KR20240035162A - 광학계 및 이를 포함하는 카메라 장치 - Google Patents

광학계 및 이를 포함하는 카메라 장치 Download PDF

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KR20240035162A
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배치되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈 및 제6 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제2 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제3 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제4 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제5 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제6 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제1 렌즈의 직경은 EPD(Entrance Pupil Diameter)의 90% 내지 110%이다.

Description

광학계 및 이를 포함하는 카메라 장치{OPTICAL SYSTEM AND CAMERA DEVICE FOR COMPRISING THE SAME}
본 발명의 실시예는 광학계 및 이를 포함하는 카메라 장치에 관한 것이다.
휴대 단말에 내장되는 카메라 장치의 성능이 발달함에 따라, 휴대 단말 내 카메라 장치에도 고해상도에 대한 요구가 커지고 있다. 카메라 장치의 성능을 향상시키기 위해 광학계와 이미지 센서의 고성능화가 필요하다. 다만, 휴대 단말 내 좁은 공간으로 인하여 광학계와 이미지 센서의 고성능화가 용이하지 않은 실정이다.
특히, 카메라 장치의 소형화에 대한 니즈가 더욱 커지고 있다. 카메라 장치가 소형화될수록 광학계를 거쳐 이미지 센서에 도달하는 광량이 적어질 수 있다. 이에 따르면, 이미지의 밝기를 좌우하는 F넘버가 커질 수 있으며, 이미지 센서의 중심 영역에 도달하는 광량에 비하여 이미지 센서의 주변 영역에 도달하는 광량이 현저히 낮아질 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 소형으로 구현 가능하면서도, F넘버가 작고, 화각이 크며, 주변 광량비가 높은 카메라 모듈을 얻고자 한다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배치되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈 및 제6 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제2 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제3 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제4 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제5 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제6 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제1 렌즈의 직경은 EPD(Entrance Pupil Diameter)의 90% 내지 110%이다.
조리개는 상기 제1 렌즈의 물측면의 가장자리에 배치될 수 있다.
상기 제5 렌즈의 상측면이 상측으로 볼록하고, 상기 제6 렌즈의 물측면이 물체측으로 오목하며, 상기 제5 렌즈의 상측면과 상기 제6 렌즈의 물측면 간 거리는 광축으로부터 소정 거리에 이르기까지 상기 광축으로부터 멀어질수록 줄어들 수 있다.
상기 제5 렌즈의 상측면이 상측으로 볼록하고, 상기 제6 렌즈의 물측면이 물체측으로 오목하며, 상기 광축으로부터 소정 거리에 이르기까지 상기 제6 렌즈의 물측면에서 최대 경사 각도는 상기 제5 렌즈의 상측면에서 최대 경사 각도보다 클 수 있다.
상기 제6 렌즈의 물측면의 곡률 반경의 절대값에 대한 상기 제5 렌즈의 상측면의 곡률 반경의 절대값의 비는 2 내지 3일 수 있다.
상기 제2 렌즈의 물측면, 상기 제3 렌즈의 상측면, 상기 제4 렌즈의 물측면, 상기 제4 렌즈의 상측면, 상기 제5 렌즈의 물측면 및 상기 제6 렌즈의 상측면 중 적어도 하나는 임계점을 포함할 수 있다.
상기 제4 렌즈의 물측면 및 상기 제4 렌즈의 상측면은 각각 임계점을 포함할 수 있다.
상기 제5 렌즈의 물측면은 임계점을 포함할 수 있다.
상기 제4 렌즈의 물측면의 임계점이 상기 광축으로부터 가지는 수직 거리는 상기 제4 렌즈의 상측면의 임계점이 상기 광축으로부터 가지는 수직 거리의 0.9 내지 1.1배이고, 상기 제5 렌즈의 물측면의 임계점이 상기 광축으로부터 가지는 수직 거리의 0.9 내지 1.1배일 수 있다.
상기 소정 거리는 상기 제4 렌즈의 물측면의 임계점, 상기 제4 렌즈의 상측면의 임계점 및 상기 제5 렌즈의 물측면의 임계점 중 적어도 하나와 상기 광축 간 수직 거리일 수 있다.
F넘버는 2 이하이고, FOV(Field Of View)는 84도 이상이며, RI(Relative Illumination)는 25% 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배치되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈 및 제6 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제2 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제3 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제4 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제5 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제6 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제1 렌즈는 상기 제1 내지 제6 렌즈 중 가장 작은 직경을 가지고, 상기 제4 렌즈의 물측면, 상기 제4 렌즈의 상측면 및 상기 제5 렌즈의 물측면은 각각 임계점을 포함하고, 상기 제5 렌즈의 상측면이 상측으로 볼록하고, 상기 제6 렌즈의 물측면이 물체측으로 오목하며, 상기 제5 렌즈의 상측면의 곡률 반경의 절대값이 상기 제6 렌즈의 물측면의 곡률 반경의 절대값보다 크다.
상기 제4 렌즈의 물측면의 임계점이 상기 광축으로부터 가지는 수직 거리는 상기 제4 렌즈의 상측면의 임계점이 상기 광축으로부터 가지는 수직 거리의 0.9 내지 1.1배이고, 상기 제5 렌즈의 물측면의 임계점이 상기 광축으로부터 가지는 수직 거리의 0.9 내지 1.1배일 수 있다.
상기 제4 렌즈의 물측면의 임계점, 상기 제4 렌즈의 상측면의 임계점 및 상기 제5 렌즈의 물측면의 임계점 중 적어도 하나와 상기 광축 간 수직 거리에 이르기까지 상기 제6 렌즈의 물측면에서 최대 경사 각도는 상기 제5 렌즈의 상측면에서 최대 경사 각도보다 클 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치는 이미지 센서, 상기 이미지 센서 상에 배치된 필터, 그리고 상기 필터 상에 배치된 광학계를 포함하고, 상기 광학계는, 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배치되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈 및 제6 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제2 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제3 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제4 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제5 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제6 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제1 렌즈의 직경은 EPD(Entrance Pupil Diameter)의 90% 내지 110%이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 소형으로 구현 가능하면서도, F넘버가 작고, FOV(Field of View)이 크며, 주변 광량비(Relative Illumination, RI)가 높은 카메라 장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 소형으로 구현 가능하면서도 F넘버가 2 이하이고, FOV가 84도 이상이며, 1필드에서의 RI가 25% 이상인 카메라 장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 외부로 노출되는 헤드 사이즈를 최소화하면서도 밝고, RI가 높은 이미지를 제공하는 카메라 장치를 얻을 수 있다. 즉, 외부로 노출되는 헤드 사이즈를 최소화하기 위해 제1 렌즈, 즉 물체측으로부터 가장 가까이 배치되는 렌즈의 직경을 작게 설계하면서, 밝고, 센서 주변부의 RI가 높은 이미지를 제공하는 카메라 장치를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학계를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 제1 렌즈와 조리개 간 관계를 도시한다.
도 3 내지 도 4는 주변 광량비를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광학계에서 광축으로부터 Y방향의 거리 별 렌즈면들 간 거리를 나타내는 설계 데이터이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광학계에서 광축으로부터 Y방향의 거리 별 렌즈면들의 새그값을 나타내는 설계 데이터이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광학계에서 광축으로부터 Y방향의 거리 별 렌즈면들의 경사각도를 나타내는 설계 데이터이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 광학계를 이용한 MTF(Modulation Transfer Function)를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 광학계를 이용한 왜곡 그리드를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 장치가 적용되는 휴대 단말의 일부를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 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, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 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 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학계를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광학계(100)는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배치되는 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130), 제4 렌즈(140), 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)를 포함한다.
도시되지 않았으나, 제1 렌즈(110)의 전단에는 직각 프리즘이 더 배치될 수도 있다.
제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130), 제4 렌즈(140), 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160) 중 적어도 하나는 유효 영역 및 비유효 영역을 포함할 수 있다. 유효 영역은 렌즈에 입사된 광이 통과하는 영역, 즉 입사된 광이 굴절되어 광학 특성을 구현하는 영역일 수 있다. 본 명세서에서, 유효경은 각 렌즈의 각 면에서 유효한 광이 입사되는 유효 영역의 직경을 의미할 수 있다. 본 명세서에서, 유효경의 수치는 소정의 오차 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 제시된 유효경의 수치에 대하여 ±0.4mm 범위를 유효 영역이라 볼 수 있다. 본 명세서에서 제시된 유효경의 수치에 대하여 ±0.4mm 범위는 유효경으로 해석될 수 있다. 비유효 영역은 유효 영역의 둘레에 배치되며, 광이 입사되지 않는 영역, 즉 광학 특성과 무관한 영역일 수 있다. 비유효 영역은 렌즈를 수용하는 배럴 등에 고정되는 영역일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제6 렌즈(160)의 후단에 필터(170) 및 이미지 센서(180)가 순차적으로 배치될 수 있다. 이때, 필터(170)는 IR(infrared) 필터일 수 있다. 이에 따라, 필터(170)는 카메라 모듈 내에 입사되는 광으로부터 근적외선, 예를 들면 파장이 700nm 내지 1100nm인 빛을 차단할 수 있다. 또는, 필터(170)는 IR을 차단하는 필터가 아닌, IR을 투과하는 필터일 수도 있다. 그리고, 이미지 센서(180)는 인쇄회로기판과 연결될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광학계(100)는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배치되는 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130), 제4 렌즈(140), 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)를 포함한다. 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130), 제4 렌즈(140), 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)는 광축을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130), 제4 렌즈(140), 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)는 비구면 렌즈일 수 있다. 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130), 제4 렌즈(140), 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)의 재질은 각각 플라스틱 또는 유리일 수 있다.
제1 렌즈(110)는 양의 굴절력을 가지며, 물측면(112) 및 상측면(114)을 포함하고, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)이 물체측으로 볼록하고, 상측면(114)이 상측으로 오목할 수 있다. 여기서, 렌즈의 면이 볼록하다는 것은 광축과 대응되는 영역의 렌즈 면이 볼록한 형상을 가지는 것을 의미할 수 있고, 렌즈의 면이 오목하다는 것은 광축과 대응되는 영역의 렌즈 면이 오목한 형상을 가지는 것을 의미할 수 있다. 여기서, 광축과 대응되는 영역은 광축 또는 근축 영역(paraxial region)을 의미할 수 있다. 나아가, 렌즈의 면이 물체측으로 볼록한 것은 상측으로 오목한 것을 의미하며, 렌즈의 면이 상측으로 볼록한 것은 물체측으로 오목한 것을 의미할 수 있다.
제2 렌즈(120)는 음의 굴절력을 가지며, 물측면(122) 및 상측면(124)을 포함하고, 제2 렌즈(120)의 물측면(122)이 물체측으로 볼록하고, 상측면(124)이 상측으로 오목할 수 있다.
제3 렌즈(130)는 양의 굴절력을 가지며, 물측면(132) 및 상측면(134)을 포함하고, 제3 렌즈(130)의 물측면(132)이 물체측으로 볼록하고, 상측면(134)이 상측으로 볼록할 수 있다.
제4 렌즈(140)는 음의 굴절력을 가지며, 물측면(142) 및 상측면(144)을 포함하고, 제4 렌즈(140)의 물측면(142)이 물체측으로 볼록하고, 상측면(144)이 상측으로 오목할 수 있다.
제5 렌즈(150)는 양의 굴절력을 가지며, 물측면(152) 및 상측면(154)을 포함하고, 제5 렌즈(150)의 물측면(152)이 물체측으로 볼록하고, 상측면(154)이 상측으로 볼록할 수 있다.
제6 렌즈(160)는 음의 굴절력을 가지며, 물측면(162) 및 상측면(164)을 포함하고, 제6 렌즈(160)의 물측면(162)이 물체측으로 오목하고, 상측면(164)이 상측으로 오목할 수 있다.
본 발명의 실시예와 같이, 제1 렌즈(110)가 양의 굴절력을 가지고, 제2 렌즈(120)가 음의 굴절력을 가지며, 제3 렌즈(130)가 양의 굴절력을 가지고, 제4 렌즈(140)가 음의 굴절력을 가지며, 제5 렌즈(150)가 양의 굴절력을 가지고, 제6 렌즈(160)가 음의 굴절력을 가지면, 색수차가 보정될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학계의 제1 렌즈와 조리개 간 관계를 도시한다.
도 2를 참조하면, 조리개(ST)는 제1 렌즈(110)에 배치된다. 조리개(ST)는 광학계(100)에 입사되는 광량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 조리개(ST)는 제1 렌즈(110)의 물측면(112)의 가장자리에 배치될 수 있다. 예를 들어, 조리개(ST)는 제1 렌즈(110)의 물측면(112)의 가장자리에 접촉하도록 배치될 수도 있다. 이에 따르면, 제1 렌즈(110)의 유효경(EDL1S1)은 광학계(100)의 EPD(Entrance Pupil Diameter)의 90% 내지 110%, 바람직하게는 95% 내지 110%, 더욱 바람직하게는 97% 내지 110%, 더욱 바람직하게는 100% 내지 110%일 수 있다.
이에 따르면, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)이 외부에 노출되는 면적을 최소화할 수 있으므로, 광학계(100)의 헤드 사이즈를 최소화할 수 있다. 뿐만 아니라, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)의 가장자리에도 광이 입사될 수 있다. 제1 렌즈(110) 전체가 유효 영역이 될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 제1 렌즈(110)의 물측면(112) 또는 상측면(114)은 제1 내지 제6 렌즈(110, ..., 160) 중 가장 작은 유효경을 가진다. 예를 들어, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)의 유효경(EDL1S1)은 1.62mm 내지 1.98mm, 바람직하게는 1.7mm 내지 1.9mm일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)의 유효경은 이미지 센서(170)의 대각선 방향의 길이보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)의 유효경은 이미지 센서(170)의 대각선 방향의 길이의 70% 이하, 바람직하게는 50% 이하, 더 바람직하게는 40% 이하, 더 바람직하게는 30% 이하일 수 있다. 이에 따르면, 제1 렌즈(110)의 제작이 가능하면서도, 광학계(100)의 헤드 사이즈를 줄일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 조리개(ST)는 제1 렌즈(110)의 물측면(112)의 가장자리에 배치되므로, 본 발명의 실시예에 따른 광학계(100)의 EPD는 1.62mm 내지 1.98mm, 바람직하게는 1.7mm 내지 1.9mm일 수 있다. 이러한 제1 렌즈(110)의 물측면(112) 가장자리에 조리개(ST)가 배치되는 경우, 광학계(100)가 외부로 노출되는 면적을 최소화하면서도, 제1 렌즈(110)에 입사되는 광량을 최대화할 수 있으므로, 광학계(100)를 초소형으로 구현할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 광학계(100)를 포함하는 카메라 장치는 사용자의 육안에 노출되지 않도록 구현될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 광학계(100)를 포함하는 카메라 장치는 휴대 단말의 전면에 배치되도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 광학계(100)를 포함하는 카메라 장치는 디스플레이 하부에 배치되도록 구현될 수도 있다.
한편, 제1 렌즈(110)의 유효경이 작아질수록 외부로 노출되는 헤드 사이즈를 최소화할 수 있다. 다만, 제1 렌즈(110)의 유효경이 작아질수록 광학계(100)에 입사되는 광량이 충분하지 않을 수 있다. 이에, 제1 렌즈(110)를 포함하는 광학계의 설계 시 F넘버를 작게 하여 이미지를 밝게 하고, 이미지 센서의 중심부에 입사되는 광량에 대한 이미지 센서의 주변부에 입사되는 광량의 비, 즉 주변 광량비(Relative Illumination, RI)를 개선하는 조건을 고려할 필요가 있다.
여기서, 이미지 센서의 중심부는 이미지 센서의 0 필드에 가까운 영역을 의미하고, 이미지 센서의 주변부는 이미지 센서의 1 필드에 가까운 영역을 의미한다.
도 3 내지 도 4는 주변 광량비를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 물체(object)측으로부터 입사되는 광의 입사각에 따라 이미지 센서에 도달하는 영역이 달라짐을 알 수 있다. 즉, 이미지 센서는 이미지 센서의 중심부인 0 필드 내지 이미지 센서의 중심으로부터 가장 먼 위치인 1 필드 영역으로 구분되는데, 광의 입사각이 클수록 이미지 센서의 1 필드 영역(주변부)에 가깝게 도달하고, 광의 입사각이 작을수록 이미지 센서의 0 필드 영역(중심부)에 가깝게 도달함을 알 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 선(A)은 광학계(100)의 FOV(Field Of View)와 평행한 광선임을 가정한다. 제1 선(A)은 제1 렌즈(110)의 광축(OA)에 대하여 α의 각도를 가지도록 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에 입사될 수 있다. 이때, 제1 선(A)과 제1 렌즈(110)의 물측면(112)이 접촉하는 점(P)에서의 법선(c선)과 제1 선(A)이 이루는 각도를 입사각(θ)이라 정의할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 광학계(100)를 이루는 렌즈의 설계를 이용하여 F넘버를 줄이고 RI를 개선하고자 한다.
아래의 표 1 내지 표 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학계에 포함된 렌즈의 광학 특성을 나타내고, 표 3 내지 표 4는 본 발명의 실시예에 따른 광학계에 포함된 렌즈의 비구면 계수를 나타낸다.
렌즈 No. 렌즈면 No. 형상 임계점 곡률반경 (R, mm) 곡률(C, mm) 두께(mm) 유효경(mm)
제1 렌즈 112 볼록 무 1.579 0.6332 0.446 1.800
114 오목 무 3.379 0.2959 0.262 1.795
제2 렌즈 122 볼록 유 6.653 0.1503 0.230 1.823
124 오목 무 3.531 0.2832 0.057 2.007
제3 렌즈 132 볼록 무 5.140 0.1945 0.406 2.197
134 볼록 유 -26.137 -0.0383 0.327 2.206
제4 렌즈 142 볼록 유 2.831 0.3532 0.230 2.508
144 오목 유 2.618 0.3819 0.321 2.855
제5 렌즈 152 볼록 유 3.921 0.2551 0.511 2.965
154 볼록 무 -2.941 -0.3400 0.558 3.584
제6 렌즈 162 오목 무 -1.233 0.350 3.855
164 오목 유 29.247 0.053 4.921
필터 172 0.110
174 0.490
센서 180
렌즈 No. 렌즈면 No. 초점거리(f, mm) 파워 아베수 굴절률 에지 두께(mm)
제1 렌즈 112 5.0806 0.20 55.7074 1.5371 0.2611
114
제2 렌즈 122 -11.2443 -0.09 18.1193 1.6898 0.3316
124
제3 렌즈 132 8.0339 0.12 55.7074 1.5371 0.2297
134
제4 렌즈 142 -96.0426 -0.01 25.9602 1.6206 0.2046
144
제5 렌즈 152 3.2124 0.31 55.7074 1.5371 0.2299
154
제6 렌즈 162 -2.1937 -0.46 55.7074 1.5371 0.5607
164
필터 172
174
센서 180
제1 렌즈 제2 렌즈 제3 렌즈
렌즈면 No. 112 114 122 124 132 134
코닉 상수 -0.024 -1.943 41.160 -7.060 -1.648 84.468
4th order 2.83E-03 -4.95E-03 -1.48E-01 -6.76E-02 2.72E-02 -3.39E-02
6th order 1.21E-02 3.73E-03 -1.92E-02 -5.99E-03 -1.40E-02 1.96E-02
8th order -1.98E-03 -1.24E-02 2.69E-03 9.45E-03 8.13E-03 1.63E-03
10th order 2.55E-03 1.04E-02 9.65E-04 7.66E-03 1.90E-03 -4.39E-03
12th order 6.14E-03 9.59E-03 -1.44E-02 1.64E-03 3.15E-03 1.01E-03
14th order 5.61E-03 -4.53E-03 -2.00E-02 -6.21E-03 4.04E-03 2.44E-03
16th order -2.43E-03 -2.69E-02 -1.35E-02 -8.34E-03 2.97E-03 2.17E-03
18th order -9.65E-03 -3.14E-02 -2.76E-03 -4.21E-03 5.21E-04 1.82E-03
20th order 6.88E-03 2.92E-02 -6.95E-03 8.87E-03 -2.34E-03 2.19E-03
제4 렌즈 제5 렌즈 제6 렌즈
렌즈면 No. 142 144 152 154 162 164
코닉 상수 -27.561 -26.935 -48.635 0.569 -0.790 -71.528
4th order -7.07E-02 -9.98E-02 -1.13E-02 3.18E-02 1.18E-02 -2.41E-02
6th order 6.35E-03 5.60E-03 -3.38E-02 7.23E-03 1.28E-02 4.71E-03
8th order 1.93E-04 1.45E-03 -7.64E-03 -5.62E-03 1.51E-03 -1.24E-03
10th order -3.64E-03 1.62E-03 4.48E-03 -5.61E-04 -6.00E-04 6.15E-05
12th order -2.12E-03 3.31E-04 -6.24E-04 1.01E-04 -6.70E-05 -6.32E-06
14th order 6.38E-05 3.08E-05 -1.04E-03 5.27E-05 8.38E-07 -2.27E-07
16th order 4.32E-04 -2.40E-05 4.11E-05 9.63E-06 5.67E-06 2.75E-07
18th order -5.11E-06 -2.55E-05 2.18E-04 6.15E-08 7.37E-07 5.06E-08
20th order -4.30E-04 -1.85E-05 -4.36E-05 -1.53E-06 -2.75E-07 -9.66E-09
표 1에서, 두께(mm)는 각 렌즈면에서 다음 렌즈면까지의 거리를 나타낸다.
예를 들어, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에서 상측면(114)까지의 거리를 나타낸다. 여기서, 표 1에서 두께는 중심 두께를 의미할 수 있다. 중심 두께는 광축에서의 두께를 의미할 수 있다. 구체적으로, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)에서 물측면(112)의 곡률 중심과 상측면(114)의 곡률 중심 사이의 거리를 나타낼 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 각 렌즈의 물측면에 기재된 두께는 각 렌즈의 중심 두께를 의미할 수 있다.
제1 렌즈(110)의 상측면(114)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)의 상측면(114)에서 제2 렌즈(120)의 물측면(122)까지의 거리를 나타낸다. 구체적으로, 제1 렌즈(110)의 상측면(114)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110) 상측면(114)의 곡률 중심과 제2 렌즈(120) 물측면(122)의 곡률 중심 사이의 거리를 나타낸다. 설명의 편의를 위하여, 각 렌즈의 상측면에 기재된 두께는 인접하여 배치된 두 렌즈 간 광축에서의 거리를 의미할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광학계(100)에서 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120) 및 제3 렌즈(130)는 제1 렌즈군(G1)이라 지칭되고, 제4 렌즈(140), 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)는 제2 렌즈군(G2)이라 지칭될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 렌즈(120) 또는 제4 렌즈(140)는 제1 내지 제6 렌즈 중 가장 작은 중심 두께를 가질 수 있다. 제5 렌즈(150)는 제1 내지 제6 렌즈 중 가장 큰 중심 두께를 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제5 렌즈(150)의 중심 두께는 제4 렌즈(140)의 중심 두께의 2배 이상, 바람직하게는 2배 내지 3배일 수 있다. 이에 따르면, 제1 내지 제6 렌즈의 조립 및 정렬이 용이하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 렌즈(120)와 제3 렌즈(130) 간 광축에서의 거리는 제1 내지 제6 렌즈 중 가장 짧은 렌즈 간 거리를 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제5 렌즈(150)와 제6 렌즈(160) 간 광축에서의 거리는 제1 내지 제6 렌즈 중 가장 긴 렌즈 간 거리를 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 렌즈(120)와 제3 렌즈(130) 간 광축에서의 거리, 제1 렌즈(110)와 제2 렌즈(120) 간 광축에서의 거리, 제4 렌즈(140)와 제5 렌즈(150) 간 광축에서의 거리, 제3 렌즈(130)와 제4 렌즈(140) 간 광축에서의 거리 및 제5 렌즈(150)와 제6 렌즈(160) 간 광축에서의 거리 순으로 커질 수 있다. 제5 렌즈(150)와 제6 렌즈(160) 간 광축에서의 거리는 제1 렌즈(110)와 제2 렌즈(120) 간 광축에서의 거리의 1.6 내지 2.6배, 바람직하게는 1.9 내지 2.3배일 수 있고, 제2 렌즈(120)와 제3 렌즈(130) 간 광축에서의 거리의 8 내지 12배, 바람직하게는 9 내지 11배일 수 있고, 제3 렌즈(130)와 제4 렌즈(140) 간 광축에서의 거리의 1.5 내지 2.5배, 바람직하게는 1.6 내지 2배일 수 있고, 제4 렌즈(140)와 제5 렌즈(150) 간 광축에서의 거리의 1.5 내지 2.5배, 바람직하게는 1.6 내지 2배일 수 있다.
제1 내지 제6 렌즈의 파워, 렌즈면의 형상, 렌즈의 중심 두께 및 렌즈 간 거리 중 적어도 하나가 이상의 조건을 만족할 경우, 제1 렌즈군(G1)은 집광 및 색수차 보정의 역할을 하며, 제2 렌즈군(G2)은 이미지 센서의 주변부까지 각 픽셀에 광이 고르게 퍼지도록 하는 역할을 할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 광학계(100)의 헤드 사이즈를 줄이기 위하여 제1 렌즈(110)의 물측면(112)의 유효경이 이미지 센서(180)보다 작게 설계된다. 제1 렌즈군(G1) 내 렌즈 간 간격이 이러한 조건을 만족할 경우, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)의 유효경이 충분히 작은 경우에도 왜곡없이 광이 모일 수 있다. 또한, 제1 렌즈군(G)과 제2 렌즈군(G2) 간 간격 및 제2 렌즈군(G2) 내 렌즈 간 간격이 이러한 조건을 만족하는 경우, 즉, 제1 렌즈군(G1) 내 렌즈 간 간격보다 멀게 배치된 경우, 제1 렌즈군(G1)에 의해 모인 광이 제2 렌즈군(G2)을 통과하여 이미지 센서(180)의 각 픽셀에 왜곡없이 고르게 도달할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120) 및 제3 렌즈(130)는 양의 합성 파워를 가지고, 제4 렌즈(140), 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)는 음의 합성 파워를 가진다. 즉, 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120) 및 제3 렌즈(130)의 합성 파워는 0.23이고, 제4 렌즈(140), 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)의 합성 파워는 -0.06이다. 이에 따르면, 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120) 및 제3 렌즈(130)는 제1 렌즈(110)의 물측면에 입사된 광을 모으는 역할을 하고, 제4 렌즈(140), 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)는 광이 제4 렌즈(140)의 물측면(142)으로부터 제6 렌즈(160)의 상측면(164)에 이르기까지 퍼져서 이미지 센서(180)의 각 픽셀에 도달하도록 하는 역할을 할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예와 같이, 제1 렌즈(110)가 양의 파워를 가지고, 제2 렌즈(120)가 음의 파워를 가지며, 제1 렌즈(110)의 파워(P1)의 절대값이 제2 렌즈(120)의 파워(P2)의 절대값의 2배 이상이며, 제1 렌즈(110)의 중심 두께(CT1)가 제2 렌즈(120)의 중심 두께(CT2)의 1.5배 이상인 경우, 제1 렌즈(110)는 광학계(100)로 입사되는 광을 모아주며, 제2 렌즈(120)는 색수차를 보정할 수 있다.
또한, 제2 렌즈군(G1)에 포함되는 제5 렌즈(150)와 제6 렌즈(160) 간 광축에서의 거리는 제1 내지 제6 렌즈 중 가장 긴 렌즈 간 거리를 가지고, 제2 렌즈군(G1)에 포함되는 제5 렌즈(150)의 중심 두께가 제1 내지 제6 렌즈 중 가장 큰 경우, 제2 렌즈군(G2)은 이미지 센서의 주변부까지 광이 더욱 고르게 퍼지도록 하는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)으로부터 이미지 센서(180)까지의 거리인 TTL이 4mm 내지 4.5mm이고, 제2 렌즈(120)의 물측면(122)으로부터 이미지 센서(180)까지의 거리는 3.6424mm이며, 제3 렌즈(130)의 물측면(132)으로부터 이미지 센서(180)까지의 거리는 3.3554mm이고, 제4 렌즈(140)의 물측면(142)으로부터 이미지 센서(180)까지의 거리는 2.6227mm이며, 제5 렌즈(150)의 물측면(152)으로부터 이미지 센서(180)까지의 거리는 2.0716mm이고, 제6 렌즈(160)의 물측면(162)으로부터 이미지 센서(180)까지의 거리는 1.0032mm이다. 그리고, 제6 렌즈(160)의 상측면(164)으로부터 이미지 센서(180)까지의 거리인 BFL는 0.6mm 이상이다. 이미지 센서(180)의 대각 길이(2*HimageD)는 6.538mm이다. BFL은 조립 성능을 고려하여 당업자의 입장에서 0.6mm 이상으로 구현되어야 한다. 예를 들어, 오토포커싱 기능을 가지는 카메라 장치인 경우, 광학계와 이미지 센서의 조립을 위해 BFL이 0.7mm 이상으로 구현되어야 하고, 광학계가 원형 비대칭 형상의 렌즈를 포함하는 경우, BFL이 0.7mm 이상으로 구현되어야 한다. 이에 따르면, 광학계(100)는 초소형으로 구현될 수 있으며, 휴대 단말의 후면뿐만 아니라, 전면에 내장될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 렌즈군(G1)에 포함되는 렌즈의 최대 유효경은 제2 렌즈군(G2)에 포함되는 렌즈의 최소 유효경보다 작을 수 있다. 여기서, 유효경은 빛이 입사되는 물측면 또는 상측면의 유효 영역의 직경을 의미할 수 있다.
제1 렌즈군(G1)에 포함되는 렌즈 간 광축에서의 간격, 예를 들어, 제1 렌즈(110)의 상측면(114)과 제2 렌즈(120)의 물측면(122) 간 광축에서의 거리(0.262mm) 및 제2 렌즈(120)의 상측면(124)과 제3 렌즈(130)의 물측면(132) 간 광축에서의 거리(0.057mm)는 제1 렌즈군(G1)과 제2 렌즈군(G2) 간 광축에서의 간격, 즉 제3 렌즈(130)의 상측면(134)과 제4 렌즈(140)의 물측면(142) 간 광축에서의 거리보다 작고, 제2 렌즈군(G2)에 포함되는 렌즈 간 광축에서의 간격, 예를 들어 제4 렌즈(140)의 상측면(144)과 제5 렌즈(150)의 물측면(152) 간 광축에서의 거리 및 제5 렌즈(150)의 상측면(154)과 제6 렌즈(160)의 물측면(162) 간 광축에서의 거리보다 작다.
이때, 제4 렌즈(140), 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)의 유효경은 물체측에서 상측으로 갈수록 점차 커질 수 있다. 예를 들어, 제4 렌즈(140)의 상측면(144)의 유효경(EDL4S2)은 제4 렌즈(140)의 물측면(142)의 유효경(EDL4S1)보다 크고, 제5 렌즈(150)의 물측면(152)의 유효경(EDL5S1)은 제4 렌즈(140)의 상측면(144)의 유효경(EDL4S2)보다 크며, 제5 렌즈(150)의 상측면(154)의 유효경(EDL5S2)은 제5 렌즈(150)의 물측면(152)의 유효경(EDL5S1)보다 크고, 제6 렌즈(160)의 물측면(162)의 유효경(EDL6S1)은 제5 렌즈(150)의 상측면(154)의 유효경(EDL5S2)보다 크며, 제6 렌즈(160)의 상측면(164)의 유효경(EDL6S2)은 제6 렌즈(160)의 물측면(162)의 유효경(EDL6S1)보다 클 수 있다.
그리고, 제1 렌즈군(G1)에 포함되는 렌즈의 최대 유효경(EDG1_max)은 제6 렌즈(160)의 상측면(164)의 유효경(EDL6S2)의 0.7배 이하, 바람직하게는 0.6배 이하, 더욱 바람직하게는 0.5배 이하일 수 있다.
이에 따르면, 제1 렌즈군(G1)은 광학계(100)로 입사된 광을 모으는 역할을 하여, 제2 렌즈군(G2)에 입사되는 입사각을 조절할 수 있다. 그리고, 제2 렌즈군(G2)은 제1 렌즈군(G1)을 통과한 후 제2 렌즈군(G2)에 입사된 광을 분산시키는 역할을 하여, 이미지 센서(180)의 주변부에 도달하는 광량을 높일 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광학계에서 광축으로부터 Y방향의 거리 별 렌즈면들 간 거리를 나타내는 설계 데이터이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광학계에서 광축으로부터 Y방향의 거리 별 렌즈면들의 새그값을 나타내는 설계 데이터이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광학계에서 광축으로부터 Y방향의 거리 별 렌즈면들의 경사각도를 나타내는 설계 데이터이다. 도 5 내지 도 7에서 L1, L2, L3, L4, L5 및 L6은 각각 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130), 제4 렌즈(140), 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)를 의미하고, L1S1, L1S2, L2S1, L2S2, L3S1, L3S2, L4S1, L4S2, L5S1, L5S2, L6S1, L6S2는 각각 제1 렌즈(110)의 물측면(112), 상측면(114), 제2 렌즈(120)의 물측면(122), 상측면(124), 제3 렌즈(130)의 물측면(132), 상측면(134), 제4 렌즈(140)의 물측면(142), 상측면(144), 제5 렌즈(150)의 물측면(152), 상측면(154), 제6 렌즈(160)의 물측면(162), 상측면(164)을 나타낸다. L1과 L2 사이의 air는 제1 렌즈(110)와 제2 렌즈(120) 간 거리를 나타내고, L2와 L3 사이의 air는 제2 렌즈(120)와 제3 렌즈(130) 간 거리를 나타내며, L3과 L4 사이의 air는 제3 렌즈(130)와 제4 렌즈(140) 간 거리를 나타내고, L4와 L5 사이의 air는 제4 렌즈(140)와 제5 렌즈(150) 간 거리를 나타내고, L5와 L6 사이의 air는 제5 렌즈(150)와 제6 렌즈(160) 간 거리를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 제1 렌즈(110)의 상측면(114)과 제2 렌즈(120)의 물측면(122) 간 거리는 광축으로부터 제1 렌즈(110)의 상측면(114)의 끝단에 이르기까지 균일하게 유지될 수 있다. 여기서, 렌즈의 면의 끝단은 렌즈의 면의 유효 영역의 끝단을 의미할 수 있다. 여기서, 광축은 Y 방향의 거리가 0인 지점을 의미할 수 있다. 여기서, 광축으로부터 렌즈의 면의 끝단에 이르기까지 서로 다른 렌즈들의 서로 마주보는 면들 사이의 최소 거리에 대한 최대 거리의 비가 3배 이하이면, 서로 다른 렌즈들의 서로 마주보는 면들 사이의 거리가 균일하게 유지되는 것으로 해석될 수 있다.
즉, 광축으로부터 제1 렌즈(110)의 상측면(114)의 끝단에 이르기까지 제1 렌즈(110)의 상측면(114)과 제2 렌즈(120)의 물측면(122) 간 최소 거리(T12min)에 대한 최대 거리(T12max)의 비는 3배 이하, 바람직하게는 2배 이하일 수 있다.
이와 마찬가지로, 제2 렌즈(120)의 상측면(124)과 제3 렌즈(130)의 물측면(132)간 거리는 광축으로부터 제1 렌즈(120)의 상측면(124)의 끝단에 이르기까지 균일하게 유지될 수 있다. 즉, 광축으로부터 제2 렌즈(120)의 상측면(124)의 끝단에 이르기까지 제2 렌즈(120)의 상측면(124)과 제3 렌즈(130)의 물측면(132) 간 최소 거리(T23min)에 대한 최대 거리(T23max)의 비는 3배 이하일 수 있다.
이와 마찬가지로, 제3 렌즈(130)의 상측면(134)과 제4 렌즈(140)의 물측면(142)간 거리는 광축으로부터 제3 렌즈(130)의 상측면(134)의 끝단에 이르기까지 균일하게 유지될 수 있다. 즉, 광축으로부터 제3 렌즈(130)의 상측면(134)의 끝단에 이르기까지 제3 렌즈(130)의 상측면(134)과 제4 렌즈(140)의 물측면(142) 간 최소 거리(T34min)에 대한 최대 거리(T34max)의 비는 3배 이하, 바람직하게는 2배 이하, 더욱 바람직하게는 1.5배 이하일 수 있다.
한편, 도 6 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 광학계(100)를 이루는 제1 내지 제6 렌즈 중 적어도 하나의 적어도 한 면은 임계점(critical point)을 포함한다. 임계점은 새그(sag)값의 경향이 바뀌는 지점을 의미할 수 있다. 새그값은 렌즈면의 임의의 한 점과 광축에 있는 점 간의 광축 상 거리를 의미한다. 새그값의 경향이 바뀌는 지점은 새그값이 증가하다 감소하는 지점 또는 감소하다 증가하는 지점일 수 있다. 임계점은 경사 각도(slope angle)가 0이 되는 지점을 의미할 수 있다. 경사 각도는 렌즈면의 접선에 대한 법선과 광축이 이루는 각도로 정의될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120) 및 제3 렌즈(130)의 6면 중 적어도 1면은 임계점을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 렌즈(120)의 물측면(122) 및 제3 렌즈(130)의 상측면(134)은 임계점을 포함한다. 광은 임계점 부근에서 더욱 효과적으로 굴절된다. 즉, 임계점을 포함하지 않는 렌즈면을 통과한 광에 비하여 임계점을 포함하는 렌즈면을 통과한 광은 더욱 효과적으로 굴절될 수 있다. 이와 같이, 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120) 및 제3 렌즈(130)의 6면 중 적어도 1면이 임계점을 포함하면, 헤드 사이즈를 최소화하기 위하여 제1 렌즈(110)의 물측면(112)의 유효경을 작게 설계한 경우 또는 헤드 사이즈를 최소화하기 위하여 제1 렌즈군(G1)의 최대 유효경이 제2 렌즈군(G2)의 최소 유효경보다 작게 설계한 경우에도, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)의 유효경을 통하여 입사된 광이 제1 내지 제3 렌즈 사이에서 최대한 넓은 범위로 굴절될 수 있으며, 이미지 센서(180)의 주변부 픽셀에도 고르게 광이 도달할 수 있고, 광학계(100)의 성능이 향상될 수 있다.
더욱 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 렌즈(120)의 물측면(122)의 임계점은 광축으로부터 0.5mm 내지 0.6mm의 수직 거리를 가지는 지점일 수 있다. 예를 들어, 제2 렌즈(120)의 물측면(122)의 임계점은 광축을 시작점으로 하고, 제2 렌즈(120)의 물측면(122)의 끝단을 끝점으로 할 때, 약 55% 내지 67%인 위치에 배치될 수 있다. 여기서, 렌즈의 면의 끝단은 렌즈의 면의 유효 영역의 끝단을 의미할 수 있고, 임계점의 위치는 광축에 대하여 수직인 방향을 기준으로 설정된 위치일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제3 렌즈(130)의 상측면(134)의 임계점은 광축으로부터 1mm 내지 1.1mm의 거리를 가지는 지점일 수 있다. 예를 들어, 제3 렌즈(130)의 상측면(134)의 임계점은 광축을 시작점으로 하고, 제3 렌즈(130)의 상측면(134)의 끝단을 끝점으로 할 때, 약 90% 내지 100%인 위치에 배치될 수 있다.
이와 같이, 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120) 및 제3 렌즈(130)의 6면 중 적어도 1면, 특히 제3 렌즈(130)의 상측면(134)이 임계점을 포함하는 경우, 제1 렌즈군(G1)으로부터 출력되는 광을 고르게 분산시킬 수 있다. 제3 렌즈(130)의 상측면(134)이 임계점을 포함하는 경우, 제3 렌즈(130)가 틸트되더라도, 광학계(100)의 광학 성능에 크게 영향을 미치지 않으므로, 광학계(100)의 조립성이 개선될 수 있다. 특히, 제3 렌즈(130)의 상측면(134)의 임계점이 광축을 시작점으로 하고, 제3 렌즈(130)의 상측면(134)의 끝단을 끝점으로 할 때, 약 90% 내지 100%인 위치에 배치되는 경우, 제3 렌즈(130)의 상측면(134)의 가장자리 부근의 광이 더욱 고르게 퍼질 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따르면, 제4 렌즈(140), 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)의 6면 중 적어도 3면은 임계점을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제4 렌즈(140)의 물측면(142) 및 상측면(144), 제5 렌즈(150)의 물측면(152) 및 제6 렌즈(160)의 상측면(164)은 임계점을 포함할 수 있다. 광은 임계점 부근에서 더욱 효과적으로 굴절된다. 이미지 센서(180)와 가장 가까운 렌즈면인 제6 렌즈(160)의 상측면(164)의 주변부에 임계점이 존재하면, 제6 렌즈(160)의 상측면(164)에서 효과적으로 굴절된 광은 이미지 센서(180)의 주변부 픽셀까지 고르게 도달하기 용이하다. 특히, 이미지 센서(180)와 가장 가까운 렌즈면인 제6 렌즈(160)의 상측면(164)에 임계점이 존재하면, 이미지 센서(170)와 가장 먼 렌즈인 제1 렌즈(110)의 상측면 혹은 물측면에 임계점이 존재할 때 대비 광학계(100)의 조립성이 개선될 수 있다. 조립 시 제6 렌즈(160)가 약간 틸트되더라도 광학계(100)의 제1 내지 제5 렌즈의 조립에 영향을 미치지 않게 되어 광학 성능에 크게 영향을 미치지 않으므로, 광학계(100)의 조립성이 개선될 수 있다. 이미지 센서(170)와 가장 먼 렌즈인 제1 렌즈(110)의 상측면 혹은 물측면에 임계점이 존재하면, 조립 시 상기 제1 렌즈가 틸트되어 조립될 경우, 조립의 틸트가 나머지 렌즈인 상기 제2 렌즈 및 상기 제6 렌즈에 영향을 미치게 되어 광학계의 성능이 크게 저하된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제5 렌즈(150)의 상측면(154) 및 제6 렌즈(160)의 물측면(162)은 임계점을 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제4 렌즈(140)의 물측면(142) 및 상측면(144)은 모두 임계점을 가질 수 있다. 제4 렌즈(140)의 물측면(142)의 임계점은 광축으로부터 0.8mm 내지 0.9mm의 거리를 가지는 지점일 수 있다. 예를 들어, 제4 렌즈(140)의 물측면(142)의 임계점은 광축을 시작점으로 하고, 제4 렌즈(140)의 물측면(142)의 끝단을 끝점으로 할 때, 약 64% 내지 72%인 위치에 배치될 수 있다. 제4 렌즈(140)의 상측면(144)의 임계점은 광축으로부터 0.8mm 내지 0.9mm의 거리를 가지는 지점일 수 있다. 예를 들어, 제4 렌즈(140)의 상측면(144)의 임계점은 광축을 시작점으로 하고, 제4 렌즈(140)의 상측면(144)의 끝단을 끝점으로 할 때, 약 56% 내지 64%인 위치에 배치될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제4 렌즈(140)의 물측면(142)의 임계점이 광축으로부터 가지는 거리는 제4 렌즈(140)의 상측면(144)의 임계점이 광축으로부터 가지는 거리의 0.9 내지 1.1배, 바람직하게는 0.95 내지 1.05배, 더욱 바람직하게는 0.97 내지 1.3배, 더욱 바람직하게는 0.99 내지 1.01배일 수 있다. 여기서, 임계점이 광축으로부터 가지는 거리는 광축에 대하여 수직하는 거리를 의미할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제5 렌즈(150)의 물측면(152)의 임계점은 광축으로부터 0.8mm 내지 0.9mm의 거리를 가지는 지점일 수 있다. 예를 들어, 제5 렌즈(150)의 물측면(152)의 임계점은 광축을 시작점으로 하고, 제5 렌즈(150)의 물측면(152)의 끝단을 끝점으로 할 때, 약 53% 내지 60%인 위치에 배치될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제4 렌즈(140)의 물측면(142)의 임계점이 광축으로부터 가지는 거리는 제5 렌즈(150)의 물측면(152)의 임계점이 광축으로부터 가지는 거리의 0.9 내지 1.1배, 바람직하게는 0.95 내지 1.05배, 더욱 바람직하게는 0.97 내지 1.3배, 더욱 바람직하게는 0.99 내지 1.01배일 수 있다. 제4 렌즈(140)의 물측면(142)의 임계점, 제4 렌즈(140)의 상측면(144)의 임계점 및 제5 렌즈(150)의 물측면(152)의 임계점이 이러한 조건을 만족시킬 경우, 제1 렌즈군(G1)을 통과한 후 제2 렌즈군(G2)에 입사된 광을 분산시키는 역할을 하여, 이미지 센서(180)의 주변부에 도달하는 광량을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제4 렌즈(140)의 물측면(142)의 임계점, 제4 렌즈(140)의 상측면(144)의 임계점 및 제5 렌즈(150)의 물측면(152)의 임계점이 연속적으로 위치하고, 제5 렌즈(150)의 상측면(154) 및 제6 렌즈(160)의 물측면(162)에는 임계점이 없으며, 제6 렌즈(160)의 상측면(164)에는 임계점이 있다. 제6 렌즈(160)의 상측면(164)의 임계점은 광축으로부터 0.6mm 내지 0.7mm의 거리를 가지는 지점일 수 있다. 예를 들어, 제6 렌즈(160)의 상측면(164)의 임계점은 광축을 시작점으로 하고, 제6 렌즈(160)의 상측면(164)의 끝단을 끝점으로 할 때, 약 24% 내지 29%인 위치에 배치될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 제4 렌즈(140)의 상측면(144)과 제5 렌즈(150)의 물측면(152)간 거리(T45)는 광축(OA)으로부터 제4 렌즈(140)의 상측면(144)의 끝단에 이르기까지 균일하게 유지될 수 있다. 즉, 광축으로부터 제4 렌즈(140)의 상측면(144)의 끝단에 이르기까지 제4 렌즈(140)의 상측면(144)과 제5 렌즈(150)의 물측면(152) 간 최소 거리(T45min)에 대한 최대 거리(T45max)의 비는 3배 이하, 바람직하게는 2배 이하일 수 있다.
이에 반해, 제5 렌즈(150)의 상측면(154)과 제6 렌즈(160)의 물측면(162)간 거리(T56)는 광축으로부터 제5 렌즈(150)의 상측면(154)의 끝단에 이르기까지 급격하게 달라질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제5 렌즈(150)의 상측면(154)과 제6 렌즈(160)의 물측면(162)간 거리(T56)는 광축으로부터 제5 렌즈(150)의 상측면(154)의 끝단에 이르기까지 광축으로부터 멀어질수록 줄어들 수 있다. 전술한 바와 같이, 렌즈면의 끝단은 유효경의 끝단을 의미할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제5 렌즈(150)의 상측면(154)과 제6 렌즈(160)의 물측면(162)간 최소 거리(T56min)에 대한 최대 거리(T56max)의 비는 3배 초과, 바람직하게는 4배 이상, 더욱 바람직하게는 5배 이상, 더욱 바람직하게는 10배 이상일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제5 렌즈(150)의 상측면(154)과 제6 렌즈(160)의 물측면(162)간 최소 거리(T56min)를 가지는 지점은 제5 렌즈(150)의 상측면(154)의 끝단, 즉 제5 렌즈(150)의 상측면(154)의 유효경의 끝단 또는 유효경의 끝단으로부터 소정 거리 이내의 지점일 수 있으며, 여기서 소정 거리는 ±0.4mm일 수 있다.
이를 위하여, 제5 렌즈(150)의 상측면(154)의 경사 각도 변화 양상과 제6 렌즈(160)의 물측면(162)의 경사 각도 변화 양상은 상이할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 제4 렌즈(140)의 물측면(142)의 임계점, 제4 렌즈(140)의 상측면(144)의 임계점 및 제5 렌즈(150)의 물측면(152)의 임계점은 모두 광축으로부터 유사한 수직 거리를 가지도록 배치될 수 있다. 즉, 제4 렌즈(140)의 물측면(142)의 임계점이 광축으로부터 가지는 거리는 제4 렌즈(140)의 상측면(144)의 임계점이 광축으로부터 가지는 거리의 0.9 내지 1.1배, 바람직하게는 0.95 내지 1.05배, 더욱 바람직하게는 0.97 내지 1.3배, 더욱 바람직하게는 0.99 내지 1.01배일 수 있고, 제5 렌즈(150)의 물측면(152)의 임계점이 광축으로부터 가지는 거리의 0.9 내지 1.1배, 바람직하게는 0.95 내지 1.05배, 더욱 바람직하게는 0.97 내지 1.3배, 더욱 바람직하게는 0.99 내지 1.01배일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제4 렌즈(140)의 물측면(142)의 임계점, 제4 렌즈(140)의 상측면(144)의 임계점 및 제5 렌즈(150)의 물측면(152)의 임계점 중 적어도 하나와 광축 간 수직 거리 이내에서, 예를 들어, 제6 렌즈(160)의 물측면(162)에서 경사 각도는 제5 렌즈(150)의 상측면(154)에서 경사 각도보다 급격하게 변할 수 있다. 예를 들어, 광축과 제5 렌즈(150)의 물측면(152)의 임계점 간 수직 거리를 가지는 지점에 이르기까지 제6 렌즈(160)의 물측면(162)에서 최대 경사 각도는 제5 렌즈(150)의 상측면(154)에서 최대 경사 각도보다 클 수 있다. 예를 들어, 제5 렌즈(150)의 상측면(154)의 광축에서의 경사 각도가 0이고, 제6 렌즈(160)의 물측면(162)의 광축에서의 경사 각도가 0일 때, 광축과 제5 렌즈(150)의 물측면(152)의 임계점 간 수직 거리를 가지는 지점에 이르기까지 제6 렌즈(160)의 물측면(162)에서 최대 경사 각도는 2배 이상, 바람직하게는 2.5배 이상일 수 있다. 예를 들어, 광축과 제5 렌즈(150)의 물측면(152)의 임계점 간 수직 거리를 가지는 지점에 이르기까지 제6 렌즈(160)의 물측면(162)에서 경사 각도는 0 내지 35도의 범위를 가지고, 제5 렌즈(150)의 상측면(154)에서 경사 각도는 0 내지 17.5도의 범위를 가질 수 있다. 제5 렌즈(150)의 상측면(154) 및 제6 렌즈(160)의 물측면(162)이 이러한 경사 각도를 가지면, 제4 렌즈(140)의 물측면(142) 및 상측면(144), 제5 렌즈(150)의 물측면(152)을 통하여 꺾인 광이 제5 렌즈(150)의 상측면(154) 및 제6 렌즈(160)의 물측면(162)에서 균일하게 분산될 수 있다. 이때, 제6 렌즈(160)의 상측면(164)의 유효경의 60 내지 90% 범위 내에서 최대 경사 각도는 65도 이하일 수 있다. 이에 따르면, 광학 성능을 만족하면서도, 제작 성능이 개선될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제5 렌즈(150)의 상측면(154)이 상측으로 볼록하고, 제6 렌즈(160)의 물측면(162)이 물체측으로 오목하되, 제5 렌즈(150)의 상측면(154)의 곡률 반경의 절대값은 제6 렌즈(160)의 물측면(162)의 곡률 반경의 절대값보다 클 수 있다. 바람직하게는 제5 렌즈(150)의 상측면(154)의 곡률 반경의 절대값은 제6 렌즈(160)의 물측면(162)의 곡률 반경의 절대값의 2배 이상일 수 있다. 더욱 바람직하게는 제5 렌즈(150)의 상측면(154)의 곡률 반경의 절대값은 제6 렌즈(160)의 물측면(162)의 곡률 반경의 절대값의 2배 내지 3배일 수 있다.
제5 렌즈(150)의 상측면(154)와 제6 렌즈(160)의 물측면(162)이 이러한 조건을 만족하도록 설계되는 경우, 제5 렌즈(150)에 입사된 광은 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)를 통하여 분산될 수 있으며, 이미지 센서(180)의 주변부에 도달하는 광량을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광학계(100)는 이하에서 설명되는 조건식 중 적어도 하나를 만족할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 광학계(100)는 광학적으로 향상된 효과를 가질 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 광학계(100)는 이미지 센서(180)의 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값(HimageD)가 3.2690mm인 조건 하에서, 유효 초점 거리(EFL)가 3.5950mm이고, F 넘버는 2 이하이며, 대각 방향의 FOV는 84도 이상이며, 1 필드에서 RI가 25% 이상인 광학 성능을 얻을 수 있다.
[수학식 1]
0.9≤EDL1S1/EPD≤1.1
여기서, EDL1S1은 제1 렌즈(110)의 물측면(112)의 유효경이고, EPD(Entrance Pupil Diameter)은 입사동의 직경이다. 이에 따르면, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)이 외부에 노출되는 면적을 최소화할 수 있으므로, 광학계(100)의 헤드 사이즈를 최소화할 수 있다. 뿐만 아니라, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)의 가장자리에도 광이 입사될 수 있다. 제1 렌즈(110) 전체가 유효 영역이 될 수 있다. 바람직하게는, 1≤EDL1S1/EPD≤1.1일 수 있다.
[수학식 2]
EDL1S1<2HimageD
여기서, HimageD는 이미지 센서(170)의 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값이다. 이에 따르면, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)이 외부에 노출되는 면적을 최소화할 수 있으므로, 광학계(100)의 헤드 사이즈를 최소화할 수 있다.
[수학식 3]
1.62mm≤EDL1S1≤1.98mm
이에 따르면, 광학계(100)의 헤드 사이즈를 최소화할 수 있다.
[수학식 4]
1.62mm≤EPD≤1.98mm
이에 따르면, 광학계(100)의 헤드 사이즈를 최소화할 수 있다.
[수학식 5]
2≤CT5/CT4
여기서, CT5는 제5 렌즈(150)의 중심 두께이고, CT4는 제4 렌즈(140)의 중심 두께이다. 이에 따르면, 광학계의 조립 및 정렬이 용이하다.
[수학식 6]
T23<T12<T45<T34<T56
여기서, T23은 제2 렌즈(120)와 제3 렌즈(130) 간 거리이고, T12는 제1 렌즈(110)와 제2 렌즈(120) 간 거리이며, T45는 제4 렌즈(140)와 제5 렌즈(150) 간 거리이고, T34는 제3 렌즈(130)와 제4 렌즈(140) 간 거리이며, T56은 제5 렌즈(150)와 제6 렌즈(160) 간 거리이다. 이에 따르면, 광학계의 조립 및 정렬이 용이하고, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)의 유효경이 충분히 작은 경우에도 제1 렌즈군(G1)을 통하여 광이 왜곡없이 모일 수 있고, 제1 렌즈군(G1)에 의해 모인 광이 제2 렌즈군(G2)을 통과하여 이미지 센서(180)의 각 픽셀에 왜곡없이 고르게 도달할 수 있다.
[수학식 7]
1.6≤T56/T12≤2.6
이에 따르면, 광학계의 조립 및 정렬이 용이하고, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)의 유효경이 충분히 작은 경우에도 제1 렌즈군(G1)을 통하여 광이 왜곡없이 모일 수 있고, 제1 렌즈군(G1)에 의해 모인 광이 제2 렌즈군(G2)을 통과하여 이미지 센서(180)의 각 픽셀에 왜곡없이 고르게 도달할 수 있다. 바람직하게는, 1.9≤T56/T12≤2.3일 수 있다.
[수학식 8]
8≤T56/T23≤12
이에 따르면, 광학계의 조립 및 정렬이 용이하고, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)의 유효경이 충분히 작은 경우에도 제1 렌즈군(G1)을 통하여 광이 왜곡없이 모일 수 있고, 제1 렌즈군(G1)에 의해 모인 광이 제2 렌즈군(G2)을 통과하여 이미지 센서(180)의 각 픽셀에 왜곡없이 고르게 도달할 수 있다. 바람직하게는, 9≤T56/T23≤11일 수 있다.
[수학식 9]
1.5≤T56/T34≤2.5
이에 따르면, 광학계의 조립 및 정렬이 용이하고, 제2 렌즈군(G2)에 입사된 광이 제2 렌즈군(G2)을 통과하여 이미지 센서(180)의 각 픽셀에 왜곡없이 고르게 도달할 수 있다. 바람직하게는, 1.6≤T56/T34≤2일 수 있다.
[수학식 10]
1.5≤T56/T45≤2.5
이에 따르면, 광학계의 조립 및 정렬이 용이하고, 제2 렌즈군(G2)에 입사된 광이 제2 렌즈군(G2)을 통과하여 이미지 센서(180)의 각 픽셀에 왜곡없이 고르게 도달할 수 있다. 바람직하게는, 1.6≤T56/T45≤2일 수 있다.
[수학식 11]
2≤|P1|/|P2|
이에 따르면, 제1 렌즈(110)는 광학계(100)로 입사되는 광을 모아주며, 제2 렌즈(120)는 색수차를 보정할 수 있다.
[수학식 12]
1.5≤CT1/CT2
이에 따르면, 제1 렌즈(110)는 광학계(100)로 입사되는 광을 모아주며, 제2 렌즈(120)는 색수차를 보정할 수 있다.
[수학식 13]
4mm≤TTL≤4.5mm
여기서, TTL은 제1 렌즈(110)의 물측면(112)으로부터 이미지 센서(180)까지의 거리이다. TTL이 4mm 미만이면 제작성이 떨어지고, 바람직한 유효 초점 거리를 구현하기 어려울 수 있으며, TTL이 4.5mm를 초과하면 카메라 장치의 사이즈가 커져 휴대 단말 내 초소형으로 구현하기 어려워질 수 있다.
[수학식 14]
0.6mm≤BFL
여기서, BFL은 제6 렌즈(160)의 상측면(164)으로부터 이미지 센서(180)까지의 거리이다. 이에 따르면, 광학계의 조립성이 높아질 수 있다.
[수학식 15]
1.11≤TTL/EFL≤1.26
여기서, EFL은 유효 초점 거리이다. 이에 따르면, 좁은 공간 내에서도 높은 해상도의 이미지를 얻을 수 있다.
[수학식 16]
1.22≤TTL/HimageD≤1.38
이에 따르면, 좁은 공간 내에서도 높은 해상도의 이미지를 얻을 수 있다.
[수학식 17]
2.2≤TTL/EPD≤2.5
이에 따르면, 광학계(100)의 헤드 사이즈 및 카메라 장치의 전체 사이즈를 소형화할 수 있다.
[수학식 18]
EDG1_max< EDG2_min
여기서, EDG1_max는 제1 렌즈군 내 최대 유효경이고, EDG2_min은 제2 렌즈군 내 최소 유효경이다. 이에 따르면, 제1 렌즈군(G1)은 광학계(100)로 입사된 광을 모으는 역할을 하여, 제2 렌즈군(G2)에 입사되는 입사각을 조절할 수 있다. 그리고, 제2 렌즈군(G2)은 제1 렌즈군(G1)을 통과한 후 제2 렌즈군(G2)에 입사된 광을 분산시키는 역할을 하여, 이미지 센서(180)의 주변부에 도달하는 광량을 높일 수 있다.
[수학식 19]
EDL4S1< EDL4S2< EDL5S1< EDL5S2< EDL6S1< EDL6S2
여기서, EDL4S1은 제4 렌즈(140)의 물측면(142)의 유효경이고, EDL4S2은 제4 렌즈(140)의 상측면(144)의 유효경이고, EDL5S1은 제5 렌즈(150)의 물측면(152)의 유효경이고, EDL5S2은 제5 렌즈(150)의 상측면(154)의 유효경이고, EDL6S1은 제6 렌즈(160)의 물측면(162)의 유효경이고, EDL6S2은 제6 렌즈(160)의 상측면(164)의 유효경이다. 이에 따르면, 제2 렌즈군(G2)은 제1 렌즈군(G1)을 통과한 후 제2 렌즈군(G2)에 입사된 광을 분산시키는 역할을 하여, 이미지 센서(180)의 주변부에 도달하는 광량을 높일 수 있다.
[수학식 20]
EDG1_max/EDL6S2≤0.7
이에 따르면, 제1 렌즈군(G1)은 광학계(100)로 입사된 광을 모으는 역할을 하여, 제2 렌즈군(G2)에 입사되는 입사각을 조절할 수 있다. 그리고, 제2 렌즈군(G2)은 제1 렌즈군(G1)을 통과한 후 제2 렌즈군(G2)에 입사된 광을 분산시키는 역할을 하여, 이미지 센서(180)의 주변부에 도달하는 광량을 높일 수 있다. 바람직하게는 EDG1_max/EDL6S2≤0.6일 수 있다.
[수학식 21]
T12max/T12min≤3
여기서, T12max는 제1 렌즈(110)의 상측면(114)과 제2 렌즈(120)의 물측면(122) 간 최대 거리이고, T12min는 제1 렌즈(110)의 상측면(114)과 제2 렌즈(120)의 물측면(122) 간 최소 거리이다. 이에 따르면, 제1 렌즈(110)의 상측면(114)으로부터 제2 렌즈(120)의 물측면(122)에 이르기까지 광이 퍼지지 않고 도달할 수 있다.
[수학식 22]
T23max/T23min≤3
여기서, T23max는 제2 렌즈(120)의 상측면(124)과 제3 렌즈(130)의 물측면(132) 간 최대 거리이고, T23min는 제2 렌즈(120)의 상측면(124)과 제3 렌즈(130)의 물측면(132) 간 최소 거리이다. 이에 따르면, 제2 렌즈(120)의 상측면(124)으로부터 제3 렌즈(130)의 물측면(132)에 이르기까지 광이 퍼지지 않고 도달할 수 있다.
[수학식 23]
T34max/T34min≤3
여기서, T34max는 제3 렌즈(130)의 상측면(134)과 제4 렌즈(140)의 물측면(142) 간 최대 거리이고, T34min는 제3 렌즈(130)의 상측면(134)과 제4 렌즈(140)의 물측면(142) 간 최소 거리이다. 이에 따르면, 제3 렌즈(130)의 상측면(134)으로부터 제4 렌즈(140)의 물측면(142)에 이르기까지 광이 퍼지지 않고 도달할 수 있다. 바람직하게는, T34max/T34min≤2일 수 있다.
[수학식 24]
0.9≤T_CPL4S1/T_CPL4S2≤1.1
여기서, T_CPL4S1는 제4 렌즈(140)의 물측면(142)의 임계점이 광축으로부터 가지는 거리이고, T_CPL4S2는 제4 렌즈(140)의 상측면(144)의 임계점이 광축으로부터 가지는 거리이다. 이에 따르면, 제1 렌즈군(G1)을 통과한 후 제2 렌즈군(G2)에 입사된 광을 분산시키는 역할을 하여, 이미지 센서(180)의 주변부에 도달하는 광량을 높일 수 있다. 또한, 제4 렌즈(140)의 물측면(142)의 임계점에서 효과적으로 굴절된 광은 다시 제4 렌즈(140)의 상측면(144)의 임계점에서 효과적으로 굴절되므로, 광의 효과적인 굴절 효과를 극대화할 수 있다. 바람직하게는, 0.95≤T_CPL4S1/T_CPL4S2≤1.05일 수 있다.
[수학식 25]
0.9≤T_CPL4S1/T_CPL5S1≤1.1
여기서, T_CPL5S1는 제5 렌즈(150)의 물측면(152)의 임계점이 광축으로부터 가지는 거리이다. 이에 따르면, 제1 렌즈군(G1)을 통과한 후 제2 렌즈군(G2)에 입사된 광을 효율적으로 굴절 및 분산시키는 역할을 하여, 이미지 센서(180)의 주변부에 도달하는 광량을 높일 수 있다. 또한, 제4 렌즈(140)의 물측면(142)의 임계점에서 효과적으로 굴절된 광은 다시 제5 렌즈(150)의 물측면(152)의 임계점에서 효과적으로 굴절되므로, 광의 효과적인 굴절 효과를 극대화할 수 있다. 바람직하게는, 0.95≤T_CPL4S1/T_CPL5S1≤1.05일 수 있다.
[수학식 26]
T45max/T45min≤3
여기서, T45max는 제4 렌즈(140)의 상측면(144)과 제5 렌즈(150)의 물측면(152) 간 최대 거리이고, T45min는 제4 렌즈(140)의 상측면(144)과 제5 렌즈(150)의 물측면(152) 간 최소 거리이다. 이에 따르면, 광학계의 조립 및 정렬이 용이하다.
[수학식 27]
3<T56max/T56min
여기서, T56max는 제5 렌즈(150)의 상측면(154)과 제6 렌즈(160)의 물측면(162) 간 최대 거리이고, T56min는 제5 렌즈(150)의 상측면(154)과 제6 렌즈(160)의 물측면(162) 간 최소 거리이다. 이에 따르면, 제5 렌즈(150)에 입사된 광은 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)를 통하여 분산될 수 있으며, 이미지 센서(180)의 주변부에 도달하는 광량을 높일 수 있다. 바람직하게는, 4<T56max/T56min일 수 있다.
[수학식 28]
SAL5S2_max< SAL6S1_max
여기서, SAL5S2_max는 제5 렌즈(150)의 상측면(154)의 최대 경사 각도이고, SAL6S1_max는 제6 렌즈(160)의 물측면(162)의 최대 경사 각도일 수 있다. 광축과의 수직 거리가 T_CPL4S1, T_CPL4S2 또는 T_CPL5S1 이내인 영역에서 이러한 조건을 만족시킬 수 있다. 이에 따르면, 제5 렌즈(150)에 입사된 광은 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)를 통하여 분산될 수 있으며, 이미지 센서(180)의 주변부에 도달하는 광량을 높일 수 있으며, 광학 성능을 만족하면서도, 제작 성능이 개선될 수 있다.
[수학식 29]
2≤SAL6S1_max/SAL5S2_max
여기서, 광축과의 수직 거리가 T_CPL4S1, T_CPL4S2 또는 T_CPL5S1 이내인 영역에서 이러한 조건을 만족시킬 수 있다. 이에 따르면, 제5 렌즈(150)에 입사된 광은 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)를 통하여 분산될 수 있으며, 이미지 센서(180)의 주변부에 도달하는 광량을 높일 수 있으며, 광학 성능을 만족하면서도, 제작 성능이 개선될 수 있다.
[수학식 30]
0도≤SAL6S1≤35도
여기서, SAL6S1는 제6 렌즈(160)의 물측면(162)의 경사 각도이고, 광축과의 수직 거리가 T_CPL4S1, T_CPL4S2 또는 T_CPL5S1 이내인 영역에서 이러한 조건을 만족시킬 수 있다. 이에 따르면, 제5 렌즈(150)에 입사된 광은 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)를 통하여 분산될 수 있으며, 이미지 센서(180)의 주변부에 도달하는 광량을 높일 수 있으며, 광학 성능을 만족하면서도, 제작 성능이 개선될 수 있다.
[수학식 31]
0도≤SAL5S1≤17.5도
여기서, SAL5S2는 제5 렌즈(150)의 상측면(154)의 경사 각도이고, 광축과의 수직 거리가 T_CPL4S1, T_CPL4S2 또는 T_CPL5S1 이내인 영역에서 이러한 조건을 만족시킬 수 있다. 이에 따르면, 제5 렌즈(150)에 입사된 광은 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)를 통하여 분산될 수 있으며, 이미지 센서(180)의 주변부에 도달하는 광량을 높일 수 있으며, 광학 성능을 만족하면서도, 제작 성능이 개선될 수 있다.
[수학식 32]
|RL6S1|≤|RL5S2|
여기서, RL6S1은 제6 렌즈(160)의 물측면(162)의 곡률 반경이고, RL5S2는 제5 렌즈(150)의 상측면(154)의 곡률 반경이다. 이에 따르면, 제5 렌즈(150)에 입사된 광은 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)를 통하여 효율적으로 분산될 수 있다.
[수학식 33]
2≤|RL5S2|/|RL6S1|
이에 따르면, 제5 렌즈(150)에 입사된 광은 제5 렌즈(150) 및 제6 렌즈(160)를 통하여 효율적으로 분산될 수 있다.
표 5는 본 발명의 실시예에 따른 광학계를 이용하여 얻을 수 있는 CRA(Chief Ray Angle) 데이터 및 RI 값을 필드 별로 나타내고, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 광학계를 이용한 MTF(Modulation Transfer Function)를 나타내고, 도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 광학계를 이용한 왜곡 그리드를 나타낸다.
필드 CRA RI(%)
0 8.20295 100.0%
0.1 15.9567 97.9%
0.2 22.8603 92.1%
0.3 28.6354 84.1%
0.4 33.1184 74.7%
0.5 36.0282 65.0%
0.6 36.9021 56.7%
0.7 36.4433 50.7%
0.8 36.4077 43.1%
0.9 36.9158 34.2%
1 8.20295 26.3%
표 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광학계에서 주 광선의 각도(CRA)는 8도 이상, 에를 들어 8도 내지 37도의 범위이고, 이미지 센서의 중심부(0필드)의 광량을 100%로 하였을 때 이미지 센서의 주변부(1필드)의 광량은 25% 이상임을 알 수 있다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 광학계로부터 얻을 수 있는 픽셀에 따른 공간주파수에서 영상의 선명도를 얻을 수 있고, 도 9를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 광학계로부터 얻을 수 있는 영상의 왜곡 정도를 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 장치가 적용되는 휴대 단말의 일부를 나타낸 도면이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 광학계(100)는 카메라 장치(1000)에 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 광학계(100)를 포함하는 카메라 장치(1000)는 휴대 단말 내에 내장될 수 있으며, 메인 카메라 모듈과 함께 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치(1000) 이미지 센서, 이미지 센서 상에 배치된 필터, 그리고 필터 상에 배치된 광학계(100)를 포함할 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 광학계(100)는 상기에서 설명한 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130), 제4 렌즈(140) 및 제5 렌즈(150)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 광학계를 포함하는 카메라 장치가 내장된 휴대 단말은 스마트폰, 태블릿 PC, 랩탑(laptop) 컴퓨터, PDA 등일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광학계(100)는 휴대 단말의 전면 또는 후면에 배치되거나, 휴대 단말의 디스플레이 하부에 배치될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광학계(100)는 휴대 단말의 두께 제약으로 인하여 휴대 단말의 측면 방향으로 순차적으로 배치될 수도 있다. 이를 위하여, 전술한 바와 같이, 제1 렌즈(110)의 전단에는 직각 프리즘이 더 배치될 수도 있다.
스마트폰, 태블릿 PC, 랩탑(laptop) 컴퓨터, PDA 등일 수 있다.
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: 광학계
110: 제1 렌즈
120: 제2 렌즈
130: 제3 렌즈
140: 제4 렌즈
150: 제5 렌즈
160: 제6 렌즈
170: 필터
180: 이미지 센서

Claims (15)

  1. 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배치되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈 및 제6 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제2 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제3 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제4 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제5 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제6 렌즈는 음의 굴절력을 가지며,
    상기 제1 렌즈의 직경은 EPD(Entrance Pupil Diameter)의 90% 내지 110%인 광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    조리개는 상기 제1 렌즈의 물측면의 가장자리에 배치되는 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제5 렌즈의 상측면이 상측으로 볼록하고, 상기 제6 렌즈의 물측면이 물체측으로 오목하며, 상기 제5 렌즈의 상측면과 상기 제6 렌즈의 물측면 간 거리는 광축으로부터 소정 거리에 이르기까지 상기 광축으로부터 멀어질수록 줄어드는 광학계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제5 렌즈의 상측면이 상측으로 볼록하고, 상기 제6 렌즈의 물측면이 물체측으로 오목하며, 상기 광축으로부터 소정 거리에 이르기까지 상기 제6 렌즈의 물측면에서 최대 경사 각도는 상기 제5 렌즈의 상측면에서 최대 경사 각도보다 큰 광학계.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제6 렌즈의 물측면의 곡률 반경의 절대값에 대한 상기 제5 렌즈의 상측면의 곡률 반경의 절대값의 비는 2 내지 3인 광학계.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 렌즈의 물측면, 상기 제3 렌즈의 상측면, 상기 제4 렌즈의 물측면, 상기 제4 렌즈의 상측면, 상기 제5 렌즈의 물측면 및 상기 제6 렌즈의 상측면 중 적어도 하나는 임계점을 포함하는 광학계.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제4 렌즈의 물측면 및 상기 제4 렌즈의 상측면은 각각 임계점을 포함하는 광학계.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제5 렌즈의 물측면은 임계점을 포함하는 광학계.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제4 렌즈의 물측면의 임계점이 상기 광축으로부터 가지는 수직 거리는 상기 제4 렌즈의 상측면의 임계점이 상기 광축으로부터 가지는 수직 거리의 0.9 내지 1.1배이고, 상기 제5 렌즈의 물측면의 임계점이 상기 광축으로부터 가지는 수직 거리의 0.9 내지 1.1배인 광학계.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 소정 거리는 상기 제4 렌즈의 물측면의 임계점, 상기 제4 렌즈의 상측면의 임계점 및 상기 제5 렌즈의 물측면의 임계점 중 적어도 하나와 상기 광축 간 수직 거리인 광학계.
  11. 제1항에 있어서,
    F넘버는 2 이하이고, FOV(Field Of View)는 84도 이상이며, RI(Relative Illumination)는 25% 이상인 광학계.
  12. 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배치되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈 및 제6 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제2 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제3 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제4 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제5 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제6 렌즈는 음의 굴절력을 가지며,
    상기 제1 렌즈는 상기 제1 내지 제6 렌즈 중 가장 작은 직경을 가지고,
    상기 제4 렌즈의 물측면, 상기 제4 렌즈의 상측면 및 상기 제5 렌즈의 물측면은 각각 임계점을 포함하고,
    상기 제5 렌즈의 상측면이 상측으로 볼록하고, 상기 제6 렌즈의 물측면이 물체측으로 오목하며,
    상기 제5 렌즈의 상측면의 곡률 반경의 절대값이 상기 제6 렌즈의 물측면의 곡률 반경의 절대값보다 큰 광학계.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제4 렌즈의 물측면의 임계점이 상기 광축으로부터 가지는 수직 거리는 상기 제4 렌즈의 상측면의 임계점이 상기 광축으로부터 가지는 수직 거리의 0.9 내지 1.1배이고, 상기 제5 렌즈의 물측면의 임계점이 상기 광축으로부터 가지는 수직 거리의 0.9 내지 1.1배인 광학계.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제4 렌즈의 물측면의 임계점, 상기 제4 렌즈의 상측면의 임계점 및 상기 제5 렌즈의 물측면의 임계점 중 적어도 하나와 상기 광축 간 수직 거리에 이르기까지 상기 제6 렌즈의 물측면에서 최대 경사 각도는 상기 제5 렌즈의 상측면에서 최대 경사 각도보다 큰 광학계.
  15. 이미지 센서,
    상기 이미지 센서 상에 배치된 필터, 그리고
    상기 필터 상에 배치된 광학계를 포함하고,
    상기 광학계는,
    물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배치되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈 및 제6 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제2 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제3 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제4 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제5 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제6 렌즈는 음의 굴절력을 가지며,
    상기 제1 렌즈의 직경은 EPD(Entrance Pupil Diameter)의 90% 내지 110%인 카메라 장치.
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