KR20230095648A - 광학계, 카메라 모듈 및 이동 단말기 - Google Patents

광학계, 카메라 모듈 및 이동 단말기 Download PDF

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Abstract

발명의 실시 예에 개시된 카메라 모듈은 내부에 관통 홀을 갖는 렌즈 배럴; 및 상기 렌즈 배럴의 관통 홀에 배치되며 물체 측에서 센서 측을 향해 광축이 정렬된 복수의 렌즈를 갖는 광학계를 포함하며, 상기 복수의 렌즈 중에서 이미지 센서에 가장 인접한 센서측 렌즈는 물체측 면과 센서 측면을 가지며, 상기 센서측 렌즈는 광축과 직교하는 제1 방향의 길이가 제2 방향의 길이보다 길며, 상기 센서측 렌즈는 제2 방향의 일측에 돌출된 외측 돌기를 포함하며, 상기 센서측 렌즈의 센서 측 면은 광축에서 제1 방향으로 유효 영역의 끝단까지의 렌즈 면과 상기 광축에서 제2 방향의 유효 영역의 끝단까지의 렌즈 면의 형상이 비대칭 형상을 가질 수 있다.

Description

광학계, 카메라 모듈 및 이동 단말기{OPTICAL SYSTEM, CAMERA MODULE, AND PORTABLE TERMINAL}
발명의 실시예는 광학계, 카메라 모듈 및 이를 구비한 이동 단말기에 관한 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)을 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)를 결상하는 촬상 렌즈이다. 최근 고해상도에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이를 구현하기 위해 복수의 렌즈를 이용한 연구가 진행되고 있다. 또한, 고해상도 구현을 위해 양(+)의 굴절력 또는 음(-)의 굴절력을 가지는 복수의 촬상 렌즈를 이용한 연구가 진행되고 있다.
또한, 최근에는 카메라 모듈이 적용되는 스마트폰의 전면 디스플레이가 요구됨에 따라 전면카메라의 폼팩터가 지속적으로 변화하고 있고, 이에 의해 전면 카메라를 디스플레이 아래에 숨기는 언더 디스플레이 카메라(Under display camera)를 적용하고 있다.
그러나, 카메라를 디스플레이의 하부에 배치하는 경우 디스플레이의 패널에 의한 광량 손실로 인해 카메라 모듈의 화질 저하, 밝기 감소, 고스트/플레어 발생 등의 문제점이 발생하였다. 특히 밝기가 기존 대비 20% 수준으로 떨어짐에 따라 카메라의 밝기를 보상해 줄 수 있는 새로운 구조의 광학계가 요구되고 있다.
따라서, 카메라의 위치에 관계없이 향상된 해상도 및 향상된 조도를 가질 수 있는 새로운 구조의 광학계가 요구된다.
발명의 실시예는 새로운 렌즈 광학계를 갖는 카메라 모듈을 제공할 수 있다.
발명의 실시예는 새로운 렌즈 배럴을 갖는 카메라 모듈을 제공할 수 있다.
실시예는 향상된 해상도, 향상된 조도 및 향상된 광학 특성을 가지고, 소형화를 구현할 수 있는 광학계 및 카메라 모듈을 제공하고자 한다.
발명의 실시 예는 카메라 모듈을 갖는 이동 단말기를 제공할 수 있다.
발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 내부에 관통 홀을 갖는 렌즈 배럴; 및 상기 렌즈 배럴의 관통 홀에 배치되며 물체 측에서 센서 측을 향해 광축이 정렬된 복수의 렌즈를 갖는 광학계를 포함하며, 상기 복수의 렌즈 중에서 이미지 센서에 가장 인접한 센서측 렌즈는 물체측 면과 센서 측면을 가지며, 상기 센서측 렌즈는 광축과 직교하는 제1 방향의 길이가 제2 방향의 길이보다 길며, 상기 센서측 렌즈는 제2 방향의 일측에 돌출된 외측 돌기를 포함하며, 상기 센서측 렌즈의 센서 측 면은 광축에서 제1 방향으로 유효 영역의 끝단까지의 렌즈 면과 상기 광축에서 제2 방향의 유효 영역의 끝단까지의 렌즈 면의 형상이 비대칭 형상을 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 센서측 렌즈는 상기 광축을 기준으로 제2 방향의 일측에 배치된 제1 직선부 및 타측에 배치된 제2 직선부를 포함하며, 상기 제1,2직선부는 상기 센서측 렌즈의 외측 원호부 사이에 배치될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 외측 돌기는 상기 제2 직선부로부터 외측으로 돌출되며, 상기 외측 돌기는 상기 센서측 렌즈의 외측 원호부의 가상 원 내에 배치될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 센서측 렌즈의 센서 측면은 광축에서 제1 방향의 유효 영역 끝단까지의 거리는 제2 방향의 유효 영역 끝단까지의 거리보다 크며, 자유 곡면을 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 센서측 렌즈의 센서 측면은 광축을 기준으로 제1 방향으로 연장된 축에서 50±3도의 각도를 갖는 지점이 최대 유효 거리를 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 센서측 렌즈의 중심을 기준으로 제1 방향에 대해 상기 센서측 면의 최대 유효 거리를 갖는 지점까지의 각도는 물체측 면의 최대 유효 거리의 지점까지의 각도보다 클 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 렌즈 배럴의 하부의 둘레를 따라 상기 제2 방향의 양측에 배치된 제1 및 제2 안착부를 포함하며, 상기 제1 및 제2 안착부는 오목한 안착 홈, 및 상기 안착 홈의 양측에 가이드 돌기를 포함하며, 상기 외측 돌기는 상기 제1 또는 제2 안착부 상에 삽입될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 안착 홈의 바닥은 상기 센서 측 렌즈의 플랜지부가 안착되는 상기 렌즈 배럴의 단차부보다 센서 측에 배치될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 센서측 렌즈의 물체측 면은 제1 방향의 유효 영역의 끝단과 플랜지부 사이에 제1 외곽부 및, 제2 방향의 유효 영역의 끝단과 플랜지부 사이에 제2 외곽부를 포함하며, 상기 제1 외곽부와 상기 제2 외곽부의 형상은 서로 다른 형상을 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제2 외곽부는 상기 제1 외곽부의 깊이보다 낮은 깊이를 갖고, 복수의 경사 면을 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 외곽부는 유효 영역의 끝단에 연결된 제1 곡면, 상기 플랜지부에 연결된 제2 곡면, 및 상기 제1,2곡면 사이에 플랫한 면을 갖고, 상기 플랜지부의 센서 측 면과 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 센서측 렌즈의 플랜지부 상에 배치된 스페이서를 포함하며, 상기 스페이서는 제2 방향 양측에 직선 형태의 제1,2라인부를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 스페이서는 내부의 투과 홀이 비 원형 형상일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 스페이서의 투과 홀의 둘레는 제2 방향의 일측에 제1 곡선부, 제1 곡선부로부터 직선 형태로 연장된 제1 라인부, 대각선 영역에 제2 곡선부, 및 상기 제1 방향 일측에 제2 라인부를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈은 물체 측에서 센서 측을 향해 광축이 정렬된 제1 내지 제6 렌즈; 및 상기 제1 내지 제6 렌즈 사이의 외측 둘레에 각각 배치된 복수의 스페이서를 포함하며, 상기 제6 렌즈는 이미지 센서에 가장 인접하며, 물체측 면과 센서 측면을 가지며, 상기 제6 렌즈는 광축과 직교하는 제1 방향의 길이가 제2 방향의 길이보다 길며, 상기 제6 렌즈는 외곽 원호부 사이의 제2 방향의 양측에 직선 형태의 제1 및 제2 직선부를 포함하며, 상기 복수의 스페이서 중 상기 제6 렌즈에 가장 인접한 센서측 스페이서는 내부에 투과 홀을 가지며, 상기 제2 방향의 양측에 직선 형태의 제3 및 제4 직선부를 가지며, 상기 제6 렌즈의 센서 측면과 물체측 면 중 적어도 하나는 자유 곡면을 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제6 렌즈의 센서측 면 또는 물체측 면은 상기 제1 방향으로 유효 영역의 끝단까지의 렌즈 면과 상기 광축에서 제2 방향의 유효 영역의 끝단까지의 렌즈 면의 형상이 비대칭 형상을 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 센서측 스페이서는 투과 홀이 비원형 형상일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제6 렌즈는 상기 제1,2직선부 중 어느 하나로부터 외측으로 돌출된 외측 돌기를 포함하며, 상기 외측 돌기는 상기 센서측 스페이서의 제3,4직선부 중 어느 하나보다 더 외측으로 돌출될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제6 렌즈는 센서 측면과 물체측 면이 모두 자유 곡면을 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 이동 단말기는 상기에 개시된 카메라 모듈을 포함할 수 있다.
발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 카메라 모듈은 복수의 렌즈들이 설정된 형상, 굴절력, 두께, 간격 등을 가짐에 따라 향상된 수차 특성, 해상력 등을 가질 수 있다.
발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 화각(FOV)의 중심부뿐만 아니라 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 슬림하고 컴팩트한 구조로 제공될 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈은 마지막 렌즈를 통과하여 이미지 센서로 광이 이동할 때, 이미지 센서에 입사되는 광의 주변 광량비(Relative Illumination)를 향상시킬 수 있다. 자세하게, 상기 마지지막 렌즈를 통과하여 이미지 센서부에 입사되는 광의 주변 광량비가 30% 이상 또는 35% 이상일 수 있다. 따라서, 상기 카메라 모듈이 디스플레이 장치의 위치에 따라 달라질 수 잇는 광량 저하를 보상할 수 있다, 즉, 상기 카메라 모듈은 디스플레이 장치의 위치에 영향을 받지 않고 충분한 밝기의 광량을 확보할 수 있어 향상된 해상도를 구현할 수 있다.
또한, 상기 광학계의 크기, 렌즈의 구경 렌즈의 크기를 증가시키지 않고서도 상기 광학계의 광량 및 해상도를 향상시킬 수 있으므로, 향상된 광량 크기를 가지면서 광학계 및 카메라 모듈의 소형화를 구현할 수 있다.
발명의 실시예에 의하면, 카메라 모듈의 광학적 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다. 또한 카메라 모듈 및 이를 갖는 이동 단말기의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 제1방향의 측 단면도의 예이다.
도 2는 도 1의 카메라 모듈의 제2방향의 측 단면도이다.
도 3은 도 1의 카메라 모듈의 렌즈 배럴의 사시도이다.
도 4는 도 3의 렌즈 배럴의 저면도이다.
도 5는 도 1의 렌즈 배럴과 마지막 렌즈의 저면도이다.
도 6은 도 5의 렌즈 배럴에 마지막 렌즈의 플랜지부의 결합 예이다.
도 7 및 도 8은 도 5의 마지막 렌즈의 사시도이다.
도 9 및 도 10은 도 7,8의 마지막 렌즈의 물체측 평면도이다.
도 11 및 도 12는 도 7,9의 마지막 렌즈의 센서측 평면도이다.
도 13 및 도 14는 도 7,8의 마지막 렌즈의 플랜지부의 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 도 7,8의 마지막 렌즈의 제1 방향의 측 단면도이다.
도 16은 도 7,8의 마지막 렌즈의 제2방향의 부분 측 단면도이다.
도 17은 발명의 실시 예에 따른 마지막 렌즈 상에 배치된 스페이서를 나타낸 평면도이다.
도 18은 발명의 실시 예의 카메라 모듈에 적용된 광학계의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 19는 도 18의 광학계의 렌즈 데이터를 나타낸 표이다.
도 20은 도 7,8 및 도 18의 제6렌즈의 비구면 계수를 설명한 도면이다.
도 21는 도 20의 비구면 계수의 제르니케 계수를 설명한 도면이다.
도 22는 실시예에 따른 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.
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 1 및 도 2는 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 서로 직교하는 제1,2방향의 측 단면도의 예이며, 도 3은 도 1의 카메라 모듈의 렌즈 배럴의 사시도이며, 도 4 및 도 5는 카메라 모듈에서 렌즈 배럴의 저면도이며, 도 6은 도 5의 렌즈 배럴에 마지막 렌즈의 플랜지부의 결합 예이며, 도 7 및 도 8은 도 5의 마지막 렌즈의 사시도이고, 도 9 및 도 10은 도 7,8의 마지막 렌즈의 물체측 평면도이며, 도 11 및 도 12는 도 7,9의 마지막 렌즈의 센서측 평면도이며, 도 13 및 도 14는 도 7,8의 마지막 렌즈의 플랜지부의 설명하기 위한 도면이고, 도 15는 도 7,8의 마지막 렌즈의 제1 방향의 측 단면도이며, 도 16은 도 7,8의 마지막 렌즈의 제2방향의 부분 측 단면도이고, 도 17은 발명의 실시 예에 따른 마지막 렌즈 상에 배치된 스페이서를 나타낸 평면도이다.
도 1 내지 도 17을 참조하면, 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈(200)은 렌즈 배럴(500), 렌즈 배럴(500) 내에 복수의 렌즈(111,113,115), 간격 유지 부재(SP1,SP3,SP5,198), 기판(190) 및 이미지 센서(192)를 포함할 수 있다. 상기 카메라 모듈(200)은 상기 이미지 센서(192)에 인접한 마지막 렌즈(115)와 이미지 센서(192) 사이에 광학필터(195)를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(200)은 복수의 렌즈(111,113,115)를 갖는 광학계를 포함하며, 상기 광학계는 3매 이상 예컨대, 3매 내지 10매의 렌즈들이 적층될 수 있다. 상기 광학계는 3매 이상 또는 10매 이하의 고체 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 광학계는 적어도 하나의 플라스틱 재질의 렌즈를 갖는 광학계이거나, 적어도 하나의 유리 재질의 렌즈를 갖는 광학계이거나, 모두 플라스틱 렌즈를 갖는 광학계이거나, 유리 재질의 렌즈와 플라스틱 재질의 렌즈가 혼합된 광학계일 수 있다.
설명의 편의를 위해, 광학계는 물체 측에 가장 인접한 제1 렌즈(111), 이미지 센서(192)에 가장 인접한 마지막 렌즈 또는 제3 렌즈(115), 및 상기 제1,3렌즈(111,115) 사이에 배치된 중간 렌즈(들) 또는 제2 렌즈(113)를 포함할 수 있다. 상기 제2 렌즈(113)는 1매 이상 예컨대, 1매 내지 8매의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 렌즈(111,113,115)의 중심은 광축(OA)에 정렬될 수 있다.
상기 렌즈들(111,113,115)는 렌즈 배럴(500) 내의 관통 홀(501)에 결합되며, 예컨대 센서 측에서 물체측 방향으로 결합되거나, 그 반대 방향으로 결합되거나 양 방향으로 결합될 수 있다. 상기 렌즈 배럴(500)의 관통 홀(501) 내의 렌즈들(111,113,115)는 센서 측에서 물체측 방향으로 결합되는 예로 설명하기로 한다. 이에 따라 렌즈 배럴(500)의 하부 관통홀(503)는 상부 관통홀보다 더 넓은 직경을 가질 수 있다.
상기 렌즈 배럴(500)의 내측에는 각 렌즈(111,113,115)들의 플랜지부(LF1,LF3,LF5)를 지지하는 단차부(ST1,ST5)가 배치될 수 있으며, 인접한 렌즈(111,113,115)들의 플랜지부(LF1,LF2,LF5) 사이에는 간격 유지부재인 스페이서(SP1,SP3,SP5)가 개재될 수 있다. 상기 스페이서(SP1,SP3,SP5)는 각 렌즈(111,113,115)의 비 유효영역 상에 배치되어, 유효하지 않는 광을 차단하며, 렌즈들(11,113,115) 간의 간격을 유지시켜 줄 수 있다. 또한 일부 렌즈 예컨대, 마지막 제3 렌즈(115)의 플랜지부(LF5) 상에 배치된 스페이서(SP5) 상에는 상기 스페이서(SP5)보다 더 두꺼운 차광 부재(198)이 결합되어, 전체적인 렌즈들 사이의 간격을 유지시켜 줄 수 있다. 상기 간격 유지 부재(SP1,SP3,SP5,198)는 렌즈들(111,113,115)의 유효 영역의 외측 둘레에 배치될 수 있도록 내부에 통과 홀이 배치될 수 있다.
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(LF1,LF3,LF5)는 비 유효영역일 수 있다. 상기 비 유효영역은 빛이 스페이서(SP1,SP3,SP5)에 의해 차단되는 영역일 수 있다. 상기 플랜지부(LF1,FL3,LF5)는 상기 렌즈(111,113,115)의 유효 영역에서 광축(OA)에 대해 직교하는 방향 또는 반경 방향이거나 원주 방향으로 연장될 수 있다.
상기 제3렌즈(115)의 하부 둘레에 지지 부재(199)가 배치될 수 있으며, 상기 지지부재(199)는 상기 제3렌즈(115)를 지지하거나 광학 필터(195)와의 간격을 유지시켜 줄 수 있다. 여기서, 상기 제3렌즈(115)의 외측 일부는 렌즈 배럴(500)의 내면과 접착제로 접착될 수 있다.
상기 제1렌즈(111)의 직경은 상기 제2렌즈의 직경보다 작을 수 있으며, 상기 제2렌즈의 직경은 상기 제3렌즈(115)의 직경보다 작을 수 있다. 상기 제1,2,3렌즈(111,113,115)의 직경은 물체 측에서 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. 다른 예로서, 상기 광학계가 두 개의 렌즈 군으로 구분될 때, 물체측 제1 렌즈군은 직경이 센서측으로 갈수록 작아질 수 있고, 센서측 제2 렌즈 군은 직경이 센서측으로 갈수록 커질 수 있다.
상기 제1렌즈(111)는 피사체에 가장 가까운 렌즈이며, 빛이 입사되는 물체측 면(S1)과 빛이 출사되는 센서측 면 중 적어도 하나 또는 모두가 구면이거나 비구면일 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있으며, 바람직하게 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제1렌즈(111)의 물체측 면(S1)은 볼록할 수 있으며, 센서측 면은 오목할 수 있다. 상기 제1렌즈(111)는 플라스틱 재질 또는 유리 재질일 수 있으며, 예컨대 플라스틱 재질일 수 있다.
상기 제2 렌즈(113) 내의 렌즈들은 양(+)의 굴절력 또는/및 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(113)의 렌즈 중 적어도 하나 또는 모두는 물체측 면과 센서 측 면이 비구면일 수 있으며, 유리 또는 플라스틱 재질일 수 있다.
상기 제3 렌즈(115)는 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있으며, 바람직하게 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(115)는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 제3 렌즈(115)의 물체측 제1 면(S11)과 센서측 제2 면(S12) 중 적어도 하나 또는 모두는 구면이거나 비구면일 수 있으며, 예컨대 모두 비구면일 수 있다. 상기 제11 면(S11)는 광축(OA)에서 오목하며, 상기 제12 면(S12)는 광축(OA)에서 오목할 수 있다. 다른 예로서, 상기 제11 면(S11)는 광축(OA)에서 오목하고, 상기 제12 면(S12)는 광축(OA)에서 볼록할 수 있다.
상기 제3 렌즈(115)의 제1 면(S11)은 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지의 영역에 적어도 하나의 임계점을 포함할 수 있다. 상기 제2 면(S12)은 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지의 영역에 적어도 하나의 임계점을 포함할 수 있다. 상기 임계점은 광축(OA) 및 상기 광축(OA)의 수직인 방향에 대한 기울기 값의 부호가 양(+)에서 음(-)으로 또는 음(-)에서 양(+)으로 변하는 지점으로, 기울기 값이 0인 지점을 의미할 수 있다. 또한 상기 임계점은 렌즈 면을 지나는 접선의 기울기 값이 커지다고 작아지는 지점 또는 작아지다가 커지는 지점일 수 있다.
상기 이미지 센서(192)는 기판(190) 상에 배치될 수 있다. 상기 이미지 센서(192)는 광축(OA)과 교차하는 상기 기판(190)의 평면에 장착, 안착, 접촉, 고정, 가고정, 지지, 또는 결합될 수 있다. 또는, 다른 실시예에 의하면, 상기 기판(190)에 이미지 센서(192)를 수용할 수 있는 홈 또는 홀(미도시)이 형성될 수도 있으며, 실시예는 이미지 센서(192)가 기판(180)에 배치되는 특정한 형태에 국한되지 않는다. 상기 기판(190)은 리지드 PCB 또는 FPCB일 수 있다.
상기 이미지 센서(192)는 렌즈들(111,113,115)를 통과한 광을 이미지 데이터로 변환하는 기능을 수행할 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(195)는 상기 제3 렌즈(115)와 이미지 센서(192) 사이에 배치될 수 있다. 상기 광학필터(195)은 렌즈(111,113,115)들을 통과한 광에 대해 특정 파장 범위에 해당하는 광을 필터링할 수 있다. 상기 광학필터(195)는 적외선을 차단하는 적외선(IR) 차단 필터 또는 자외선을 차단하는 자외선(UV) 차단 필터일 수 있으나, 실시예는 이에 한정되지 않는다. 상기 광학필터(195)는 이미지 센서(192) 위에 배치될 수 있다.
하우징(미도시)은 상기 렌즈 배럴(500)의 외부를 커버하며, 이미지 센서(192)를 둘러싸고 상기 이미지 센서(192)를 외부의 이물질 또는 충격으로부터 보호할 수 있다.
발명의 실시 예는 상기 제1 렌즈(111), 상기 제2 렌즈(113) 중 적어도 하나, 상기 제3 렌즈(115) 중 적어도 하나는 프리폼(free form) 렌즈일 수 있다. 예를 들면, 상기 이미지 센서(192)에 가장 인접한 제3 렌즈(115)는 프리폼 렌즈일 수 있다. 상기 제3 렌즈(115)는 물체측 제1 면(S11)의 유효 영역이 광축 또는 중심에 대해 회전 비대칭일 수 있다. 상기 제3 렌즈(115)는 센서측 제2 면(S12)의 유효 영역이 광축 또는 중심에 대해 회전 비대칭일 수 있다. 상기 프리폼 렌즈는 자유 곡면을 갖는 유효 영역이며, 상기 제3 렌즈(115)의 물체측 제1 면(S11) 및 센서측 제2 면(S12) 중 적어도 하나 또는 모두가 자유 곡면으로 형성될 수 있다.
상기 제3 렌즈(115)는 이중 평면 대칭 형상을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제3 렌즈(115)는 X-Z 평면과는 대칭되고, Y-Z 평면과는 대칭되는 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 제3 렌즈(115)는 X-Y 평면과는 비대칭되는 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 제3 렌즈(115)는 상기 X축 또는 Y축으로는 대칭되는 형상을 가지고, 상기 Z축으로는 비대칭되는 형상을 가질 수 있다. 도면에 도시된 X축(제 1 방향), Y축 방향(제 2 방향), Z축 방향(제 3 방향)에서 Z축 방향(제 3 방향)은 광축(OA) 방향 또는 상기 광축 방향과 평행한 방향을 의미할 수 있다. 상기 제1 방향(X)은 상기 제2,3방향(Y,Z)와 직교하며, 상기 제2 방향(Y)은 상기 제1,3방향(X,Z)과 직교할 수 있다. 상기 X축 방향(제1 방향), 상기 Y축 방향(제2 방향) 및 상기 Z축 방향(제 3 방향)은 동일 평면 또는 다른 평면에서 서로 수직한 방향으로 정의할 수 있다.
여기서, 상기 제1 방향(X)은 이미지 센서(192)의 장변 방향이며, 상기 제2 방향(Y)은 상기 이미지 센서(192)의 단변 방향일 수 있다. 상기 이미지 센서(192)는 제1 방향(X)의 길이가 제2 방향의 길이보다 클 수 있으며, 대각 방향의 길이가 가장 클 수 있다. 상기 이미지 센서(192)는 제1,2방향(X,Y)의 길이 비율은 3:2, 4:3, 또는 16:9의 비율일 수 있다.
또한 상기 제3 렌즈(115)의 외 형상은 광축(OA) 또는 중심에 대해 회전 비대칭 형상을 가질 수 있다. 또한 상기 제3 렌즈(115)의 외 형상은 비 원형 형상일 수 있다. 도 11과 같이, 상기 제3 렌즈(115)의 제1 방향(X)의 최대 길이(D1)는 상기 제2 방향(Y)의 최대 길이(D2)보다 클 수 있다. 상기 제3 렌즈(115)의 제2 면(S12)에서 제1 방향(X)의 유효 영역의 길이(D3)는 상기 제2 방향(Y)의 유효 영역의 길이(D4)보다 클 수 있으며, 대각선 방향의 유효 영역의 길이(D5)는 단축 방향의 길이(D4)보다 클 수 있다.
여기서, 상기 외측 돌기(P1)의 폭(D7)은 상기 제1,2 직선부(FC1,FC2)의 폭(D6)보다 작을 수 있으며, 예컨대, D6의 50% 이상, 또는 50% 내지 90% 범위로 배치될 수 있다. 또한 상기 외측 돌기(P1)의 돌출 길이는 상기 제3 렌즈(115)의 직경(D1)의 10% 이하 예컨대, 8% 내지 10% 범위일 수 있다. 상기 제1,2 직선부(FC1,FC2)의 폭(D6)는 상기 제3 렌즈(115)의 직경(D1)의 42% 이하 예컨대, 32% 내지 42% 범위일 수 있다. 이러한 외측 돌기(P1)의 폭(D7), 돌출 길이 및 두께가 상기 범위로 제공됨으로써, 안착부(550,560)에 안정적으로 안착되고 지지될 수 있다. 상기 외측 돌기(P1)의 두께는 상기 플랜지부(LF5)의 두께(E0, EH 15)의 50% 이상 예컨대, 50% 내지 80% 범위일 수 있으며, 상기 범위로 인해 안착부(550,560) 상에서 이탈되지 않고 가이드 돌기(52,53) 내면과 밀착 결합될 수 있다.
도 7 내지 도 10과 같이, 상기 제3 렌즈(115)는 외측 원호부의 제2 방향(Y)의 일측에 제1 직선부(FC1) 및 타측에 제2 직선부(FC2)가 배치될 수 있다. 상기 제1,2직선부(FC1,FC2)는 상기 제3 렌즈(115)의 제2 방향(Y) 양측에 배치될 수 있으며, 상기 원호부를 연장하는 가상의 곡선보다 내측에 직선 형태로 연장될 수 있다. 상기 제1,2직선부(FC1,FC2)는 제1방향 양측의 원호부들을 서로 연결해 줄 수 있다.
상기 제1,2직선부(FC1,FC2) 중 어느 하나는 외측 돌기(P1)를 구비할 수 있다. 상기 외측 돌기(P1)는 상기 제1,2직선부(FC1,FC2) 중 어느 하나로부터 외측으로 돌출될 수 있다. 상기 외측 돌기(P1)는 상기 제3 렌즈(115)(115)의 최 외곽을 지나는 가상의 호 또는 곡선보다 내측에 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 외측 돌기(P1)가 상기 렌즈 배럴(500) 내부에 안착될 수 있으며, 렌즈 배럴(500)의 사이즈를 증가시키지 않을 수 있다.
도 3 내지 도 6과 같이, 상기 렌즈 배럴(500)은 상기 외측 돌기(P1)가 삽입될 수 있는 복수의 안착부(550,560)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 안착부(550,560)는 서로 반대측에 배치될 수 있다. 상기 복수의 안착부(550,560)는 상기 렌즈 배럴(500)의 제2 방향(Y) 일측에 배치된 제1 안착부(550) 및 제2 방향(Y) 타측에 배치된 제2 안착부(560)를 포함할 수 있다. 상기 제1 안착부(550) 및 제2 안착부(560) 각각은 오목한 안착 홈(51), 상기 안착 홈(51)의 일측 또는 양측에 가이드 돌기(52,53)가 삽입될 수 있다. 상기 안착 홈(51)은 상기 가이드 돌기(52,53)의 표면보다 더 깊게 또는 물체 측을 향해 더 깊은 바닥을 가질 수 있다.
상기 제1 안착부(550) 및 제2 안착부(560)를 렌즈 배럴(500)의 하부에 배치함으로써, 상기 이미지 센서(192)에 가장 인접한 제3 렌즈(115)를 장착할 때, 상기 제3 렌즈(115)의 외측 돌기(P1)가 상기 제1 안착부(550) 및 제2 안착부(560) 중 어느 하나의 안착 홈(51)에 안착될 수 있다. 즉, 상기 제1 안착부(550) 및 제2 안착부(560)는 상기 제3 렌즈(115)의 외측 돌기(P1)의 결합 방향을 식별하게 하고, 어느 한 영역에 안착될 수 있도록 가이드할 수 있다.
상기 제1 안착부(550) 및 제2 안착부(560) 각각의 외곽 라인은 상기 렌즈 배럴(500)의 내측 반경 방향을 따라 곡선으로 형성될 수 있고, 상기 제1,2안착부(550,560)는 상기 제3 렌즈(115)가 안착되는 제3 단차부(ST5)의 양 영역에 배치될 수 있다. 상기 제1,2안착부(550,560)의 외곽 라인은 상기 제3 렌즈(115)의 외곽 라인의 가상의 원호 영역 내에 배치될 수 있다. 상기 제1 안착부(550) 및 제2 안착부(560)의 안착 홈(51)의 바닥(하면)은 상기 제3 단차부(ST5)의 바닥보다 더 센서 측으로 낮게 위치할 수 있다. 상기 제1 안착부(550) 및 제2 안착부(560)의 안착 홈(51)의 바닥(하면)은 상기 가이드 돌기(52,53)의 하면보다 더 물체 측을 향해 높게 위치할 수 있다.
도 9와 같이, 상기 제3 렌즈(115)의 제1 면(S11)은 비 원형 형상일 수 있다. 상기 제3 렌즈(115)의 제1 면(S11)에는 상기 제1 면(S11)의 좌표를 설정하기 위한 가상의 축이 설정될 수 있다. 자세하게, 상기 제3 렌즈(115)의 제1 면(S11)에서 볼 때, 제1 축(AX1)은 광축(OA)을 기준으로 0도 및 180도의 각도를 가질 수 있으며, X축일 수 있으며, 제2 축(AX2)은 Y축으로서, 90도 및 270도의 각도를 가질 수 있다. 상기 제1 축(AX1)은 상기 이미지 센서(192)의 장축 길이 방향과 평행한 방향으로 정의될 수 있다. 상기 제 2 축(AX2)은 상기 이미지 센서(192)의 단축 길이 방향과 평행한 방향으로 정의될 수 있다.
상기 제3 렌즈(115)의 제1 면(S11)에는 상기 제1 축(AX1) 및 상기 제 2 축(AX2)에 각각 설정되는 복수의 좌표들이 설정될 수 있다. 자세하게, 상기 제3 렌즈(115)의 제1 면(S11)은 상기 제 1 축(AX1)에서 제1 좌표(C1) 및 제3 좌표(C3)가 설정될 수 있다. 자세하게, 상기 제3 렌즈(115)의 제1 면(S11)은 상기 제1 축(AX1)에서 (±A,0)의 좌표를 가지는 제1 좌표(C1)와 (±B,0)의 좌표를 가지는 제3 좌표(C3)가 설정될 수 있다. 상기 제3 렌즈(115)의 제1 면(S11)은 상기 제1 좌표(C1)에서 제1 새그(Sag) 값(S1)을 가지고, 상기 제3 좌표(C3)에서 제3 새그 값(S3)을 가질 수 있다. 또한, 상기 제 2 축(AX2)에서 제 2 좌표(C2) 및 제 4 좌표(C4)가 설정될 수 있다. 자세하게, 상기 제2 축(AX2)에서 (0,±A)의 좌표를 가지는 제 2 좌표(C2)와 (0,±B)의 좌표를 가지는 제 4 좌표(C4)가 설정될 수 있다.
상기 제1,2좌표(C1,C2)는 상기 광축(OA)에서의 거리가 동일할 때, 서로 다른 새그 값을 가질 수 있다. 상기 제3,4좌표(C3,C4)는 상기 광축(OA)에서의 거리가 동일할 때, 서로 다른 새그 값을 가질 수 있다. 여기서, 광축(OA)을 기준으로 제1 축(AX1)상에 위치한 양측 제1 좌표(C1)에서의 새그 값은 서로 동일할 수 있으며, 양측 제3 좌표(C3)에서의 새그 값은 동일할 수 있다. 또한 광축(OA)을 기준으로 제2 축(AX2) 상에 위치한 양측 제2 좌표(C2)에서의 새그 값은 서로 동일할 수 있으며, 양측 제4 좌표(C4)에서의 새그 값은 동일할 수 있다. 이에 따라 상기 제1 면(S11)은 광축(OA)에 대해, 제1축에 대해 서로 대칭이며, 제1,2축에 대해 서로 비대칭일 수 있다.
상기 제3 렌즈(115)의 제11 면(S11)은 외곽 라인이 상기 제1 직선부(FC1) 및 상기 제2 직선부(FC2)의 내측 각각에 직선 형태의 제2 외곽부(Q20)로 제공되고, 제1 방향(X)의 양측에 직선 형태의 제1 외곽부(Q10)로 제공될 수 있으며, 각각의 제1,2외곽부(Q10,Q20) 사이에 곡선 형태의 제3 외곽부(Q30)가 배치될 수 있다. 광축에서 상기 제1 외곽부(Q10)의 길이(S1R1)는 상기 제2 외곽부(Q20)의 길이(S1R2)보다 짧을 수 있다. 광축(OA)에서 상기 제1,2,3 외곽부(Q10,Q20,Q30)까지의 거리를 보면, 광축(OA)에서 제3 외곽부(Q30)까지의 제3 거리(SD1)는 가장 크고, 광축(OA)에서 제1 외곽부(Q10)까지의 제1거리(G1)는 광축(OA)에서 상기 제2 외곽부(Q20)까지의 제2 거리(Q2)보다 클 수 있다. 상기 제1,2,3 외곽부(Q10,Q20,Q30)의 내측 영역은 유효 영역일 수 있으며, 외측 영역은 비 유효 영역일 수 있다.
상기 제3 렌즈(115)의 제11 면(S11)은 광축(OA)에서 제1 방향의 유효 끝단까지의 제1 거리(G1)는 상기 광축(OA)에서 제2 방향의 유효 영역 끝단까지의 제2 거리(G2)보다 클 수 있다. 상기 제3 외곽부(Q30)의 일단은 제1 외곽부(Q10)에 인접하며, 제2 외곽부(Q20)에 인접한 타단보다 광축(OA)에서 더 멀게 배치될 수 있다.
상기 제3 렌즈(115)의 제1 면(S11)에서 광축(OA)부터 유효 영역 끝단까지의 최대 거리(G5)는 제1 방향(X)을 기준으로 28도±3도의 범위의 각도(K1)에 위치할 수 있다. 상기 최대 거리(G5)의 지점은 상기 제1 외곽부(Q10)와 상기 제3 외곽부(Q30)의 일단 사이의 경계 지점일 수 있다. 여기서, 상기 제3 렌즈(115)의 제1 면(S11)에 대해, 제3 외곽부(Q30)는 상기 광축(OA)을 기준으로 제1 외곽부(Q10)에 인접한 지점의 거리(G3)가 상기 제2 외곽부(Q20)에 인접한 지점까지의 거리(G4)보다 클 수 있다. 상기 거리(G3)의 위치는 광축(OA)에서 제1 축(X)을 기준으로 50도 이상의 위치에 배치될 수 있다.
도 11 및 도 12와 같이, 상기 제3 렌즈(115)의 제2 면(S12)는 비 원형 형상일 수 있다. 상기 제2 면(S12)는 제1 방향의 길이(D1)가 상기 제2 방향의 길이(D2)보다 클 수 있으며, 대각선 방향의 길이가 가장 클 수 있다. 여기서, 상기 제2 면(S12)의 유효 영역을 보면, 제1 방향(X)을 기준으로 10도씩 증가되는 지점들의 거리(R1-R10)를 측정할 때, 광축을 기준으로 X축 끝단까지의 거리(R1)는 Y축 끝단까지의 거리(R10)보다 크며, 10도에서의 거리(R2)는 0도(X축)에서의 거리(R1)보다 크며 20도에서의 거리(R3)보다 작으며, 30도에서의 거리(R4)는 20도에서의 거리(R3)보다 크고 40도에서의 거리(R5)보다 작으며, 50도에서의 거리(R6)는 40도에서의 거리(R5)보다 크고 60도에서의 거리(R7)보다 클 수 있다. 즉, 광축(OA)을 기준으로 X축에서 50도±3의 각도를 갖는 지점까지의 거리(R6)가 유효 거리가 최대일 수 있다. 70도에서의 거리(R8)는 60도에서의 거리(R7)보다 작고 80도에서의 거리(R9)보다 크며, 80도에서의 거리(R9)는 90도에서의 Y축 끝단까지의 거리(R10)보다 클 수 있다. 제3 렌즈(115)의 중심 또는 광축을 기준으로 제1 방향(X)에 대해 상기 제2 면(S12)의 최대 유효 거리를 갖는 지점까지의 각도는 제1 면(S11)의 최대 유효 거리의 지점까지의 각도보다 클 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 제3 렌즈(115)의 플랜지부(LF5)는 외측 면(FS1)에 절곡되는 서로 반대측 외측 하면(FS3) 및 외측 상면(FS2)을 가지며, 상기 외측 하면(FS3)은 센서 측 면이며 상기 제1 면(S11)의 외측 둘레에 위치하며, 상기 외측 상면(FS2)은 물체측 면이며 상기 제2 면(S12)의 외측 둘레일 수 있다.
상기 플랜지부(LF5)의 외측 하면(FS3)과 상기 외측 면(FS1) 사이의 영역은 단차진 영역(FS4)을 가질 수 있다. 상기 단차진 영역(FS4)은 상기 외측 하면(FS2)보다 높은 위치에 배치되며, 0.01mm 이하의 폭(B2)과 상기 폭(B2)보다 낮은 크기의 깊이(B1)를 가질 수 있다. 상기 단차진 영역(FS4)과 상기 외측 하면(FS3) 사이는 곡면(FS5)을 가지며, 상기 곡면(FS4)은 폭(B3)이 0.05mm 이하의 폭을 가지며 반경이 0.05 mm 이하일 수 있다. 이러한 플랜지부(LF5)의 외측 하면(FS3)과 외측 면(FS1) 사이에 단차진 영역(FS4)을 제공해 줌으로써, 제3 렌즈(115)를 사출할 때 버(bur)와 같은 돌기가 돌출되거나 결합 불량을 방지할 수 있다.
도 15를 참조하면, 제3 렌즈(115)의 제2 방향(Y)의 제1 면(S11)의 끝단과 플랜지부(LF5) 사이는 제2 외곽부(Q20)를 포함하며, 상기 제2 외곽부(Q20)는 상기 유효 영역의 끝단에서 경사진 제1 경사면(Q21)과, 상기 제1 경사면(Q21)의 각도 보다 더 큰 각도로 경사진 제2 경사 면(Q22)을 포함할 수 있다. 상기 제2 경사 면(Q22)의 수평 폭은 상기 제1 경사 면(Q21)의 수평 폭보다 클 수 있다. 상기 제2 외곽부(Q20)는 상기 플랜지부(LF5)의 유효 영역의 끝단(P12)의 위치보다 더 내측에 위치할 수 있다. 상기 제2 외곽부(Q20)의 최대 깊이(E2)는 상기 플랜지부(LF5)의 두께(E0)의 1/2 이하 또는 1/2 내지 1/4 범위에 위치할 수 있다.
도 16을 참조하면, 상기 제3 렌즈(115)의 제1 방향(X)의 제1 면(S11)의 끝단과 플랜지부(LF5) 사이는 제1 외곽부(Q10)를 포함하며, 상기 제1 외곽부(Q10)는 상기 제2 외곽부(Q20)의 형상과 다를 수 있다. 상기 제1 외곽부(Q10)는 상기 유효 영역의 끝단에서 외측으로 연장되는 제1 곡면(Q11), 상기 플랜지부(LF5)의 외측 상면(FS2)에서 내측으로 연장된 제2 곡면(Q13), 상기 제1,2곡면(Q11,Q13) 사이에 직선 구간 또는 수평하게 연장된 플랫 면(Q12)을 포함할 수 있다. 상기 플랫 면(Q12)의 폭(E5)은 상기 제1,2곡면(Q11,Q13)의 폭 또는 이들 폭의 합 보다 클 수 있다. 상기 제1 외곽부(Q10)의 최대 길이(E5)는 상기 제2 외곽부(Q20)의 길이(E1)보다 클 수 있으며, 예컨대, 0.25mm 이상 또는 0.25mm 내지 0.3mm 범위일 수 있다. 상기 제1 외곽부(Q10)의 깊이(E7)는 상기 제2 외곽부(Q20)의 깊이(E2)보다 낮을 수 있으며, 예컨대 0.08mm 이하 예컨대, 0.03mm 내지 0.08mm 범위일 수 있다. 이는 제3 렌즈(115)의 제1 면(S11)의 단축 방향에 위치한 제2 외곽부(Q20)의 깊이를 장축 방향에 위치한 제1 외곽부(Q10)의 깊이보다 더 깊게 하여, 유효 영역의 길이 및 높이를 조절할 수 있다. 상기 제1 외곽부(Q10)는 제2 곡면(Q13)이 없는 경우, 최소 길이(E6)가 0.26 mm 이하로 제공될 수 있다. 상기 제1 외곽부(Q10)는 상기 제2 면(S12)의 유효 영역의 끝단 및 플랜지부(LF5)의 하면(FS3)과 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
도 17 및 도 10을 참조하면, 제3 스페이서(SP5)는 상기 제3 렌즈(115)의 물체측 제1 면(S11)의 플랜지부(LF5) 상에 배치될 수 있다.
상기 제3 스페이서(SP5)는 외곽 형상이 비 원형일 수 있다. 상기 제3 스페이서(SP5)는 내부 투과 홀(131)의 형상이 비 원형일 수 있다. 상기 제3 스페이서(SP5)는 상기 제1 직선부(FC1) 상에 배치되는 제3 직선부(SC1), 및 상기 제2 직선부(FC2) 상에 배치되는 제2 직선부(SC2)를 포함할 수 있다. 상기 제3 직선부(SC1)와 상기 제4 직선부(SC2)는 외측의 원호부들 사이에 배치될 수 있다.
상기 제3 스페이서(SP5)의 하면(S31)에서 투과 홀(131)의 둘레 면(30)을 보면, 광축(OA)을 기준으로 제2 방향(Y)에서 제1 방향(X)을 향해 제1 곡선부(31), 제1 라인부(32), 제2 곡선부(33) 및 제2 라인부(34)를 포함할 수 있다. 상기 제1 곡선부(31)는 제2 방향 양측에 배치되며, 반경(M0)이 1.5mm 이상일 수 있으며, 상기 제2 곡선부(32)의 반경보다 클 수 있다. 상기 제1 라인부(32)는 상기 제1,2곡선부(31,33) 사이에서 제1 방향으로 직선 형태로 연장되며, 상기 제2 라인부(34)는 제2 방향으로 직선 형태로 연장되며, 상기 제1 라인부(32)의 길이는 상기 제2 라인부(34)의 길이보다 짧을 수 있다. 상기 제2 라인부(34)는 제2 방향의 양측에 배치된 제2 곡선부(33) 사이에 긴 직선으로 연장될 수 있다.
상기 제1 축(X)을 기준으로 제1 라인부(32)의 타단까지의 거리(M2)는 1mm±0.2mm 범위이며, 제2 라인부(34)까지의 거리(M3)는 1.50mm±0.2mm 범위이며, 제1 곡선부(31)의 정점까지의 거리(M4)는 1.80mm±0.2mm 범위일 수 있다.
상기 제2 축(Y)을 기준으로 제1 곡선부(31)의 끝단까지의 거리(M5)는 0.99mm±0.2mm 범위이며, M5<M2의 관계를 가지며, 제2 라인부(32)까지의 거리(M6)는 1.50mm±0.2mm 범위이며 M3와 동일할 수 있으며, 제2 라인부(34)까지의 거리(M7)는 2mm±0.2mm 범위일 수 있으며, M7 > M4의 관계를 가질 수 있다. 상기 제3 스페이서(SP5)의 제4 직선부(SC2)의 외측에는 돌기(P1)가 노출될 수 있다.
발명의 실시 예는 이미지 센서(192)에 가장 인접한 렌즈의 물체측 면과 센서 측 면에 대해 프리폼 형상을 갖는 자유 곡면으로 형성해 줌으로써, 이미지 센서의 주변부, 또는 대각 방향의 영역까지 광학 성능을 개선시켜 줄 수 있다. 또한 프리폼 렌즈 상에 스페이서(SP5)의 투과 홀(131)에 대해 비 원형 형상으로 제공해 줌으로써, 불필요한 광을 효과적으로 차단할 수 있다.
도 18 내지 도 21을 참조하여, 발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈의 광학계를 설명하기로 한다.
도 18과 같이, 광학계(2000)는 물체 측으로부터 센서 측 방향으로 순차적으로 배치되는 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2), 제 3 렌즈(L3), 제 4 렌즈(L4), 제 5 렌즈(L5), 제6 렌즈(L6) 및 이미지 센서(192)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제6 렌즈(L1-L6)는 서로 이격되고, 광축(OA)을 따라 순차적으로 배치될 수 있다.
상기 실시예에 따른 광학계(2000)는 조리개(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 조리개는 상기 제 1 렌즈(L1)와 상기 제 2 렌즈(L2) 사이에 배치되거나, 다른 렌즈들 사이의 외측 둘레일 수 있다. 또는 상기 제 1 렌즈(L1)의 센서 측 면 또는 물체측 면이 조리개일 수 있다. 도 17의 스페이서(SP5)는 제5 렌즈(L5)와 제6 렌즈(L6) 사이의 외측 둘레에 배치될 수 있다. 또한 도 1 내지 도 16의 제3 렌즈(115)는 제6 렌즈(L6)일 수 있다.
상기 제 1 내지 제 6 렌즈들(L1-L6)은 도 19와 같이, 각각 설정된 수치의 곡률 반경(Radius of Curvature), 광축에서의 두께(Thickness), 인접한 렌즈 간의 광축 거리(distance), 굴절률(Refractive index) 및 아베수(Abbe's Number)를 가질 수 있다.
상기 제 1 렌즈(L1)는 상기 광축에서 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제 1 렌즈(L1)의 제 1 면(S1)은 상기 광축에서 물체 측 면에 대해 볼록할 수 있고, 상기 제 2 면(S2)은 상기 광축에서 센서 측 면에 대해 오목할 수 있다. 상기 제 1 렌즈(L1)는 전체적으로 상기 광축에서 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제 1 면(S1)은 비구면일 수 있고, 상기 제 2 면(S2)은 비구면일 수 있다.
상기 제 2 렌즈(L2)는 상기 광축에서 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제 2 렌즈(L2)의 제 3 면(S3)은 상기 광축에서 물체 측 면에 대해 볼록할 수 있고, 상기 제 4 면(S4)은 상기 광축에서 센서 측 면에 대해 오목할 수 있다. 상기 제 2 렌즈(L2)는 전체적으로 상기 광축에서 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제 3 면(S3)은 비구면일 수 있고, 상기 제 4 면(S4)은 비구면일 수 있다.
상기 제 3 렌즈(L3)는 상기 광축에서 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제 3 렌즈(L3)의 제 5 면(S5)은 상기 광축에서 물체 측 면에 대해 볼록할 수 있고, 상기 제 6 면(S6)은 상기 광축에서 센서 측 면에 대해 볼록할 수 있다. 상기 제 3 렌즈(L3)는 전체적으로 상기 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제 5 면(S5)은 비구면일 수 있고, 상기 제 6 면(S6)은 비구면일 수 있다.
상기 제 4 렌즈(L4)는 상기 광축에서 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제 4 렌즈(L4)의 제 7 면(S7)은 상기 광축에서 물체 측 면에 대해 볼록할 수 있고, 상기 제 8 면(S8)은 상기 광축에서 센서 측 면에 대해 오목할 수 있다. 상기 제 4 렌즈(L4)는 전체적으로 상기 광축에서 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제 7 면(S7)은 비구면일 수 있고, 상기 제8 면(S8)은 비구면일 수 있다.
상기 제 5 렌즈(L5)는 상기 광축에서 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제 5 렌즈(L5)의 제 9 면(S9)은 상기 광축에서 물체 측 면에 대해 볼록할 수 있고, 상기 제 10 면(S10)은 상기 광축에서 센서 측 면에 대해 볼록할 수 있다. 상기 제 5 렌즈(L5)는 전체적으로 상기 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제 9 면(S9)은 비구면일 수 있고, 상기 제 10 면(S10)은 비구면일 수 있다.
상기 제 6 렌즈(L6)는 상기 광축에서 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제 6 렌즈(L6)의 제 11 면(S11)은 상기 광축에서 물체 측 면에 대해 오목할 수 있고, 상기 제 12 면(S12)은 상기 광축에서 센서 측 면에 대해 오목할 수 있다. 상기 제 6 렌즈(L6)는 전체적으로 상기 광축에서 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제 11 면(S11) 및 상기 제 12 면(S12) 중 적어도 하나의 면은 자유 곡면을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 11 면(S11) 및 상기 제 12 면(S12)은 자유 곡면을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제 6 렌즈(L6)는 프리폼 렌즈일 수 있다.
상기 제 1 내지 제 6 렌즈들(L1-L6)의 곡률 반경(Radius of Curvature), 각 렌즈의 두께(Thickness), 각 렌즈 사이의 거리(distance), 굴절률(Refractive index), 아베수(Abbe's Number)는 도 19와 같을 수 있다,
상기 제 6 렌즈(L6)의 자유 곡면 형상은 하기 수학식 1에 의해 계산되는 새그 값으로 정의될 수 있다.
Figure pat00001
(수학식 1에서 Z는 제6 렌즈의 새그(sag) 값이고, c는 제 6 렌즈의 곡률값이고, r은 제 6 렌즈의 유효경 값이고, k는 코닉상수이고, Cj는 j차수에서의 제르니케 계수이고, Zj는 j차수에서의 제르니케 베이시스(bsisis)이다.)
이에 따라, 상기 광학계(2000)에 의해 이미지 센서(192)의 주변 광량비(RI)를 35% 이상으로 증가시킬 수 있고, 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 즉, 상기 제6 렌즈(L6)를 포함하는 상기 광학계는 향상된 MTF 특성을 가질 수 있다. 또한, 이미지 센서(192)로 입사되는 광량을 증가시켜 해상도를 향상시킬 수 있다. 여기서, 상기 이미지 센서(192)의 주변 광량비는 상기 이미지 센서(192)의 복수의 영역들 중 가장 밝은 영역에서의 조도에 대한 가장 어두운 영역에서의 조도의 상대 비율로 정의될 수 있다. 즉, 상기 주변 광량비가 35% 이상이라는 것은, 상기 이미지 센서(192)에서 가장 어두운 영역에서의 조도 크기가 상기 이미지 센서(192)에서 가장 밝은 영역에서의 조도에 대해 35% 이상인 것을 의미할 수 있다.
상기 제6 렌즈(L6)는 도 20의 제르니케 계수의 차수들이 0의 값을 가지는 차수와 0이 아닌 값을 가지는 차수를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제6 렌즈(L6)는 도 21에서 Sinθ 및 Cosθ를 가지는 차수들은 모두 0의 값으로 하고, Cos2nθ를 가지는 차수들 중 일부의 차수들은 0이 아닌 값으로 조정함으로써, 상기 제6 렌즈를 제조할 수 있다.
도 22는 실시예에 따른 카메라 모듈이 이동 단말기에 적용된 것을 도시한 도면이다.
도 22를 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.
200: 카메라 모듈
111,113,115, L1-L6: 렌즈
LF1,LF3,LF5: 플랜지부
190: 기판
192: 이미지 센서
195: 광학필터
500: 렌즈 배럴
SP1,SP2,SP3: 스페이서

Claims (20)

  1. 내부에 관통 홀을 갖는 렌즈 배럴; 및
    상기 렌즈 배럴의 관통 홀에 배치되며 물체 측에서 센서 측을 향해 광축이 정렬된 복수의 렌즈를 갖는 광학계를 포함하며,
    상기 복수의 렌즈 중에서 이미지 센서에 가장 인접한 센서측 렌즈는 물체측 면과 센서 측면을 가지며,
    상기 센서측 렌즈는 광축과 직교하는 제1 방향의 길이가 제2 방향의 길이보다 길며,
    상기 센서측 렌즈는 제2 방향의 일측에 돌출된 외측 돌기를 포함하며,
    상기 센서측 렌즈의 센서 측 면은 광축에서 제1 방향으로 유효 영역의 끝단까지의 렌즈 면과 상기 광축에서 제2 방향의 유효 영역의 끝단까지의 렌즈 면의 형상이 비대칭 형상을 갖는 카메라 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 센서측 렌즈는 상기 광축을 기준으로 제2 방향의 일측에 배치된 제1 직선부 및 타측에 배치된 제2 직선부를 포함하며,
    상기 제1,2직선부는 상기 센서측 렌즈의 외측 원호부 사이에 배치되는 카메라 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 외측 돌기는 상기 제2 직선부로부터 외측으로 돌출되며,
    상기 외측 돌기는 상기 센서측 렌즈의 외측 원호부의 가상 원 내에 배치되는 카메라 모듈.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 센서측 렌즈의 센서 측면은 광축에서 제1 방향의 유효 영역 끝단까지의 거리는 제2 방향의 유효 영역 끝단까지의 거리보다 크며, 자유 곡면을 갖는 카메라 모듈.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서측 렌즈의 센서 측면은 광축을 기준으로 제1 방향으로 연장된 축에서 50±3도의 각도를 갖는 지점이 최대 유효 거리를 가지는 카메라 모듈.
  6. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서측 렌즈의 중심을 기준으로 제1 방향에 대해 상기 센서측 면의 최대 유효 거리를 갖는 지점까지의 각도는 물체측 면의 최대 유효 거리의 지점까지의 각도보다 큰 카메라 모듈.
  7. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 배럴의 하부의 둘레를 따라 상기 제2 방향의 양측에 배치된 제1 및 제2 안착부를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 안착부는 오목한 안착 홈, 및 상기 안착 홈의 양측에 가이드 돌기를 포함하며,
    상기 외측 돌기는 상기 제1 또는 제2 안착부 상에 삽입되는 카메라 모듈.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 안착 홈의 바닥은 상기 센서 측 렌즈의 플랜지부가 안착되는 상기 렌즈 배럴의 단차부보다 센서 측에 배치되는 카메라 모듈.
  9. 제1 항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서측 렌즈의 물체측 면은 제1 방향의 유효 영역의 끝단과 플랜지부 사이에 제1 외곽부 및, 제2 방향의 유효 영역의 끝단과 플랜지부 사이에 제2 외곽부를 포함하며,
    상기 제1 외곽부와 상기 제2 외곽부의 형상은 서로 다른 형상을 갖는 카메라 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 외곽부는 상기 제1 외곽부의 깊이보다 낮은 깊이를 갖고, 복수의 경사 면을 갖는 카메라 모듈.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 외곽부는 유효 영역의 끝단에 연결된 제1 곡면, 상기 플랜지부에 연결된 제2 곡면, 및 상기 제1,2곡면 사이에 플랫한 면을 갖고, 상기 플랜지부의 센서 측 면과 수직 방향으로 중첩되는 카메라 모듈.
  12. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서측 렌즈의 플랜지부 상에 배치된 스페이서를 포함하며,
    상기 스페이서는 제2 방향 양측에 직선 형태의 제1,2라인부를 포함하는 카메라 모듈.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 스페이서는 내부의 투과 홀이 비 원형 형상인 카메라 모듈.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 스페이서의 투과 홀의 둘레는 제2 방향의 일측에 제1 곡선부, 제1 곡선부로부터 직선 형태로 연장된 제1 라인부, 대각선 영역에 제2 곡선부, 및 상기 제1 방향 일측에 제2 라인부를 포함하는 카메라 모듈.
  15. 물체 측에서 센서 측을 향해 광축이 정렬된 제1 내지 제6 렌즈; 및
    상기 제1 내지 제6 렌즈 사이의 외측 둘레에 각각 배치된 복수의 스페이서를 포함하며,
    상기 제6 렌즈는 이미지 센서에 가장 인접하며, 물체측 면과 센서 측면을 가지며,
    상기 제6 렌즈는 광축과 직교하는 제1 방향의 길이가 제2 방향의 길이보다 길며,
    상기 제6 렌즈는 외곽 원호부 사이의 제2 방향의 양측에 직선 형태의 제1 및 제2 직선부를 포함하며,
    상기 복수의 스페이서 중 상기 제6 렌즈에 가장 인접한 센서측 스페이서는 내부에 투과 홀을 가지며, 상기 제2 방향의 양측에 직선 형태의 제3 및 제4 직선부를 가지며,
    상기 제6 렌즈의 센서 측면과 물체측 면 중 적어도 하나는 자유 곡면을 갖는 카메라 모듈.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제6 렌즈의 센서측 면 또는 물체측 면은 상기 제1 방향으로 유효 영역의 끝단까지의 렌즈 면과 상기 광축에서 제2 방향의 유효 영역의 끝단까지의 렌즈 면의 형상이 비대칭 형상을 갖는 카메라 모듈.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 센서측 스페이서는 투과 홀이 비원형 형상인 카메라 모듈.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 제6 렌즈는 상기 제1,2직선부 중 어느 하나로부터 외측으로 돌출된 외측 돌기를 포함하며,
    상기 외측 돌기는 상기 센서측 스페이서의 제3,4직선부 중 어느 하나보다 더 외측으로 돌출되는 카메라 모듈.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 제6 렌즈는 센서 측면과 물체측 면이 모두 자유 곡면을 갖는 카메라 모듈.
  20. 제1 항 또는 제 15항의 카메라 모듈을 갖는 이동 단말기.
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