KR20240039928A

KR20240039928A - 광학계 및 카메라 모듈

Info

Publication number: KR20240039928A
Application number: KR1020220118844A
Authority: KR
Inventors: 원석재
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2022-09-20
Filing date: 2022-09-20
Publication date: 2024-03-27
Also published as: WO2024063501A1

Abstract

발명의 실시예에 개시된 광학계는 물체 측로부터 순차적으로 배치되는 제1 렌즈 내지 제5 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 합성 파워는 음이고, 상기 제3 렌즈 내지 상기 제5 렌즈의 합성 파워는 양이고, 상기 제1 내지 제5 렌즈들 중 상기 제2 렌즈의 유효경은 가장 작고, 상기 제1 렌즈의 유효경은 상기 제2 렌즈의 유효경보다 크고 상기 제3 내지 제5 렌즈의 유효경보다 작고, 상기 제1 내지 제5 렌즈 중 상기 제3 렌즈의 파워가 가장 크고, 상기 제1 내지 제5 렌즈 중 상기 제4 렌즈의 파워가 두 번째로 클 수 있다.

Description

광학계 및 카메라 모듈{OPTICAL SYSTEM AND CAMERA MODULE}

실시예는 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈에 대한 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.

첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)의 급속한 글로벌 성장으로 인해 운전자 모니터링 시스템(DMS: Driver monitoring system)이 중요 안전 기능으로 빠르게 전환되고 있다.

상기 첨단 운전자 지원 시스템과 연계되는 DMS용 카메라는 차량의 내부에 배치되어 운전자 및 동승자의 상황을 감지할 수 있다. 예를 들어, 상기 카메라는 운전자와 인접한 위치에서 상기 운전자를 촬영할 수 있고, 운전자의 건강 상태, 졸음 여부, 음주 여부 등을 감지할 수 있다. 또한, 상기 카메라는 동승자와 인접한 위치에서 상기 동승자를 촬영하며 동승자의 수면 여부, 건강 상태 등을 감지할 수 있고, 운전자에게 동승자에 대한 정보를 제공할 수 있다.

상기 카메라에서 상(image)을 얻기 위해 가장 중요한 요소는 상(image)을 결상하는 촬상 렌즈이다. 최근 고화질, 고해상도 등 고성능에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이를 구현하기 위해 복수의 렌즈를 포함하는 광학계에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나, 상기 카메라가 차량의 내부에서 가혹한 환경, 예컨대 고온, 저온, 수분, 고습 등에 노출될 경우 광학계의 특성이 변화하는 문제가 있다. 이 경우, 상기 카메라는 우수한 광학적 특성, 수차 특성을 균일하게 도출하기 어려운 문제점이 있다.

따라서, 상술한 문제를 해결할 수 있는 새로운 광학계 및 카메라가 요구된다.

실시예는 광학 특성이 향상된 광학계 및 카메라 모듈을 제공하고자 한다.

실시예는 저온 내지 고온의 환경에서 우수한 광학 성능을 가지는 광학계 및 카메라 모듈을 제공하고자 한다.

실시예는 다양한 온도 범위에서 광학적 특성이 변화하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있는 광학계 및 카메라 모듈을 제공하고자 한다.

실시 예는 차량 내부 또는 DMS용 카메라에 제공될 수 있다.

발명의 실시예에 따른 광학계는 물체 측로부터 순차적으로 배치되는 제1 렌즈 내지 제5 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 합성 파워는 음이고, 상기 제3 렌즈 내지 상기 제5 렌즈의 합성 파워는 양이고, 상기 제1 내지 제5 렌즈들 중 상기 제2 렌즈의 유효경은 가장 작고, 상기 제1 렌즈의 유효경은 상기 제2 렌즈의 유효경보다 크고 상기 제3 내지 제5 렌즈의 유효경보다 작고, 상기 제1 내지 제5 렌즈 중 상기 제3 렌즈의 파워가 가장 크고, 상기 제1 내지 제5 렌즈 중 상기 제4 렌즈의 파워가 두 번째로 클 수 있다.

발명의 실시예에 따른 광학계는 물체 측으로부터 순차적으로 배치되는 제1 렌즈 내지 제5 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 합성 파워는 음이고, 상기 제3 렌즈 내지 상기 제5 렌즈의 합성 파워는 양이고, 상기 제1 내지 제5 렌즈 중 상기 제2 렌즈의 유효경은 가장 작고, 상기 제1 내지 제5 렌즈 중 상기 제3 렌즈의 파워는 가장 크고, 상기 제1 렌즈의 물체측 면에서 상기 제2 렌즈의 센서측 면까지의 광축 거리는 상기 제3 렌즈의 물체측 면에서 상기 제5 렌즈의 센서측 면까지의 광축 거리의 26% 내지 36% 범위일 수 있다.

발명의 실시예에 따른 광학계는 물체 측으로부터 순차적으로 배치되는 제1 렌즈 내지 제5 렌즈; 및 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 둘레에 배치되는 조리개를 포함하고, 상기 제1 내지 제5 렌즈 중 상기 제2 렌즈의 유효경은 가장 작고, 상기 제3 렌즈의 파워는 양이고 상기 제1 내지 제5 렌즈 중 파워가 가장 크고, 상기 제4 렌즈의 파워는 양이고 상기 제1,2,5 렌즈의 파워보다 클 수 있다.

발명의 실시예에 의하면, 이미지 센서를 포함하고, 상기 제4 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 곡률반경은 동일하고, 상기 제1 내지 제5 렌즈 중 상기 제4 렌즈의 중심 두께는 가장 두꺼울 수 있다.

발명의 실시예에 의하면, 상기 제3 렌즈와 상기 제4 렌즈 사이의 중심 간격은 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 중심 간격 및 상기 제2 렌즈와 상기 제3 렌즈 사이의 중심 간격보다 클 수 있다.

발명의 실시예에 의하면, 상기 제4 렌즈와 상기 제5 렌즈 사이의 중심 간격은 상기 제1 내지 제5 렌즈 사이의 중심 간격들 중 가장 클 수 있다.

발명의 실시예에 의하면, 상기 제 1 내지 제5 렌즈는 광축을 따라 서로 이격되게 배치될 수 있다.

발명의 실시예에 의하면, 상기 조리개의 센서측에 양의 파워를 갖고 연속하여 배치되는 두 렌즈 각각의 파워는 다른 렌즈의 파워의 절대 값보다 2배 이상 클 수 있다.

발명의 실시예에 의하면, 이미지 센서를 포함하고, 상기 제3 렌즈의 물체측 면에서 상기 제5 렌즈의 센서측에 배치된 상기 이미지 센서까지 광축 거리는 상기 제1 렌즈의 물체측 면에서 상기 이미지센서까지 광축 거리의 75% 내지 85% 범위일 수 있다.

발명의 실시예에 의하면, 상기 제1 렌즈는 광축에서 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 갖고, 상기 제2 렌즈는 광축에서 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.

발명의 실시예에 의하면, 상기 제3 렌즈는 광축에서 양면이 볼록한 형상을 갖고, 상기 제4 렌즈는 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다.

발명의 실시예에 의하면, 상기 제5 렌즈는 광축에서 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.

발명의 실시예에 의하면, 상기 제1 렌즈는 물체측 면과 센서측 면이 비구면을 가질 수 있다.

발명의 실시예에 의하면, 상기 제2 내지 제5 렌즈는 물체측 면과 센서측 면이 구면을 가질 수 있다.

발명의 실시예에 의하면, 상기 제3 내지 제5 렌즈의 유효경은 상기 이미지 센서의 대각 길이보다 작을 수 있다.

발명의 실시예에 의하면, 상기 제3 및 제4 렌즈의 굴절률은 상기 제1 내지 제5 렌즈의 굴절률의 평균보다 높을 수 있다.

발명의 실시예에 의하면, 상기 제1 내지 제5 렌즈는 유리 재질이며, 물체측 면과 센서측 면이 임계점 없이 제공될 수 있다.

발명의 실시예에 의하면, S7SagD1은 상기 제4 렌즈의 물체측의 중심에서 제1 거리에 이격된 지점의 Sag 데이터이며, S8SagD1은 상기 제4 렌즈의 센서측의 중심에서 상기 제1 거리에 이격된 지점의 Sag 데이터이며, 수학식: |S7SagD1| - |S8SagD1| < 0.2mm을 만족할 수 있다.

발명의 실시예에 의하면, 상기 제1 거리는 상기 제4 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 평균 유효반경의 1/2인 지점이며, 수학식: S7SagD1 > 0 및 S8SagD1 < 0을 만족할 수 있다.

발명의 실시예에 의하면, 상기 제5 렌즈의 물체측 면에서 광축과 직교하는 직선에서 상기 제5 렌즈의 물체측 면까지의 광축 방향의 최대 거리는 Max_Sag51이며, 상기 제5 렌즈의 센서측 면에서 광축과 직교하는 직선에서 상기 제5 렌즈의 센서측 면까지의 광축 방향의 최대 거리는 Max_Sag52이며, 수학식: |Max_Sag52| < |Max_Sag51|을 만족할 수 있다.

발명의 실시예에 의하면, 수학식: Max_Sag51 < 0 및 Max_Sag51 < 0을 만족할 수 있다.

발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈은 상기에 개시된 광학계를 포함하며, 상기 제1 렌즈의 물체측 면에서 이미지 센서까지의 광축 거리는 TTL이며, 전체 렌즈 매수는 nL이며, 제1 내지 제5 렌즈 중 비구면 렌즈의 매수는 nASL이며, 이미지 센서의 대각 길이의 1/2은 ImgH이며, 수학식: 3 < TTL / ImgH < 5, 0 < nASL /nL < 0.5을 만족할 수 있다.

실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 실시예에 따른 광학계에서 복수의 렌즈들은 설정된 두께, 파워 및 인접한 렌즈와의 간격을 가질 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 설정된 화각 범위에서 향상된 MTF 특성, 수차 제어 특성, 해상도 특성 등을 가질 수 있고, 화각의 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.

또한, 실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 저온(약 -20℃ 내지 -40℃) 내지 고온(85℃ 내지 105℃)의 온도 범위에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 광학계에 포함된 복수의 렌즈들은 설정된 재질, 파워, 및 굴절률을 가질 수 있다. 이에 따라, 온도 변화에 따른 굴절률 변화로 각 렌즈의 초점 거리가 변화할 경우에도 렌즈들은 상호 보상할 수 있다. 즉, 상기 광학계는 저온 내지 고온의 온도 범위에서 파워에 대한 배분을 효과적으로 수행할 수 있고, 저온 내지 고온의 온도 범위에서 광학 특성이 변화하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 다양한 온도 범위에서 향상된 광학 특성을 유지할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 비구면 렌즈와 구면 렌즈의 혼합을 통해 설정된 화각을 만족하며 우수한 광학 특성을 구현할 수 있다. 이로 인해 상기 광학계는 보다 슬림한 차량용 카메라 모듈을 제공할 있다. 따라서, 상기 광학계 및 카메라 모듈은 다양한 어플리케이션 및 장치 등에 제공될 수 있고, 가혹한 온도 환경, 예를 들어 차량의 외부에 노출되거나 또는 여름철 고온의 차량 내부에서도 우수한 광학 특성을 가질 수 있다.

실시 예는 차량 내부 또는 DMS용 카메라의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 광학계 및 이를 갖는 카메라 모듈의 측 단면도이다.
도 2는 도 1의 따른 n번째 및 n-1번째 렌즈의 관계를 설명하기 위한 측 단면도이다.
도 3은 도 1의 광학계의 렌즈 특성을 나타낸 표이다.
도 4는 도 1의 광학계에서 렌즈들의 비구면 계수를 나타낸 표이다.
도 5는 도 1의 광학계의 각 렌즈의 중심 두께 및 인접한 렌즈 간의 중심 간격을 나타낸 표이다.
도 6은 도 1의 광학계의 n번째 및 n-1번째 렌즈의 물체측 면과 센서측 면에서의 Sag 데이터를 광축에서 유효 영역의 끝단까지 나타낸 표이다.
도 7은 도 1의 광학계의 상온에서의 회절 MTF(Modulation Transfer Function)에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 1의 광학계의 저온에서의 회절 MTF에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 1의 광학계의 고온에서의 회절 MTF에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 10은 도 1의 광학계의 상온에서의 수차 특성에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 11은 도 1의 광학계의 저온에서의 수차 특성에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 12는 도 1의 광학계의 고온에서의 수차 특성에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 13은 발명의 실시 예에 따른 광학계를 갖는 차량의 예이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

발명의 설명에 있어서, "물체 측 면"은 광축(OA)을 기준으로 물체 측을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있고, "센서 측 면"은 광축을 기준으로 촬상 면(이미지 센서)을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있다. 상기 렌즈의 일면이 볼록하다는 것은 광축 또는 근축 영역(Paraxial region)에서 볼록한 형상을 의미할 수 있고, 렌즈의 일면이 오목하다는 것은 광축 또는 근축 영역에서의 오목한 형상을 의미할 수 있다. 렌즈 데이터에 대한 표에 기재된 곡률 반경, 중심 두께, 초점거리, 렌즈들 사이의 광축 간격은 광축에서의 값(단위, mm)을 의미할 수 있다. 수직 방향은 광축과 수직인 방향을 의미할 수 있고, 렌즈 또는 렌즈면의 끝단은 입사된 광이 통과하는 렌즈의 유효 영역의 끝단을 의미할 수 있다. 렌즈면의 유효경 또는 곡률 반경의 크기는 측정 방법 등에 따라 최대 ±0.4 mm 정도의 측정 오차를 가질 수 있다. 상기 근축 영역이라 함은 광축 근처의 매우 좁은 영역을 의미하며, 광축(OA)으로부터 광선이 떨어지는 거리가 거의 0인 영역이다. 이하, 광축이라는 의미는 각 렌즈의 중심이거나 광축 근처의 매우 좁은 영역을 포함할 수 있다.

도 1 및 도 2와 같이, 발명의 실시예에 따른 광학계(1000)는 복수의 렌즈군(LG1,LG2)을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 복수의 렌즈 군(LG1,LG2) 각각은 적어도 하나의 렌즈를 포함한다. 예를 들어, 상기 광학계(1000)는 물체 측으로부터 이미지 센서(300)를 향해 광축(OA)을 따라 순차적으로 배치되는 제1 렌즈군(LG1)과 및 제2 렌즈군(LG2)을 포함할 수 있다.

상기 제1 렌즈군(LG1) 및 제2 렌즈군(LG2) 각각의 렌즈 매수는 서로 다를 수 있다. 상기 제2 렌즈 군(LG2)의 렌즈 매수는 상기 제1 렌즈 군(LG1)의 렌즈 매수보다 더 많을 수 있으며, 예컨대 상기 제1 렌즈 군(LG1)의 렌즈 매수의 2배 초과 또는 3배 초과일 수 있다.

상기 광학계(1000)는 n개의 렌즈를 포함할 수 있으며, n 번째 렌즈는 이미지 센서(300)에 가장 인접한 렌즈이며, n-1번째 렌즈는 n번째 렌즈에 가장 인접한 렌즈일 수 있다. 상기 n은 6 이하의 정수이며, 예컨대 4 내지 6일 수 있다. 상기 제1 렌즈군(LG1)은 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈군(LG1)은 2매 이하의 렌즈를 가질 수 있으며, 예컨대, 1매의 렌즈일 수 있다. 상기 제2 렌즈군(LG2)은 3매 이상의 렌즈 또는 4매 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제2 렌즈군(LG2)은 4매의 렌즈일 수 있다.

상기 제1 렌즈군(LG1)은 적어도 하나의 유리 재질의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈군(LG1)은 물체측에 가장 인접한 렌즈를 유리 재질의 렌즈로 제공할 수 있다. 이러한 유리 재질은 외부 온도 변화에 따른 팽창과 수축 변화량이 적고, 표면이 잘 긁히지 않아 표면 손상을 방지할 수 있다.

상기 제2 렌즈군(LG2)의 렌즈 재질은 적어도 하나의 유리 재질의 렌즈와 적어도 하나의 플라스틱 재질의 렌즈를 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 제2 렌즈군(LG2)의 렌즈들은 유리 렌즈를 포함할 수 있다.

상기 제1 렌즈군(LG1)은 적어도 하나의 비구면 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제2 렌즈군(LG2)은 적어도 하나의 구면 렌즈와 적어도 하나의 비 구면 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제2 렌즈군(LG2)의 렌즈들은 구면 렌즈를 포함할 수 있다. 여기서, 구면 렌즈(Spherical lens)는 렌즈의 물체측 면과 센서측 면이 광축에서 구면인 형상의 렌즈이며, 상기 비구면 렌즈(Aspherical lens)는 렌즈의 물체측 면 또는/및 센서측 면이 비구면인 형상의 렌즈이다. 여기서, 상기 첫번째 렌즈가 상기 물체에 가장 인접한 비구면 렌즈로 제공하므로, 첫 번째 렌즈의 두께를 구면 렌즈에 비해 얇게 제공할 수 있고, 짧은 TTL를 위해 색 분산을 낮출 수 있고, 주변부의 상 왜곡을 줄여줄 수 있다. 상기 첫 번째 렌즈는 글라스 몰드 렌즈일 수 있다. 상기 글라스 몰드 재질의 렌즈는 글라스 재질을 비구면을 갖도록 사출 성형한 렌즈이다. 상기 TTL(Total track length)은 상기 첫 번째 렌즈의 물체측 면의 중심으로부터 이미지 센서(300)의 표면까지 광축 거리이다.

상기 광학계(1000)는 유리 렌즈들로 배치함으로써, 렌즈 배럴 내에서 열 보상이 가능하며, 온도 변화에 따른 광학 특성의 저하를 억제할 수 있다. 또한 광학계(1000) 내에 적어도 하나의 비구면 렌즈를 포함하므로, 각종 수차 발생을 억제할 수 있다.

상기 광학계(1000)의 렌즈들의 최대 아베수(Abbe's number)는 55 이상이며, 최대 굴절률을 갖는 렌즈는 제2 렌즈군(LG2)에 위치하며 1.70 이상일 수 있다. 상기 최대 아베수를 갖는 렌즈에 의해 색 분산을 감소시켜 줄 수 있고, 최대 굴절률을 갖는 렌즈는 입사되는 광의 색 분산을 증가시켜 줄 수 있다.

i번째 렌즈의 굴절률은 Ndi이며, i번째 렌즈의 아베수는 Adi이며, Ndi*Adi의 값이 i가 1, 2, 5 중 적어도 하나 또는 모두인 경우 최대일 수 있다. 또한 Ndi*Adi의 값이 55 이상은 i=1,2,3,4,5, Ndi*Adi의 값이 50 미만은 없을 수 있다. 상기 광학계(1000) 내에서 최소 유효경을 갖는 렌즈는 Ndi*Adi의 값이 80 < (Ndi*Adi) < 120의 조건을 만족할 수 있으며, *는 곱셈을 나타낸다.

렌즈부(100) 내에서 최대 유효경을 갖는 렌즈는 구면 렌즈이며, 최소 유효경을 갖는 렌즈는 구면 렌즈일 수 있다. 상기 각 렌즈의 유효경은 각 렌즈에서 유효한 광들이 입사되는 유효 영역의 직경일 수 있으며, 물체측 면의 유효경과 센서측 면의 유효경의 평균이다. 여기서, 렌즈부(100) 내에서 절대 값으로 최대 Sag 값을 렌즈는 최소 유효경을 갖는 렌즈이며, 두 번째로 큰 Sag 값을 갖는 렌즈는 n번째 렌즈이다. 여기서, 상기 Sag 값은 각 렌즈의 물체측 면의 중심 또는 센서측 면의 중심에서 상기 중심과 직교하는 직선과 상기 물체측 면 또는 센서측 면 사이의 광축 방향의 거리이다. 발명의 실시 예는 광학계(1000) 내에서 비구면 렌즈를 물체 측에 배치하고, 최소 유효경을 갖는 렌즈와 n번째 렌즈의 Sag 값을 증가시켜 주어, 진행하는 광이 확산되도록 할 수 있다. 이에 따라 n번째 렌즈의 물체측 면과 센서측 면은 임계점 없이 제공되므로, 전체 길이인 TTL을 줄여줄 수 있다.

상기 렌즈들 각각은 유효 영역 및 비유효 영역을 포함할 수 있다. 상기 유효 영역은 상기 렌즈들 각각에 입사된 광이 통과하는 영역일 수 있다. 즉, 상기 유효 영역은 입사된 광이 굴절되어 광학 특성을 구현하는 유효한 영역 또는 유효경으로 정의될 수 있다. 상기 비유효 영역은 상기 유효 영역의 둘레에 배치될 수 있으며, 플랜지부로 정의될 수 있다. 상기 비유효 영역은 상기 복수의 렌즈들에서 유효한 광이 입사되지 않는 영역일 수 있다. 즉, 상기 비유효 영역은 상기 광학 특성과 무관한 영역일 수 있다. 또한, 상기 비유효 영역의 단부는 상기 렌즈를 수용하는 렌즈 배럴(미도시) 등에 고정되는 영역일 수 있다.

상기 광학계(1000) 내에서 TTL(Total top length)는 ImgH 보다 3배 초과 예컨대, 3배 초과 및 5배 미만일 수 있다. 바람직하게, 3 < TTL/ImgH < 5의 조건을 만족할 수 있다. 상기 ImgH는 광축(OA)에서 상기 이미지 센서(300)의 대각 길이의 1/2이다. 상기 광학계(1000) 내에서 유효 초점 거리(EFL)는 10 mm 이하 및 대각 방향의 화각(FOV)은 45도 초과로 제공하여, 차량용 카메라 모듈에서 표준 광학계로 제공할 수 있다. 즉, 대각 방향의 화각을 위해 초점 거리를 10mm 이하로 줄여줄 수 있다. 예컨대, 실시 예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 차량 실내에 구비되는 DMS용 카메라 모듈에 적용될 수 있다.

상기 광학계(1000)는 TTL/(2*ImgH)의 값이 1.5 초과일 수 있으며, 예컨대 1.5 < TTL/(2*ImgH) < 2.5의 조건을 만족할 수 있다. 상기 광학계(1000)가 TTL/(2*ImgH)의 값이 2.5 미만으로 설정해 줌으로써, 운전자 감시용 광학계를 제공할 수 있다. 상기 제1,2렌즈 군(LG1,LG2)의 총 렌즈 매수는 6매 이하이다. 이에 따라, 상기 광학계(1000)는 결상되는 이미지에 대해 과장이나 왜곡이 없는 화상을 제공할 수 있다.

상기 이미지 센서(300)의 길이는 상기 광축(OA)에 직교하는 방향의 대각선의 최대 길이이다. 상기 광학계(1000) 내에서 이미지 센서(300)의 대각 길이 보다 큰 유효경을 갖는 렌즈 매수는 1매 이하이며, 상기 이미지 센서(300)의 길이보다 작은 유효경을 갖는 렌즈는 4매 이상일 수 있다. 바람직하게, 상기 이미지 센서(300)의 대각 길이보다 큰 유효경을 갖는 렌즈는 n번째 렌즈 또는 n-1번째 렌즈이거나 없을 수 있다.

상기 이미지 센서(300)의 대각 길이는 상기 구면 렌즈들의 직경보다 클 수 있다. 상기 이미지 센서(300)의 대각 길이는 비구면 렌즈의 직경보다 클 수 있다. 바람직하게, 상기 이미지 센서(300)의 대각 길이의 1/2는 렌즈의 최소 유효경보다 클 수 있다.

상기 조리개(ST)는 상기 광학계(1000)에 입사되는 광량을 조절할 수 있다. 상기 조리개(ST)는 렌즈부(100) 내의 어느 두 렌즈 사이에 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)의 물체측 및 센서측에 인접한 렌즈는 n번째 렌즈의 유효경 보다 작은 유효경을 갖고, 조리개(ST)의 물체 측에 인접한 렌즈의 유효경은 상기 조리개의 센서 측에 인접한 렌즈의 유효경보다 클 수 있다. 상기 조리개(ST)의 센서 측에 인접한 렌즈의 유효경은 최소 유효경일 수 있다. 이와 같이, 조리개(ST)에 인접한 두 렌즈의 유효경을 줄여줌으로써, 슬림한 광학계를 제공할 수 있다.

상기 조리개(ST)의 물체측 및 센서 측에 인접한 두 렌즈의 중심 두께는 n-1 번째 렌즈 및 n-2번째의 렌즈의 중심 두께보다 얇을 수 있어, TTL을 줄여줄 수 있다. 또한 광학계의 첫 번째 렌즈의 중심 두께는 마지막 렌즈의 중심 두께보다 얇게 제공할 수 있고, 최대 Sag 값에 의해 굴절각을 증가시켜 줄 수 있다. 상기 각 렌즈들의 유효경과 Sag 값을 제어함으로써, 적어도 2메가 바이트(Megabyte)의 픽셀을 갖는 이미지 센서(300)에 입사되는 광을 제어할 수 있으며, 광학계 내에서 해상력 및 온도 변화에 따른 광학 특성 저하를 보상할 수 있으며, 색수차 제어 특성을 개선시킬 수 있고, 상기 광학계(1000)의 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.

물체와 상기 조리개(ST) 사이에 배치되는 렌즈 면들에 있어서, 물체 측에서 상기 조리개(ST)로 갈수록 렌즈 면의 유효경은 작아지는 경향이 있다. 상기 조리개(ST)와 이미지 센서(300) 사이에 배치되는 상기 렌즈 면들에 있어서, 상기 조리개(ST)에서 상기 센서 측으로 갈수록 렌즈 면들의 유효경은 커지는 경향이 있다. '상기 조리개(ST)에서 상기 센서 측으로 가면서 상기 렌즈들의 유효경은 커지는 경향이 있다'는 뜻은 상기 조리개(ST)와 상기 이미지 센서(300) 사이에 배치되는 상기 렌즈 면들에 있어서, 상기 조리개(ST)에서 상기 센서 측으로 가면서 상기 렌즈 면의 유효경이 점차 커지거나 작아지는 렌즈 면을 포함할 수 있다.

상기 조리개(ST)는 상기 제2 렌즈군(LG2)의 렌즈들 중 물체 측에 가장 가까운 렌즈의 물체측 면의 둘레에 배치될 수 있다. 이와 다르게, 상기 조리개(ST)는 상기 물체에 가장 가까운 렌즈의 센서측 면의 둘레에 배치될 수 있다. 이와 다르게, 상기 복수의 렌즈들 중 선택되는 적어도 하나의 렌즈는 조리개 역할을 수행할 수 있다. 자세하게, 상기 광학계(1000)의 렌즈들 중 선택되는 하나의 렌즈의 물체 측 면 또는 센서 측 면은 광량을 조절하는 조리개 역할을 수행할 수 있다.

상기 제1 렌즈군(LG1) 및 상기 제2 렌즈군(LG2) 사이의 광축 간격은 상기 제1 렌즈군(LG1)의 센서측 면과 상기 제2 렌즈군(LG2)의 물체측 면 사이의 광축 간격일 수 있다. 상기 제1 렌즈군(LG1) 및 상기 제2 렌즈군(LG2) 사이의 광축 간격은 비구면 렌즈와 구면 렌즈 사이의 중심 간격일 수 있으며, 구면 렌즈들 사이의 중심 간격보다 클 수 있다.

상기 제1 렌즈군(LG1) 및 상기 제2 렌즈군(LG2) 사이의 광축 간격은 상기 제1 렌즈 군(LG1)의 광축 거리의 1배 초과일 수 있으며, 예컨대 상기 제1 렌즈 군(LG1)의 광축 거리의 2배 내지 3배 범위일 수 있다. 상기 제1 렌즈군(LG1) 및 상기 제2 렌즈군(LG2) 사이의 광축 간격은 상기 제2 렌즈 군(LG2)의 광축 거리의 0.3배 미만일 수 있으며, 예컨대 0배 초과 0.3배 미만일 수 있다. 상기 제1 렌즈군(LG1)의 광축 거리는 첫 번째 렌즈의 물체측 면에서 센서측 면까지의 광축 거리이다. 상기 제2 렌즈 군(LG2)의 광축 거리는 상기 제2 렌즈 군(LG2)의 물체 측에 가장 가까운 렌즈의 물체 측 면과 이미지 센서(300)에 가장 가까운 렌즈의 센서 측 면 사이의 광축 거리이다.

여기서, 상기 제1 렌즈군(LG1)은 조리개(ST) 보다 물체측에 위치한 렌즈를 포함하며, 상기 제2 렌즈군(LG2)은 조리개(ST) 보다 센서측에 위치한 렌즈들을 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈 군(LG1)과 제2 렌즈 군(LG2)은 조리개(ST)를 기준으로 물체측 렌즈 군과 센서측 렌즈 군으로 구분할 수 있다. 상기 제1 렌즈 군(LG1)의 센서측 면은 광축에서 오목하고 상기 제2 렌즈 군(LG2)의 물체측 면은 광축에서 볼록한 형상을 가질 수 있으며, 서로 대향될 수 있다.

상기 제1 렌즈군(LG1)은 음(+)의 파워를 갖고, 상기 제2 렌즈군(LG2)은 양(+)의 파워를 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈 군(LG1)에서 물체 측에 가장 가까운 렌즈는 양(+)의 파워를 갖고, 상기 제2 렌즈 군(LG2)의 렌즈들 중에서 센서 측에 가장 가까운 렌즈는 음(-)의 파워를 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈 군(LG1)의 초점 거리의 절대 값을 F_LG1이고, 제2 렌즈군(LG2)의 초점 거리의 절대 값을 F_LG2로 한 경우, F_LG2 < F_LG1를 만족할 수 있다.

여기서, 광학계(1000) 내에서 제1 렌즈(101) 및 제2 렌즈(102)의 합성 초점 거리는 F12로 하고, 제3 렌즈(103) 내지 제4 렌즈(104)의 합성 초점 거리는 F34로 한 경우, F12 < F34의 조건을 만족할 수 있으며, F13, F47 > 0의 조건을 만족할 수 있다. 또한 F_LG1 < F12 < F_LG2 및 F_LG1 < F34 < F_LG2의 조건을 만족할 수 있다. 여기서, F_LG1은 제1 렌즈(101)의 초점 거리이며, F1으로 정의될 수 있고, F_LG2은 제2 렌즈(102) 내지 제4 렌즈(104)의 합성 초점 거리이며, F24로 정의될 수 있다.

또한 상기 광학계(1000) 내에서 음(-)의 파워를 갖는 렌즈 매수는 양(+)의 파워를 갖는 렌즈 매수보다 많을 수 있다. 음(-)의 파워를 갖는 렌즈 매수는 전체 렌즈 매수에 비해 50% 초과일 수 있으며, 예컨대 51% 내지 70% 범위일 수 있다.

렌즈부(100)는 구면 렌즈와 비구면 렌즈들이 혼합될 수 있다. 상기 비구면 렌즈의 유효경 평균은 상기 구면 렌즈의 유효경 평균보다 작을 수 있다. 상기 비구면 렌즈 면의 유효경 평균은 상기 구면 렌즈 면의 유효경 평균보다 작을 수 있다. 또한 상기 비구면 렌즈의 유효경 평균과 상기 구면 렌즈의 유효경 평균의 차이는 0.3mm 이상 예컨대, 0.3mm 내지 1.6mm 범위일 수 있다. 이에 따라 카메라 모듈 내에 적어도 1매의 비구면 렌즈가 배치될 경우, 카메라 모듈의 무게를 줄여줄 수 있고, 주변부의 왜곡을 줄여줄 수 있다. 또한 비구면 렌즈와 구면 렌즈 간의 유효경 차이를 작게 하여, 조립성 저하를 방지할 수 있다.

상기 제1 렌즈군(LG1)은 물체 측을 통해 입사된 광을 광축 방향으로 굴절시켜 주고, 상기 제2 렌즈 군(LG2)은 상기 제1 렌즈군(LG1)을 통해 출사된 광을 이미지 센서(300)의 주변부까지 굴절시켜 줄 수 있다. 상기 제1 렌즈군(LG1) 및 상기 제2 렌즈군(LG2) 사이의 광축 간격은 0.8mm 이상 예컨대, 2mm 이하일 수 있다.

상기 렌즈부(100) 내에서 상기 구면 재질의 렌즈의 아베수 평균은 상기 비구면 렌즈의 아베수 평균보다 작을 수 있다. 상기 물체에 가장 인접한 렌즈는 아베수가 높고 굴절률이 낮게 배치되므로, TTL이 작은 광학계에서 입사 광의 색 분산을 억제시켜 줄 수 있고 초점 거리에 비해 화각을 넓게 가져갈 수 있다.

실시예의 렌즈부(100)의 렌즈들의 굴절률 합은 10 이하 예컨대, 6 내지 10 범위이며, 상기 굴절률 평균은 1.58 내지 1.68 범위일 수 있다. 상기 렌즈들 각각의 아베수 합은 220 이상 예컨대, 220 내지 320 범위이며, 아베수의 평균은 49 이상 예컨대, 49 내지 59 범위일 수 있다. 전체 렌즈의 중심 두께 합은 6mm 이하 예컨대, 3mm 내지 6mm 범위 또는 4mm 내지 6mm 범위일 수 있다. 상기 전체 렌즈의 중심 두께들의 평균은 1.5mm 이하 예컨대, 0.8mm 내지 1.5mm 범위일 수 있다. 광축(OA)에서의 렌즈들 사이의 중심 간격들의 합은 3.6 mm 이상 예컨대, 3.6mm 내지 4.6mm 범위 또는 4.1mm 내지 5.1mm 범위이고, 상기 렌즈의 중심 두께 합보다 작을 수 있다. 또한 렌즈부(100)의 각 렌즈 면들의 유효 경의 평균 값은 5mm 이하 예컨대, 2mm 내지 5mm 범위 또는 3mm 내지 5mm 범위로 제공할 수 있다. 상기 유효경의 최대와 최소의 차이는 4mm 이하의 차이를 가질 수 있다. 따라서, 각 렌즈들의 유효경 차이가 크지 않는 광학계를 제공할 수 있고, 렌즈 배럴 내에 조립되는 렌즈들의 조립성은 개선될 수 있다.

상기 렌즈부(100) 내에서 비구면 렌즈의 매수는 Ma이고, 이미지 센서(300)의 대각 길이보다 작은 유효경을 갖는 렌즈 매수는 Mb이고, 음의 파워를 갖는 렌즈 매수는 Mc인 경우, Mb ≤ Ma < Mc의 조건을 만족할 수 있으며, 바람직하게 Mb < Ma의 조건일 수 있다.

상기 렌즈부(100) 내에서 비구면을 갖는 렌즈 면의 개수는 Ma1이고, 이미지 센서(300)의 대각 길이보다 작은 유효경을 갖는 렌즈 면의 개수는 Mb1이고, 음의 파워를 갖는 렌즈 매수는 Mc인 경우, Mb1 ≤ Ma1 < Mc 의 조건을 만족할 수 있으며, 바람직하게, Mb1 < Ma1의 조건일 수 있다. 상기 렌즈 면은 각 렌즈의 물체측 면과 센서측 면이다.

상기 렌즈부(100) 내에서 구면 렌즈의 매수는 Ga이고, 이미지 센서(300)의 대각 길이보다 작은 유효경을 갖는 렌즈 매수는 Gb이고, 양의 파워를 갖는 렌즈 매수는 Gc인 경우, Gc < Ga ≤ Gc의 조건을 만족할 수 있으며, 바람직하게 Ga < Gc의 조건일 수 있다.

발명의 실시 예에 따른 광학계 또는 카메라 모듈의 F 넘버는 2.4 이하, 예컨대, 1.4 내지 2.4의 범위 또는 1.8 내지 2.3 범위일 수 있다. 발명의 실시 예에 따른 광학계에서 최대 화각(대각선)은 85도 미만 예컨대, 45도 초과 85도 미만 또는 50도 내지 80도의 범위일 수 있다. 차량용 광학계는 Y축 방향의 수평 화각(FOV_H)는 40도 초과 및 60도 미만일 수 있으며, 예컨대 45도 내지 59도 범위일 수 있다. 상기 수평 화각(FOV_H)은 센서의 수평(Horizontal) 길이를 기준으로 한 화각이다. 이에 따라 온도 변화에 따라 초점 결상 위치가 변화하는 것을 억제할 수 있고, 다양한 수차가 양호하게 보정되는 차량용 카메라로 제공할 수 있다.

광학계(1000)의 대각 화각이 50도 내지 80도 일 때, 광학계 내에 적어도 1매의 비구면 렌즈와 적어도 3매의 구면 렌즈를 가질 경우, 구면 렌즈의 중심 두께의 평균은 비구면 렌즈들의 중심 두께의 평균 보다 두껍게 제공할 수 있다. 이에 따라, 유리 재질의 비구면 렌즈와 구면 렌즈들은 저온에서 고온까지의 온도 변화에 따른 광학적 성능 변화를 억제할 수 있다.

상기 광학계(1000) 또는 카메라 모듈은 이미지 센서(300)를 포함할 수 있다. 상기 이미지 센서(300)는 광을 감지하고 전기적 신호로 변환할 수 있다. 상기 이미지 센서(300)는 상기 렌즈부(100)을 순차적으로 통과한 광을 감지할 수 있다. 상기 이미지 센서(300)는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등 입사되는 광을 감지할 수 있는 소자를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 이미지 센서(300)의 대각 길이는 렌즈들의 최대 유효경의 95% 이상 예컨대, 95% 내지 130% 범위이며, 예컨대, 104% 내지 124% 범위일 수 있다.

상기 광학계(1000) 또는 카메라 모듈은 광학 필터(500)를 포함할 수 있다. 상기 광학 필터(500)는 상기 제2 렌즈 군(LG2)과 상기 이미지 센서(300) 사이에 배치될 수 있다. 상기 광학 필터(500)는 상기 렌즈부(100)의 렌즈들 중 센서 측에 가장 가까운 렌즈와 상기 이미지 센서(300) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 광학계(100)는 마지막 렌즈와 상기 이미지 센서(300) 사이에 배치될 수 있다.

커버 글라스(400)는 상기 광학 필터(500)와 상기 이미지 센서(300) 사이에 배치되며, 상기 이미지 센서(192)의 상부를 보호하며 이미지 센서(192)의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다. 상기 커버 글라스(400)는 제거될 수 있다.

상기 광학 필터(500)는 적외선 필터 또는 적외선 컷 오프 필터(IR cut-off)를 포함할 수 있다. 상기 광학 필터(500)는 설정된 파장 대역의 광을 통과시키고, 이와 다른 파장 대역의 광을 필터링할 수 있다. 상기 광학 필터(500)가 적외선 필터를 포함할 경우 외부 광으로부터 방출되는 복사열이 상기 이미지 센서(300)에 전달되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 상기 광학 필터(500)는 가시광선을 투과할 수 있고 적외선을 반사할 수 있다. 상기 광학 필터(500)는 920nm 이상의 파장을 통과시키고, 예컨대, 920nm 내지 960nm의 파장 대역을 통과시켜 줄 수 있다.

실시예는 차량카메라에 적용되는 광학계이므로, 비구면 렌즈와 구면 렌즈를 함께 사용하여 설계함에도 제1 렌즈(101)는 유리 재질로 제공할 수 있다. 이는 유리 재질이 플라스틱 재질에 대비 스크래치에 강하고 외부 온도에 민감하지 않은 장점을 갖고 있다. 제1 렌즈(101)는 차량 내부에서 운전자 방향으로 볼록한 형상을 가지므로, 이물질이 적층되거나 스크래치를 보다 효과적으로 방지할 수 있고, 입사 효율을 위해 개선시켜 줄 수 있다. 이에 따라 운전자 감시용 카메라 모듈의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.

실시 예에 따른 광학계(1000)는 광의 경로를 변경하기 위한 반사 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 반사부재는 제1 렌즈 군(LG1)의 입사 광을 렌즈들 방향으로 반사하는 프리즘으로 구현될 수 있다. 이하, 실시 예에 따른 광학계를 상세하게 설명하기로 한다.

발명의 실시 예에 따른 광학계에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 실시예에 따른 광학계 및 이를 갖는 카메라 모듈의 측 단면도이며, 도 2는 도 1의 따른 n번째 렌즈와 n-1번째 렌즈의 관계를 설명하기 위한 측 단면도이고, 도 3은 도 1의 광학계의 렌즈 특성을 나타낸 표이며, 도 4는 도 1의 광학계에서 렌즈들의 비구면 계수를 나타낸 표이고, 도 5는 도 1의 광학계의 각 렌즈의 두께 및 인접한 렌즈 간의 간격을 나타낸 표이며, 도 6은 도 1의 광학계에서 n번째 렌즈와 n-1번째 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 Sag 값을 광축에서 유효 영역 끝단까지 나타낸 표이고, 도 7 내지 도 9는 도 1의 광학계의 상온, 저온 및 고온에서의 회절 MTF(Modulation Transfer Function)에 대한 데이터를 나타낸 그래프이며, 도 10 내지 도 12는 도 1의 광학계의 상온, 저온 및 고온에서의 수차 특성에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시 예에 따른 광학계(1000)는 렌즈부(100)를 포함하며, 상기 렌즈부(100)는 제1 렌즈(101) 내지 제5 렌즈(105)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제5 렌즈들(101,102,103,104,105)은 광축(OA)을 따라 순차적으로 정렬될 수 있다. 물체의 정보에 해당하는 광은 제1 렌즈(101) 내지 제5 렌즈(105), 및 광학 필터(500)를 통과하여 이미지 센서(300)에 입사될 수 있다.

상기 제1 렌즈(101)는 상기 제1 렌즈 군(LG1)의 렌즈이며 물체 측에 가장 가까운 렌즈이다. 상기 제5 렌즈(105)는 상기 제2 렌즈 군(LG2) 또는 렌즈부(100) 내에서 이미지 센서(300)에 가장 가까운 렌즈이다. 상기 제2 내지 제5 렌즈(102,103,104,105)는 제2 렌즈 군(LG2)일 수 있다.

렌즈들의 합성 초점 거리로서, F12, F24, F34는 다음의 조건을 만족할 수 있다. F12는 제1,2렌즈의 합성 초점 거리이며, F34는 제3,4렌즈의 합성 초점 거리이며, F25는 제2 내지 제5 렌즈의 합성 초점 거리이다. 상기 파워(Power)은 초점 거리의 역수이다.

조건 1: F25 > 0

조건 2: F35 > 0

조건 3: F12 < 0

조건 4: F34 >0

조건 5: F35 < |F12|

조건 6: F25 < |F12|

상기 제1 렌즈(101)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 파워를 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)는 음(-)의 파워일 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)는 플라스틱 재질 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예컨대 유리 재질일 수 있다. 상기 유리 재질의 제1 렌즈(101)는 주변 환경에 따른 온도 변화에 따른 중심 위치와 곡률 반경 등의 변화를 줄여줄 수 있으며, 광학계(1000)의 입사측 면을 보호할 수 있다.

광축을 기준으로 상기 제1 렌즈(101)의 물체측 제1 면(S1)은 볼록하며, 센서측 제2 면(S2)은 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)는 광축에서 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 광축(OA)에서 상기 제1 면(S1)은 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 제2 면(S2)은 볼록한 형상을 가질 수 있다.

상기 제1 렌즈(101)의 제1 면(S1) 및 상기 제2 면(S2)는 광축에서 비구면일 수 있으며, 비구면 계수는 도 4의 L1S1과 L1S2로 제공될 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)는 유리 재질의 비구면 렌즈로 제공되므로, 저온 또는 고온으로 온도가 변화될 경우, 광축의 이동을 억제하여 광학적 성능의 저하를 방지할 수 있다. 또한 글라스 재질의 비구면 재질에 의해 렌즈의 두께가 얇게 설계되더라도 렌즈 주변부의 왜곡을 개선시켜 줄 수 있다. 이와 다르게, 상기 제1 렌즈(101)가 구면 렌즈일 때, 파워는 음일 수 있다.

상기 제1 렌즈(101)는 광축에서 상기 제1 면(S1)이 볼록하고 상기 제2 면(S2)은 오목한 형상을 가지므로, 입사되는 광을 광축에 가까운 방향으로 굴절시켜 줄 수 있다. 이에 따라 제1,2 렌즈(101,102) 사이의 에지 간격과 제2렌즈(102)의 유효경은 줄여줄 수 있다.

상기 제1 렌즈(101)는 중심 두께보다 에지 두께가 더 두껍게 배치되므로, 조립 공차에 둔감할 수 있다. 조립 공차에 둔감하다는 의미는 조립 시 설계 대비 약간의 차이가 있게 조립되더라도 광학 성능에 크게 영향을 주지 않을 수 있다.

조리개(ST)는 상기 제1 렌즈(101)과 상기 제2 렌즈(102) 사이의 둘레에 배치될 수 있다. 조리개(ST)는 상기 제2 렌즈(102)의 물체측 면의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)는 상기 제1 렌즈(101)의 센서측 면보다 상기 제2 렌즈(102)의 물체측 면에 더 가깝게 배치될 수 있다. 이와 다르게, 상기 조리개(ST)는 상기 제2 렌즈(102)의 센서측 면의 둘레, 또는 상기 제1 렌즈(101)의 물체측 면의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 제1,2렌즈(101,102) 사이의 둘레에 조리개(ST)가 배치되므로, 제1,2 렌즈(101,102) 간의 유효경 차이를 감소시켜 줄 수 있다. 상기 조리개(ST)의 양측 제1 렌즈(101)와 제2 렌즈(102)는 서로 동일한 부호를 갖는 파워를 가질 수 있다. 상기 조리개(ST)의 양측 제1 렌즈(101)와 제2 렌즈(102)의 파워 차이는 두 렌즈의 평균 파워의 10% 이하일 수 있다.

상기 제2 렌즈(102)는 상기 제1 렌즈(101)와 상기 제3 렌즈(103) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 파워를 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)는 음(-)의 파워를 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 렌즈(102)는 유리 재질로 제공될 수 있다.

광축(OA)을 기준으로 상기 제2 렌즈(102)의 물체 측 제3 면(S3)은 오목하며, 센서 측 제4 면(S4)은 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)는 광축에서 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제3 면(S3)은 볼록하고, 상기 제4 면(S4)는 오목한 형상일 수 있다. 이와 다르게, 제2 렌즈(102)는 양면이 오목한 형상일 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)는 유리 재질의 구면 렌즈로 제공될 수 있다. 상기 제3 면(S3) 및 상기 제4 면(S4)은 구면일 수 있다.

상기 제2 렌즈(102)가 조리개(ST)의 센서측에 가장 인접하게 배치되므로, 상기 제2 렌즈(102)는 제1 내지 제5 렌즈(101-105) 중 최소 유효경을 가질 수 있다. 상기 제1,2 렌즈(101,102) 사이의 중심 간격은 상기 제1,2렌즈(101,102)의 중심 두께의 합보다 클 수 있다. 상기 제1,2 렌즈(101,102) 사이의 에지 간격은 상기 제1,2렌즈(101,102)의 중심 두께의 합보다 작을 수 있다. 여기서, 상기 에지 간격은 인접한 두 렌즈 중에서 물체측 렌즈의 센서측 면의 유효 영역의 끝단과 센서측 렌즈의 물체측 면의 유효 영역의 끝단 사이의 광축 거리이다.

상기 조리개(ST)의 물체측 및 센서측에 배치되는 제1,2렌즈(101,102)의 유효경은 제3 내지 제5 렌즈(103,104,105)의 유효경보다 작을 수 있다. 또한 상기 조리개(S5)에 인접한 제1,2 렌즈(101,102)의 유효경은 상기 조리개(ST)와 더 가까운 제2 렌즈(102)의 유효경이 제1 렌즈(101)의 유효경보다 더 작을 수 있으며, 상기 제1 렌즈(101)의 유효경은 상기 제3 내지 제5 렌즈(103,104,105) 중 상기 조리개(ST)에 더 인접한 제3 렌즈(103)의 유효경보다 작을 수 있다.

TTL를 축소하기 위해 조리개(ST)를 제1,2 렌즈(101,102) 사이에 배치할 경우, 상기 조리개(ST)에 인접한 두 렌즈의 유효경이 다른 렌즈들의 유효경에 비해 작게 설계될 수 있다. 또한 제1,2렌즈(101,102)의 유효경이 작고 중심 두께가 얇고 제1,2렌즈(101,102) 사이의 간격이 줄어들기 때문에 TTL은 줄일 수 있으나, 상기 제1,2렌즈(101,102)를 통해 진행하는 광의 왜곡 및 수차가 발생될 수 있다. 이에 따라 상기 광의 왜곡 및 수차 발생을 억제하기 위해, 제1 렌즈(101)를 비구면 렌즈로 제공할 수 있다.

또한 TTL를 줄이기 위해 발생하는 왜곡 및 수차는 제3 내지 제5 렌즈(103,104,105)의 굴절률, 두께, 아베수, 곡률 반경과 인접한 렌즈들 사이의 간격을 조절하여 보정하게 된다. 왜곡/수차를 줄이기 위해 제3,4 렌즈(103,104)의 파워, 간격, 두께는 후술하기로 한다.

만약, 조리개(ST)를 제1 렌즈(101)의 물체측에 배치할 경우, TTL을 더 줄일 수 있으나, 이러한 구조에서는 광학계의 수차 및 왜곡이 더 심하게 발생하게 되고, 다른 렌즈들로 수차 및 왜곡 보정이 어렵거나, TTL이 증가되고 카메라 모듈의 사이즈도 증가될 수 있다.

상기 제3 렌즈(103)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 파워를 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)는 양(+)의 파워일 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 렌즈(103)는 유리 재질일 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)의 파워는 상기 제1,2,5 렌즈(101,102,105)의 파워의 절대 값의 2배 이상으로 배치하여, 왜곡 및 수차를 보정할 수 있다.

광축을 기준으로 상기 제3 렌즈(103)의 물체 측 제5 면(S5)은 볼록하고, 센서 측 제6 면(S6)은 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)는 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제3 렌즈(103)은 센서 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지거나, 광축에서 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다.

상기 제3 렌즈(103)는 유리 재질의 구면 렌즈일 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)의 중심 두께는 제1,2렌즈(101,102)의 중심 두께의 2배 이상 또는 3배 이상일 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)는 양면이 볼록한 형상을 가지므로, 중심 두께가 에지 두께보다 클 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)의 유효경은 상기 제1,2 렌즈(101,102)의 유효경보다 클 수 있다. 광축에서 상기 제3 렌즈(103)의 물체측 면이 볼록한 형상이며, 상기 제2 렌즈(102)의 센서측 면이 볼록한 형상을 가지므로, 상기 제2,3렌즈(102,103) 사이의 중심 간격은 렌즈들의 중심 간격 중에서 최소일 수 있다.

상기 제4 렌즈(104)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 파워를 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)는 양(+)의 파워를 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 렌즈(104)는 유리 재질을 포함할 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)의 파워는 상기 제1,2,5 렌즈(101,102,105)의 파워의 절대 값의 2배 이상으로 배치하여, 왜곡 및 수차를 보정할 수 있다.

광축을 기준으로 상기 제4 렌즈(104)의 물체 측 제7 면(S7)은 볼록하며, 센서측 제8 면(S8)은 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)는 광축에서 양측으로 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제4 렌즈(104)는 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상 또는 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)는 유리 재질의 구면 렌즈로 제공될 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)의 제7 면(S7) 및 제8 면(S8) 중 적어도 하나는 임계점 없이 제공될 수 있다.

상기 제4 렌즈(104)은 n-1번째 렌즈로서, 유효경이 렌즈들 중에서 가장 클 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)의 중심 두께는 제1, 2렌즈(101,102)의 중심 두께의 2배 이상 또는 3배 이상일 수 있다. 상기 제3,4 렌즈(103,104)의 중심 두께는 상기 렌즈들의 최소 중심 두께의 2배 이상 또는 3배 이상일 수 있다.

상기 제3 렌즈(103)의 센서측 면이 광축에서 볼록한 형상이고, 상기 제4 렌즈(104)의 물체측 면이 광축에서 볼록한 형상을 가지므로, 상기 제3,4 렌즈(103,104) 사이의 중심 간격은 제1,2 렌즈(101,102)의 중심 두께의 합보다 클 수 있다. 또한 상기 제3,4 렌즈(103,104) 사이의 에지 간격은 상기 제3,4 렌즈(103,104) 사이의 중심 간격보다 클 수 있다. 이는 상기 제3 렌즈(103)의 센서측 면이 물체측 면의 곡률 반경보다 더 작은 곡률 반경을 갖고 볼록한 곡면 형상으로 제공되므로, 상기 제3 렌즈(103)은 최대 유효경을 갖는 제4 렌즈(104)의 주변부까지 광을 굴절시켜 줄 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)는 양면이 볼록한 형상을 가지므로, 중심 두께가 에지 두께보다 클 수 있다.

상기 제4 렌즈(104)의 물체측 면의 곡률 반경과 센서측 면의 곡률 반경의 절대 값의 차이는 상기 제3 렌즈(103)의 물체측 면의 곡률 반경과 센서측 면의 곡률 반경의 절대 값의 차이 보다 작을 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)의 물체측 면의 곡률 반경과 센서측 면의 곡률 반경의 절대 값의 차이는 렌즈들 중에서 가장 작을 수 있다.

광축을 따라 연속하여 배열되는 상기 제3,4 렌즈(103,104) 각각의 파워는 상기 제1,2,5 렌즈(101,102,105)의 파워의 절대 값의 2배 이상으로 배치하여, 제1,2 렌즈(101,102)에서 발생되는 왜곡 및 수차를 보정할 수 있다. 상기 제3,4 렌즈(103,104) 중에서 상기 제1,2 렌즈(101,102)에 인접한 제3 렌즈(103)의 파워가 가장 클 수 있다.

상기 제1,2 렌즈(101,102)에 의해 발생되는 왜곡 및 수차를 보정하기 위해, 상기 제2,3렌즈(102,103) 사이의 중심 간격은 줄이고, 제3,4 렌즈(103,104)의 중심 두께는 다른 렌즈들보다 더 두껍게 제공할 수 있고, 제3,4 렌즈(103,104) 사이의 중심 간격은 제1,2 렌즈(101,102) 사이의 중심 간격보다 크게 설정할 수 있다. 이러한 제3,4렌즈(103,104)는 상기 제1,2렌즈(101,102)를 통과하는 광의 왜곡 및 수차가 제거되는 방향으로 보정한 다음, 제5 렌즈(105)의 전 영역으로 굴절시켜 줄 수 있다.

상기 제5 렌즈(105)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 파워를 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(104)는 음(-)의 파워를 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(105)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 렌즈(105)는 유리 재질을 포함할 수 있다.

광축을 기준으로 상기 제5 렌즈(105)의 물체 측 제9 면(S9)은 오목하며, 센서측 제10 면(S10)은 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(105)는 광축에서 센서측으로 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제5 렌즈(105)는 광축에서 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상 또는 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(105)는 유리 재질의 구면 렌즈로 제공될 수 있다. 상기 제5 렌즈(105)의 제9 면(S9) 및 제10 면(S10) 중 적어도 하나는 임계점 없이 제공될 수 있다.

상기 제5 렌즈(105)은 n번째 렌즈로서, 유효경이 렌즈들 중에서 두 번째로 클 수 있다. 상기 제5 렌즈(105)의 중심 두께는 제3, 4렌즈(103,104)의 중심 두께의 1/2배 이하 또는 1/3배 이하일 수 있다. 상기 제5 렌즈(105)의 중심 두께는 상기 제1,2렌즈(101,102)의 중심 두께와 10% 이하의 차이를 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(105)는 에지 두께가 중심 두께보다 두껍게 배치되어, 주변부를 통해 이미지 센서(300)의 전 영역으로 광을 굴절시켜 줄 수 있다.

상기 제4 렌즈(104)의 센서측 면이 광축에서 볼록한 형상이고, 상기 제5 렌즈(105)의 물체측 면이 광축에서 오목한 형상을 가지므로, 상기 제4,5 렌즈(104,105) 사이의 중심 간격은 렌즈들 사이의 중심 간격 중에서 최대일 수 있다. 또한 상기 제4,5 렌즈(104,105) 사이의 간격은 에지 간격이 중심 간격보다 작을 수 있다.

상기 제5 렌즈(105)는 이미지 센서(300)에 가장 인접한 구면 렌즈일 수 있다. 이미지 센서(300)에 가장 인접한 렌즈로 구면 렌즈를 배치함으로써, 비구면 렌즈 대비 조립성이 개선될 수 있다.

상기 제5 렌즈(105)의 물체측 면은 에지가 상기 제4 렌즈(104)의 유효 영역의 끝단에 인접하고 중심부가 오목한 곡면 형상을 가지므로, 상기 제4 렌즈(104)를 통해 굴절된 광이 입사될 수 있다. 이에 따라 상기 제5 렌즈(105)와 제4 렌즈(104) 사이의 중심 간격은 최대로 확보하고, 제5 렌즈(105)의 유효경이 증가되는 것을 억제할 수 있다. 또한 제5 렌즈(105)의 센서측 면이 볼록한 곡면 형상으로 제공되므로, 비구면을 갖지 않더라도, 상기 이미지 센서(300)의 전 영역으로 광을 굴절시켜 줄 수 있다. 다른 예로서, 상기 제5 렌즈(105)는 비구면을 갖는 유리 렌즈일 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 제5 렌즈(105)의 제9 면(S9) 및 제10 면(S10) 중 적어도 하나는 임계점 없이 제공될 수 있다. 상기 임계점(Critical point)은 Sag 값의 경향이 바뀌는 지점이다. 즉 Sag 값이 증가하다 감소하는 지점 혹은 Sag 값이 감소하다가 증가하는 지점이다. 상기 Sag 값은 각 렌즈 면의 중심과 직교하는 직선과 상기 렌즈 면 사이의 광축 거리이며, Sag 값은 각 렌즈 면의 중심보다 센서 측에 위치한 위치는 양의 값을 가지며, 각 렌즈 면의 중심보다 물체측에 위치한 위치는 음의 값을 갖는다.

Sag 값에 대해 절대 값으로 나타내면, Sag51의 최대 값은 Sag41, Sag42, Sag52의 최대 값보다 클 수 있다. Sag51는 상기 제5 렌즈(105)의 물체측 면의 중심과 직교하는 직선에서 상기 제5 렌즈(105)의 물체측 면 사이의 광축 거리이며, Sag41는 상기 제4 렌즈(104)의 물체측 면의 중심과 직교하는 직선에서 상기 물체측 면 사이의 광축 거리이며, Sag42는 상기 제4 렌즈(104)의 센서측 면의 중심과 직교하는 직선에서 상기 센서측 면 사이의 광축 거리이고, Sag52는 상기 제5 렌즈(105)의 센서측 면의 중심과 직교하는 직선에서 상기 제5 렌즈(105)의 센서측 면 사이의 광축 거리이다.

또한 제4 렌즈(104)의 물체측 제7 면(S7)과 센서측 제8 면(S8)의 Sag 값은 부호가 서로 상이하고, 0.2mm 미만의 차이를 가질 수 있으며, 예컨대 광축에서 0.1mm, 0.2mm, 1mm, 2mm, 3mm, 끝단 또는 에지 등에서 제7,8 면(S7,S8)의 Sag 값은 0.2mm 미만일 수 있다.

또한 제4 렌즈(104)은 광축에서 유효 반경의 1/2 거리(D1)에서 제7 면과 제8 면(S8)의 Sag 값의 절대 값은 0.2mm 미만의 차이를 가질 수 있다. 상기 제7 면과 제8 면(S8)의 Sag 값의 절대 값은 광축에서 에지를 향해 점차 커질 수 있으며, 광축을 기준으로 동일한 거리에서 동일한 값을 가질 수 있다.

BFL(Back focal length)은 상기 이미지 센서(300)에서 마지막 렌즈의 센서측 면의 중심까지의 광축 거리이다. 상기 BFL은 1.5mm 이상일 수 있으며, 광학 필터(500)의 설치 공간, 또는 광학 필터(500) 및 커버 글라스(400)의 설치 공간을 확보할 수 있다.

CT4는 상기 제4 렌즈(104)의 중심 두께 또는 광축 두께이며, ET4는 상기 제4 렌즈(104)의 에지 두께이다. CT5는 상기 제5 렌즈(105)의 중심 두께 또는 광축 두께이며, ET5는 상기 제5 렌즈(105)의 에지 두께이다. 상기 에지 두께는 각 렌즈의 유효 영역 끝단에서 물체측면과 센서측 면 사이의 광축 방향의 거리이다. CG4는 상기 제4 렌즈(104)의 센서측 면의 중심에서 상기 제5 렌즈(105)의 물체측 면의 중심까지의 광축 거리(즉, 중심 간격)이다. 즉, CG4는 제8 면(S8)의 중심에서 제9 면(S9)의 중심까지의 거리이다. EG4는 상기 제4 렌즈(104)의 센서측 면의 에지에서 상기 제5 렌즈(105)의 물체측 면의 에지까지의 광축 방향의 거리(즉, 에지 간격)이다.

광학계(1000)에서 비구면을 갖는 적어도 하나의 렌즈는 유효경이 구면 렌즈들의 유효경 평균보다 작고 물체측에 가장 가깝게 배치하여, 작은 매수의 렌즈 광학계를 통해 이미지 센서의 전 영역으로 광을 가이드할 수 있다.

상기 조리개(ST)의 물체 측에 제1렌즈(101)가 배치되고, 조리개(ST)의 센서측에 제2 렌즈(102), 제3 렌즈(103), 제4,5 렌즈(104,105)가 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제1 렌즈(101) 내지 제5 렌즈(105)의 유효경은 CA1,CA2,CA3,CA4,CA5로 정의하며, 제1 렌즈(101) 내지 제5 렌즈(105)의 물체측 면과 센서측 면의 유효경은 CA11,CA12,CA21,CA22,CA31,CA32,CA41,CA42,CA51 및 CA52로 정의할 수 있다. 상기 조리개(ST)가 제2 렌즈(102)의 물체측 면에 배치되는 경우, 다음의 조건을 만족할 수 있다.

조건1: CA2 < CA1 < CA3 < CA4 < CA5

조건2: (CA4-CA5) < (CA1-CA2)

조건3: CA2 < ImgH < CA4 < (2*ImgH)

조건4: CA21 < CA11 < CA32 < CA42

조건5: CA51 < CA41 < CA52

상기 조리개(ST)의 센서측에 배치된 상기 제2 렌즈(102)가 음의 파워(F2 < 0)을 가지므로, 상기 제2 렌즈(102)는 입사되는 굴절시켜 줄 수 있다. 또한 제3 렌즈(103)가 양면이 볼록한 형상을 가지므로, 제4 렌즈의 에지 방향으로 광을 굴절시켜 줄 수 있다. 이에 따라 제2,3 렌즈(102,103)에 의해 광학계의 중량별 수율(yield by weight)의 저하를 방지하고 생산 효율의 향상을 도모할 수 있다. 여기서, 상기 조리개(ST)의 센서측에 배치된 제2 내지 제5 렌즈(102-105)의 합성 초점거리는 양의 값을 가질 수 있으며, 화각 범위 내에서 TTL을 줄여줄 수 있다.

상기 제1 렌즈(101)와 상기 제2 렌즈(102) 사이의 간격은 중심에서 에지로 갈수록 점차 작아질 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)와 상기 제3 렌즈(103) 사이의 간격은 중심에서 에지로 갈수록 점차 커질 수 있다. 이러한 간격은 제2 렌즈(102)의 센서측 면이 볼록한 형상이고, 제3 렌즈(103)의 물체측 면이 볼록한 형상에 의해, 광축에서 에지를 향해 갈수록 점차 커질 수 있다.

도 3은 도 1의 실시 예의 광학계의 렌즈 데이터의 예이다. 도 3과 같이, 제1 내지 제5 렌즈들(101,102,103,104,105)의 광축(OA)에서의 곡률 반경(Radius of Curvature), 렌즈의 중심 두께(CT), 인접한 렌즈들 사이의 중심 간격(CG), d-line에서의 굴절률(Refractive index), 아베수(Abbe's Number) 및 유효반경(Semi- aperture)의 크기를 설정할 수 있다.

광축에서 각 렌즈의 곡률 반경을 절대 값으로 나타내면, 광축(OA)에서 제1 내지 제5 렌즈(101-105) 각각의 곡률 반경은 30mm 이하 예컨대, 1mm 내지 30mm 범위 또는 1mm 내지 20mm 범위일 수 있다. 또한 인접한 두 렌즈 면의 곡률 반경 차이가 30 mm 미만 예컨대, 0.1mm 내지 25mm 범위 또는 0.1mm 내지 15mm 범위일 수 있다. 이에 따라 6매 이하의 렌즈들을 갖는 광학계(1000)의 곡률 반경의 차이를 증가시키지 않고 광을 가이드할 수 있다. 절대 값으로, 제1,2 면(S1,S2)의 곡률 반경 차이는 5 mm 이하이며, 제2,3면(S2,S4)의 곡률 반경 차이는 3mm 이하이며, 제3,4 면(S3,S4)의 곡률 반경 차이는 5 mm 이하이며, 제4,5면(S4,S5)의 곡률 반경 차이는 15mm 이하이며, 제5,6 면(S6,S6)의 곡률 반경 차이는 15mm 이하이며, 제6,7면(S6,S7)의 곡률 반경 차이는 15mm 이하이며, 제7,8 면(S7,S8)의 곡률 반경 차이는 1 mm 이하이며, 제7,9 면(S8,S9)의 곡률 반경 차이는 15 mm 이하이며, 제9,10 면(S9,S10)의 곡률 반경 차이는 15 mm 이하일 수 있다.

여기서, 상기 유리 렌즈의 곡률 반경은 유효 반경의 5% 이상일 수 있으며, 예컨대 5% 내지 95% 범위로 제공될 수 있다.

광축에서 각 렌즈의 곡률 반경을 절대 값으로 나타내면, 제3 렌즈(103)의 제5 면(S5)의 곡률 반경은 렌즈들 중에서 최대일 수 있다. 제1 렌즈(101)의 제2 면(S2) 또는 제2 렌즈(102)의 제3 면(S3)의 곡률 반경 중 어느 하나는 렌즈들 중에서 최소일 수 있다. 최대 곡률 반경은 30mm 미만 예컨대, 25mm 이하일 수 있으며, 최소 곡률 반경의 15배 이하 예컨대, 5배 내지 15배 범위일 수 있다. 비구면 렌즈인 제1 렌즈(101)의 곡률 반경은 구면 재질의 제2 내지 제5 렌즈(102-105) 중 적어도 하나 또는 모두의 곡률 반경보다 작을 수 있다. 여기서, 곡률 반경은 각 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경의 절대 값의 평균이다.

절대 값으로 나타낼 때, 광축에서 상기 조리개(ST)의 물체측에 배치된 상기 제1 렌즈(101)의 곡률 반경은 상기 조리개(ST)의 센서측에 배치된 상기 제2 렌즈(102)의 곡률 반경 보다 작을 수 있다. 절대 값으로 나타낼 때, 광축에서 상기 제4 렌즈(104)의 곡률 반경은 제3 렌즈(103)의 곡률 반경보다 클 수 있다. 절대 값으로 나타낼 때, 상기 제3 렌즈(103)의 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경 차이는 상기 제4 렌즈(104)의 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경 차이보다 크며, 상기 제5 렌즈(105)의 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경 차이보다 클 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)의 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경 차이는 각 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경의 차이 중 가장 클 수 있다.

상기 제1 렌즈(101)를 유리 재질의 비구면으로 설계할 경우, 열보상을 만족하고 및 광학적 성능을 향상시킬 수 있으나, 구면 렌즈보다는 조립성이 용이하지 않을 수 있고, 비구면의 제1 렌즈(101)의 조립성으로 인해 상기 제1 렌즈(101)보다 센서측에 배치된 렌즈들의 광학 특성에 영향을 줄 수 있다. 만약, 제1 렌즈가 구면 렌즈이면 제1 렌즈가 광학 특성에 영향을 받더라도, 구면 특성에 의해 제1 렌즈의 곡률반경이 크게 변경되지 않을 수 있다. 발명은 비구면을 갖는 제1 렌즈(101)의 곡률 반경은 10m 이하이고 유효경은 작게 설계하여, 조립을 용이하게 할 수 있고, 광축에서 조금 틸트되어 조립되더라도 센서측 렌즈들에 미치는 영향은 미미할 수 있다.

상기 제3 내지 제5렌즈(103-105)를 구면으로 제공하므로, 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경의 차이를 크게 하지 않을 수 있으며, 큰 유효경에 의해 조립성이 개선될 수 있고 광학적 특성에 대한 영향을 줄여줄 수 있다.

상기 제1 렌즈(101)의 제1,2 면(S1,S2)의 곡률 반경은 L1R1,L1R2로 정의하고, 상기 제5 렌즈(105)의 제9,10 면(S9,S10)의 곡률 반경은 L5R1,L5R2로 정의하고, 상기 제2,3,4 렌즈(102,1031,104)의 각 렌즈 면의 곡률 반경들은 L2R1,L2R2,L3R1,L3R2,L4R1,L4R2로 정의할 수 있다. 각 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경의 비율은 다음과 같다.

조건 1: 1 < L1R1/L1R2 < 3

조건 2: 0 < L2R1/L2R2 < 1

조건 3: 1.2 < |L3R1/L3R2| < 5 (단, L3R1 >0, L3R2 < 0이다)

조건 4: 0.5 < |L4R1/L4R2| < 1.5

조건 5: 0 < |L5R1/L5R2| < 1

조건 6: 0mm ≤ |L4R1|-|L4R2| ≤ 1mm

바람직하게, 조건 5는 |L4R1| - L4R2 ≤ 0.2mm를 만족한다.

바람직하게, L4R1의 절대 값과 L4R2는 서로 동일하거나, 곡률 반경의 공차 이하의 차이를 가질 수 있다. 곡률 반경의 공차는 ±0.05mm일 수 있다.

상기 제4 렌즈(104)의 물체측 제7 면(S7)과 센서측 제8 면(S8)의 곡률 반경 차이가 상기 범위 또는 공차 이하로 설계할 경우, 물체측 면과 센서측 면을 구분 없이 조립할 수 있어, 조립의 편의성을 개선시켜 줄 수 있다. 만약, 상기 제4 렌즈(104)의 물체측 제7 면(S7)과 센서측 제8 면(S8)의 곡률 반경 차이가 0.2mm 초과일 경우, 두 렌즈 면(S7,S8)의 구분이 어렵고 반대로 조립하게 되는 문제가 발생될 수 있다.

또한 i번째 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경의 절대 값은 LiR1이고 센서측 면의 곡률 반경의 절대 값은 LiR2인 경우, LiR1/LiR2(i=1~5)의 값은 i가 1일 때 최대이고, i가 5일 때 최소일 수 있다.

또한 인접한 비구면의 렌즈 면과 구면의 렌즈 면 사이의 곡률 반경 차이는 아래 조건을 만족할 수 있다.

조건7: 0.5 < |L1R2|/L2R1 < 1.4

이러한 구면의 렌즈 면과 비구면의 렌즈 면의 곡률 반경 차이는 1mm 이하 예컨대, 0.1mm 내지 1mm 범위로 설정해 주어, 렌즈 면들 사이의 색 수차를 보정해 줄 수 있다.

상기 제1 내지 제5 렌즈(101-105)의 중심 두께를 CT1-CT5로 정의하고, 제1 내지 제5 렌즈(101-105)의 에지 두께를 ET1-ET5로 정의할 경우, 상기 제1 내지 제5 렌즈(101-105)의 중심 두께의 합은 ∑CT로 정의하고, 상기 제1 내지 제5 렌즈(101-105)의 에지 두께의 합은 ∑ET로 정의할 수 있다.

렌즈들의 두께를 설명하면, 상기 제4 렌즈(104)의 중심 두께(CT4)는 상기 제1, 2, 5 렌즈(101,102,105)의 중심 두께(CT1,CT2,CT5)보다 클 수 있으며, 바람직하게, 렌즈들 중에서 최대 두께를 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)의 중심 두께(CT4)가 최대이고 센서측 면의 곡률 반경이 각 렌즈의 센서측 면들의 곡률 반경 중 가장 크게 제공되므로, 입사된 광을 마지막 렌즈의 유효 영역의 끝단까지 굴절시켜 줄 수 있다. 즉, 20mm 이하의 TTL과 제4 렌즈(104)의 유효경과 렌즈 형상으로 인한 광 경로를 조절하기 위해 제5 렌즈(105)는 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.

각 렌즈의 중심 두께와 에지 두께의 비율은 하기 조건을 만족할 수 있다.

조건 1: 0 < CT1/ET1 < 1

조건 2: 0 < CT2/ET2 < 1

조건 3: 0.5 < CT3/ET3 < 1.5

조건 4: 0.1 < CT4/ET4 < 1.1

조건 5: 0 < CT4/ET4 < 1

조건 6: 0.1 < ∑CT/∑ET < 1.1 또는 0.3 < ∑CT/∑ET < 1

조건 7: CT1/∑CT < 0.3

조건 7: 0.15 < CT4/∑CT < 0.7

상기 조건들에서 CTi/ETi (i=1~5)인 경우, i가 3일 때 최대이고, i가 1일 때 최소일 수 있다.

각 렌즈들의 중심 두께와 에지 두께의 차이는 0.01mm 초과 2mm 미만으로 설정할 수 있다. 또한 비구면 렌즈를 제1 렌즈(101)에 배치하여 중심 두께 대비와 에지 두께의 비율을 가장 큰 비율로 설계해 주어, 비구면 렌즈에 의한 조립성 저하를 방지할 수 있다.

상기 제3,4 렌즈(103,104)의 에지 두께를 0.6mm 이상으로 제공하기 위해, 상기 제3,4 렌즈(103,104)의 중심 두께는 두껍게 설정하고, 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경은 크게 설정해 줄 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)의 중심 두께와 에지 두께 차이를 조건 4의 범위로 설정해 줌으로써, 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경 차이를 크게 설계하지 않을 수 있고, 제4 렌즈(104)의 조립성은 개선시켜 줄 수 있다.

또한 렌즈들에서 최대 중심 두께와 최소 중심 두께의 차이를 2 mm 이하 예컨대, 0.5 mm 내지 2 mm 범위 또는 1mm 내지 1.5 mm일 수 있다. 즉, 마지막 구면 렌즈의 중심 두께를 얇게 제공하더라도, 광학 성능의 저하가 발생되지 않을 수 있고, 카메라 모듈의 두께를 슬림하게 제공할 수 있다. 또한 각 렌즈들의 중심 두께와 에지 두께 사이의 차이를 크게 하지 않게 되므로, 적어도 한 렌즈가 틸트가 되더라도, 광학적 특성에 대한 영향을 줄여줄 수 있다. 또한 유리 렌즈들에 의해 각 렌즈의 중심부와 에지부 간의 열적 특성에 대한 영향을 줄여줄 수 있다.

상기 최대 중심 두께는 서로 다른 두 렌즈의 중심 두께의 합보다 클 수 있다. 예컨대, 조건: (CT1+CT2) < CT4, (CT1+CT5) < CT4, 및 (CT2+CT5) < CT4를 만족할 수 있다.

상기 제3 렌즈(103)의 중심 두께는 서로 다른 두 렌즈의 중심 두께의 합보다 클 수 있다. 예컨대, 조건: (CT1+CT2) < CT3, (CT1+CT5) < CT3, 및 (CT2+CT5) < CT3를 만족할 수 있다.

상기 제1 내지 제5 렌즈(101-105)들 사이의 중심 간격은 CG1-CG4로 정의하고, 상기 제1 내지 제5 렌즈(101-105) 사이의 중심 간격들의 합은 ∑CG로 정의할 수 있다.

상기 제2 렌즈(102) 내지 제5 렌즈(105) 중에서 인접한 두 렌즈 사이의 중심 간격은 CG2,CG3,CG4이며, 구면 렌즈들 사이의 중심 간격이다. 제1,2 렌즈(101,102) 사이의 중심 간격은 CG1이며, 구면 렌즈와 비구면 렌즈 사이의 중심 간격이다. 상기 제4,5 렌즈(104,105) 사이의 중심 간격(CG4)은 렌즈부(100) 내에서 최대이며, 비구면과 구면 렌즈 사이의 중심 간격보다 클 수 있다.

상기 각 렌즈의 중심 두께와 인접한 렌즈 간의 중심 간격 사이는 하기 조건을 만족할 수 있다.

조건 1: 0 < CT1/CG1 < 1

조건 2: 1.5 < CT2 / CG2 < 4

조건 3: 1 < CT3/CG3 < 2

조건 4: 0.5 < CT4/CG4 < 1.5

조건 5: 0 < CT5/CG4 < 1

조건 6: (CT1/CG1) < (CT4/CG4) < (CT3/CG3)

조건 6: 0 < CG3/∑CG < 0.5

조건 7: 0.5 < CT_Max/CG_Max < 1.5

렌즈들 사이의 최대 중심 두께는 최대 중심 간격의 2배 이상 예컨대, 2.1배 내지 4.5배 범위로 제공해 줌으로써, 각 렌즈들의 중심 간격에 비해 중심 두께를 증가하지 않고 광학계 내에 비구면 렌즈를 적용한 카메라 모듈을 제공할 수 있다. 조건 3에서 구면의 제3,4 렌즈(103,104)가 양면이 볼록한 형상으로 제공되므로, 제3,4렌즈(104,105) 사이의 중심 간격은 줄여줄 수 있다.

여기서, 인접한 두 렌즈 사이의 중심 간격 중 i번째 중심 간격을 CGi로 정의하고, 상기 CGi보다 물체 측에 배치된 i번째 렌즈의 중심 두께를 CTi로 정의할 경우, 다음의 조건을 만족할 수 있다. CTi/CGi의 비율은 i가 2일 때 최대이며, i가 1일 때 최소일 수 있다. 상기 CTi/CGi의 값이 i가 2일 때 최대인 조건은 구면 렌즈와 비구면 렌즈들의 서로 다른 메니스커스 형상에 의해 구현될 수 있다.

상기 제1 렌즈(101)의 물체측 면의 중심에서 상기 이미지 센서(300)의 표면까지의 광축 거리는 TTL인 경우, 하기 조건을 만족할 수 있다.

조건 1: 0 < CT1/TTL < 0.2

바람직하게, 조건 1은 0.05 ≤ CT1/TTL ≤ 0.15를 만족할 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)가 비구면 렌즈의 글라스 재질이므로, 상기 제1 렌즈(101)가 조건 1을 만족하는 두꺼운 두께에 의해 온도 변화에 따른 열 보상을 만족시킬 수 있는 광학계를 설계할 수 있다. 즉, 조건 1은 제 1렌즈(101)를 비구면 글라스로 설계하여 나타나는 특징일 수 있다.

조건 2: 0 < CT2/TTL ≤ 0.15

조건 3: 0.15 < CT3/TTL < 0.5

조건 4: 0.1 < CT4/TTL < 0.3

조건 5: 0 < CT5/TTL ≤ 0.15

상기 조건 3,4의 CT1/TTL의 비율은 조건 1,2,5의 값보다 클 수 있다.

굴절률을 설명하면, 제3 렌즈(103)의 굴절률은 렌즈들 중에서 최대이며, 바람직하게, 상기 제3,4 렌즈(103,104)의 굴절률은 1.7 이상일 수 있다. 상기 제3,4 렌즈(103,104)의 굴절률 차이는 0.20 이하이다. 상기 제3,4 렌즈(103,104)의 굴절률을 제1,2,5 렌즈(101,102,105)의 굴절률 보다 높게 배치할 경우, 상기 제3,4 렌즈(103,104)의 파워를 증가시켜 줄 수 있고, 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경이 증가되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 상기 제3,4 렌즈(103,104)를 통해 진행하는 광의 민감도는 낮추어줄 수 있다.

상기 제3,4 렌즈(103,104)의 굴절률은 상기 제1 내지 제5 렌즈(101-105)의 굴절률 평균보다 클 수 있다. 상기 제1,2,5 렌즈(101,102,105)의 굴절률은 1.6 미만일 수 있다. 이러한 제1 내지 제5 렌즈(101-105)의 굴절률을 설정하여 색 분산을 조절할 수 있다.

상기 제3,4 렌즈(103,104)의 중심 두께 및 에지 두께가 다른 렌즈들에 비해 두껍게 제공되므로, 상기 제3,4 렌즈(103,104)의 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경이 증가되는 것을 억제할 수 있다. 상기 제3,4 렌즈(103,104)의 높은 굴절률과 중심 두께보다 얇은 에지 두께에 의해 색 분산이 증가될 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)는 물체측 면이 운전자를 향해 돌출된 형상을 갖고 있어, 입사 광량이 증가될 수 있다.

아베수를 설명하면, 제1,2,5 렌즈(101,102,105) 중 적어도 하나 또는 모두의 아베수는 렌즈들 중에서 최대이며, 55 이상일 수 있다. 제3 렌즈(103)의 아베수는 렌즈들 중에서 최소이다. 최대 아베수와 최소 아베수 차이는 20 이상일 수 있다. 조리개(ST)의 물체측 렌즈와 센서측 렌즈의 아베수를 차이 또는 굴절률 차이를 줄여주어, 조리개(ST)를 통과하는 광들의 경로 제어가 용이할 수 있다.

이미지 센서(300)에 가장 인접한 제5 렌즈(105)의 아베수를 제1 렌즈(101)보다 높게 제공해 줌으로써, 유리 재질의 렌즈들 사이로 진행되는 광의 색 분산을 조절하여 이미지 센서(300)로 가이드할 수 있다.

상기 제3,4 렌즈(103,104)의 초점 거리(F3,F4)는 양의 파워를 가지며, 상기 제1,2,5 렌즈(101,102,105)의 초점 거리(F1,F2,F5)는 음의 파워를 가질 수 있다. 저온에서 고온까지의 온도가 변화함에 따라 렌즈가 수축 및 팽창을 반복하게 되므로, 유리 렌즈들에 의해 수축과 팽창되는 량을 줄여줄 수 있다.

초점 거리를 절대 값으로 나타내면, 상기 제2 렌즈(102)의 초점 거리는 렌즈들 중에서 최대이며, 10mm 이상일 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)의 초점 거리는 렌즈들 중에서 최소이다. 최대 초점 거리와 최소 초점 거리의 차이는 5mm 이상일 수 있다. 상기한 초점 거리에 의해 광학계에서 설정된 화각 범위에서 향상된 MTF 특성, 수차 제어 특성, 해상도 특성 등을 가질 수 있고, 화각의 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.

도 4와 같이, 실시예에 렌즈부(100)의 렌즈들 중 제1 렌즈(101)의 렌즈면은 30차 비구면 계수를 가진 비구면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 렌즈(101)는 30차 비구면 계수를 가지는 렌즈면을 포함할 수 있다. 상기와 같이 30차 비구면 계수를 가진 비구면은(“0”이 아닌 수치) 주변부의 비구면 형상을 특히 크게 변화시킬 수 있기 때문에 화각(FOV)의 주변부의 광학 성능을 양호하게 보정할 수 있다.

도 5와 같이, 제1 내지 제5 렌즈(101,102,103,104,105)의 두께(T1-T5), 인접한 두 렌즈 사이의 간격(G1-G4)을 설정할 수 있으며, 광축과 직교하는 Y축 방향으로 각 렌즈의 두께(T1-T5)에 대해 0.1mm 이상의 간격마다 나타낼 수 있으며, 각 렌즈 간의 간격(G1-G4)에 대해 0.1mm 이상의 간격마다 나타낼 수 있다.

도 6과 같이, 광축부터 제4,5 렌즈의 유효 영역의 끝단까지 Sag 값을 설명하면, 제4 렌즈(104)의 물체측 면과 센서측 면인 L4S1,L4S2의 Sag 값의 절대 값과, 제5 렌즈(105)의 센서측 면인 L5S2의 Sag 값은 제5 렌즈(105)의 물체측 면인 L5S1의 Sag 값보다 작음을 알 수 있다. L5S1의 Sag 데이터의 절대 값은 L4S1, L4S2, L5S2의 Sag 데이터의 절대 값보다 2배 이상임을 알 수 있다.

도 7 내지 도 9는 도 1의 광학계에서 상온, 저온 및 고온에서의 회절(Diffraction) MTF(Modulation transfer function)를 나타낸 그래프로서, 공간 주파수(spatial frequency)에 따른 휘도 비(modulation)를 나타낸 그래프이다. 도 7 내지 도 9와 같이, 발명의 실시 예에서 상온을 기준으로 저온 또는 고온과의 MTF의 편차는 10% 미만 즉, 7% 이하일 수 있다. 도 7 내지 도 9에서, x축은 디포커싱 위치를 나타내며, y축 MTF를 나타내며, F1부터 F11까지 0.000mm부터 3.092mm까지 0.309mm 단위로 측정한 그래프들이다.

도 10 내지 12는 도 1의 광학계에서 상온, 저온 및 고온에서의 수차 특성을 나타낸 그래프다. 도 10 내지 도 12의 수차 그래프에서 좌측에서 우측 방향으로 구면 수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점 수차(Astigmatic Field Curves), 왜곡 수차(Distortion)를 측정한 그래프이다. 도 10 내지 도 12에서 X축은 초점 거리(mm) 및 왜곡도(%)를 나타낼 수 있고, Y축은 이미지의 높이(height)를 의미할 수 있다. 또한, 구면 수차에 대한 그래프는 약 920nm, 약 940nm, 약 960nm 파장 대역의 광에 대한 그래프이며, 비점 수차 및 왜곡 수차에 대한 그래프는 약 940nm 파장 대역의 광에 대한 그래프이다. 도 10 내지 도 12의 수차도에서는 상온, 저온 및 고온에서의 각 곡선들이 Y축에 근접할 수록 수차 보정 기능이 좋은 것으로 해석할 수 있는데, 실시 예에 따른 광학계(1000)는 거의 대부분의 영역에서 측정 값들이 Y축에 인접한 것을 알 수 있다. 즉, 실시 예에 따른 광학계(1000)는 향상된 해상력을 가지며 화각(FOV)의 중심부뿐만 아니라 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 여기서, 저온은 -20도 이하의 예컨대, -20 내지 -40도 범위이며, 상온은 22도±5도 범위 또는 18도 내지 27도 범위이며, 고온은 85도 이상 예컨대, 85도 내지 105도의 범위일 수 있다. 이에 따라 도 10 내지 도 12의 저온에서 고온까지 휘도 비(modulation)의 저하가 10% 미만 예컨대, 5% 이하이거나, 거의 변경되지 않음을 알 수 있다.

표 1은 제1실시 예에 따른 광학계에서 상온, 저온 및 고온에서의 EFL, BFL, F넘버, TTL 및 대각 방향의 FOV와 같은 광학 특성의 변화를 비교하였으며, 상온을 기준으로 저온의 광학 특성의 변화율 5% 이하 예컨대, 3%이하로 나타남을 알 수 있으며, 상온을 기준으로 저온의 광학 특성의 변화율이 5% 이하 예컨대, 3% 이하로 나타남을 알 수 있다.

	상온	저온	고온	저온/상온(%)	고온/상온(%)
EFL	5.169	5.167	5.167	100.04%	100.00%
BFL	2.000	2.002	2.002	99.90%	100.00%
F#	2.200	2.2	2.200	100.00%	100.00%
TTL	12.499	12.502	12.504	99.98%	100.02%
FOV	72.85	72.85	72.86	100.00%	100.00%

따라서, 표 1과 같이, 저온에서 고온까지의 온도 변화에 따른 광학 특성의 변화 예컨대, 유효초점거리(EFL)의 변화율, TTL, BFL, F 넘버(F#), 대각 화각(FOV)의 변화율이 10% 이하 즉, 5% 이하 예컨대, 0 ~ 5% 범위임을 알 수 있다. 이는 적어도 한 매 또는 두 매 이상의 비구면 렌즈를 사용하더라도, 비구면 렌즈에 대한 온도보상이 가능하게 설계하여, 광학 특성의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다. 또한 상온을 기준으로 저온 또는 고온으로 변화되더라도, 유효초점거리, TTL, BFL, F 넘버(F#), 대각 화각(FOV) 등이 거의 변화되지 않음을 알 수 있다.

상기에 개시된 실시 예의 광학계는 색수차, 왜곡 수차 등의 수차 특성을 효과적으로 제어할 수 있고, 화각(FOV)의 중심부뿐만 아니라 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.

상기에 개시된 실시 예에 따른 광학계(1000)는 이하에서 설명되는 수학식들 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 만족할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 광학계(1000)는 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 광학계(1000)가 적어도 하나의 수학식을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 색수차, 왜곡 수차 등의 수차 특성을 효과적으로 제어할 수 있고, 화각(FOV)의 중심부뿐만 아니라 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 또한, 상기 광학계(1000)는 향상된 해상력을 가질 수 있다. 또한, 수학식들에 기재된 렌즈의 광축(OA)에서의 두께, 인접한 렌즈들의 광축(OA)에서의 간격이 의미하는 것은 상기에 개시된 실시 예를 참조할 수 있다.

[수학식 1]

0.5 < CT1/CT2 < 1.5

CT1는 상기 제1 렌즈(101)의 중심 두께를 의미하고, CT2는 상기 제2 렌즈(102)의 중심 두께를 의미한다. 수학식 1은 제1,2 렌즈의 중심 두께 차이를 작게 설정하여, 광학계의 광 경로를 용이하게 조절할 수 있다. 바람직하게, 0.8 < CT1/CT2 < 1.2을 만족할 수 있다. 비구면을 갖는 제1 렌즈(101)와 구면을 갖는 제2 렌즈(102)의 중심 두께를 설정해 줄 수 있어, 화각(FOV)의 중심부 및 주변부의 광학 성능을 개선할 수 있다.

[수학식 2]

(CT5*CA5) < (CT3*CA3)

CT5은 제5 렌즈(105)의 중심 두께이고, CA5은 제5 렌즈(105)의 유효경이며, CT3은 제3 렌즈(103)의 중심 두께이고, CA3은 제3 렌즈의 유효경이다. 상기 유효경은 각 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 유효경 평균이다. 바람직하게, CA5 < CA3의 조건을 만족할 수 있다. 상기 제3,5렌즈의 두께와 유효경을 설정해 줌으로써, 광학계는 수차를 개선시켜 줄 수 있다.

[수학식 3]

Po1 < 0

수학식 3에서 Po1는 제1 렌즈(101)의 파워를 나타내며, 광학계의 성능을 위해 광학계에서 TTL과 유사한 유효 초점 거리(F)를 갖기 위해 설정될 수 있다. 이에 따라 TTL > F을 만족할 수 있으며, 예컨대 1 < TTL/F < 4의 조건을 만족할 수 있다.

[수학식 4]

|Po1*2| ≤ Po3

Po3는 제3 렌즈(103)의 파워를 나타내며, 광학계의 성능을 위해 상기 제1 렌즈(101)의 파워의 2배 이상으로 설정할 수 있다. 이에 따라 제3 렌즈(103)의 중심 두께는 증가시켜 주고 곡률 반경은 줄여주어, 제3 렌즈(103)를 통과하는 광의 민감도는 낮출 수 있다. 바람직하게, |Po1*2| < Po3를 만족할 수 있다.

[수학식 4-1]

|Po1*2| ≤ Po4

Po4는 제4 렌즈(104)의 파워를 나타내며, 광학계의 성능을 위해 상기 제1 렌즈(101)의 파워의 2배 이상으로 설정할 수 있다. 이에 따라 제4 렌즈(104)의 중심 두께는 증가시켜 주고 곡률 반경은 줄여주어, 제4 렌즈(104)를 통과하는 광의 민감도는 낮출 수 있다. 바람직하게, |Po1*2| < Po4를 만족할 수 있다.

[수학식 5]

1.7 ≤ Nd3 < 2.2

Nd3는 제3 렌즈(103)의 d-line에서의 굴절률이다. 수학식 5는 제3 렌즈의 굴절률을 높게 설정해 주어, 광학계의 3차 수차(자이델 수차) 감소에 영향을 주는 요소를 조절할 수 있으며, TTL이 다소 길어지면서 발생할 수 있는 수차를 감소할 수 있다. 수학식 5는 바람직하게, 1.8 ≤ Nd3 ≤ 2.1를 만족할 수 있다. 수학식 4의 하한치보다 낮게 설계된 경우, 수차를 감소시켜 성능을 얻을 수 있고, 상기 제3 렌즈(103)의 파워가 약해져 빛을 효율적으로 모으지 못하여 광학계의 성능이 떨어질 수 있다. 상기 수학식 4의 상한치보다 높게 설계될 경우, 재료를 구하기 힘들어지는 단점이 있다. 또한 제3 렌즈의 굴절률이 수학식 4의 하한치보다 낮게 설계될 경우, 제3 렌즈의 파워를 증가하기 위해, 제3 렌즈의 곡률 반경을 증가시켜야 하며, 이 경우 렌즈 제작이 더 어려워지고 렌즈 불량률도 높아지고 수율이 저하될 수 있다.

[수학식 5-1]

1.7 ≤ Nd4 < 2.2

Nd4는 제4 렌즈(104)의 d-line에서의 굴절률이다. 수학식 5는 제4 렌즈의 굴절률을 높게 설정해 줄 수 있다. 수학식 5-1는 바람직하게, 1.8 ≤ Nd4 ≤ 2.1를 만족할 수 있다.

[수학식 5-2]

1.60 ≤ Aver(Nd1:Nd7) ≤ 1.70

수학식 5-2에서 Aver(Nd1:Nd7)는 제1 내지 제5 렌즈의 d-line에서의 굴절률 값들의 평균이다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 5-2을 만족할 경우, 광학계는 해상력을 설정할 수 있고 TTL에 영향을 억제할 수 있다.

[수학식 6]

40 < FOV_H < 60

수학식 6에서 FOV_H는 수평 화각을 나타내며, 차량용 광학계의 범위를 설정할 수 있다. 적어도 하나의 비구면 렌즈와 적어도 둘 이상의 구면 렌즈를 갖는 6매 이하의 광학계에서 수평 화각을 설정할 수 있다. 수학식 6은 바람직하게, 45 ≤ FOV_H ≤ 58를 만족하거나, 55도±3도 범위를 만족할 수 있다. 수학식 6을 만족할 경우, 상온 대비 고온으로 온도가 변화할 때 유효초점 거리의 변화율과 화각의 변화율은 5% 이하 예컨대, 0 내지 5%로 설정해 줄 수 있다. 또한 광학계(1000) 내에 비구면 렌즈와 구면 렌즈와 혼합하여 사용하더라도, 유리 렌즈의 온도 보상을 통해 광학 특성의 저하를 방지할 수 있다.

[수학식 7]

L1R1 > 0

L1R1은 제1 렌즈(101)의 제1 면(S1)의 곡률 반경을 나타내며, 0보다 크게 설정될 수 있다. 이러한 수학식 7을 만족할 경우, 광학계의 형상을 제한할 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)의 물체 측 면은 광축에서 운전자 방향으로 볼록한 형상을 갖고, 입사 광량을 증가시켜 줄 수 있다. 또한 L1R1*L1R2 > 0의 조건을 만족하므로, 입사되는 광을 광축에 가까워지는 방향으로 굴절시켜 줄 수 있다. 이에 따라 실시 예는 제2 렌즈의 유효경의 제1렌즈의 유효경보다 작게 제공할 수 있다.

[수학식 7-1]

L2R1 < 0

L3R2 < 0

L4R2 < 0

L2R1는 제2 렌즈(102)의 물체측 면의 곡률 반경이며, L3R2는 제3 렌즈(103)의 센서측 면의 곡률 반경이며, L4R2은 제4 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경이다. 상기 제1 렌즈가 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 갖고, 제3,4 렌즈가 양면이 볼록한 형상을 가지므로, 입사되는 광을 유효경이 가장 작은 제2 렌즈(102)에서 가장 큰 제4 렌즈의 유효 영역으로 굴절시켜 줄 수 있다. 상기 제1 렌즈가 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 갖게 되므로, 조리개 위치부터 센서를 향해 갈수록 렌즈들의 유효경이 점차 커지도록 설계할 수 있으며, 렌즈 매수를 줄여줄 수 있다. 또한 L1R1 > L1R2의 조건과 |L3R1| > L3R2의 조건을 만족하므로, 제2 렌즈의 유효경을 최소로 설계할 수 있으며, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 만약, |L3R1| < L3R2의 조건인 경우, TTL이 증가하는 문제가 있다. 상기 제3,4 렌즈의 곡률 반경을 다른 렌즈보다 크게 설정하되, 20 mm 이하로 설정해 주어, 입사되는 광들에 미치는 광학적 특성의 영향을 줄여줄 수 있다.

[수학식 8]

0.5 < BFL/Max_Sag52 to Sensor < 1.5

BFL은 마지막 렌즈 즉, 제5 렌즈의 센서측 면의 중심에서 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리이다. Max_Sag52 to Sensor는 제5 렌즈(105)의 센서측 면의 최대 Sag 값 즉, 저점에서 이미지 센서(300)까지의 광축 방향의 거리일 수 있다. 광학계가 수학식 8를 만족할 경우, TTL을 줄여줄 수 있고, 카메라 모듈의 제작을 위한 조건을 설정할 수 있다. 또한 Max_Sag52 to Sensor는 이미지 센서(300)와 제5 렌즈(105) 사이에 위치하는 광학 필터(500)와 커버 글라스(400)를 배치할 수 있는 공간을 설정할 수 있다. 수학식 8의 범위가 하한치보다 작을 경우, 광학 필터, 또는 이미지 센서 등의 회로 구조물을 배치할 공간의 제약이 커져 구조물을 광학계에 조립하는 공정이 어려워질 수 있다. 수학식 8의 범위가 상한치보다 커질 경우, 필터 및 이미지 센서 등의 회로 구조물을 광학계에 조립하는 공정이 용이하지만, TTL이 길어져 광학계의 소형화가 힘들게 된다. 상기 마지막 렌즈의 센서측 면은 광축과 에지 사이에서 상기 센서측 면의 중심보다 이미지 센서 방향으로 더 돌출되는 지점이 없는 경우, Max_Sag52는 0이며, 수학식 8의 값은 BFL(Back focal length)과 같을 수 있다.

[수학식 9]

0.5 < CT1 / CT5 < 1.5

수학식 9를 만족할 경우, 수차 특성을 개선하며, 광학계의 축소에 대한 영향을 설정할 수 있다. 수학식 9은 바람직하게, 0.85 < CT1 / CT5 < 1.25를 만족하거나 CT1와 CT5는 동일할 수 있다. 수학식 9은 광학계의 물체측 제1 렌즈와 구면을 갖는 제5 렌즈의 중심 두께를 설정하고, 이들의 중심 두께 차이를 한정할 수 있다. 이에 따라 광학계의 색 수차를 개선할 수 있으며, 설정된 화각에서 양호한 광학 성능을 가지며 TTL(total track length)을 제어할 수 있다.

[수학식 9-1]

0 < CT1/CA11 < 0.5

수학식 9-1에서 제1 렌즈(101)의 중심 두께(CT1)과 제1 렌즈(101)의 물체측 면(S1)의 유효경(CA11)을 설정해 줄 수 있으며, 이를 만족할 경우, 유리 재질의 렌즈의 강도 및 광학적 특성 저하를 방지할 수 있다. 만약, 수학식 9-1의 범위보다 낮은 경우, 렌즈가 파손되거나 사출 성형이 어렵고, 상기 범위보다 큰 경우 TTL이 증가하게 되고 광학계의 중량이 무거워질 수 있다. 바람직하게, 0 < CT1/CA11 < 0.3를 만족할 수 있다.

[수학식 10]

1 < CT4 / (CT1+CT2+CT5) < 2

CT1, CT2, CT4, CT5는 제1,2,3,5 렌즈의 중심 두께를 의미한다. 광학계가 수학식 10을 만족할 경우, 가장 두꺼운 제4 렌즈의 중심 두께와 얇은 렌즈들의 중심 두께의 비율을 설정할 수 있으며, 수차 특성을 개선하며, 광학계의 축소에 대한 영향을 설정할 수 있다. 수학식 10은 바람직하게, 1 < CT4 / (CT1+CT2+CT5) < 1.5를 만족할 수 있다.

[수학식 11]

1 < CT3 / (CT1+CT5) < 2.5

수학식 11에서, 제3 렌즈(103)의 중심 두께를 제1,5 렌즈의 중심 두께의 합보다 크게 설정할 수 있어, 양면이 볼록한 제3 렌즈는 제4 렌즈의 전 영역으로 광을 가이드할 수 있다.

[수학식 12]

4 < CT34 / CT5 < 10

CT34는 제3,4렌즈의 중심 두께의 합이다. 수학식 12을 만족할 경우, 제3,4 렌즈의 중심 두께의 합을 제5 렌즈(105)의 중심 두께를 보다 4배 초과되도록 배치함으로써, 제3,4렌즈(103,104)를 통해 진행하는 광의 민감도는 낮추고 제3,4렌즈(103,104)의 조립성은 개선시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 6 < CT34 / CT5 < 8를 만족할 수 있다.

[수학식 13]

1 < CA11 / CA21 < 2

CA11은 상기 제1 렌즈(101)의 제1 면(S1)의 유효경을 의미하고, CA21은 상기 제2 렌즈(102)의 제3 면(S3))의 유효경을 의미한다. 수학식 13을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 입사되는 광을 제어할 수 있으며 수차에 영향을 주는 요소를 설정할 수 있으며, 바람직하게, 1 < CA11 / CA31 < 1.6를 만족할 수 있다. 제1,2 렌즈가 수학식 13을 만족하므로, 제1,2렌즈의 유효경 차이는 크지 않아 조립성에 의한 영향을 줄여줄 수 있고, 온도 변화에 의한 광학적 영향을 줄여줄 수 있다.

[수학식 14]

1 < CA52 / CA21 < 3

CA52는 상기 제5 렌즈(105)의 제10 면(S10)의 유효경을 의미하고, CA21는 상기 제2 렌즈(102)의 제3 면(S3)의 유효경을 의미한다. 수학식 14를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 입사되는 광 경로를 제어할 수 있고, CRA 및 온도에 따른 성능변화에 대한 요소를 설정할 수 있다. 바람직하게, 수학식 14는 1.8 < CA52 / CA21 < 2.5를 만족할 수 있다. 수학식 14는 제2 렌즈 군의 첫 번째 렌즈의 물체측 면과 마지막 렌즈의 센서측 면의 유효경을 설정할 수 있다.

[수학식 15]

0 < CA12 / CA21 < 2

CA12는 상기 제1 렌즈(101)의 제2 면(S2)의 유효경을 의미하고, CA21는 상기 제2 렌즈(102)의 제3 면(S3)의 유효경을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 15를 만족할 경우, 제1 렌즈 군(LG1)에서 제2 렌즈 군(LG2)으로 진행하는 광을 제어할 수 있고, 렌즈 민감도 감소에 영향을 주는 요소를 설정할 수 있다. 수학식 15는 바람직하게, 0.8 < CA12 / CA21 < 1.5를 만족할 수 있다. 상기 제1,2렌즈가 수학식 15를 만족하므로, 구면 렌즈와 비구면 렌즈의 조립을 위한 크기를 설정할 수 있다.

[수학식 16]

0 < ΣASL_CT / ΣSSL_CT < 0.5

ΣASL_CT는 비구면 렌즈의 중심 두께의 합이며, 예컨대, 제1렌즈의 중심 두께이다. ΣSSL_CT는 구면 렌즈들의 중심 두께의 합이며, 예컨대, 제2 내지 제5렌즈의 중심 두께의 합이다. 수학식 16을 만족할 경우, TTL 대비 비구면 렌즈의 두께와 구면 렌즈의 두께 관계를 설정해 주어 전체 TTL를 제어할 수 있다. 수학식 16은 바람직하게, 실시 예는 0 < ΣASL_CT / ΣSSL_CT < 0.2를 만족할 수 있다.

[수학식 17]

0 < ΣASL_CT / TD < 0.2

TD는 제1 렌즈의 물체측 면의 중심에서 마지막 제5 렌즈의 센서측 면의 중심까지의 광축 거리이다. 수학식 17은 광학계의 비구면 렌즈의 중심 두께의 합과 렌즈들 간의 최대 광축 거리의 관계를 설정할 수 있다. 수학식 17은 바람직하게, 0 < ΣASL_CT / TD < 0.1를 만족할 수 있다.

[수학식 18]

0.2 < ΣSSL_CT / TD < 0.7

수학식 18는 광학계의 구면 렌즈들의 중심 두께의 합과 렌즈들 간의 최대 광축 거리의 관계를 설정할 수 있다. 바람직하게, 0.4 ≤ ΣSSL_CT / TD < 0.6을 만족할 수 있다.

[수학식 19]

0.1 < ΣSSL_CT / TTL < 0.6

수학식 19는 구면 렌즈들의 중심 두께의 합과 전체 광학 길이(TTL)의 관계를 설정할 수 있다. 수학식 19는 바람직하게, 0.3 ≤ ΣSSL_CT / TTL ≤ 0.5를 만족할 수 있다.

[수학식 20]

1 < SSL_CA_Aver/ASL_CA_Aver < 2

SSL_CA_Aver는 구면을 갖는 유리 렌즈들의 평균 유효경을 나타내며, ASL_CA_Aver은 비구면을 갖는 글라스 몰드 렌즈들의 평균 유효경을 나타낸다. 수학식 20에서 구면 렌즈와 비구면 렌즈의 유효경을 설정해 주어, 입사되는 광의 경로를 효과적을 가이드할 수 있다. 수학식 20은 바람직하게, 1 < SSL_CA_Aver/ASL_CA_Aver < 1.5를 만족할 수 있다. 실시 예는 광학계 내에 구면 렌즈와 비구면 렌즈를 혼합해 줌으로써, 렌즈 매수를 줄여줄 수 있고, 광학적 특성의 저하를 방지할 수 있다.

[수학식 21]

0 < SSL_Nd_Aver/ASL_Nd_Aver < 1.60

SSL_Nd_Aver는 구면 렌즈들의 굴절률 평균이며, ASL_Nd_Aver는 비구면 렌즈의 굴절률 평균이다. 바람직하게, 1 < SSL_Nd_Aver/ASL_Nd_Aver < 1.3의 조건을 만족하도록 구면 렌즈의 굴절률과 비구면 렌즈의 굴절률을 설정해 줄 수 있다.

[수학식 21-1]

ΣASL_Nd < ΣSSL_Nd

ΣASL_Nd는 비구면 렌즈의 굴절률 합이며, ΣSSL_Nd는 구면 렌즈의 굴절률 합이다. 광학계는 구면 렌즈들의 굴절률의 합을 물체측 비구면 렌즈의 굴절률 합보다 높게 설정해 주어, 해상도 및 색 분산을 조절할 수 있다.

[수학식 22]

(CG1+CG2) < CT3

CG1는 제1,2 렌즈 사이의 중심 간격이며, CG2는 제2,3렌즈 사이의 중심 간격이다. 수학식 22에서 제3 렌즈의 중심 두께를 증가시키고, 제1 내지 제3 렌즈 사이의 중심 간격을 줄여주어, TTL을 조절할 수 있다. 여기서, (CT1*2) < CG2 또는 (CT2*2) < CG2의 조건을 만족할 수 있다.

[수학식 23]

0.20 < LD12/LD35 < 0.50

LD12는 물체에 인접한 두 렌즈 사이의 광축 거리이며, 예컨대 제1 렌즈(101)의 물체측 면의 중심에서 제2 렌즈(102)의 센서측 면의 중심까지의 광축 거리이다. LD35는 센서에 인접한 세 렌즈들의 광축 거리로서, 제3 렌즈(103)의 물체측 면의 중심에서 제5 렌즈(105)의 센서측 면의 중심까지의 광축 거리이다. 수학식 23에서 물체에 배치된 렌즈(101,102)들의 광축 거리는 작게 하고, 센서측에 배치된 렌즈들(103,104,105)의 광축 거리는 크게 제공하여, 제1 및 제2 렌즈(101,102)에 의해 발생되는 왜곡 및 색 수차를 보정할 수 있다. 바람직하게, 상기 제1 렌즈(101)의 물체측 면에서 제2 렌즈(102)의 센서측 면까지의 광축 거리는 상기 제3 렌즈(103)의 물체측 면에서 상기 제5 렌즈(105)의 센서측 면까지의 광축 거리의 26% 이상 및 36% 이하로 설정할 수 있다. 수학식 23를 만족하므로, TTL이 작은 광학계에서 발생될 수 있는 수차 및 왜곡을 줄여줄 수 있다. 즉, 0.26 ≤ LD12/LD35 ≤ 0.36를 만족할 수 있다.

[수학식 24]

0 < LD12 /TTL < 0.3

수학식 24에서 전체 길이(TTL) 대비 물체측 두 렌즈들의 광축 거리를 설정해 주어, 유리 렌즈들의 유효경, 곡률 반경, 굴절률, 아베수 등을 설정할 수 있다. 바람직하게, 0.11 ≤ LD12 /TTL ≤ 0.23를 만족할 수 있다.

[수학식 25]

0 < CT4/TTL < 0.3

수학식 25에서 TTL을 기준으로 제4 렌즈의 중심 두께를 상기 범위로 설정해 주어, 제1 내지 제3 렌즈를 통해 입사된 광을 제5 렌즈의 전 영역으로 굴절시켜 줄 수 있으며, 광학계의 색 수차를 개선할 수 있다.

[수학식 25-1]

0.4 < CT4/ImgH < 0.9

수학식 25-1에서 ImgH 대비 제3 렌즈의 중심 두께를 상기 범위로 설정해 주어, 온도 변화에 따른 광학적 특성의 변화를 줄여줄 수 있다.

[수학식 26]

0 < |L2R1/L5R2| < 1

L2R1는 제2 렌즈의 제3 면의 곡률 반경이며, L5R2는 제5 렌즈의 제10 면의 곡률 반경을 의미한다. 수학식 28에서 제2 렌즈의 물체측 면과 제5 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경을 설정해 주어, 제2,5 렌즈의 파워를 제어할 수 있다. 이에 따라 화각의 중심부 및 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 바람직하게, 수학식 26은 0 < |L2R1/L5R2| < 0.5를 만족할 수 있다.

[수학식 27]

3 < |L5R1/CT5| < 10

L5R1은 제5 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경을 의미한다. 수학식 27를 만족할 경우, 제4 렌즈의 파워를 제어하여, 입사된 광을 비구면 렌즈로 제어할 수 있으며, 비구면의 조립성 저하를 방지할 수 있다. 바람직하게, 6 ≤ |L5R1/CT5| < 9를 만족할 수 있다.

[수학식 28]

1.2 < |L3R1/L3R2| < 5

L3R1은 제3 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경이며, L3R2는 제3 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경을 의미한다. 수학식 28을 만족할 경우, 광학계의 중심부에 위치한 렌즈의 곡률 반경을 조절하여 광의 민감도를 낮출 수 있다. 바람직하게, 2 ≤ |L3R1/L3R2|< 2.5를 만족할 수 있다.

[수학식 29]

0.5 < |L4R1/L4R2 | < 1.5

L4R1은 제4 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경이며, L4R2는 제4 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경을 의미한다. 수학식 29을 만족할 경우, 광학계의 중심부에 위치한 렌즈의 곡률 반경을 조절하여 광의 민감도를 낮출 수 있다. 바람직하게, |L4R1/L4R2| = 1를 만족할 수 있다.

[수학식 30]

|S7SagD1| - |S8SagD1| < 0.2mm

S7SagD1은 제4 렌즈(104)의 제7 면(S7)에서 광축으로부터 제1 거리(D1)에서의 Sag 값이며, S8SagD1은 제4 렌즈(104)의 제8 면(S8)에서 광축으로부터 제1 거리(D1)에서의 Sag 값이다. 즉, 제4 렌즈(104)는 제7 면과 제8 면(S8)의 Sag 값이 광축을 기준으로 제1 거리(D1)로 이격된 지점에서 0.2mm 미만의 차이를 가질 수 있다. 상기 제1 거리(D1)은 광축을 기준으로 상기 제4 렌즈(104)의 평균 유효 반경의 1/2 지점이다. 여기서, S7SagD1 > 0이며, S8SagD1 < 0이다.

[수학식 31]

0.5 < SD/TD < 1

SD는 조리개에서 마지막 렌즈의 센서측 면의 중심까지의 광축 거리이며, TD는 제1 렌즈의 물체측 면의 중심에서 마지막 렌즈의 센서측 면의 중심까지의 광축 거리이다. 즉, 조리개의 위치와 전체 렌즈 간의 최대 거리 사이의 관계를 설정할 수 있다. 바람직하게, 0.8 < SD/TD < 0.95를 만족할 수 있다.

[수학식 32]

0.5 < CT_Max /CG_Max < 1.5

수학식 32에서 렌즈들 중 최대 중심 두께(CT_Max)와 인접한 렌즈들 사이의 최대 중심 간격(CG_Max)을 설정해 줄 수 있다. 수학식 32를 만족할 경우, 광학계는 설정된 화각에서 초점거리에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 실시 예는 0.8 < CT_Max /CG_Max < 1.2을 만족할 수 있다.

[수학식 33]

1 < ΣCT / ΣCG < 5

수학식 33에서 ΣCT는 렌즈들의 중심 두께의 합이며, ΣCG는 인접한 렌즈들 사이의 중심 간격들의 합이다. 수학식 33를 만족할 경우, 광학계는 설정된 화각에서 초점거리에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 실시 예는 1 < ΣCT / ΣCG < 1.5를 만족할 수 있다.

[수학식 34]

6 < ΣNd < 11

ΣNd는 복수의 렌즈 각각의 d-line에서의 굴절률들의 합을 의미한다. 수학식 34를 만족할 경우, 비구면 렌즈와 구면 렌즈가 혼합된 광학계(1000)에서 TTL을 제어할 수 있고, 향상된 해상력을 가질 수 있다. 또한 상대적으로 높은 굴절률과 두꺼운 두께를 갖는 유리 렌즈들을 중심부에 배열하여, TTL과 굴절률을 설정할 수 있다. 수학식 34은 바람직하게, 6 ≤ ΣNd ≤ 10를 만족할 수 있다.

[수학식 35]

10 < ΣAbbe / ΣNd < 50

ΣAbbe는 상기 복수의 렌즈 각각의 아베수(Abbe's number)의 합을 의미한다. 수학식 35를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 향상된 수차 특성 및 해상력을 가질 수 있다. 수학식 35를 렌즈들의 아베수의 합과 굴절률의 합을 설정해 주어, 광학 특성을 제어할 수 있으며, 바람직하게 28 < ΣAbbe / ΣNd < 40를 만족할 수 있다.

[수학식 36]

0.5 < CA11 / CA_Min < 2.5

CA11는 제1 렌즈의 물체측 면의 유효경이며, CA_Min은 렌즈들의 물체측 면들과 센서측 면들 중 최소 유효경을 나타낸다. 수학식 36을 만족할 경우, 광학계는 입사광 제어, 광학 성능 유지하며 보다 슬림한 모듈을 제공할 수 있다. 수학식 36은 바람직하게, 1 < CA11 / CA_Min < 2를 만족할 수 있다.

[수학식 37]

1 < CA_Max / CA_Min < 5

CA_Max는 렌즈들의 물체측 면들과 센서측 면들 중 최대 유효경을 나타낸다. 수학식 37를 만족할 경우, 광학계는 광학 성능을 유지하며 슬림하고 컴팩트한 구조를 위한 크기를 설정할 수 있다. 수학식 37는 바람직하게, 2 < CA_Max / CA_Min < 2.5를 만족할 수 있다.

[수학식 38]

1 < CA_Max / CA_Aver < 3

CA_Aver는 렌즈들의 물체측 면들과 센서측 면들의 유효경의 평균을 나타낸다. 수학식 38을 만족할 경우, 광학계는 광학 성능을 유지하며 슬림하고 컴팩트한 구조를 위한 크기를 설정할 수 있다. 수학식 38은 바람직하게, 1 < CA_Max / CA_Aver < 1.5를 만족할 수 있다.

[수학식 39]

20 < CA_Max*nL < 32

nL은 광학계의 렌즈 매수이며, 예컨대 5일 수 있다. 수학식 39를 만족할 경우, 광학계는 전체 렌즈 매수에 따라 최대 유효경을 설정할 수 있다. 수학식 39는 바람직하게, 25 < CA_Max*nL < 30를 만족할 수 있다.

[수학식 40]

0.5 < CA_Max / (2*ImgH) < 2

수학식 40는 렌즈 면들 최대 유효경(CA_Max)과 이미지 센서의 대각 길이로 설정할 수 있으며, 이를 만족할 경우, 광학계는 양호한 광학 성능을 유지할 수 있으며 슬림하고 컴팩트한 구조를 위한 크기를 설정할 수 있다. 바람직하게, 0.6 < CA_Max / (2*ImgH) < 1를 만족할 수 있다.

[수학식 41]

0.5 < TD / CA_Max < 4

수학식 41을 만족할 경우, 렌즈들의 전체 광축 거리와 최대 유효경을 설정할 수 있어, 양호한 광학 성능을 위한 크기를 설정할 수 있다. 수학식 41은 바람직하게, 1.5 < TD / CA_Max < 2.2를 만족할 수 있다.

[수학식 42]

0 < TD / CT_Max < 0.7

수학식 42에서 렌즈들 중 최대 중심 두께와 렌즈들의 최대 광축 거리를 설정해 줄 수 있으며, 양호한 광학 성능을 개선시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 0 ≤ TD / CT_Max ≤ 0.3를 만족할 수 있다.

[수학식 43]

0 < F/CA51 < 1.5

F는 광학계의 유효 초점 거리(EFL)를 나타내며, 15mm 미만 또는 10mm 이하 예컨대, 1mm 내지 10mm 범위일 수 있다. 수학식 43에서 유효 초점 거리와 마지막 구면 렌즈의 물체측 면의 유효경 사이의 관계를 설정해 주어, 광학계 축소, 예컨대 TTL에 대한 영향을 조절할 수 있다. 수학식 43는 바람직하게, 0.8 < F / CA51 < 1.2를 만족할 수 있다.

[수학식 44]

0 < F / L1R1 < 2

수학식 44에서 광학계의 유효 초점 거리와 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경을 설정해 주어, 입사 광과 TTL에 대한 영향을 조절할 수 있다. 수학식 44는 바람직하게, 1 < F / L1R1 < 1.5를 만족할 수 있다.

[수학식 45]

0.5 < Max(CT/ET) < 1.5

Max(CT/ET)는 각 렌즈들의 중심 두께와 에지 두께의 비율이 최대 값을 나타낸다. 수학식 45를 만족할 경우, 광학계는 유효 초점 거리에 대한 영향을 조절할 수 있다. 수학식 45는 바람직하게, 0.8 < Max(CT/ET) < 1.2를 만족할 수 있다.

렌즈부 내에서 구면 렌즈와 비구면 렌즈의 중심 두께와 에지 두께의 비율을 보면, Max_SSL(CT/ET) > Max_ASL(CT/ET)의 조건을 만족할 수 있다. Max_SSL(CT/ET)는 구면 렌즈들 중 중심 두께와 에지 두께의 비율이 최대를 나타내며, Max_ASL(CT/ET)는 비구면 렌즈의 중심 두께와 에지 두께의 비율이 최대를 나타낼 수 있다.

[수학식 46]

0 < EPD / L1R1 < 1

EPD는 상기 광학계(1000)의 입사동(Entrance Pupil)의 크기(mm)를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 46을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 입사광을 제어할 수 있다. 수학식 46은 바람직하게, 0.5 < EPD / L1R1 < 0.8를 만족할 수 있다.

[수학식 47]

1 < ｜F1/F3｜ < 4

F1은 제1 렌즈의 초점 거리이며, F3은 제3 렌즈의 초점 거리이다. 수학식 47을 만족할 경우, 제1,3 렌즈의 파워를 제어하여 해상력을 개선시켜 줄 수 있으며, TTL 및 유효 초점 거리(F)에 영향을 줄 수 있다. 바람직하게, 2 ≤ F1 / F3 ≤ 2.7를 만족할 수 있다.

[수학식 47-1] ｜F1｜ > F4

[수학식 47-2] ｜F1｜ > F3

[수학식 47-3] ｜F1｜ <｜F2｜

[수학식 47-4] F < F4 <｜F1｜

[수학식 47-5] F < F4 <｜F5｜

수학식 47-1 내지 47-5에서 F1는 제1 렌즈의 초점 거리이며, F2는 제2 렌즈의 초점 거리이며, F3는 제3 렌즈의 초점 거리이며, F4는 제4 렌즈의 초점 거리이며, F5는 제5 렌즈의 초점 거리이다. 각 렌즈의 파워를 제어하여 비구면 렌즈에서 구면 렌즈를 통해 광을 가이드할 수 있다.

조리개(ST)는 제1 렌즈(101,112)의 센서측 면에 배치된다. 조리개(ST)보다 센서측면에 배치되고 조리개(ST)와 가장 인접하게 배치되는 렌즈의 초점거리는 0보다 작다. 본 발명의 실시예에서 상기 제2 렌즈(102)의 초점거리인 F2가 0보다 작게 설계되어야 한다. 이 경우, 상기 제2 렌즈(102)가 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상을 갖고 있어, 제3 렌즈(103)의 물체측 면의 곡률반경을 증가시켜 줄 수 있다. 제3 렌즈(103)은 양의 파워를 갖고 있어, 제3,4 렌즈의 유효경은 커질 수 있다.

상기 제2 내지 제5 렌즈의 합성 초점 거리(F25)는 양의 파워를 가질 수 있다. 즉, 조리개(ST) 보다 센서측에 배치된 렌즈 즉, 조리개보다 센서와 더 가깝도록 배치된 렌즈들의 합성 초점 거리(F25)는 0보다 크게 설계된다. 이 경우, 수평 화각(FOV_H) 45도 내지 60도에서 TTL을 줄여서 광학계를 소형화 할 수 있다.

[수학식 48]

|Po5| < Po4 < Po3

Po3는 제3 렌즈의 파워 값이며, Po4는 제4 렌즈의 파워 값이며, Po5는 제5 렌즈의 파워 값이다. 제3,4렌즈의 파워는 양의 값이며, 제5 렌즈의 파워는 음의 값을 가지고 있어 제5 렌즈는 제3,4 렌즈에서 발생되는 수차를 보상할 수 있다.

[수학식 49]

15 < Vd2-Vd3 < 60

수학식 49에서 Vd2는 제2 렌즈의 아베수이며, Vd3는 제3 렌즈의 아베수이다. 수학식 49를 만족할 경우, 인접한 두 렌즈의 아베수 차이를 일정 값 이상으로 유지할 수 있으며, 색수차를 개선시켜 줄 수 있다. 수학식 49은 바람직하게, 20 < Vd2-Vd3 < 40를 만족할 수 있다.

[수학식 50]

0 < |F25 / F12| < 2

수학식 50에서 제1,2 렌즈의 합성 초점 거리(F12)와 제3 내지 제5 렌즈의 합성 초점거리(F35)의 관계를 설정해 주어, 제1,2 렌즈 군의 파워를 제어하여 해상력을 개선시켜 줄 수 있으며, 광학계를 슬림하고 컴팩트한 크기로 제공할 수 있다. 수학식 50는 바람직하게, 0 < |F25 / F12| < 1를 만족할 수 있다.

[수학식 51]

0 < |F25 / F| < 2

수학식 51에서 전체 초점 거리(F)와 제2 내지 제5 렌즈의 합성 초점거리(F25)의 관계를 설정해 주어, 각 렌즈들의 파워를 제어하여 해상력을 개선시켜 줄 수 있다. 수학식 51는 바람직하게, 0.5 < |F25 / F| < 1를 만족할 수 있다.

[수학식 52]

0 < |F35 / F12| < 2

수학식 52에서 제1,2 렌즈의 합성 초점 거리(F12)와 제3 내지 제5 렌즈의 합성 초점거리(F35)의 관계를 설정해 주어, 유효경이 작은 두 렌즈의 합성 초점 거리와 유효경이 큰 세 렌즈의 합성 초점 거리를 상기 범위로 설정하여, 각 렌즈들의 합성 파워를 제어하여 해상력을 개선시켜 줄 수 있다. 수학식 52는 바람직하게, 0 < |F35 / F12| < 1를 만족할 수 있으며, F35 > 0, F12 < 0이다.

[수학식 53]

|F_SSL_Aver| < |F_ASL_Aver|

수학식 53에서 F_SSL_Aver는 구면 렌즈들의 초점 거리의 평균이며, F_SSL_Aver는 비구면 렌즈의 초점 거리의 평균이다. 수학식 53를 만족할 경우, 구면 렌즈와 비구면 렌즈의 조합에 의해 색수차 및 왜곡 수차를 개선할 수 있다.

[수학식 54]

0 < nASL /nL < 0.5

nASL은 비구면 렌즈의 매수이고, nL은 전체 렌의 매수를 나타낸다. 수학식 54에서 비구면 렌즈의 매수를 전체 렌즈 매수의 0.5배 미만이 되도록 배치함으로써, 광학계의 두께를 감소시켜 줄 수 있고 비구면을 통해 보다 다양한 파워를 제공할 수 있다. 또한, 수학식54-1은 0.5 < nSSL /nL < 1를 만족할 수 있으며, nSSL은 유리 렌즈의 매수이다.

[수학식 55]

0.70 < DL3S/TTL < 0.90

DL3S는 제3 렌즈의 물체측 면의 중심에서 이미지 센서까지의 광축 거리이다. 광학계가 제3,4 렌즈의 중심 두께를 두껍게 설정하고, 제3 내지 제5 렌즈 사이의 중심 간격들을 크게 하여, TTL의 길이 대비 DL3S를 상기 범위로 설정해 주어, 진행하는 광을 수차 및 왜곡 없이 가이드할 수 있도록 설계할 수 있다. 바람직하게, 0.75 ≤DL3S/TTL ≤ 0.85를 만족할 수 있다. 즉, DL3S는 제3 렌즈의 물체측 면의 중심에서 이미지 센서까지의 광축 거리는 TTL의 75% 내지 85% 범위로 제공될 수 있다.

[수학식 56]

5mm < TTL < 20mm

TTL(Total track length)은 상기 제1 렌즈(101)의 제1 면(S1)의 중심에서 상기 이미지 센서(300)의 표면까지의 광축(OA)에서의 거리를 의미한다. 수학식 56에서 TTL을 15mm 이하로 설정하여, 차량용 광학계를 제공할 수 있다. 바람직하게, 10mm ≤ TTL ≤ 15mm를 만족할 수 있다.

[수학식 57]

2mm < ImgH

수학식 57는 이미지 센서(300)의 대각 길이의 1/2를 설정할 수 있으며, 차량용 센서 사이즈를 갖는 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 57는 바람직하게, 2.8mm ≤ ImgH < 5mm를 만족할 수 있다.

[수학식 58]

1mm < BFL < 3mm

수학식 58에서 BFL(Back focal length)은 1 mm 초과 3mm 미만으로 설정하여, 광학 필터(500) 및 커버 글라스(400)의 설치 공간을 확보할 수 있고 이미지 센서(300)와 마지막 렌즈 사이의 간격을 통해 구성 요소들의 조립성을 개선하며 결합 신뢰성을 개선할 수 있다. 수학식 58은 바람직하게, 1.5mm ≤ BFL ≤ 2.8mm를 만족할 수 있다. 상기 BFL이 수학식 58의 범위 미만인 경우 이미지 센서로 진행되는 일부 광이 이미지 센서로 전달되지 못하여 해상도 저하의 원이 될 수 있다. 상기 BFL이 수학식 58의 범위를 초과하는 경우 잡광이 유입되어 광학계의 수차 특성이 저하될 수 있다.

[수학식 59]

1 < BFL/CG2 < 3

수학식 59에서 BFL(Back focal length)과 제4,5 렌즈 사이의 중심 간격(CG4)을 설정하여, 광학 필터(500) 및 커버 글라스(400)의 설치 공간과 센서에 인접한 유리 렌즈들 사이의 간격에 따라 구성 요소들의 결합 신뢰성을 개선할 수 있다. 수학식 59에서 1.2 ≤ BFL / CG4 ≤ 1.5를 만족할 수 있다. 상기 제4,5 렌즈 사이의 중심 간격(CG4)은 렌즈부 내에서 가장 클 수 있다.

[수학식 60]

0 < CT3 / BFL < 1

수학식 60에서 BFL(Back focal length)을 제1 렌즈의 중심 두께보다 크게 설정하여, 광학 필터(500) 및 커버 글라스(400)의 설치 공간을 확보할 수 있고 이미지 센서(300)와 마지막 렌즈 사이의 간격을 통해 구성 요소들의 조립성을 개선하며 결합 신뢰성을 개선할 수 있다. 상기 BFL이 수학식 60을 만족하지 않을 경우, 분사된 광의 일부가 이미지 센서의 유효 영역으로 전달되지 못할 수 있고, 이에 따라 해상도를 저하시킬 수 있다. 바람직하게, 0.5 < CT1 / BFL ≤0.9를 만족할 수 있다.

[수학식 61]

F < 15mm

수학식 61는 전체 유효초점 거리(F)를 차량용 광학계에 맞게 설정할 수 있다. 수학식 61는 1mm ≤ F ≤ 10mm 또는 3mm ≤F≤8mm 범위를 만족할 수 있다.

[수학식 62]

45 < FOV < 75

수학식 62에서 FOV(Field of view)는 상기 광학계(1000)의 대각 방향의 화각(Degree)을 의미하며, 75도 미만의 차량용 광학계를 제공할 수 있다. 바람직하게, 55 ≤ FOV ≤ 74를 만족할 수 있다.

[수학식 63]

1 < TTL / CA_Max < 3

CA_Max는 상기 복수의 렌즈들의 물체 측 면 및 센서 측 면 중 가장 큰 유효경(mm)를 의미한다. 수학식 63는 광학계의 전체 광축 길이와 최대 유효 경의 관계를 설정하여, 슬림한 차량용 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 63는 바람직하게, 2 < TTL / CA_Max ≤ 2.5를 만족할 수 있다.

[수학식 64]

3 < TTL / ImgH < 5

수학식 64는 광학계의 전체 광축 길이(TTL)와 이미지 센서(300)의 광축에서 대각 방향의 길이(ImgH)를 설정할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 64를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 차량용 이미지 센서(300)의 적용을 위한 TTL 대비 사이즈가 큰 ImgH를 가질 수 있어, 보다 개선된 화질을 제공할 수 있다. 수학식 64는 바람직하게, 3.5 ≤ TTL / ImgH ≤ 4.5을 만족할 수 있다.

[수학식 65]

0.1 < BFL / ImgH < 1.5

수학식 65은 이미지 센서(300)와 마지막 렌즈 간의 광축 간격과 이미지 센서(300)의 광축에서 대각 방향의 길이를 설정할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 65을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 차량용 이미지 센서(300)의 크기를 적용하기 위한 BFL(Back focal length)을 확보할 수 있고, 마지막 렌즈와 이미지 센서(300) 사이의 간격을 설정할 수 있고, 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서 양호한 광학 특성을 가질 수 있다. 수학식 65은 바람직하게, 0.5 < BFL / ImgH < 1이며, BFL < ImgH의 조건을 만족할 수 있다.

[수학식 66]

1 < TTL / BFL < 10

수학식 66는 광학계의 전체 광축 길이(TTL), 및 상기 이미지 센서(300)와 마지막 렌즈 사이의 광축 간격(BFL)를 설정할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 66을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 BFL을 확보할 수 있다. 수학식 66은 바람직하게, 3 ≤ TTL / BFL < 5를 만족할 수 있다.

[수학식 67]

1 < TTL/F < 3

수학식 75는 광학계(1000)의 전체 초점 거리(F)와 전체 광축 길이(TTL)를 설정할 수 있다. 이에 따라 운전자 지원시스템용 또는 운전자 감시용 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 67는 바람직하게, 2 ≤ TTL / F < 2.8를 만족할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 67을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 설정된 TTL 범위에서 적절한 초점 거리를 가질 수 있고, 저온에서 고온으로 온도가 변화함에도 적절한 초점 거리를 유지하며 결상이 될 수 있는 광학계를 제공한다. 수학식 67의 하한치 미만인 경우, 렌즈들의 파워를 증가시켜 할 필요가 있어, 구면수차 또는 왜곡 수차의 보정이 어려워지며, 수학식 67의 상한치 초과인 경우, 렌즈들이 유효경이나 TTL이 길어지게 되어, 촬상 렌즈계가 대형화되는 문제가 발생될 수 있다.

[수학식 68]

1 < F / BFL < 10

수학식 68은 광학계(1000)의 전체 유효초점 거리(F), 상기 이미지 센서(300)와 마지막 렌즈 사이의 광축 간격(BFL)를 설정할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 68을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 설정된 화각을 가지며 적절한 초점 거리를 가질 수 있고, 차량용 광학계를 제공될 수 있다. 또한, 상기 광학계(1000)는 마지막 렌즈와 이미지 센서(300) 사이의 간격을 최소화할 수 있어 화각(FOV)의 주변부에서 양호한 광학 특성을 가질 수 있다. 수학식 68은 바람직하게, 1.5 < F / BFL < 2.5를 만족할 수 있다.

[수학식 69]

1 < F / ImgH < 5

수학식 69는 상기 광학계(1000)의 전체 유효초점 거리(F)와 상기 이미지 센서(300)의 광축에서 대각 길이(ImgH)를 설정할 수 있다. 이러한 광학계(1000)는 차량용 이미지 센서(300)의 크기에서 향상된 수차 특성을 가질 수 있다. 수학식 69은 바람직하게, 1.2 < F / ImgH < 2를 만족할 수 있다.

[수학식 70]

1 < F / EPD < 5

수학식 70은 상기 광학계(1000)의 전체 유효초점 거리(F)와 입사동 크기를 설정할 수 있다. 이에 따라 광학계의 전체 밝기를 제어할 수 있다. 수학식 70은 바람직하게, 1 < F / EPD < 3를 설정할 수 있다.

[수학식 71]

0 < BFL/TD < 0.5

수학식 71는 상기 광학계(1000)의 렌즈들의 광축 거리(TD)와 후방 초점 거리(BFL)의 관계를 설정할 수 있다. 이에 따라 광학계의 해상력을 유지하며 전체 크기를 제어할 수 있다. 수학식 71는 바람직하게, 0.2 ≤ BFL/TD < 0.3를 만족할 수 있다. BFL/TD의 조건 값이 0.5 초과일 될 경우, TD 대비 BFL이 크게 설계되므로 전체 광학계의 크기가 커지게 되고 이로 인해 광학계의 소형화가 어렵고, 상기 제5 렌즈와 상기 이미지센서 사이의 거리가 길어지며, 이로 인해 상기 제5 렌즈와 상기 이미지센서 사이를 통해 불필요한 광량이 증가될 수 있고 이로 인해 수차 특성이 저하되는 등 해상력이 낮아지는 문제가 있다.

[수학식 72]

0 < EPD/ImgH/FOV < 0.2

수학식 72은 입사동 크기(EPD), 이미지 센서의 대각선 길이의 1/2의 길이(ImgH), 및 대각 방향의 화각의 관계를 설정할 수 있다. 이에 따라 광학계의 전체 크기 및 밝기를 제어할 수 있다. 수학식 72은 바람직하게, 0 < EPD/ImgH/FOV < 0.1를 만족할 수 있다.

[수학식 73]

20 < FOV / F# < 40

수학식 73은 광학계의 대각 방향의 화각과 F 넘버의 관계를 설정할 수 있다. 수학식 73은 바람직하게, 30 < FOV / F# < 36를 만족할 수 있다. 여기서, F#는 2.3 이하로 제공하여, 밝은 화상을 제공할 수 있다.

[수학식 74]

15mm < ΣSSL_CT*nSSL < 22mm

수학식 74는 구면 렌즈들의 중심 두께의 합(ΣSSL_CT)과 구면 렌즈들의 매수(nSSL)를 곱한 값으로, 구면 렌즈들의 중심 두께와 매수를 설정할 수 있다. 바람직하게, 수학식 74는 16mm ≤ ΣGL_SST*nSSL ≤ 20mm를 만족할 수 있다.

[수학식 75]

0 < ΣASL_CT*nASL < 1mm

수학식 75는 비구면 렌즈의 중심 두께의 합(ΣASL_CT)과 비구면 렌즈의 매수(nASL)를 곱한 값으로, 비구면 렌즈의 중심 두께 및 매수를 설정할 수 있다. 바람직하게, 수학식 75는 0.4mm ≤ ΣASL_CT*nASL ≤0.6mm를 만족할 수 있다.

[수학식 76]

40 < TTL*nSSL < 60

수학식 76은 TTL과 구면 렌즈들의 매수를 설정할 수 있으며, 15mm 이하의 TTL을 갖는 광학계 내에서 구면 렌즈들에 의해 색 분산 및 굴절각을 조절할 수 있다.

[수학식 77]

8mm < ImgH*nSSL < 16mm

수학식 77은 ImgH와 구면 렌즈들의 매수를 설정할 수 있으며, 5mm 미만의 ImgH를 갖는 광학계 내에서 구면 렌즈들에 의해 색 분산 및 굴절각을 조절할 수 있다.

[수학식 78]

|Max_Sag42| < |Max_Sag51|

Max_Sag42는 제4 렌즈의 센서측 면에서 광축과 직교하는 직선에서 상기 제4 렌즈의 센서측 면까지의 광축 방향의 최대 거리이며, Max_Sag51는 제5 렌즈의 물체측 면에서 광축과 직교하는 직선에서 상기 제5 렌즈의 물체측 면까지의 광축 방향의 최대 거리이다. 수학식 78를 만족할 경우, 구면 렌즈들의 렌즈 면의 곡률 반경을 조절하여, 이미지 센서의 전 영역으로 광을 가이드할 수 있고, 제4,5 렌즈의 유효경을 조절할 수 있다.

[수학식 79]

|Max_Sag52| < |Max_Sag51|

Max_Sag52는 제5 렌즈의 센서측 면에서 광축과 직교하는 직선에서 상기 제5 렌즈의 센서측 면까지의 광축 방향의 최대 거리이다. 수학식 79를 만족할 경우, 제5 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경을 조절하여, 제5 렌즈의 유효경을 조절할 수 있다. 여기서, Max_Sag52, Max_Sag51 < 0이다.

[수학식 80]

수학식 80에서 Z는 Sag로 비구면 상의 임의의 위치로부터 상기 비구면의 정점까지의 광축 방향의 거리를 의미할 수 있다. 상기 Y는 비구면 상의 임의의 위치로부터 광축까지의 광축에 수직인 방향으로의 거리를 의미할 수 있다. 상기 c는 렌즈의 곡률을 의미할 수 있고, K는 코닉 상수를 의미할 수 있다. 또한, A, B, C, D, E, F는 비구면 계수(Aspheric constant)를 의미할 수 있다.

실시예에 따른 광학계(1000)는 수학식 1 내지 수학식 40 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 수학식을 만족할 수 있다. 수학식 1 내지 40 중 적어도 하나 또는 둘 이상은 수학식 41 내지 79 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 만족할 수 있다. 이 경우, 상기 광학계(1000)는 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 광학계(1000)가 수학식 1 내지 수학식 40 중 적어도 하나 또는/및 수학식 41 내지 79 중 적어도 하나를 만족할 경우 상기 광학계(1000)는 향상된 해상력을 가지며, 수차 및 왜곡 특성을 개선할 수 있다. 또한, 상기 광학계(1000)는 차량용 이미지 센서(300)를 적용하기 위한 BFL(Back focal length)을 확보할 수 있고, 온도 변화에 따른 광학 특성 저하를 보상할 수 있으며, 마지막 렌즈와 이미지 센서(300) 사이의 간격을 최소화할 수 있어 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.

표 2는 실시 예의 광학계(1000)에서 상술한 수학식들의 항목에 대한 것으로, 상기 광학계(1000)의 TTL(Total track length)(mm), BFL(Back focal length), 유효초점 거리(F)(mm), ImgH(mm), 유효경(CA)(mm), TTL(mm), 제1 면(S1)에서 제10 면(S10)까지의 광축 거리인 TD(mm), 상기 제1 내지 제5 렌즈들 각각의 초점 거리(F1,F2,F3,F4,F5)(mm), 굴절률 합, 아베수 합, 각 렌즈들의 중심 두께의 합(mm), 인접한 렌즈들 사이의 간격들의 합, 대각 화각(FOV)(Degree), 에지 두께(ET), 제1,2 렌즈 군의 초점 거리, 제2 내지 제4 렌즈의 합성 초점 거리, F 넘버 등에 대한 것이다.

항목	실시예	항목	실시예
F	5.167	ET1	1.792
F1	-12.155	ET2	1.218
F2	-14.025	ET3	1.850
F3	5.075	ET4	2.690
F4	7.756	ET5	1.085
F5	5.167	F#	2.20
F_LG1	-12.155	FOV (대각)	72.866
F_LG2	4.269	EPD	2.359
F12	-6.458	BFL	2.650
F34	3.689	TD	9.850
F35	3.660	ImgH	3.092
∑Nd	8.200	SD	8.479
∑Abbe	274.34	TTL	12.500
∑CT	5.212	∑ET	8.6345
∑CG	4.638

표 3은 실시 예의 광학계(1000)에서 상술한 수학식 1 내지 수학식 40에 대한 결과 값에 대한 것이다. 표 2을 참조하면, 광학계(1000)는 수학식 1 내지 수학식 40 중 적어도 하나, 두 개 이상 또는 세 개 이상을 만족하는 것을 알 수 있다. 자세하게, 실시예에 따른 광학계(1000)는 상기 수학식 1 내지 수학식 40을 모두 만족하는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 광학계(1000)는 화각(FOV)의 중심부와 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고 우수한 광학 특성을 가질 수 있다.

수학식		실시예
41	0.5 < TD / CA_Max < 4	1.818
42	0 < CT_Max / TD < 0.7	0.190
43	0 < F / CA51 < 1.5	1.031
44	0 < F / L1R1 < 2	1.363
45	0.5 < Max (CT/ET) < 1.5	0.994
46	0 < EPD/L1R1 < 1	0.622
47	1 < \|F1 / F3\| < 4	2.395
48	\|Po5\| < Po4 < Po3	만족
49	15 < Vd2-Vd3 < 60	28.948
50	0 < \|F25 / F1\| < 2	0.661
51	0 < \| F25 / F \| < 2	0.826
52	0 < \|F35 / F12\| < 2	0.567
53	\|F_SSL_Aver\| < \|F_ASL_Aver\|	만족
54	0 < nASL /nL < 0.5	0.200
55	0.70 < DL3S/TTL < 0.90	0.80
56	5 < TTL < 20	12.500
57	2 < ImgH	3.092
58	1< BFL < 3	2.650
59	1 < BFL / CG4 < 3	1.421
60	0 < CT3 / BFL < 1	0.707
61	F < 15	5.167
62	45 < FOV < 75	72.866
63	1 < TTL / CA_Max < 3	2.307
64	3 < TTL / ImgH < 5	4.042
65	0.1 < BFL / ImgH < 1.5	0.857
66	1 < TTL / BFL < 10	4.717
67	1 < TTL/F < 3	2.419
68	1 < F / BFL < 10	1.950
69	1 < F / ImgH < 5	1.671
70	1 < F / EPD < 5	2.191
71	0 < BFL/TD < 0.5	0.269
72	0 < EPD/Imgh/FOV < 0.2	0.018
73	20 < FOV / F# < 40	33.121
74	15 < ΣSSL_CT*nSSL < 22	18.848
75	0 < ΣASL_CT*nASL < 1	0.500
76	40 < TTL*nSSL < 60	50.000
77	8 < ImgH*nSSL < 16	12.369
78	\|Max_Sag42 \| < \|Max_Sag51\|	만족
79	\|Max_Sag52\| < \|Max_Sag51\|	만족

표 4은 실시 예의 광학계(1000)에서 상술한 수학식 41 내지 수학식 79에 대한 결과 값에 대한 것이다. 표 3를 참조하면, 광학계(1000)는 수학식 41 내지 수학식 79 중 적어도 하나, 두 개 이상 또는 세 개 이상을 만족하는 것을 알 수 있다. 자세하게, 실시예에 따른 광학계(1000)는 상기 수학식 41 내지 수학식 79을 모두 만족하는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 광학계(1000)는 화각(FOV)의 중심부와 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고 우수한 광학 특성을 가질 수 있다.

도 13은 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈 또는 광학계가 적용된 차량의 평면도의 예이다.

도 13을 참조하면, 발명의 실시 예에 따른 차량용 카메라 시스템은, 영상 생성부(11), 제1 정보 생성부(12), 제2 정보 생성부(21,22,23,24,25,26) 및 제어부(14)를 포함한다. 상기 영상 생성부(11)는 자차량에 배치되는 적어도 하나의 카메라 모듈(31)을 포함할 수 있으며, 자차량의 전방 또는/및 운전자를 촬영하여 자차량의 전방영상이나 차량 내부 영상을 생성할 수 있다. 영상 생성부(11)는 카메라 모듈(31)을 이용하여 자차량의 전방뿐만 아니라 하나 이상의 방향에 대한 자차량의 주변을 촬영하여 자차량의 주변영상을 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. 제2 정보 생성부(21,22,23,24,25,26)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(21,22,23,24,25,26)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(21,22,23,24,25,26)는 자차량의 전방 양 코너, 사이드 미러, 및 후방 중앙 및 후방 양 코너에 각각 배치될 수 있다.

이러한 차량용 카메라 시스템 중 적어도 하나의 정보 생성부는 상기에 개시된 실시 예(들)에 기재된 광학계 및 이를 갖는 카메라 모듈을 구비할 수 있으며, 자차량의 전방, 후방, 각 측면 또는 코너 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 ADAS(Advanced Driving Assistance System)를 이용하여 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. 발명의 실시 예에 개시된 광학계 및 이를 갖는 카메라 모듈은 운전자 감시 시스템(DMS)용 카메라 모듈로서, 주위 온도 변화에도 안정적인 광학 성능을 구현할 수 있고 가격 경쟁력이 있는 모듈을 제공하여, 차량용 부품의 신뢰성을 확보할 수 있다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

제1 렌즈: 101 제2 렌즈: 102
제3 렌즈: 103 제4 렌즈: 104
제5 렌즈: 105 렌즈부: 100
이미지 센서: 300 커버 글라스: 400
필터: 500 광학계: 1000

Claims

물체 측로부터 순차적으로 배치되는 제1 렌즈 내지 제5 렌즈를 포함하고,
상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 합성 파워는 음이고,
상기 제3 렌즈 내지 상기 제5 렌즈의 합성 파워는 양이고,
상기 제1 내지 제5 렌즈들 중 상기 제2 렌즈의 유효경은 가장 작고,
상기 제1 렌즈의 유효경은 상기 제2 렌즈의 유효경보다 크고 상기 제3 내지 제5 렌즈의 유효경보다 작고,
상기 제1 내지 제5 렌즈 중 상기 제3 렌즈의 파워가 가장 크고,
상기 제1 내지 제5 렌즈 중 상기 제4 렌즈의 파워가 두 번째로 큰 광학계.
물체 측으로부터 순차적으로 배치되는 제1 렌즈 내지 제5 렌즈를 포함하고,
상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 합성 파워는 음이고,
상기 제3 렌즈 내지 상기 제5 렌즈의 합성 파워는 양이고,
상기 제1 내지 제5 렌즈 중 상기 제2 렌즈의 유효경은 가장 작고,
상기 제1 내지 제5 렌즈 중 상기 제3 렌즈의 파워는 가장 크고,
상기 제1 렌즈의 물체측 면에서 상기 제2 렌즈의 센서측 면까지의 광축 거리는 상기 제3 렌즈의 물체측 면에서 상기 제5 렌즈의 센서측 면까지의 광축 거리의 26% 내지 36% 범위인 광학계.
물체 측으로부터 순차적으로 배치되는 제1 렌즈 내지 제5 렌즈; 및
상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 둘레에 배치되는 조리개를 포함하고,
상기 제1 내지 제5 렌즈 중 상기 제2 렌즈의 유효경은 가장 작고,
상기 제3 렌즈의 파워는 양이고 상기 제1 내지 제5 렌즈 중 파워가 가장 크고,
상기 제4 렌즈의 파워는 양이고 상기 제1,2,5 렌즈의 파워보다 큰 광학계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
이미지 센서를 포함하고,
상기 제4 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 곡률반경은 동일하고,
상기 제1 내지 제5 렌즈 중 상기 제4 렌즈의 중심 두께는 가장 두꺼운 광학계.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 렌즈와 상기 제4 렌즈 사이의 중심 간격은 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 중심 간격 및 상기 제2 렌즈와 상기 제3 렌즈 사이의 중심 간격보다 큰 광학계.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제4 렌즈와 상기 제5 렌즈 사이의 중심 간격은 상기 제1 내지 제5 렌즈 사이의 중심 간격들 중 가장 큰 광학계.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 내지 제5 렌즈는 광축을 따라 서로 이격되게 배치되는 광학계.
제3 항에 있어서,
상기 조리개의 센서측에 양의 파워를 갖고 연속하여 배치되는 두 렌즈 각각의 파워는 다른 렌즈의 파워의 절대 값보다 2배 이상 큰 광학계.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
이미지 센서를 포함하고,
상기 제3 렌즈의 물체측 면에서 상기 제5 렌즈의 센서측에 배치된 상기 이미지 센서까지 광축 거리는
상기 제1 렌즈의 물체측 면에서 상기 이미지센서까지 광축 거리의 75% 내지 85% 범위인 광학계.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 렌즈는 광축에서 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 갖고,
상기 제2 렌즈는 광축에서 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상을 갖는 광학계.
제10 항에 있어서,
상기 제3 렌즈는 광축에서 양면이 볼록한 형상을 갖고,
상기 제4 렌즈는 광축에서 양면이 볼록한 형상을 갖는 광학계.
제11 항에 있어서,
상기 제5 렌즈는 광축에서 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상을 갖는 광학계.
제12 항에 있어서,
상기 제1 렌즈는 물체측 면과 센서측 면이 비구면을 갖는 광학계.
제13 항에 있어서,
상기 제2 내지 제5 렌즈는 물체측 면과 센서측 면이 구면을 갖는 광학계.
제1 항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 내지 제5 렌즈의 유효경은 상기 이미지 센서의 대각 길이보다 작은 광학계.
제1 항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 및 제4 렌즈의 굴절률은 상기 제1 내지 제5 렌즈의 굴절률의 평균보다 높은 광학계.
제1 항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 내지 제5 렌즈는 유리 재질이며, 물체측 면과 센서측 면이 임계점 없이 제공되는 광학계.
제1 항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
S7SagD1은 상기 제4 렌즈의 물체측의 중심에서 제1 거리에 이격된 지점의 Sag 데이터이며,
S8SagD1은 상기 제4 렌즈의 센서측의 중심에서 상기 제1 거리에 이격된 지점의 Sag 데이터이며,
수학식: |S7SagD1| - |S8SagD1| < 0.2mm
을 만족하는 광학계.
제18 항에 있어서, 상기 제1 거리는 상기 제4 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 평균 유효반경의 1/2인 지점이며,
수학식: S7SagD1 > 0 및 S8SagD1 < 0
을 만족하는 광학계.
제1 항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제5 렌즈의 물체측 면에서 광축과 직교하는 직선에서 상기 제5 렌즈의 물체측 면까지의 광축 방향의 최대 거리는 Max_Sag51이며,
상기 제5 렌즈의 센서측 면에서 광축과 직교하는 직선에서 상기 제5 렌즈의 센서측 면까지의 광축 방향의 최대 거리는 Max_Sag52이며,
수학식: |Max_Sag52| < |Max_Sag51|
을 만족하는 광학계.
제20 항에 있어서,
수학식: Max_Sag51 < 0 및 Max_Sag51 < 0
을 만족하는 광학계.
청구항 제1 항 내지 제3 항 중 어느 하나의 광학계를 포함하며,
제1 렌즈의 물체측 면에서 이미지 센서까지의 광축 거리는 TTL이며,
전체 렌즈 매수는 nL이며,
제1 내지 제5 렌즈 중 비구면 렌즈의 매수는 nASL이며,
이미지 센서의 대각 길이의 1/2은 ImgH이며,
수학식: 3 < TTL / ImgH < 5
수학식: 0 < nASL /nL < 0.5
을 만족하는 카메라 모듈.