300)의 대각 크기를 4mm 초과되도록 하여, 높은 해상력을 갖는 광학계를 제공할 수 있다.
[수학식 29]
BFL < 2.5
수학식 29는 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 30]
2 < F < 20
수학식 30에서 전체 초점 거리(F)를 광학계에 맞게 설정할 수 있다.
[수학식 31]
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 32]
0.5 < TTL / CA_max < 2
수학식 32에서 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 32는 광학계의 전체 광축 길이와 최대 유효 경의 관계를 설정하여, 슬림하고 컴팩트한 광학계를 제공할 수 있다.
[수학식 33]
TTL / 2*ImgH < 0.57
수학식 33는 광학계의 전체 광축 길이(TTL)와 이미지 센서(300)의 대각 방향의 길이(Imgh)를 설정할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 33을 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 34]
0.01 < BFL / ImgH < 1
수학식 34는 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 34를 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 35]
3 < TTL / BFL < 10
수학식 35는 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 36]
0.5 < F / TTL < 1.5
수학식 36는 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 37]
3 < F / BFL < 10
수학식 37는 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 37을 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 38]
0.1 < F / ImgH < 3
수학식 38은 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.
상기에 개시된 비구면(Aspherical surface) 및 자유곡면(free form surface)에 대한 계수는 수학식 39,40에 의해 계산될 수 있다.
[수학식 39]
Figure pat00001
[수학식 40]
Figure pat00002
제1 내지 제4 실시예에 따른 광학계(1000)는 수학식 1 내지 수학식 38 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 38 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 38 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 5는 제 1내지 제4실시 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 마지막 렌즈의 센서측 면까지의 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
F 6.190 6.190 6.190 6.190
f1 5.799 5.945 5.981 5.682
f2 -17.229 -16.774 -19.230 -27.950
f3 13.811 15.228 16.674 15.925
f4 -524.054 -236.059 3589.881 -19.706
f5 -29.574 -66.936 -66.807 6.558
f6 7.392 8.911 7.182 -2.596
f7 -2.813 -2.978 -2.764
∑Index 11.388 11.347 11.524 10.367
∑Abbe 245.98 256.60 255.90 196.82
∑L_CT 4.063 3.908 4.009 3.856
∑Air_CT 2.326 2.438 2.441 2.512
CA_max 8.442 8.513 8.451 8.337
CA_min 2.615 2.727 2.750 2.521
CA_Aver 3.977 4.178 4.181 4.127
L_CT_max 0.883 0.903 0.965 0.947
L_CT_min 0.250 0.250 0.250 0.250
L_CT_Aver 0.580 0.558 0.573 0.643
TD 5.832 5.938 6.059 5.841
BFL 0.756 0.782 0.738 0.735
F-number 2.04 1.95 1.89 2.04
FOV 86.6 86.7 86.6 86.7
TTL 6.59 6.72 6.80 6.58
ImgH 6.20 6.20 6.20 6.21
RI 19.5% 20.1% 19.3% 15.9%
표 6은 제1 내지 제4 실시 예의 광학계(1000)에서 상술한 수학식 1 내지 수학식 38에 대한 결과 값에 대한 것이다. 표 6을 참조하면, 광학계(1000)는 수학식 1 내지 수학식 38 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 38을 모두 만족하는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 광학계(1000)는 화각(FOV)의 중심부와 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
수학식/실시예 1 2 3 4
1 2 < L1_CT / L3_CT < 4 2.110 2.228 2.406 0.663
2 Ad1 > 65 66.13 66.13 66.13 66.63
3 nLn > 1.7 1.740 1.740 1.737 1.523
4 0 < L1_CT / Ln_CT < 2 0.974 1.232 1.308 1.882
5 0 < Ln-1_CT / Ln_CT < 2 0.544 0.799 0.836 1.806
6 0 < L1R1 / LnR2 < 2 0.000 0.000 0.000 0.692
7 0.5 < CA_L1S1 / CA_L3S1 < 1.5 1.182 1.189 1.223 1.131
8 1 < CA_LnS2 / CA_L4S2 < 5 2.791 2.715 2.671 2.085
9 0.2 < CA_L3S2 / CA_L4S1 < 1 0.623 0.607 0.604 0.921
10 0.1 < CA_L5S2 / CA_LnS2 < 1 0.508 0.536 0.546 0.660
11 1 < |L5R1 / L5_CT| < 100 41.762 48.929 48.412 8.608
12 0 < |L5R1 / LnR1| < 3 0.467 0.671 0.171 0.531
13 0 < L_CT_Max / Air_CT_Max < 3 1.082 1.034 1.104 1.234
14 0.5 < ∑L_CT / ∑Air_CT < 2 0.573 0.624 0.609 0.651
15 10 < ∑Index <30 11.388 11.347 11.524 10.367
16 10 < ∑Abb / ∑Index <50 21.600 22.614 22.207 18.986
17 5 < CA_Max / L_CT_Max < 10 9.565 9.429 8.758 8.803
18 0.1 < CA_L1S1 / CA_min <5 1.219 1.225 1.261 3.206
19 1 < CA_max / CA_min < 5 3.228 3.122 3.073 4.358
20 1 < CA_max / CA_Aver < 3 2.123 2.038 2.021 2.020
21 0.1 < CA_min / CA_Aver < 1 0.658 0.653 0.658 3.789
22 0.1 < CA_max / (2*ImgH) < 1 0.681 0.687 0.681 0.671
23 0 < TD / CA_max < 1.5 0.691 0.697 1.736 0.701
24 1 < F / LnR2 < 10 1.624 1.759 11.560 2.193
25 1 < F / L1R1 < 10 3.101 2.953 24.370 3.171
26 0 < f1 / f3 < 1 0.420 0.390 8.735 0.357
27 2 < TTL < 20 6.588 6.720 7.623 6.576
28 2 < ImgH 6.202 6.199 1.323 6.209
29 BFL < 2.5 0.756 0.782 3.464 0.735
30 2 < F < 20 6.190 6.190 2.063 6.190
31 FOV < 87 173.200 173.400 0.596 86.700
32 0.5 < TTL / CA_max < 2 0.780 0.789 0.709 1.593
33 TTL / (2*ImgH) < 0.57 0.531 0.542 0.670 0.530
34 0.01 < BFL / ImgH < 1 0.122 0.126 1.701 0.235
35 2 < TTL / BFL < 10 8.709 8.591 2.963 0.000
36 0.5 < F / TTL < 1.5 0.940 0.921 0.238 0.941
37 2 < F / BFL < 10 8.183 7.914 6.700 4.246
38 0.1 < F / ImgH < 3 0.998 0.999 6.200 0.997
도 17은 실시예에 따른 카메라 모듈이 이동 단말기에 적용된 것을 도시한 도면이다.
도 17을 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
제2 렌즈: 102,112,122,132
제3 렌즈: 103 ,113,123,133
제4 렌즈: 104,114,124,134
제5 렌즈: 105,115,125,135
제6 렌즈: 106,116,126,136
제7 렌즈: 107 ,117,127
렌즈부: 100,100A,100B,100C
이미지 센서: 300
필터: 500
광학계: 1000

Claims (22)

  1. 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되는 복수의 렌즈를 포함하고,
    상기 복수의 렌즈 중 물체 측에서 가장 가까운 제1 렌즈는 물체측 면이 광축에서 볼록한 형상을 가지며,
    상기 제1 렌즈는 투명한 나노 사이즈의 입자를 포함하며,
    상기 나노 사이즈의 입자의 아베수는 상기 제1 렌즈의 재질의 아베수보다 높은 광학계.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈에 첨가된 입자의 아베수를 Ad1-np이라 할 때, Ad1-np > 80의 수학식을 만족하는 광학계.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 나노 사이즈의 입자를 포함한 플라스틱 재질 광학계.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 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 이미지 센서의 상면까지의 광축에서의 거리이고, ImgH는 상기 이미지 센서의 최대 대각 방향 길이의 1/2이다)
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 마지막 렌즈의 물체측 면과 센서측 면 중 적어도 하나는 광축에 대해 회전 비대칭인 자유곡면을 갖는 광학계.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 회전 비대칭인 자유곡면은 광축에 대해 상기 광축과 직교하는 제1 방향 또는 제2 방향으로 대칭 형상을 갖는 광학계.
  7. 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되는 복수의 렌즈를 포함하고,
    상기 복수의 렌즈 중 물체 측에 가장 가까운 제1 렌즈는 양(+)의 굴절력을 가지며,
    상기 복수의 렌즈 중 센서 측에 가장 가까운 마지막 렌즈는 음(-)의 굴절력을 가지며,
    상기 마지막 렌즈는 투명한 나노 사이즈의 입자를 포함하며,
    상기 마지막 렌즈에 첨가된 입자의 굴절율은 상기 마지막 렌즈의 재질의 굴절률보다 높은 광학계.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 마지막 렌즈에 첨가된 입자의 아베수는 상기 마지막 렌즈의 재질의 아베수보다 높은 광학계.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 마지막 렌즈는 굴절률이 1.7 이상이며,
    상기 마지막 렌즈에 첨가된 입자의 아베수를 Adn-np이라고 할 때, Adn-np > 25의 수학식을 만족하는 광학계.
  10. 제7 항 내지 제9 항 중 어느 한 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 이미지 센서의 상면까지의 광축에서의 거리이고, ImgH는 상기 이미지 센서의 최대 대각 방향 길이의 1/2이다)
  11. 제7 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마지막 렌즈의 물체측 면과 센서측 면 중 적어도 하나는 광축에 대해 회전 비대칭인 자유곡면을 갖는 광학계.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 회전 비대칭인 자유곡면은 광축에 대해 상기 광축과 직교하는 제1 방향 또는 제2 방향으로 대칭 형상을 갖는 광학계.
  13. 제1 항 또는 제7 항에 있어서,
    상기 입자가 첨가된 렌즈는 나노 사이즈의 입자를 포함한 플라스틱 재질인 광학계.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈 중 적어도 한 렌즈에 첨가된 상기 입자는 MgF2, ZnO, TiO2, 또는 BaTiO3 중 적어도 하나를 포함하는 광학계.
  15. 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 광축을 따라 배치되는 6 매 또는 7매의 렌즈를 포함하고,
    물체측에 가장 가까운 제1 렌즈는 물체측 면이 광축에서 볼록한 형상을 가지며,
    상기 렌즈들은 플라스틱 재질의 렌즈와 나노 사이즈의 입자를 포함한 플라스틱 재질(nano-composite)의 렌즈이 혼합되며,
    하기 수학식을 만족하는 광학계.
    TTL/(2*Imgh) < 0.57
    Ad1 > 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, Ad1는 제1 렌즈의 아베수이다)
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 나노 사이즈의 입자를 포함한 플라스틱 재질이며,

    상기 입자의 아베수는 상기 나노 사이즈의 입자를 포함한 플라스틱 재질의 아베수보다 높은 광학계.
  17. 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,
    상기 제7 렌즈는 광축에 대해 회전 비대칭 형상을 가지며,
    하기 수학식을 만족하는 광학계.
    Ad1 > 65
    TTL/(2*Imgh) < 0.57
    (Ad1은 상기 제1 렌즈의 아베수이며, 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)
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제7 렌즈들은 플라스틱 재질의 렌즈와 나노 사이즈의 입자를 포함한 플라스틱 재질(nano-composite)의 렌즈가 혼합되는 광학계.
  19. 복수의 양면 비구면 렌즈를 포함하는 광학계에 있어서,
    투명한 나노 사이즈의 MgF2, ZnO, TiO2, 또는 BaTiO3 중 적어도 하나를 포함하는 렌즈를 갖는 광학계.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 광학계는 4매 이상의 양면 비구면 렌즈를 포함하는 광학계.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 광학계는 모두 플라스틱 재질인 광학계.
  22. 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서와 광학계의 마지막 렌즈 사이에 필터를 포함하며,
    상기 광학계는 제1 항, 제7항, 제15항 및 제17항 중 어느 한 항에 따른 광학계를 포함하고,
    상기 광학계 내의 렌즈들은 플라스틱 재질의 렌즈와 나노 사이즈의 입자를 포함한 플라스틱 재질(nano-composite)의 렌즈가 혼합되는 카메라 모듈.
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