KR20230090930A - 카메라 모듈 및 이를 구비한 차량 - Google Patents

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KR20230090930A
KR20230090930A KR1020210180134A KR20210180134A KR20230090930A KR 20230090930 A KR20230090930 A KR 20230090930A KR 1020210180134 A KR1020210180134 A KR 1020210180134A KR 20210180134 A KR20210180134 A KR 20210180134A KR 20230090930 A KR20230090930 A KR 20230090930A
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

발명의 실시예에 개시된 카메라 모듈은 기판; 상기 기판 상에 배치된 이미지 센서; 상기 이미지 센서 상에 배치되며, 관통홀에 복수의 렌즈를 갖는 배럴부를 구비한 렌즈 어셈블리; 상기 이미지 센서와 마지막 렌즈 사이에 배치된 광학 필터; 상기 기판의 상면과 상기 렌즈 어셈블리의 외측 둘레 사이에 배치된 하우징; 및 상기 하우징을 상기 렌즈 어셈블리의 외측 둘레에 접착시켜 주는 접착 부재를 포함하며, 상기 이미지 센서를 갖는 패키지, 상기 렌즈 어셈블리, 상기 하우징, 상기 접착 부재의 열 팽창 계수는 서로 다르며, 상기 렌즈 어셈블리 내의 렌즈들 중에서 상기 이미지 센서에 가장 인접한 렌즈와 상기 이미지 센서 사이의 광축 거리는 BFL(Back focusing length)이며, 상기 렌즈 어셈블리의 하면에서 상기 접착 부재의 상면까지의 높이는 상기 BFL 보다 크고 3 mm 이하일 수 있다.

Description

카메라 모듈 및 이를 구비한 차량{CAMERA MODULE AND VEHICLE HAVING THE SAME}
발명의 실시예는 카메라 모듈 및 이를 구비한 차량에 관한 것이다.
ADAS(Advanced Driving Assistance System)란 운전자를 운전을 보조하기 위한 첨단 운전자 보조 시스템으로서, 전방의 상황을 센싱하고, 센싱된 결과에 기초하여 상황을 판단하고, 상황 판단에 기초하여 차량의 거동을 제어하는 것으로 구성된다. 예를 들어, ADAS 센서 장치는 전방의 차량을 감지하고, 차선을 인식한다. 이후 목표 차 선이나 목표 속도 및 전방의 타겟이 판단되면, 차량의 ESC(Electrical Stability Control), EMS(Engine Management System), MDPS(Motor Driven Power Steering) 등이 제어된다. 대표적으로, ADAS는 자동 주차 시스 템, 저속 시내 주행 보조 시스템, 사각 지대 경고 시스템 등으로 구현될 수 있다. ADAS에서 전방의 상황을 센싱하기 위한 센서 장치는 GPS 센서, 레이저 스캐너, 전방 레이더, Lidar 등인데 가장 대표적인 것은 차량의 전방을 촬영하기 위한 전방 카메라이다.
차량용 카메라 모듈은, 자동차에서 전방 및 후방 감시 카메라와 블랙박스 등에 내장되어 사용되며, 피사체를 사진이나 동영상으로 촬영하게 된다. 차량용 카메라 모듈은 외부로 노출되므로, 습기 및 온도에 의해 촬영 품질이 떨어질 수 있다. 특히 카메라 모듈은 주위 온도와 렌즈의 재질에 따라 광학 특성이 변화되는 문제가 있다.
종래의 카메라 모듈의 제작에서는 렌즈 어셈블리와 하우징을 결합하는 과정에서 열보상을 위한 구조 설계나 결합을 고려하기 보다는 카메라 모듈의 구조, 렌즈 어셈블리의 형태, 액티브 얼라인(Active align) 방법, 카메라의 크기 등에 의해서 결정되는 경우가 많다. 또한 렌즈 어셈블리는 성능이 가장 잘 나오는 초점거리가 존재하며, 그 초점거리로 조립을 하고 있어, 온도가 변화가 되면, 렌즈의 초점 거리가 변화가 되는 문제가 발생될 수 있다.
발명의 실시예는 열 보상이 가능한 카메라 모듈을 제공할 수 있다.
발명의 실시 예는 이미지 센서와 마지막 렌즈 사이의 광축 거리를 일정하게 유지할 수 있는 카메라 모듈을 제공할 수 있다.
발명의 실시 예는 카메라 모듈을 갖는 휴대 단말기 또는 차량과 같은 이동체를 제공할 수 있다.
발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 기판; 상기 기판 상에 배치된 이미지 센서; 상기 이미지 센서 상에 배치되며, 관통홀에 복수의 렌즈를 갖는 배럴부를 구비한 렌즈 어셈블리; 상기 이미지 센서와 마지막 렌즈 사이에 배치된 광학 필터; 상기 기판의 상면과 상기 렌즈 어셈블리의 외측 둘레 사이에 배치된 하우징; 및 상기 하우징을 상기 렌즈 어셈블리의 외측 둘레에 접착시켜 주는 접착 부재를 포함하며, 상기 이미지 센서를 갖는 패키지, 상기 렌즈 어셈블리, 상기 하우징, 상기 접착 부재의 열 팽창 계수는 서로 다르며, 상기 렌즈 어셈블리 내의 렌즈들 중에서 상기 이미지 센서에 가장 인접한 렌즈와 상기 이미지 센서 사이의 광축 거리는 BFL(Back focusing length)이며, 상기 렌즈 어셈블리의 하면에서 상기 접착 부재의 상면까지의 높이는 상기 BFL 보다 크고 3 mm 이하일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 접착 부재는 에폭시 재질 또는 상기 렌즈 어셈블리의 열 팽창계수보다 높은 재질일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 접착 부재의 두께는 0.3mm±5% 범위일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 렌즈 어셈블리의 하면에서 상기 접착 부재의 상면까지의 높이는 3mm 내지 5mm 범위일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 BFL 변화량은 EFL×0.005mm 범위이며, 상기 EFL는 유효 초점 거리일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 BFL의 허용 범위는 상기 BFL 값± BFL 변화량일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 카메라 모듈은 상온을 기준으로 고온 및 저온의 온도 변화가 ±65도의 범위일 때, 고온과 저온에서의 BFL의 온도 변화량 차이가 최소인 렌즈부의 높이는 2.4mm±0.5mm일 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 차량은 상기 카메라 모듈을 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 카메라 모듈 내의 렌즈들 간의 재질 차이에 의한 열 변형 또는 온도에 따른 초점 거리의 변화를 기구적인 결합으로 억제시켜 줄 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 기구적으로 열 보상이 가능한 카메라 모듈의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 초점 거리의 변화를 최소화시켜 줄 수 있는 카메라 모듈을 제공하여, 카메라 모듈의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
발명의 실시예에 의하면, 카메라 모듈의 광학적 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다. 또한 카메라 모듈 및 이를 갖는 차량용 카메라 장치의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 발명의 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 사시도이다.
도 2는 도 1의 렌즈 어셈블리의 부분 측 단면도이다.
도 3은 도 1의 렌즈 어셈블리를 갖는 카메라 모듈의 측 단면도의 예이다.
도 4는 발명의 실시 예에 따른 열 보상 구조를 갖는 카메라 모듈의 개략 도면이다.
도 5의 (A)(B)는 도 4의 렌즈 어셈블리의 온도 상승 또는 하강에 따른 열 보상 예를 설명한 도면이다.
도 6은 도 4의 열 보상 구조를 갖는 카메라 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 4의 다른 예로서, 열 보상 구조를 갖는 카메라 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 4의 다른 예로서, 열 보상 구조를 갖는 카메라 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈을 갖는 차량의 예를 나타낸 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A,B,C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나이상을 포함 할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 확정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다. 또한, 이하에서 설명되는 여러 개의 실시예는 서로 조합될 수 없다고 특별히 언급되지 않는 한, 서로 조합할 수 있다. 또한, 여러 개의 실시예 중 어느 하나의 실시예에 대한 설명에서 누락된 부분은 특별히 언급되지 않는 한, 다른 실시예에 대한 설명이 적용될 수 있다.
발명의 설명에서 첫 번째 렌즈는 물체 측에 가장 가까운 렌즈를 의미하고, 마지막 렌즈는 상 측(또는 센서면)에 가장 가까운 렌즈를 의미한다. 상기 마지막 렌즈는 이미지 센서에 인접한 렌즈를 포함할 수 있다. 발명의 설명에서 특별한 언급이 없는 한 렌즈의 반지름, 두께/거리, TTL 등에 대한 단위는 모두 ㎜이다. 본 명세서에서 렌즈의 형상은 렌즈의 광축을 기준으로 나타낸 것이다. 일 예로, 렌즈의 물체 측면이 볼록 또는 오목하다는 의미는 해당 렌즈의 물체 측면에서 광축 부근이 볼록 또는 오목하다는 의미이지 광축 주변이 볼록 또는 오목하다는 의미는 아니다. 따라서, 렌즈의 물체 측면이 볼록하다고 설명된 경우라도, 해당 렌즈의 물체 측면에서 광축 주변 부분은 오목할 수 있고, 그 반대의 형상일 수 있다. 본 명세서에서 렌즈의 두께 및 곡률 반지름은 해당 렌즈의 광축을 기준으로 측정된 것임을 밝혀둔다. 즉, 렌즈의 면이 볼록하다는 것은 광축과 대응되는 영역의 렌즈 표면이 볼록한 형상을 가지는 것을 의미할 수 있고, 렌즈의 면이 오목하다는 것은 광축과 대응되는 영역의 렌즈 표면이 오목한 형상을 가지는 것을 의미할 수 있다. 또한, "물체측 면"은 광축을 기준으로 물체 측을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있고, "센서측 면"은 광축을 기준으로 센서측 면을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있다.
도 1은 발명의 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 사시도이며, 도 2는 도 1의 렌즈 어셈블리의 부분 측 단면도이고, 도 3은 도 1의 렌즈 어셈블리를 갖는 카메라 모듈의 측 단면도의 예이며, 도 4는 발명의 실시 예에 따른 열 보상 구조를 갖는 카메라 모듈의 개략 도면이고, 도 5의 (A)(B)는 도 4의 렌즈 어셈블리의 온도 상승 또는 하강에 따른 열 보상 예를 설명한 도면이며, 도 6은 도 4의 열 보상 구조를 갖는 카메라 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈(1000)은 렌즈 어셈블리(500), 복수의 렌즈(111,113,115)를 갖는 렌즈부(100), 간격 유지 부재(121,123,124,125), 기판(190) 및 이미지 센서(192)를 포함할 수 있다. 상기 카메라 모듈(1000)은 상기 렌즈부(100)의 마지막 렌즈와 이미지 센서(192) 사이에 커버 글라스(194) 및 광학필터(196)를 포함할 수 있다.
상기 렌즈부(100)는 3매 또는 그 이상의 렌즈(111,113,115,117)들이 적층된 광학계일 수 있다. 상기 렌즈부(100)는 7매 또는 5매 이하의 렌즈들이 적층된 광학계를 포함할 수 있다. 상기 렌즈부(100)는 3매 이상 또는 5매 이하의 고체 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 렌즈부(100)는 적어도 하나의 플라스틱 재질의 렌즈를 포함하거나, 적어도 하나의 유리 재질의 렌즈와 플라스틱 재질의 렌즈를 포함할 수 있다. 발명의 실시 예에 따른 렌즈부(100)에는 플라스틱 재질의 렌즈가 유리 재질의 렌즈보다 많거나, 2매 이상일 수 있다. 여기서, 상기 렌즈부(100)는 플라스틱 렌즈들 또는/및 유리 렌즈(들)로 적층할 수 있다. 여기서, 상기 플라스틱 재질은 유리 재질의 열 팽창계수(CTE: Coefficient of linear Thermal Expansion)에 비해 5배 이상 높고, 온도의 함수에 따른 굴절률의 변경 값은 유리 재질보다 플라스틱 재질이 10배 이상 높을 수 있다.
설명의 편의를 위해, 상기 렌즈부(100)는 물체측에서 이미지 센서(192)를 향해 적층된 제1렌즈(111), 제2렌즈(113), 제3렌즈(115)가 광축(Lz)으로 정렬될 수 있다.
상기 렌즈부(100)의 렌즈들(111,113,115)는 렌즈 어셈블리(500) 내의 관통홀(501)에 결합되며, 예컨대 센서 측에서 물체 측 방향으로 결합되거나, 그 반대 방향으로 결합되거나 양 방향으로 결합될 수 있다. 상기 렌즈 어셈블리(500)의 관통홀(501) 내의 렌즈들(111,113,115)는 센서측에서 물체측 방향으로 결합되는 예로 설명하기로 한다.
도 3과 같이, 상기 렌즈(111,113,115)들 각각은 빛이 입사되는 유효경을 갖는 유효영역과 상기 유효영역의 외측에 비 유효영역을 포함할 수 있다. 상기 렌즈(111,113,115)의 플랜지부(111A,113A,115A)는 비 유효영역일 수 있다. 상기 비 유효영역은 빛이 차광막(121,124)에 의해 차단되는 영역일 수 있다. 상기 플랜지부(111A,113A,115A)는 상기 렌즈(111,113,115)의 유효 영역에서 광축(Lz)에 대해 직교하는 방향 또는 반경 방향이거나 원주 방향으로 연장될 수 있다.
상기 제1렌즈(111)와 상기 제2렌즈(113) 사이의 외측 둘레에는 제1차광막(121)이 배치될 수 있으며, 상기 제2렌즈(113)와 상기 제3렌즈(115) 사이의 외측 둘레에는 간격유지 부재(123) 및 제2차광막(124) 중 적어도 하나가 배치될 수 있다. 상기 제1,2차광막(121,124)은 비 유효 영역에서 빛을 차광하는 부재로 기능할 수 있으며, 어느 하나는 조리개로 사용될 수 있다. 상기 간격유지 부재(123)는 제2,3렌즈(113,115) 사이의 간격을 유지시켜 줄 수 있다. 상기 간격유지 부재(123)이 없는 경우, 광축 방향으로 정렬된 두 렌즈의 플랜지부가 접촉되거나, 차광막에 의해 접촉될 수 있다. 상기 제1차광막(121), 간격유지 부재(123), 및 제2차광막(124) 중 적어도 하나 또는 모두는 스페이서로 기능할 수 있다. 상기 제1,2차광막(121,124)의 두께는 간격유지 부재(123)의 두께보다 얇을 수 있다. 여기서, 조리개(stop)는 상기 제1렌즈(111)의 제2면(S2) 둘레에 배치되거나, 제2면(S2)으로 사용할 수 있다.
상기 제3렌즈(115)의 하부 둘레에 지지 부재(125)가 배치될 수 있으며, 상기 지지부재(125)는 상기 제3렌즈(115)를 지지하거나 광학 필터(196)와의 간격을 유지시켜 줄 수 있다. 여기서, 상기 제3렌즈(115)의 외측(S30) 일부는 렌즈 어셈블리(500)의 내면(511)과 접착제로 접착될 수 있다.
상기 제1렌즈(111)의 직경(A1)은 상기 제2렌즈(113)의 직경(A2)보다 작을 수 있으며, 상기 제2렌즈(113)의 직경(A2)은 상기 제3렌즈(115)의 직경(A3)보다 작을 수 있다. 상기 제1,2,3렌즈(111,113,115)의 직경(A1,A2,A3)은 물체측에서 센서 측으로 갈수록 점차 커질 수 있다. 상기 제1,2,3렌즈(111,113,115)이 적층된 외 형상은 파라미드 형상 또는 다각형 형상일 수 있다.
상기 제1렌즈(111)는 피사체에 가장 가까운 렌즈이며, 빛이 입사되는 물체측 제1면(S1)과 빛이 출사되는 센서측 제2면(S2) 중 적어도 하나 또는 모두가 구면이거나 비구면일 수 있다. 상기 제1렌즈(111)의 제1면(S1)은 볼록할 수 있으며, 센서측 제2면(S2)은 오목할 수 있다. 상기 제1렌즈(111)는 유리 재질일 수 있다.
상기 제1렌즈(111)는 외측에 제1플랜지부(111A)를 포함할 수 있다. 상기 제1플랜지부(111A)의 외측 일부는 방열을 위해 상기 렌즈 어셈블리(500)의 내면에 접촉될 수 있다. 상기 제1플랜지부(111A)의 두께는 상기 제1플랜지부(111A)의 물체 측과 센서측 영역 중에서 광학부재와 접촉한 두 면 간의 간격일 수 있다. 상기 광학부재는 렌즈, 렌즈 어셈블리, 간격유지 부재, 조리개, 차광막 등이 렌즈 어셈블리 내부에 배치되는 물체가 될 수 있다. 상기 렌즈 어셈블리(500)의 내면과 접촉되는 길이는 상기 제1플랜지부(111A)의 외면의 물체측 일단에서 센서측 타단까지의 길이이다.
상기 제1렌즈(111)는 유리 재질일 수 있으며, 상기 카메라 모듈(1000)이 차량 내측 또는 외측에서 빛에 노출될 경우 플라스틱 재질로 인한 변색을 방지할 수 있으며, 열에 의한 변형을 줄여줄 수 있다. 상기 카메라 모듈(1000)이 차량 내에 배치될 경우, 상기 제1렌즈(111)는 유리 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있다.
상기 제1렌즈(111)는 굴절률이 1.7 이상 또는 1.8 이상이거나, 1.7 내지 2.3 범위일 수 있다. 절대 값으로 나타낼 경우, 상기 제1렌즈(111)의 제1면(S1)의 곡률 반경은 제2면(S2)의 곡률 반경보다 작을 수 있으며, 예컨대 3.3mm 이하일 수 있다. 상기 제1렌즈(111)의 중심 두께는 렌즈부(100)의 렌즈들 중에서 가장 두꺼울 수 있으며, 예컨대 1mm 이상일 수 있다. 상기 제1렌즈(111)의 유효경의 크기를 보면, 제1면(S1)의 유효경 크기는 제2면(S2)의 유효경 크기보다 클 수 있다.
상기 제2렌즈(113)와 상기 제3렌즈(115)는 상기 제1렌즈(111)와 다른 재질 및 굴절률을 가질 수 있다. 상기 제2렌즈(113)는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 제2렌즈(113)는 제1렌즈(111)와 제3렌즈(115) 사이에 배치되며, 외측에 제2플랜지부(113A)를 가질 수 있다. 상기 제3렌즈(115)는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 제3렌즈(115)는 제2렌즈(113)와 광학 필터(196) 사이에 배치되며, 외측에 제3플랜지부(115A)를 가질 수 있다. 상기 제2렌즈(113)와 상기 제3렌즈(115)는 플라스틱 재질로 사출 성형될 수 있다.
상기 제2렌즈(113)는 물체측 제3면(S3)과 센서측 제4면(S4)을 포함하며, 상기 제3면(S3)과 상기 제4면(S4)는 비구면일 수 있다. 상기 제3렌즈(113)의 제3면(S3)과 제4면(S4)은 절대 값으로 나타낸 곡률 반경이 서로 다를 수 있다. 상기 제3면(S3)은 오목할 수 있으며, 센서측 제4면(S4)은 볼록할 수 있다. 다른 예로서, 제2렌즈(113)는 절대 값으로 나타낸 곡률 반경이 서로 다른 두 면으로서, 예컨대, 상기 제3면(S3)은 볼록하고, 상기 제4면(S4)는 오목한 구조, 상기 제3면(S3)은 볼록하고, 상기 제4면(S4)은 볼록한 구조, 또는 상기 제3면(S3)은 오목하고 상기 제4면(S4)은 오목한 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2렌즈(113)는 외측에 제2플랜지부(113A)를 포함할 수 있다. 상기 제2플랜지부(113A)의 외측 일부는 방열을 위해 상기 렌즈 어셈블리(500)의 내면(511)과 접촉될 수 있다. 상기 제2플랜지부(113A)는 상기 제2렌즈(113)의 유효경의 외측에서 광축(Lz)과 직교되는 방향(X)으로 연장되며, 그 두께는 제2플랜지부(113A)의 물체측과 센서측 영역 중에서 광학부재와 접촉한 두 면 간의 간격일 수 있다. 상기 제2렌즈(113)의 제2플랜지부(113A)의 두께(D1)는 상기 제2플랜지부(113A)에서 제1간격유지 부재(121)과 접촉하는 면과 상기 제2간격유지 부재(123)과 접촉하는 면 사이의 거리, 예컨대 상기 거리는 광축과 평행한 방향에서 거리일 수 있다.
상기 제2렌즈(113)의 굴절률은 상기 제1렌즈(111)의 굴절률보다 낮을 수 있으며, 1.7 미만 예컨대 1.45 내지 1.69 범위일 수 있다. 상기 제2렌즈(113)와 상기 제1렌즈(111)의 굴절률 차이는 0.3 이상일 수 있다. 절대 값으로 나타낼 경우, 상기 제2렌즈(113)의 오목한 제3면(S3)의 곡률 반경은 볼록한 제4면(S4)의 곡률 반경보다 클 수 있으며, 예컨대 7mm 이상이거나 5.1mm 내지 7mm 범위일 수 있다. 상기 제4면(S4)의 곡률 반경은 절대 값으로 5mm 이하일 수 있으며, 예컨대 2mm 내지 5mm 범위일 수 있다. 상기 제2렌즈(113)의 제3면(S3)의 곡률 반경과 제4면(S4)의 곡률 반경 차이는 1mm 이상일 수 있으며, 예컨대 1mm 내지 5mm 범위일 수 있다.
상기 제2렌즈(113)의 중심 두께는 렌즈부(100)의 렌즈들 중에서 두 번째로 두꺼울 수 있으며, 예컨대 제1렌즈(111)의 중심 두께보다는 얇고, 제3렌즈(113)의 중심 두께보다는 두꺼울 수 있다. 상기 제2렌즈(113)과 상기 제1렌즈(111) 사이의 중심 간격은 상기 제1렌즈(111)의 두께보다 작을 수 있으며, 상기 제2,3렌즈(113,115) 사이의 중심 간격보다 클 수 있다.
상기 제2렌즈(113)의 유효경의 크기를 보면, 제3면(S3)의 유효경 크기는 제4면(S4)의 유효경 크기보다 작을 수 있다. 상기 제3면(S4)의 유효경 크기는 상기 제2면(S2)의 유효경 크기보다 클 수 있고, 제1면(S1)의 유효경 크기보다 작을 수 있다.
상기 제2렌즈(113)는 플라스틱 재질로서, 유리 재질보다 열 팽창 계수가 높아 열에 의한 변형이 더 크게 발생될 수 있다. 발명의 실시 예는 제2렌즈(113)의 제3면(S3)과 제4면(S4)의 곡률 반경이 차이가 있는 경우, 두 면(S3,S4)의 곡률 반경의 차이와 플라스틱 재질에 의한 열 변형이 최소화되도록 제2플랜지부(113A)의 외측)에 완화 구조를 제공할 수 있다.
상기 제3렌즈(115)는 플라스틱 재질이며, 물체측 제5면(S5) 및 센서측 제6면(S6)을 포함하며, 상기 제5면(S5) 및 제6면(S6)은 비구면일 수 있다. 상기 제5면(S5)은 광축(Lz) 상에서 볼록할 수 있으며, 상기 제6면(S6)은 광축(Lz) 상에서 오목할 수 있다. 다른 예로서, 제3렌즈(115)는 절대 값으로 나타낸 곡률 반경이 서로 다른 두 면으로서, 예컨대, 상기 제5면(S5)은 볼록하고, 상기 제6면(S6)는 오목한 구조, 상기 제5면(S5)은 볼록하고, 상기 제6면(S6)은 볼록한 구조, 또는 상기 제5면(S5)은 오목하고 상기 제6면(S6)은 오목한 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제3렌즈(115)는 외측에 제3플랜지부(115A)를 포함할 수 있다. 상기 제3플랜지부(115A)의 외측 일부는 방열을 위해 상기 렌즈 어셈블리(500)의 내면과 접촉될 수 있다.
상기 제3플랜지부(115A)는 상기 제3렌즈(115)의 유효경의 외측에서 광축(Lz)과 직교되는 방향(X)으로 연장되며, 그 두께는 제3플랜지부(115A)의 물체측과 센서측 영역 중에서 광학부재와 접촉한 두 면 간의 간격일 수 있다.
상기 제3렌즈(115)의 굴절률은 상기 제1렌즈(111)의 굴절률보다 낮을 수 있으며, 1.7 미만 예컨대 1.45 내지 1.69 범위일 수 있다. 상기 제2,3렌즈(113,115)의 재질은 동일할 수 있고, 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 상기 제3렌즈(115)와 상기 제1렌즈(111)의 굴절률 차이는 0.3 이상일 수 있다. 절대 값으로 나타낼 경우, 상기 제3렌즈(115)의 볼록한 제5면(S5)의 곡률 반경은 오목한 제6면(S6)의 곡률 반경보다 클 수 있으며, 예컨대 3mm 이상이거나 3mm 내지 6.5mm 범위일 수 있다. 상기 제6면(S6)의 곡률 반경은 절대 값으로 4mm 이하일 수 있으며, 예컨대 1.5mm 내지 4mm 범위일 수 있다.
상기 제3렌즈(115)의 중심 두께는 상기 제1렌즈(111)의 중심 두께보다는 얇고, 제2렌즈(113)의 중심 두께보다 얇을 수 있다. 상기 제3렌즈(115)와 상기 제2렌즈(113) 사이의 중심 간격은 상기 제1,2렌즈(111,113) 사이의 중심 간격보다 클 수 있다. 상기 제3렌즈(115)와 상기 광학 필터(196) 사이의 중심 간격은 상기 제2,3렌즈(113,115) 사이의 중심 간격보다 작을 수 있다.
상기 제3렌즈(115)의 유효경의 크기를 보면, 제5면(S5)의 유효경 크기는 제6면(S6)의 유효경 크기보다 작을 수 있다. 상기 제6면(S6)의 유효경 크기는 상기 제3면(S3)의 유효경 크기보다 클 수 있고, 제1면(S1)의 유효경 크기보다 클 수 있다.
상기 제3렌즈(115)는 플라스틱 재질로서, 유리 재질보다 열 팽창 계수가 높아 열에 의한 변형이 더 크게 발생될 수 있다. 발명의 실시 예는 제3렌즈(115)의 제5면(S5)과 제6면(S6)의 곡률 반경이 차이가 있는 경우, 두 면(S5,S6)의 곡률 반경의 차이와 플라스틱 재질에 의한 열 변형이 최소화되도록 제3플랜지부(115A)의 외측에 완화 구조를 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2와 같이, 상기 렌즈 어셈블리(500)는 배럴 상부(550) 및 배럴부(510)를 포함할 수 있다. 상기 배럴 상부(550)와 상기 배럴부(510)는 일체로 형성될 수 있다. 상기 배럴 상부(550)의 외경 또는 최대 직경은 배럴부(510)의 외경 또는 최대 직경보다 클 수 있다. 상기 배럴부(510)는 렌즈 배럴 또는 렌즈 홀더일 수 있다.
상기 배럴 상부(550)는 내부에 상기 개구부(101)의 직경보다 큰 오픈 영역(551)을 구비하며, 상기 오픈 영역(551)은 상부가 개방되며, 다수의 리브(555)가 광축 중심에서 외주면 방향으로 연장될 수 있다. 상기 오픈 영역(551)의 직경은 상기 개구부(101)의 직경보다 클 수 있다.
상기 배럴 상부(550)는 바닥부(553) 및 측벽부(554)를 구비하며, 상기 리브(555)들은 상기 바닥부(553) 및 측벽부(554)에 연결될 수 있다. 상기 배럴부(510)는 상기 바닥부(553)을 통해 개구부(101)의 외주면을 따라 연장될 수 있다.
상기 렌즈 어셈블리(550)의 배럴부(510)를 외경이 서로 다른 구조 또는 형상으로 제공하여, 내부의 렌즈(111,113,115)에 의해 열 변형이 발생되더라도, 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 다수의 리브(555)는 3개 이상이 서로 이격되고 상기 배럴 상부(550)를 지지할 수 있다. 상기 다수의 리브(555)는 광축에서 방사 방향으로 배열될 수 있다. 상기 다수의 리브(555)의 각각은 상기 오픈 영역(551)의 바닥부(553)에서 광축 방향으로 돌출되며, 서로 동일한 높이 및 두께를 가질 수 있다. 상기 리브(555)의 두께는 원주 방향의 폭일 수 있다. 상기 각 리브(555)는 광축에서 외측 방향으로 연장된 길이가 서로 다를 수 있다. 예컨대, 각 리브(555)의 상부 길이는 하부 길이보다 클 수 있다. 상기 하부 길이는 상기 개구부(101)의 상단 외측에서 상기 오픈 영역(551)의 외측 커버인 상부 배럴(550)의 측벽부(555)까지 연장될 수 있으며, 상부 길이는 상기 상부 배럴(550)의 상면과 같은 평면으로 배치되고 광축 방향으로 연장될 수 있다. 상기 개구부(101)의 둘레 면은 경사지게 배치될 수 있으며, 상기 배럴 상부(550)의 외면은 수직하게 연장될 수 있다.
상기 배럴 상부(550)는 다른 이송 장치에 결합될 수 있으며, 상기 리브(555)에 의해 강성 저하가 방지될 수 있다. 상기 배럴 상부(550)의 일 면은 플랫 면(559)이 제공되어, 위치 고정되거나 바닥 면으로 사용될 수 있다.
상기 배럴부(510)는 내부에 상기에 개시된 적어도 2매 또는 3매의 이상의 렌즈를 가지며, 예컨대 제1 내지 제3렌즈(111,113,115)를 포함할 수 있다. 배럴부(510)는 제1렌즈(111)의 외측에 제1외경을 가지며, 상기 제2렌즈(113)의 외측에 제2외경을 가지며, 상기 제3렌즈(115)의 외측에 제3외경을 갖는 지지 몸체를 가질 수 있다. 상기 외경들의 사이즈는 제1외경 < 제2 외경 < 제3외경의 관계를 가질 수 있다. 상기 배럴부(510)는 각 렌즈(111,113,115)의 외측에서 일정한 두께를 가질 수 있으며, 상기 두께는 각 렌즈(111,113,115)의 접촉 측 내면에서 외면까지의 직선 거리이다. 여기서, 상기 배럴부(510)의 내경은 각 렌즈(111,113,115)와 접촉되는 내면의 직경이 제1외경의 내측 제1내경, 제2외경의 내측 제2내경, 제3외경의 내측 제3내경으로 구분할 때, 제1내경 < 제2내경 < 제3내경의 관계를 만족할 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 제1렌즈(111) 내지 제3렌즈(115)의 렌즈 데이터는 표 1과 같다.
렌즈 면 곡률반경(mm) 두께/
간격(mm)		 굴절률 유효경의 크기(mm)
제1렌즈 제1 면 2.842 1.478 2.013 2.788
제2 면 4.145 0.673 　 1.46
(Stop)
제2렌즈 제3 면 -8.27 1.052 1.632 1.993
제4 면 -3.83 0.375 　 2.7
제3렌즈 제5 면 1.748 0.591 1.632 3.186
제6 면 1.56 0.279 　 3.94
광학필터 제7 면 1.00E+18 0.3 1.513 4.169
제8 면 1.00E+18 0.5 　 4.275
커버글라스 제9 면 1.00E+18 0.4 1.513 4.548
제10 면 1.00E+18 0.045 　 4.689
이미지센서 1.00E+18 0 　 4.529
표 1에서 광축에서 제1렌즈(111)와 제2렌즈(113) 사이의 간격은 제2렌즈(113)와 제3렌즈(115) 사이의 간격(mm)보다 클 수 있다. 상기 제3렌즈(115)는 물체측 제5면(S5)와 센서측 제6면(S6) 중 적어도 하나 또는 모두는 변곡점을 가질 수 있다. 예컨대, 제6면(S6)의 변곡점 위치는 광축을 기준으로 상기 제5면(S5)의 변곡점 위치보다 더 먼 위치에 배치될 수 있으며, 광축에서 유효경 끝단 까지의 거리의 50% 내지 80% 범위에 배치될 수 있다.상기 제7면은 광학 필터에서 물체측 면이며, 제8면은 센서측 면이며, 제9면은 커버 글라스의 물체측 면이며, 제10면은 센서측 면일 수 있다. 상기 이미지 센서의 크기는 가로 또는 세로 방향의 길이로서, 대각선 방향의 길이는 4.5mm±0.5mm 정도일 수 있다.
발명의 실시 예는 제2,3렌즈(113,115)의 열 변형 완화를 위해, 상기 렌즈 어셈블리(500)의 재질은 방열 재질이거나 금속 재질일 수 있다. 상기 렌즈 어셈블리(500)은 탑뷰 형상이 원 기둥 형상 또는 다각 기둥 형상을 포함할 수 있다. 상기 렌즈 어셈블리(500)은 수지, 또는 플라스틱 또는 금속 재질의 재질로 형성될 수 있다. 상기 렌즈 어셈블리(500)의 표면에는 친수성 재질이 코팅되거나 도포될 수 있다. 여기서, 상기 렌즈 어셈블리(500)는 금속 재질, 예컨대 Al, Ag, 또는 Cu 재질 중에서 선택될 수 있으며, Al 또는 Al 합금일 수 있다. 상기 렌즈 어셈블리(500)를 금속으로 사용할 경우, 상기 렌즈(111,113,115)들의 측 방향으로 전달되는 열을 방열할 수 있고, 상기 렌즈(111,113,115)의 열 변형을 억제시켜 줄 수 있다.
하우징(600)의 적어도 일부는 상기 렌즈 어셈블리(500)의 외측 둘레에 결합될 수 있다. 상기 하우징(600)은 상기 렌즈 어셈블리(500) 및 이미지 센서(192)의 외측을 보호하며, 이물질의 유입을 차단하고, 차량과 같은 이동체에 결합될 수 있다. 상기 하우징(600)의 일부는 상기 기판(190)의 외측 둘레와 배럴 상부(550)의 하측 사이에 배치될 수 있다.
상기 하우징(600)은 상기 기판(190)의 상면에 접착될 수 있고, 상기 렌즈 어셈블리(500)의 결합 면 즉, 상기 배럴 상부(550)의 외측 하면에 접착 부재(650)로 접착될 수 있다. 상기 접착 부재(650)는 에폭시 재질 또는 실리콘 재질과 같은 수지 재질일 수 있다.
상기 제1,2차광막(121,124), 상기 간격유지부재(123), 또는 상기 지지부재(125)는 내부에 개구부를 구비할 수 있으며, 접착제로 플랜지부(111A,113A,115A) 및 렌즈 어셈블리(500)의 내면과 접착될 수 있다. 상기 제1,2차광막(121,124) 및 상기 간격유지부재(123), 지지부재(125)는 PE 필름(Poly Ethylene film) 또는 폴리에스터(PET)계 필름을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 제1,2차광막(121,124), 상기 간격유지부재(123), 또는 지지부재(125)는 금속 또는 합금과 그 표면에 산화 피막이 형성될 수 있다. 상기 금속 또는 합금에 포함된 재질은, In, Ga, Zn, Sn, Al, Ca, Sr, Ba, W, U, Ni, Cu, Hg, Pb, Bi, Si, Ta, H, Fe, Co, Cr, Mn, Be, B, Mg, Nb, Mo, Cd, Sn, Zr, Sc, Ti, V, Eu, Gd, Er, Lu, Yb, Ru, Y 및 La 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 산화 피막은 동을 이용한 흑색 산화물(black oxide) 또는 갈색 산화물(brown oxide) 처리된 산화 재질일 수 있다.
상기 이미지 센서(192)는 기판(190) 상에 배치될 수 있다. 상기 기판(190)은 광축(Lz)과 교차하는 평면에 이미지 센서(192)가 장착, 안착, 접촉, 고정, 가고정, 지지, 또는 결합될 수 있다. 또는, 다른 실시예에 의하면, 기판(190)에 이미지 센서(192)를 수용할 수 있는 홈 또는 홀(미도시)이 형성될 수도 있으며, 실시예는 이미지 센서(192)가 메인 기판(180)에 배치되는 특정한 형태에 국한되지 않는다. 상기 기판(190)은 리지드 PCB 또는 FPCB일 수 있다.
상기 이미지 센서(192)는 렌즈부(100)를 통과한 광을 이미지 데이터로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 하우징(500)의 하부에 센서 홀더가 배치되어, 이미지 센서(192)를 둘러싸고 상기 이미지 센서(192)를 외부의 이물질 또는 충격으로부터 보호할 수 있다. 상기 이미지 센서(192)는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor), CPD, CID 중 어느 하나일 수 있다. 상기 이미지 센서(192)가 복수인 경우, 어느 하나는 컬러(RGB) 센서일 수 있고, 다른 하나는 흑백 센서일 수 있다.
상기 광학필터(196)는 상기 렌즈부(100)와 이미지 센서(192) 사이에 배치될 수 있다. 상기 광학필터(196)는 렌즈(111,113,115,117)들을 통과한 광에 대해 특정 파장 범위에 해당하는 광을 필터링할 수 있다. 상기 광학필터(196)는 적외선을 차단하는 적외선(IR) 차단 필터 또는 자외선을 차단하는 자외선(UV) 차단 필터일 수 있으나, 실시예는 이에 한정되지 않는다. 상기 광학필터(196)는 이미지 센서(192) 위에 배치될 수 있다.
상기 커버 글라스(194)는 상기 광학 필터(196)와 이미지 센서(192) 사이에 배치되며, 상기 이미지 센서(192)의 상부를 보호하며 이미지 센서(192)의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈(1000)은 구동부재(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 구동부재는 렌즈들 중 적어도 하나를 갖는 배럴을 광축 방향 또는/및 광축 방향과 직교되는 방향으로 이동시키거나, 틸트시켜 줄 수 있다. 상기 카메라 모듈은 AF(Auto Focus) 기능 또는/및 OIS(Optical Image Stabilizer) 기능을 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈(1000)은 적외선용 카메라 또는 운전자 모니터링 카메라에 적용될 수 있다. 또한 카메라 모듈(1000)의 화각은 50도 이상 예컨대 50도 내지 90도의 범위로 제공될 수 있다. 여기서, 상기 렌즈부(100)는 플라스틱 렌즈들과 적어도 하나의 유리 렌즈를 혼합하여 적층한 경우, 상기 플라스틱 재질의 렌즈들에 의한 -20도 이하의 저온 또는 80도 이상의 고온에서 열 변형을 최소화할 수 있다.
발명의 실시 예는 렌즈 어셈블리(500) 내에서 온도 변화에 따른 초점 거리의 변화가 최소가 되도록 상기와 같이 광학계를 설계할 수 있다. 또한 발명의 실시 예는 렌즈 어셈블리(500)의 자체적인 광학계의 열 보상 설계 이외에 하우징(600)과의 결합 구조를 통해 초점 거리의 변화가 최소가 되도록 설계할 수 있다. 예컨대, 상기 이미지 센서(192)와 마지막 렌즈 사이의 광축 거리(BFL: Back focusing length)의 변화를 최소화시켜 줄 수 있다. 이하 기구적인 열 보상 구조 또는 열 보상 방법을 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5와 같이, 상기 렌즈 어셈블리(500)의 외측에서, 기판(190)의 상면은 기준 면(S11)이 되며, 렌즈 어셈블리(500)의 외측 하면은 결합 면(S12)이 될 수 있다. 즉, 상기 결합 면(S12)은 접착 부재(650)가 접착되며, 상기 접착 부재(650)는 상기 하우징(600)의 상면 또는 일부 상면이 접착될 수 있다. 상기 접착 부재(650)는 상기 하우징(600)과 상기 상부 어셈블리부(550) 사이에 배치될 수 있다. 상기 상부 어셈블리부(550)와 상기 기판(190) 사이에 배치된 부분은 하우징(500)의 일부 또는 내부일 수 있다.
상기 기준 면(S11)은 상기 이미지 센서(192)가 실장되는 기판(190)의 상면이며, 다른 예로서 이미지 센서(192)의 두께가 얇아 이미지 센서(192)의 상면으로 설정할 수 있다. 상기 결합 면(S12)은 렌즈 어셈블리(500)와 상기 하우징(600)이 결합되는 면으로서, 상기 접착 부재(650)의 상면일 수 있다. 다른 예로서, 상기 접착 부재(650)의 하면으로 설정할 수 있다. 상기 기준 면(S11)에 수평하게 연장되는 라인은 제1기준 선(K1)이 되며, 상기 결합 면(S12)에 수평하게 연장되는 라인은 제2기준 선(K2)이 될 수 있다.
도 5의 (A)와 같이, 외부 온도가 상승하게 되면, 기준 면(S11) 또는 제1 기준 선(K1)을 기준으로 상기 하우징(600)은 물체를 향해 또는 접착 부재(650)를 향해(즉, 물체 방향) 팽창될 수 있으며, 상기 렌즈 어셈블리(500)는 결합 면(S12)을 기준으로 상기 결합 면(S12)의 하부가 기판 방향(즉, 센서 방향)으로 팽창하게 되며, 상기 결합 면(S12)의 상부가 물체 측을 향해 팽창할 수 있다.
도 5의 (B)와 같이, 외부 온도가 하강하게 되면, 기준 면(S11)을 기준으로 상기 하우징(600)은 기판 방향으로 수축하게 되며, 상기 렌즈 어셈블리(500)는 상기 결합 면(S12)을 기준으로 상기 결합 면(S12)의 상부가 상기 기판 방향(즉, 센서 방향)으로 수축하고, 상기 결합 면(S12)의 상부가 물체 측을 향해(즉, 물체 방향) 수축할 수 있다.
카메라 모듈 내의 렌즈의 성능은 온도에 따라 변화가 되며, 만약 초점 거리가 변화되면 초점 면에 상을 맺지 못하게 되어, 이미지가 흐릿하게 되는 문제가 될 수 있다. 이러한 초점이 바뀌는 원인은 온도에 따른 렌즈 소재의 굴절률 차이, 렌즈 형상, 렌즈 두께에 따른 수축 또는 팽창 차이, 렌즈 배럴 또는 스페이서 등의 수축 또는 팽창 차이가 원인이 될 수 있다. 발명의 실시 예는 렌즈 어셈블리 내의 구성에 의한 수축 또는 팽창 차이를 열 보상 광학 설계로 대응할 수 있으나, 이러한 열 보상 광학설계 이외의 BFL의 변화량이 고온과 저온에서의 차이가 최소가 되는 최적의 열 보상 구조를 제공할 수 있다.
상기 렌즈 어셈블리(500)의 BFL 값(단위 mm)은 광학설계에 의해 결정되며, 광학설계상 성능이 유지되는 BFL 값의 변화 범위는 아래의 수식 1 및 2와 같이 구할 수 있다.
[수식 1]
B = EFL × 0.005
[수식 2]
H2 ± B = BFL의 허용 범위
상기 B는 상기 BFL 값의 변화 범위이며, 상기 EFL은 유효 초점 거리이며, 상기 H2는 광학설계에 의해 정의된 BFL 값이다. 즉, 상기 BFL 값의 변화 범위(B)는 유효 초점 거리(EFL)의 ±5% 정도 이내에서 설정할 수 있다. 예컨대, ELF이 4mm이면 BFL의 변화량은 0.02mm 정도이고, EFL이 5mm이면 BFL의 변화량은 0.025mm 정도이고, EFL이 8mm이면 BFL의 변화량은 0.04mm 범위, EFL이 10mm이면 BFL의 변화량은 0.05mm일 수 있다.
상기 BFL 값은 렌즈 어셈블리(500) 내의 렌즈들의 광학설계, 또는 저온, 상온, 또는 고온의 온도에 따라 모두 값이 조금씩 다르게 나타나며, 광학 설계에서는 그 BFL의 변화량이 최소가 되게 설계될 수 있다. 또한 발명의 실시 예는 광학 설계에 의해 설정된 각각의 온도에서의 BFL 값이 유지되도록 하는 기구적 결합 구조 또는 방법을 제공할 수 있다. 여기서, 상기 저온은 -20도 이하이며, 상온은 20도 내지 30도 범위이며, 고온은 80도 내지 105도의 범위일 수 있다. 상기 BFL 값이 온도가 -20도 초과 및 80도 미만일 때, 정상적인 범위로 고려할 수 있다.
발명의 실시 예는 결합 면(S12)의 위치에 따라 BFL 값이 초기 설계 값 범위 내에 유지하도록 각 구성 간의 결합 관계를 설정할 수 있다. 즉, 결합 면(S12)의 설정 위치에 따라서 BFL 값이 광학 설계 값과 유사해지도록 할 수 있다. 즉, 렌즈 어셈블리(500)의 팽창 방향과 상기 하우징(600)의 팽창 방향을 서로 보상되게 하여, 이미지 센서(192)와 마지막 렌즈 사이의 광축 거리 즉, BFL 값이 광학 설계 값 범위에 있도록 할 수 있다.
도 6 내지 도 9와 같이, 제1 예 내지 제3 예를 설정할 수 있으며, 각 구성 요소(H0,H1,H2,H3,H4)는 다음과 같이 정의될 수 있다.
H0: 기판(190)의 상면과 결합 면 사이의 높이이며, H1 + H2 + H3 + H4를 합한 값이다. 상기 H0는 하우징(600)의 높이와 접착 부재(650)의 두께의 합일 수 있으며, 예컨대 1.5mm 내지 8mm 범위일 수 있다.
H1: 기판(190)의 상면과 이미지 센서(192)의 상면(이미지 결상면) 사이의 높이이며, 이미지 센서의 사양 또는 제조 사의 규격에 의해 의해 결정될 수 있다. 여기서, H1은 이미지 센서(192)의 패키지를 구성하는 물질에 의해 열 팽창 계수(CTE)가 상이할 수 있으며, 예컨대, 유리, 실리콘, 에폭시, 솔더 볼(solder ball) 등으로 패키지를 구성할 수 있다. 상기 H1은 이미지 센서의 두께일 수 있으며, 0.2mm 내지 0.3mm 범위일 수 있다. 이러한 이미지 센서(192)의 높이(H1) 또는 두께는 상기 H0가 이미지 센서의 결상 면부터의 높이이므로, BFL 값 변화에 영향이 거의 없을 경우, H0 = H2 + H3 + H4로 설정할 수 있다.
H2: BFL 값으로서, 광학 설계 값과 비슷한 값으로 유지시켜 줄 수 있다. 이때의 BFL 값은 일정 범위의 변화량을 가지며, 해당 범위를 만족하고자 결합 면(S12)을 설정할 수 있다(BFL값의 변화 범위: B = TTL × 0.01). 상기 BFL 값은 1.5mm 이하 예컨대, 0.5mm 내지 1.5mm 범위 또는 0.7mm 내지 1.2mm 범위일 수 있다.
H3: 렌즈 어셈블리(500)의 하면에서 상기 접착 부재(650)의 하면까지의 높이이며, 상기 렌즈 어셈블리(500)의 CTE에 의해서 수축/팽창될 수 있다. 하지만, 렌즈의 적증 구조에 따라, 렌즈 어셈블리의 CTE는 렌즈 소재의 CTE(glass or plastic), 차광막 또는 간격 유지부재의 CTE, 차광 필터의 CTE, 지지부재(125)의 CTE 값에 의해 계산될 수 있다. 상기 H3는 0.2mm 내지 6mm 범위일 수 있으며, 예컨대, 상기 H2보다 작거나 클 수 있다.
H4: 접착 부재(650)의 두께이며, 접착 부재(650)가 도포되는 영역의 기구구조 또는 도포 량에 의해서 결정될 수 있으며, 0.3mm±0.1mm 범위일 수 있다.
여기서, 상기 배럴부(510)의 높이는 두 높이의 합(H3+H4)으로 정의할 수 있다.
발명에서 제1 내지 제3 예에 따른 높이(H0,H1,H2,H3,H4)의 예를 설정하면 다음의 표 2와 같이 나타낼 수 있다. 각 높이(H0,H1,H2,H3,H4)는 상온에서의 광학설계 값(단위 mm)의 예이며, 오차 범위는 ±5%를 포함할 수 있다.
높이 예1 예2 예3
H0 6.265 3.86 1.96
H1 0.265 0.265 0.265
H2 0.895 0.895 0.895
H3 4.805 2.4 0.5
H4 0.3 0.3 0.3
도 6의 제1예에서는 H3 > H2 > H4 ≥ H1의 관계를 가지도록 설계할 수 있으며, H0는 6mm 이상 예컨대, 6mm 내지 8mm 범위일 수 있다. 도 7의 제2예에서는 H3 > H2 > H4 ≥ H1의 관계를 가지도록 설계할 수 있으며, H0는 3mm 내지 5mm 범위일 수 있다. 도 8의 제3예에서는 H2 > H3 > H4 ≥ H1의 관계를 가지도록 설정할 수 있으며, H0는 1.5mm 내지 3mm 범위일 수 있다. 이러한 구조에서 이때, BFL의 허용 범위는 EFL이 4mm일 때, BFL의 변화량은 0.915mm로서, 0.02mm(B) + 0.895mm(H2)로 구해질 수 있다.
상기 렌즈 어셈블리(500)의 열 팽창 계수는 C1이고, 하우징(600)의 열 팽창계수는 C2이며, 접착 부재(650)의 열 팽창계수는 C3이며, 이미지 센서(192)의 열 팽창계수는 C4라고 정의할 수 있다. 여기서, 상기 C4 즉, 이미지 센서(192)의 CTE는 이미지 센서(192)를 구성하고 있는 물질에 따라 상이할 수 있으며, 서로 다른 두 물질 이상으로 구성할 수 있다. 이러한 CTE는 표 3과 같이 나타낼 수 있다.
구성 CTE
렌즈 어셈블리 0.000035
하우징 0.000023
접착 부재 0.000046
이미지 센서 0.000003
상기 렌즈 어셈블리(500)의 열 팽창계수는 하우징의 열 팽창계수보다 크며, 접착 부재(650)의 열 팽창계수보다는 작을 수 있다. 즉, 위의 구성에서 접착 부재(650)가 가장 큰 열 팽창 계수를 가지며, 이미지 센서(192)가 가장 작은 열 팽창 계수를 가질 수 있다.
이러한 카메라 모듈에서의 온도 변화 범위(ΔT)를 상승시 +Δ65도(℃) 또는 하강시 -65도(℃)로 설정할 수 있다. 각 예에서 온도 상승시의 높이 H0는 H0up이고, 하강 시의 높이 H0는 H0dn로 설정할 수 있다.
도 6의 제1 예에서의 카메라 모듈의 온도 상승에 따른 표 2의 각 구성의 변화 범위는 다음과 같이 구할 수 있다. 하기 수식 3은 온도 상승시의 각 구성의 온도 변화(H0up, H1up, H2up, H3up, H4up)이며, 수식 4는 온도 하강 시의 각 구성의 온도 변화(H0dn, H1dn, H2dn, H3dn, H4dn)이다. 각 온도 상승과 하강 시의 구성의 온도 변화는 표 2의 각 구성의 열 팽창계수(CTE)와 온도 변화 범위(ΔT)를 고려할 수 있다.
[수식 3]
하우징(H0up)의 변화 = (H0)+((H1+H2+H3)×C2×(+β×C3×(+β
렌즈부의 변화(H3up + H4up) = (H3+H4)+((H3+H4) ×C1×(+β
이미지 센서의 변화(H1up) = (H1)+(H1×C4×(+β
고온에서의 BFL 값(H2up) = H0up - (Barrel의 변화) - H1up
[수식 4]
하우징(H0dn)의 변화 = (H0)+((H1 + H2 + H3)×C2×(-△T)+(H4×C3×(-△T)))
렌즈부의 변화(H3dn + H4dn) = (H3+H4)-((H3+H4) ×C1×(-△T))
이미지 센서의 변화(H1dn) = (H1)+(H1×C4×(-△T))
저온에서의 BFL 값(H2dn) = H0dn - (Barrel의 변화) - H1dn
이러한 수식 3과 수식 4에 의해 각 구성들의 고온과 저온에서의 값은 표 4와 같이 구해질 수 있다.
구성 높이(고온) 값(mm) 구성 높이(저온) 값(mm)
HOup 3.866219 HOdn 6.255185
H3up+H4up 2.706143 H3dn+H4dn 5.093386
H1up 0.265052 H1dn 0.264948
H2up 0.895025 H2dn 0.896851
여기서, 도 6의 제1 예의 구조 및 표 4에 의해 고온에서의 BFL의 값(H2up)과 저온에서의 BFL 값(H2dn)의 차이에 의해 BFL의 변화량은 -0.0037로 구해질 수 있다.
도 7의 제2 예의 구조를 참조하면, 표 2의 각 구성 값과, 표 3의 각 구성의 열 팽창 계수를 수식 3, 4에 적용하면, 고온 및 저온에서의 각 구성 값들은 표 5와 같이 구해질 수 있다.
구성 높이(고온) 값(mm) 구성 높이(저온) 값(mm)
HOup 3.866219 HOdn 3.853781
H3up+H4up 2.706143 H3dn+H4dn 2.693858
H1up 0.265052 H1dn 0.264948
H2up 0.895025 H2dn 0.894975
여기서, 도 7의 제2 예의 구조 및 표 5에 의해 고온에서의 BFL의 값(H2up)과 저온에서의 BFL 값(H2dn)의 차이에 의해 BFL의 변화량은 5E-05로 구해질 수 있다.
도 8의 제3 예의 구조를 참조하면, 표 2의 각 구성 값과, 표 3의 각 구성의 열 팽창 계수를 수식 3, 4에 적용하면, 고온 및 저온에서의 각 구성 값들은 표 6과 같이 구해질 수 있다.
구성 높이(고온) 값(mm) 구성 높이(저온) 값(mm)
HOup 1.963379 HOdn 1.956621
H3up+H4up 0.80182 H3dn+H4dn 0.79818
H1up 0.265052 H1dn 0.264948
H2up 0.896507 H2dn 0.893493
여기서, 도 8의 제3 예의 구조 및 표 6에 의해 고온에서의 BFL의 값(H2up)과 저온에서의 BFL 값(H2dn)의 차이에 의해 BFL의 변화량은 0.003014로 구해질 수 있다.
발명은 제1 예 내지 제3 예로부터, 고온에서와 저온에서의 BFL 값의 차이가 최소이거나 동일할 경우, 열 보상 구조로 적용할 수 있다. 이 경우 접착 부재의 값, 이미지 센서의 높이 값, 이미지 센서와 마지막 렌즈 사이의 거리(BFL) 값은 변화가 거의 없으므로, 높이(H3) 즉, 렌즈 어셈블리(500)의 하면 또는 렌즈 배럴의 하면에서 상기 접착 부재(650) 사이의 거리 또는 높이를 최적화할 경우, BFL 값을 변화가 최소이거나 동일하게 유지할 수 있다.
발명의 제1 예 내지 제3 예에서 고온과 저온에서의 BFL 값의 차이가 가장 작은 구조는 제2 예의 구조임을 알 수 있다. 즉, H3의 높이는 BFL보다 크며 3mm 이하이며, 예컨대 2.4mm±0.5mm 또는 1.5mm 내지 3mm 범위일 때 고온/저온에서의 BFL의 변화량은 최소임을 알 수 있다.
도 9는 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈이 적용된 차량의 평면도의 예이다.
도 9를 참조하면, 발명의 실시 예에 따른 차량용 카메라 시스템은, 영상 생성부(11), 제1 정보 생성 부(12), 제2 정보 생성부(21,22,23,24) 및 제어부(14)를 포함한다.
상기 영상 생성부(11)는 자차량에 배치되는 적어도 하나의 카메라 모듈(20)을 포함할 수 있으며, 자차량의 전방 또는/및 운전자를 촬영하여 자차량의 전방영상이나 차량 내부 영상을 생성할 수 있다.
또한, 영상 생성부(11)는 카메라 모듈(20)을 이용하여 자차량의 전방뿐만 아니라 하나 이상의 방향에 대한 자차량의 주변 또는 운전자를 촬영한 영상을 생성할 수 있다.
여기서, 전방영상 및 주변영상은 디지털 영상일 수 있으며, 컬러 영상, 흑백 영상 및 적외선 영상 등을 포함할 수 있다. 또한 전방영상 및 주변영상은 정지영상 및 동영상을 포함할 수 있다. 영상 생성부(11)는 운전자 영상, 전방영상 및 주변영상을 제어부(14)에 제공한다. 이어서, 제1 정보 생성부(12)는 자차량에 배치되는 적어도 하나의 레이더 또는/및 카메라를 포함할 수 있으며, 자차량의 전방을 감지하여 제1 감지정보를 생성한다. 구체적으로, 제1 정보 생성부(12)는 자차량에 배치되고, 자차량의 전방에 위치한 차량들의 위치 및 속도, 보행자의 여부 및 위치 등을 감지하여 제1 감지정보를 생성한다.
제1 정보 생성부(12)에서 생성한 제1 감지정보를 이용하여 자차량과 앞차와의 거리를 일정하게 유지하도록 제어할 수 있고, 운전자가 자차량의 주행 차로를 변경하고자 하는 경우나 후진 주차 시와 같이 기 설정된 특정한 경우에 차량 운행의 안정성을 높일 수 있다. 제1 정보 생성부(12)는 제1 감지정보를 제어부(14)에 제공한다.
이어서, 제2 정보 생성부(21,22,23,24)는 영상 생성부(11)에서 생성한 전방영상과 제1 정보 생성부(12)에서 생성한 제 1 감지정보에 기초하여, 자차량의 각 측면을 감지하여 제2 감지정보를 생성한다. 구체적으로, 제2 정보 생성부(21,22,23,24)는 자차량에 배치되는 적어도 하나의 레이더 또는/및 카메라를 포함할 수 있으며, 자차량의 측면에 위치한 차량들의 위치 및 속도를 감지하거나 영상을 촬영할 수 있다. 여기서, 제2 정보 생성부(21,22,23,24)는 자차량의 전방 및 후방의 양 측에 각각 배치될 수 있다.
이러한 차량용 카메라 시스템은 하기의 카메라 모듈을 구비할 수 있으며, 자차량의 전방, 후방, 각 측면 또는 모서리 영역을 통해 획득된 정보를 이용하여 사용자에게 제공하거나 처리하여 자동 운전 또는 주변 안전으로부터 차량과 물체를 보호할 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈의 광학계는 안전 규제, 자율주행 기능의 강화 및 편의성 증가를 위해 차량 내에 복수로 탑재될 수 있다. 또한 카메라 모듈의 광학계는 차선유지시스템(LKAS: Lane keeping assistance system), 차선이탈 경보시스템(LDWS), 운전자 감시 시스템(DMS: Driver monitoring system)과 같은 제어를 위한 부품으로서, 차량 내에 적용되고 있다. 이러한 차량용 카메라 모듈은 주위 온도 변화에도 안정적인 광학 성능을 구현할 수 있고 가격 경쟁력이 있는 모듈을 제공하여, 차량용 부품의 신뢰성을 확보할 수 있다.
발명의 실시 예는 차량의 카메라 모듈에서 -20도 이하의 저온에서 70도 이상의 고온까지의 온도 변화, 예컨대, -40도 내지 85도 혹은 -40도 내지 105도의 범위의 변화에 대해 적어도 하나의 렌즈의 외측에 버퍼 구조를 갖는 스페이서를 적용함에 있어서, 열 팽창계수가 높은 렌즈에 대해 길이 방향으로 완화시켜 줌으로써, 플라스틱 또는 유리 재질의 렌즈의 팽창에 대해 수축 또는 팽창되는 탄성을 제공하고, 렌즈의 유효경 영역의 광축 방향의 변화량을 억제시켜 줄 수 있다. 이에 따라 플라스틱 또는 유리 재질의 렌즈를 채용한 카메라 모듈의 광학 특성의 변화를 줄여줄 수 있다. 또한 렌즈의 외측 플랜지부에 버퍼 구조를 더 포함할 수 있어, 렌즈 자체의 탄성 변형을 억제할 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.
100: 렌즈부
111,113,115: 렌즈
111A,113A,115A: 플랜지부
190: 기판
192: 이미지 센서
194: 커버 글라스
196: 광학필터
500: 렌즈 어셈블리
1000: 카메라 모듈

Claims (8)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 이미지 센서;
    상기 이미지 센서 상에 배치되며, 관통홀에 복수의 렌즈를 갖는 배럴부를 구비한 렌즈 어셈블리;
    상기 이미지 센서와 마지막 렌즈 사이에 배치된 광학 필터;
    상기 기판의 상면과 상기 렌즈 어셈블리의 외측 둘레 사이에 배치된 하우징; 및
    상기 하우징을 상기 렌즈 어셈블리의 외측 둘레에 접착시켜 주는 접착 부재를 포함하며,
    상기 이미지 센서를 갖는 패키지, 상기 렌즈 어셈블리, 상기 하우징, 상기 접착 부재의 열 팽창 계수는 서로 다르며,
    상기 렌즈 어셈블리 내의 렌즈들 중에서 상기 이미지 센서에 가장 인접한 렌즈와 상기 이미지 센서 사이의 광축 거리는 BFL(Back focusing length)이며,
    상기 렌즈 어셈블리의 하면에서 상기 접착 부재의 상면까지의 높이는 상기 BFL 보다 크고 3 mm 이하인 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접착 부재는 에폭시 재질 또는 상기 렌즈 어셈블리의 열 팽창계수보다 높은 재질인 카메라 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 접착 부재의 두께는 0.3mm±5% 범위인 카메라 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 어셈블리의 하면에서 상기 접착 부재의 상면까지의 높이는 3mm 내지 5mm 범위인 카메라 모듈.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 BFL 변화량은 EFL×0.005mm 범위이며,
    상기 EFL는 유효 초점 거리인 카메라 모듈.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 BFL의 허용 범위는 상기 BFL 값± BFL 변화량인 카메라 모듈.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 카메라 모듈은 상온을 기준으로 고온 및 저온의 온도 변화가 ±65도의 범위일 때, 고온과 저온에서의 BFL의 온도 변화량 차이가 최소인 렌즈부의 높이는 2.4mm±0.5mm인 카메라 모듈.
  8. 제1항 내지 제3항의 카메라 모듈을 갖는 차량.
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