KR20240054099A

KR20240054099A - 광학계 및 카메라 모듈

Info

Publication number: KR20240054099A
Application number: KR1020220134427A
Authority: KR
Inventors: 심주용
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2022-10-18
Filing date: 2022-10-18
Publication date: 2024-04-25
Also published as: WO2024085431A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 광학계는 광축을 따라 배치되는 제1렌즈 내지 제7렌즈를 포함하고, 상기 제1렌즈는 음(-)의 굴절력을 갖고, 상기 제2렌즈 내지 상기 제7렌즈의 합성 굴절력은 양(+)의 굴절력을 갖고, 상기 제1렌즈 내지 상기 제3렌즈 중 상기 제2렌즈의 유효경이 가장 작고, 상기 광축에서 상기 제2렌즈의 두께는 상기 제1렌즈의 두께보다 크다.

Description

광학계 및 카메라 모듈{OPTICAL SYSTEM AND CAMERA MODULE}

본 발명은 향상된 광학 성능을 위한 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. 예를 들어, ADAS 센서 장치는 전방의 차량을 감지하고, 차선을 인식한다. 이후 목표 차 선이나 목표 속도 및 전방의 타겟이 판단되면, 차량의 ESC(Electrical Stability Control), EMS(Engine Management System), MDPS(Motor Driven Power Steering) 등이 제어된다. 대표적으로, ADAS는 자동 주차 시스템, 저속 시내 주행 보조 시스템, 사각 지대 경고 시스템 등으로 구현될 수 있다.

ADAS에서 전방의 상황을 감지하기 위한 센서 장치는 GPS 센서, 레이저 스캐너, 전방 레이더, Lidar 등이 있으며, 가장 대표적인 것은 차량의 전방, 후방 및 측방을 촬영하기 위한 카메라이다.

이러한 카메라는 차량의 외부 또는 내부에 배치되어 상기 차량의 주변 상황을 감지할 수 있다. 또한, 상기 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.

특히, 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 외부 또는 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.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 광축을 따라 배치되는 제1렌즈 내지 제7렌즈를 포함하고, 상기 제1렌즈는 음(-)의 굴절력을 갖고, 상기 제2렌즈 내지 상기 제7렌즈의 합성 굴절력은 양(+)의 굴절력을 갖고, 상기 제1렌즈 내지 상기 제3렌즈 중 상기 제2렌즈의 유효경이 가장 작고, 상기 광축에서 상기 제2렌즈의 두께는 상기 제1렌즈의 두께보다 크다.

상기 제4렌즈 내지 제7렌즈는 플라스틱 재질이고, 상기 제1렌즈 내지 3렌즈 중 적어도 하나는 유리 재질일 수 있다.

상기 제6렌즈 및 상기 제7렌즈의 유효경은 상기 제5렌즈의 유효경보다 작고, 상기 제1렌즈 내지 상기 제7렌즈 중 상기 제3렌즈의 유효경이 가장 클 수 있다.

상기 제2렌즈는 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.

상기 제1렌즈 내지 상기 제7렌즈 중 초점 거리의 절대값이 가장 작은 렌즈는 상기 제3렌즈 내지 상기 제5렌즈 중 하나일 수 있다.

상기 제3렌즈 내지 상기 제5렌즈의 초점 거리의 절대값은 아래의 조건식을 만족할 수 있다. <조건식> |F4| ≥ |F3| ≥ |F5| (상기 조건식에서 F3은 상기 제3렌즈의 초점 거리, F4는 상기 제4렌즈의 초점 거리, F5는 상기 제5렌즈의 초점 거리이다.)

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학계는 광축을 따라 배치되는 제1렌즈 내지 제7렌즈를 포함하고, 상기 제1렌즈는 음(-)의 굴절력을 갖고, 상기 제6렌즈 및 상기 제7렌즈의 유효경은 상기 제5렌즈의 유효경보다 작고, 상기 광축에서 상기 제2렌즈의 두께는 상기 제1렌즈의 두께보다 클 수 있다.

상기 제1렌즈는 유리 재질이고, 상기 제4렌즈 및 상기 제5렌즈는 플라스틱 재질일 수 있다.

상기 광학계는 양(+)의 굴절력을 갖는 렌즈와 음(-)의 굴절력을 갖는 렌즈가 접합되는 접합 렌즈를 포함하고, 상기 접합 렌즈의 물체측에 상기 접합 렌즈와 가장 인접하게 배치되는 렌즈 및 상기 접합 렌즈의 센서측에 상기 접합 렌즈와 가장 인접하게 배치되는 렌즈 중 적어도 하나는 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다.

상기 접합 렌즈의 센서측면의 곡률반경의 절대값은 상기 접합 렌즈의 물체측면의 곡률반경의 절대값보다 작을 수 있다.

상기 접합 렌즈의 물체측면은 볼록한 형상을 갖고, 상기 접합 렌즈의 센서측면은 오목한 형상을 가질 수 있다.

상기 접합 렌즈는 상기 제3렌즈 내지 상기 제5렌즈 중 연속하게 배치되는 2개의 렌즈로 이루어질 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 광학계는 광축을 따라 배치되는 제1렌즈 내지 제7렌즈를 포함하고, 상기 제1 내지 제7렌즈 중 상기 제2렌즈의 초점 거리의 절대값이 가장 크고, 상기 제5렌즈의 초점 거리의 절대값이 가장 작고, 상기 제2렌즈와 상기 제5렌즈의 초점 거리의 절대값의 비율은 5배보다 크고 10배보다 작을 수 있다.

상기 제2렌즈와 상기 제3렌즈의 초점 거리의 절대값의 비율은 2배보다 크고 10배보다 작을 수 있다.

상기 광축에서 상기 제5렌즈는 상기 제1 내지 제7렌즈 중에서 두께가 가장 작고, 상기 광축에서 상기 제2렌즈는 상기 제1 내지 제7렌즈 중에서 두께가 가장 클 수 있다.

상기 광축에서 상기 제2렌즈의 두께는 상기 제3렌즈 및 상기 제4렌즈의 두께보다 클 수 있다.

상기 제1렌즈 내지 상기 제7렌즈 중 상기 제6렌즈의 센서측면의 곡률 반경의 절대값이 가장 크고, 상기 제5렌즈의 센서측면의 곡률 반경의 절대값이 가장 작을 수 있다.

상기 제3렌즈는 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다.

상기 제3렌즈의 물체측면의 곡률반경의 절대값과 상기 제3렌즈의 센서측면의 곡률반경의 절대값은 동일할 수 있다.

실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 실시예에 따른 광학계에서 복수의 렌즈들은 설정된 두께, 굴절력 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 내지 고온의 온도 범위(-40℃~105℃)에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 광학계에 포함된 복수의 렌즈들은 설정된 재질, 굴절력, 및 굴절률을 가질 수 있다. 이에 따라, 온도 변화에 따른 각 렌즈의 굴절률이 변화되고, 이로 인해 각 렌즈의 초점 거리가 변화할 경우, 플라스틱 렌즈와 유리 렌즈에 의해 상호 보상할 수 있다. 즉, 상기 광학계는 저온 내지 고온의 온도 범위에서 굴절력에 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 플라스틱 렌즈와 유리 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.

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 두께 및 인접한 렌즈 간의 간격을 나타낸 표이다.
도 6은 도 1의 광학계에서 제3 내지 제6 렌즈의 렌즈 면들의 Sag 값을 나타낸 표이다.
도 7은 도 1의 광학계에서 이미지 센서의 위치에 따른 상온, 저온 및 고온에서의 CRA(Chief Ray Angle) 데이터를 나타낸 표이다.
도 8은 도 1의 광학계의 상온에서의 회절 MTF(Modulation Transfer Function)에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 1의 광학계의 저온에서의 회절 MTF에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 10은 도 1의 광학계의 고온에서의 회절 MTF에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 11은 도 1의 광학계의 상온에서의 수차 특성에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 12는 도 1의 광학계의 저온에서의 수차 특성에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 13은 도 1의 광학계의 고온에서의 수차 특성에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 14는 실시예에 따른 이미지 센서의 높이에 따른 상대 조도를 나타낸 그래프이다.
도 15는 발명의 실시예에 따른 광학계를 갖는 차량의 예이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 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 또는 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 실시예가 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 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 실시예의 구성 요소를 설명하는데 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 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 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 경우 뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.

발명의 설명에 있어서, "물체측면"은 광축(OA)을 기준으로 물체측을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있고, "센서측면"은 광축을 기준으로 촬상 면(이미지 센서)을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있다. "물체측면"은 "물측면"일 수 있고, "센서측면"은 "상측면"일 수 있다. 렌즈의 일면이 볼록하다는 것은 광축 또는 근축 영역(Paraxial region)에서 볼록한 형상을 의미할 수 있고, 렌즈의 일면이 오목하다는 것은 광축 또는 근축 영역에서의 오목한 형상을 의미할 수 있다. 렌즈 데이터에 대한 표에 기재된 곡률 반경, 중심 두께, 렌즈 사이의 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 유효경의 크기는 측정 방법 등에 따라 최대 ±0.4 mm 정도의 측정 오차를 가질 수 있다. 상기 근축 영역이라 함은 광축 근처의 매우 좁은 영역을 의미하며, 광축(OA)으로부터 광선이 떨어지는 거리가 거의 0인 영역이다. 이하, 광축이라는 의미는 각 렌즈의 중심이거나 광축 근처의 매우 좁은 영역을 포함할 수 있다.

도 1과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광학계(1000)는 5매 이상의 렌즈들을 포함할 수 있다. 광학계(1000) 및 이를 갖는 카메라 모듈은 차량 내부 또는 외부에 장착되어, 운전자 감시 또는 외부 물체나 차선을 센싱할 수 있다. 렌즈들의 재질은 유리 또는 플라스틱이 선택될 수 있으며, 선팽창 계수는 유리 재질이 플라스틱 재질보다 작다. 이에 따라 온도 변화에 따라 초점 결상 위치가 변화되는 것을 억제하기 위해 유리 렌즈를 채용하고 있다. 그러나, 유리 렌즈는 플라스틱 렌즈에 비해 고가이고, 저 비용화의 요구에 대응하기 어려운 문제가 있다. 따라서, 광학계(1000) 내의 렌즈들은 유리 렌즈와 플라스틱 렌즈가 혼합된 구성이 요구되고 있다. 이러한 플라스틱 렌즈를 채용하므로, 광학계(1000)는 플라스틱 렌즈의 두께가 줄어들 수 있어 경량화 및 저비용화를 제공할 수 있고, 플라스틱 렌즈로 인해 구면 수차, 색 수차와 같은 다양한 수차에 대해 양호한 보정이 가능할 수 있다. 또한 플라스틱 렌즈들은 비구면 렌즈를 제공할 수 있으므로, 주변부의 왜곡 부분을 최소화시켜 줄 수 있다.

광학계(1000)는 n개의 렌즈를 포함할 수 있으며, n 번째 렌즈는 이미지 센서(300)에 인접한 마지막 렌즈이며, n-1번째 렌즈는 마지막 렌즈에 가장 인접한 렌즈일 수 있다. n은 5 이상의 정수이며, 예컨대 5 내지 8일 수 있다. n개의 렌즈는 유리 재질의 렌즈와 플라스틱 재질의 렌즈의 비율이 2:3 ~ 2:6 범위 또는 3:4 ~ 3:5 범위일 수 있다.

광학계(1000)는 복수의 렌즈군(LG1,LG2)을 포함할 수 있다. 자세하게, 복수의 렌즈 군(LG1,LG2) 각각은 적어도 하나의 렌즈를 포함한다. 예를 들어, 광학계(1000)는 물체측으로부터 이미지 센서(300)를 향해 광축(OA)을 따라 순차적으로 배치되는 제1렌즈군(LG1) 및 제2렌즈군(LG2)을 포함할 수 있다.

제1렌즈군(LG1) 및 제2렌즈군(LG2) 각각의 렌즈 매수는 서로 다를 수 있다. 제2렌즈군(LG2)의 렌즈 매수는 제1렌즈군(LG1)의 렌즈 매수보다 더 많을 수 있으며, 예컨대 제1렌즈군(LG1)의 렌즈 매수의 4배 초과 또는 5배 초과일 수 있다. 제1렌즈군(LG1)은 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 제1렌즈군(LG1)은 3매 이하의 렌즈를 가질 수 있다. 제1렌즈군(LG1)은 바람직하게, 1매의 렌즈일 수 있다. 제2렌즈군(LG2)은 2매 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 제2렌즈군(LG2)은 4매 내지 7매일 수 있다. 제2렌즈군(LG2)은 바람직하게, 6매의 렌즈일 수 있다.

제1렌즈군(LG1)은 적어도 하나의 유리 재질의 렌즈를 포함할 수 있다. 제1렌즈군(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.

제2렌즈군(LG2)의 렌즈 재질은 적어도 하나의 유리 재질의 렌즈와 적어도 하나의 플라스틱 재질의 렌즈가 혼합될 수 있다. 제2렌즈군(LG2)에서 적어도 하나의 플라스틱 재질의 렌즈는 유리 재질의 렌즈보다 센서측에 배치될 수 있다. 제2렌즈군(LG2)는 2매 이상의 유리 재질의 렌즈를 포함할 수 있으며, 예컨대 2매 내지 4매의 유리 재질의 렌즈를 포함할 수 있다. 제2렌즈군(LG2)은, 예컨대 2매 내지 6매의 렌즈일 수 있다. 다른 예로서, 제2렌즈군(LG2)은 1매 이상의 플라스틱 재질의 렌즈를 가질 수 있다. 제2렌즈군(LG2)은 2매 이상의 플라스틱 재질의 렌즈 예컨대, 2매 내지 4매의 플라스틱 렌즈를 포함할 수 있다.

광학계(1000) 내에서 물체에 가장 가까운 적어도 1매의 렌즈는 유리 재질일 수 있다. 물체에 가장 가까운 3매 이상의 렌즈 예컨대, 3매 내지 5매의 렌즈는 유리 재질일 수 있다. 유리 재질의 렌즈들이 온도 변화에 따른 수축과 팽창의 변화율이 플라스틱 재질보다 작으므로, 렌즈 배럴 내에서 외부에 인접한 영역에 유리 재질의 렌즈들을 배치할 수 있다.

광학계(1000) 내에서 이미지 센서(300)에 가장 가까운 적어도 하나의 렌즈는 플라스틱 재질일 수 있다. 예컨대, 이미지 센서(300)에 가장 가까운 적어도 2매의 렌즈는 플라스틱 재질일 수 있으며, 바람직하게 이미지 센서(300)에 인접한 적어도 2매의 렌즈는 플라스틱 재질일 수 있다. 즉, 광학계(1000)에서 n번째 및 n-1번째 렌즈들은 플라스틱 렌즈로 배치되므로, 이미지 센서(300)의 입사측 광들에 대해 다양한 수차를 보정할 수 있다.

광학계(1000) 내에서 플라스틱 재질의 렌즈끼리 연속적으로 배치될 수 있고, 유리 재질의 렌즈끼리 연속적으로 배치될 수 있다. 광학계(1000) 내에서 플라스틱 재질의 렌즈는 유리 재질의 렌즈 사이에 배치될 수 있다. 광학계(1000) 내에서 유리 재질의 렌즈는 플라스틱 재질의 렌즈 사이에 배치될 수 있다.

각 렌즈(101-107)는 물체측면과 센서측면을 가질 수 있다. 광학계는 비구면의 센서측면과 비 구면의 물체측면을 갖는 렌즈 매수는 플라스틱 렌즈 매수보다 많을 수 있다. 광학계는 구면의 센서측면과 구면의 물체측면을 갖는 렌즈 매수는 양면이 비구면인 렌즈보다 작을 수 있다. 광학계(1000)는 비구면의 렌즈를 구면의 렌즈보다 더 많게 구비하므로, 다양한 수차를 보정할 수 있다.

광학계(1000)의 렌즈들 중에서 최대 굴절률을 갖는 렌즈는 제1렌즈군(LG1) 또는 물체에 인접하게 위치할 수 있다. 최대 굴절률은 1.8 이상일 수 있다. 최대 굴절률을 갖는 렌즈에 의해 입사되는 광의 색 분산을 증가시켜 줄 수 있고, 중심 두께가 에지 두께보다 얇아질 수 있다. 또한 최대 굴절률을 갖는 렌즈가 물체측에 배치되므로, 두 번째 이후의 렌즈의 곡률 반경의 변경이 용이하고 중심 두께를 증가시켜 줄 수 있다.

광학계(1000) 내에서 최대 유효경을 갖는 렌즈는 물체측과 센서측의 중심 부분에 배치될 수 있다. 물체측에서 센서측으로 갈수록 렌즈의 유효경은 커지다가 작아질 수 있다. 물체측에서 센서측으로 갈수록 렌즈의 유효경은 작아졌다가 커지고, 다시 작아질 수 있다. 이를 통해, 광학계(1000)로 입사되는 광은 광축에서 멀어졌다가 다시 광축으로 모이는 구조이므로, 광학계(1000)는 안정적인 광경로를 형성할 수 있다.

유효경은 각 렌즈에서 유효한 광들이 입사되는 유효 영역의 직경일 수 있다. 유효경은 광축과 직교하는 방향(X,Y)의 길이이며, 각 렌즈의 물체측면의 유효경과 센서측면의 유효경의 평균이다. "렌즈면의 직경"은 "렌즈의 유효경"을 의미할 수 있다. "렌즈의 직경"은 렌즈의 유효 영역 이외에 렌즈의 플랜지 부분을 포함하는 렌즈 전체의 직경일 수 있다. 도 1 및 도 2에는 렌즈의 플랜지가 도시되어 있지는 않으나, 플랜지는 렌즈가 배럴에 결합되기 위하여 렌즈의 측면으로부터 광축에 수직 방향으로 돌출 형성되는 부분일 수 있다. 플랜지는 유효한 광이 입사되지 않을 수 있다. 렌즈가 배럴에 결합되기 위해서 서로 다른 렌즈의 플랜지 사이에는 스페이서가 추가로 배치될 수 있다.

렌즈들(101-107) 각각은 유효 영역 및 비유효 영역을 포함할 수 있다. 유효 영역은 렌즈들 각각에 입사된 광이 통과하는 영역일 수 있다. 즉, 유효 영역은 입사된 광이 굴절되어 광학 특성을 구현하는 유효한 영역 또는 유효경으로 정의될 수 있다. 비유효 영역은 유효 영역의 둘레에 배치될 수 있다. 비유효 영역은 복수의 렌즈들에서 유효한 광이 입사되지 않는 영역일 수 있다. 즉, 비유효 영역은 광학 특성과 무관한 영역일 수 있다. 또한, 비유효 영역의 단부는 렌즈를 수용하는 렌즈 배럴 등에 고정되는 영역일 수 있다.

광학계(1000) 내에서 TTL(Total top length)는 Imgh 보다 2배 초과 예컨대, 4배 초과 및 12배 이하일 수 있다. TTL(Total track length )은 첫 번째 렌즈의 물체측면의 중심으로부터 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리이다. Imgh는 광축(OA)에서 이미지 센서(300)의 대각선 끝단까지의 거리 또는 최대 대각 길이의 1/2이다. 광학계(1000) 내에서 유효 초점 거리(EFL)는 10 mm 이상 및 화각(FOV)은 45도 미만으로 제공하여, 차량용 카메라 모듈에서 표준 광학계로 제공할 수 있다. 예컨대, 실시예에 따른 광학계 및 카메라 모듈은 차량 실내 또는 실외에 구비되는 ADAS(Advanced Driving Assistance System)용 카메라에 적용될 수 있다.

광학계(1000)는 TTL/Imgh의 조건이 5 이상 및 7.5 이상일 수 있으며, 예컨대 6 이상 및 7.5이하일 수 있다. 광학계(1000)가 TTL/Imgh의 값이 5 이상 및 7.5배 이하로 설정해 줌으로써, 차량용 렌즈 광학계를 제공할 수 있다. 제1,2렌즈군(LG1,LG2)의 총 렌즈 매수는 8매 이하이다. 이에 따라, 광학계(1000)는 결상되는 이미지에 대해 과장이나 왜곡이 없는 화상을 제공할 수 있다.

광학계(1000) 내에서 적어도 하나의 플라스틱 렌즈의 유효경은 이미지 센서(300)의 길이보다 작을 수 있다. 유효경은 광이 입사되는 유효 영역의 직경 또는 길이이다. 이미지 센서(300)의 길이는 광축(OA)에 직교하는 방향의 대각선의 최대 길이이다. 광학계(1000) 내에서 이미지 센서(300)의 길이 보다 큰 유효경을 갖는 렌즈 매수는 50% 이상 또는 60% 이상이며, 이미지 센서(300)의 길이보다 작은 유효경을 갖는 렌즈는 50% 미만 또는 40% 미만일 수 있다.

광학계(1000)는 내부에 적어도 하나의 접합 렌즈(145)를 포함할 수 있다. 접합 렌즈(145)는 서로 다른 굴절력을 갖는 적어도 두 렌즈가 접합되며, 두 렌즈 사이의 간격은 0.01 mm 미만일 수 있다. 접합 렌즈(145)는 초점 거리가 다른 두 렌즈가 접합된 렌즈일 수 있다. 두 렌즈의 접합은 접착제로 접착될 수 있다. 접합 렌즈(145)를 기준으로 물체측에 배치된 적어도 한 렌즈 또는 모든 렌즈들의 유효경은 이미지 센서(300)의 길이보다 클 수 있다. 접합 렌즈(145)를 기준으로 센서측에 배치된 적어도 한 렌즈들의 유효경은 이미지 센서(300)의 길이보다 작을 수 있다. 또한 접합 렌즈(145) 중 물체측 렌즈(103)는 이미지 센서(300)의 길이보다 클 수 있으며, 센서측 렌즈(104)는 이미지 센서(300)의 길이보다 클 수 있다.

접합 렌즈(145)와 첫 번째 렌즈(101) 사이의 렌즈들은 유리 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 접합 렌즈(145)와 이미지 센서(300) 사이에 배치된 렌즈들은 플라스틱 재질일 수 있다. 접합 렌즈(145)와 첫 번째 렌즈(101) 사이의 렌즈들은 양면이 구면인 렌즈 또는 양면이 비구면인 렌즈일 수 있다. 접합 렌즈(145)와 이미지 센서(300) 사이에 배치된 렌즈들은 양면이 비구면 렌즈일 수 있다. 양면은 물체측면과 센서측면이다. 따라서, 비구면 렌즈들을 접합 렌즈(145)와 이미지 센서(300) 사이에 배치됨으로써, 만곡 수차 및 색 수차를 보정하여 광학 성능을 개선시켜 줄 수 있다.

광축(OA)에서 제1렌즈군(LG1) 및 제2렌즈군(LG2)은 설정된 간격을 가질 수 있다. 광축(OA)에서 제1렌즈군(LG1) 및 제2렌즈군(LG2) 사이의 광축 간격은 제1렌즈군(LG1) 내의 렌즈 중에서 센서측에 가장 가까운 렌즈의 센서측면과 제2렌즈군(LG2) 내의 렌즈 중에서 물체측에 가장 가까운 렌즈의 물체측면 사이의 광축 간격일 수 있다. 제1렌즈군(LG1) 및 제2렌즈군(LG2) 사이의 광축 간격은 제1렌즈군(LG1)의 광축 거리의 1배 이하일 수 있으며, 예컨대 제1렌즈군(LG1)의 광축 거리의 0.1배 내지 1배 범위일 수 있다.

제1렌즈군(LG1) 및 제2렌즈군(LG2) 사이의 광축 거리는 제2렌즈군(LG2)의 광축 거리의 0.2배 이하일 수 있으며, 예컨대 0.01배 내지 0.2배 범위일 수 있다. 제2렌즈군(LG2)의 광축 거리는 제2렌즈군(LG2)의 물체측에 가장 가까운 렌즈의 물체측면과 이미지 센서(300)에 가장 가까운 렌즈의 센서측면 사이의 광축 거리이다.

여기서, 제1렌즈군(LG1)와 제2렌즈군(LG2)의 렌즈 면들 중에서 서로 마주하는 두 면 예컨대, 물체측 렌즈의 센서측면은 오목하고 센서측 렌즈의 물체측면은 오목할 수 있다. 즉, 제1렌즈군(LG1)에서 센서측에 가장 가까운 센서측면은 오목하며, 제2렌즈군(LG2)에서 물체측에 가장 가까운 물체측면은 오목할 수 있다. 제1렌즈군(LG1)은 물체측을 통해 입사된 광들을 확산시켜 주며, 제2렌즈군(LG2)은 제1렌즈군(LG1)을 통해 확산된 광을 이미지 센서(300)의 영역으로 굴절시켜 줄 수 있다.

제1렌즈군(LG1)는 음(-)의 굴절력을 갖고, 제2렌즈군(LG2)은 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 제1렌즈군(LG1)의 렌즈들 중에서 물체측에 가장 가까운 렌즈는 음(-)의 굴절력을 갖고, 제2렌즈군(LG2)의 렌즈들 중에서 센서측에 가장 가까운 렌즈는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 초점 거리를 절대 값으로 나타낼 때, 제1렌즈군(LG1)의 초점 거리는 제2렌즈군(LG2)의 초점 거리보다 클 수 있으며, 예컨대 5배 이상 예컨대, 5배 내지 15배 범위일 수 있다. 광학계(1000)의 유효 초점 거리(EFL)는 제1렌즈군(LG1)의 초점 거리의 절대 값보다 작을 수 있다. 광학계(1000)의 유효 초점 거리(EFL)는 제1렌즈군(LG1)의 초점 거리의 절대 값보다 작고 제2렌즈군(LG2)의 초점 거리의 절대 값보다 클 수 있다.

광학계(1000) 내에서 양(+)의 굴절력을 갖는 렌즈 매수는 음(-)의 굴절력을 갖는 렌즈 매수와 같거나 많을 수 있다. 양(+)의 굴절력을 갖는 렌즈 매수는 전체 렌즈 매수에 비해 50% 이상일 수 있다. 양(+)의 굴절력을 갖는 렌즈들의 굴절률 평균은 음(-)의 굴절력을 갖는 렌즈들의 평균 보다 클 수 있다. 이에 따라 음(-)의 굴절력를 갖는 렌즈들의 분산 값은 양(+)의 굴절력을 갖는 렌즈들의 분산 값보다 클 수 있다.

렌즈부(100)는 유리 재질의 렌즈와 플라스틱 재질의 렌즈들이 혼합될 수 있다. 플라스틱 재질의 렌즈들의 매수는 전체 렌즈 매수에 비해 60% 이상일 수 있으며, 40% 내지 85% 범위 또는 60% 내지 80% 범위일 수 있다. 이에 따라 카메라 모듈 내에 플라스틱 렌즈가 더 배치될 경우, 카메라 모듈의 무게를 줄여줄 수 있고, 플라스틱 재질에 의해 연마, 가공이 쉽고, 외부 충격이 강하고 또한 가격 경쟁력이 높고 재료 확보가 용이할 수 있다. 또한 플라스틱 렌즈에 의해 각종 수차를 보정할 수 있어, 광학 성능 저하를 방지할 수 있다.

발명의 실시예는 광학계(1000) 내에 플라스틱 렌즈를 더 혼합해 줌으로써, 카메라 모듈의 무게를 줄여줄 수 있고, 제조 원가를 보다 저렴하게 제공할 수 있고, 온도 변화에 따른 광학 특성의 저하를 억제할 수 있으며, 다양한 종류의 플라스틱 렌즈가 유리 렌즈를 대체할 수 있으며, 비구면 또는 자유 곡면과 같은 렌즈 면의 연마 및 가공이 용이할 수 있다.

렌즈부(100)는 광축(OA)을 따라 배치된 제1재질의 렌즈들과, 제2재질의 렌즈들을 포함할 수 있다. 제1재질은 유리 재질이며, 제2재질은 플라스틱 재질일 수 있다. 제1재질의 렌즈는 제2재질의 렌즈들 사이에 배치될 수 있다. 제2재질의 렌즈는 제1재질의 렌즈들 사이에 배치될 수 있다.

렌즈부(100)는 광축(OA)을 따라 비구면을 갖는 제1재질의 렌즈와, 구면을 갖는 제1재질의 렌즈들과, 비구면을 갖는 제2재질의 렌즈들 포함할 수 있다. 제1재질은 유리 재질이며, 제2재질은 플라스틱 재질일 수 있다. 구면을 갖는 제1재질의 렌즈는 비구면을 갖는 제2재질의 렌즈들 사이에 배치될 수 있다. 제2재질의 렌즈는 비구면을 갖는 제1재질의 렌즈와 구면을 갖는 제1재질의 렌즈 사이에 배치될 수 있다.

렌즈부(100) 내에서 물체측에 가장 가까운 렌즈의 유효경은 이미지 센서(300)에 가장 가까운 렌즈의 유효경 보다 클 수 있다. 이에 따라 광학계의 밝기를 제어할 수 있다. 유효경은 각 렌즈의 물체측면과 센서측면의 평균 유효 직경일 수 있다. 각 렌즈들의 유효경 크기를 제어함으로써, 광학계(1000)는 입사하는 광을 제어하여 해상력, 온도 변화에 따른 광학 특성 저하를 보상할 수 있으며, 색수차 제어 특성을 개선시킬 수 있고, 광학계(1000)의 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.

렌즈부(100)는 광축을 따라 물체측에서 센서측을 향해 정렬된, 제1렌즈(101), 제2렌즈(102), 제3렌즈(103), 제4렌즈(104), 제5렌즈(105), 제6렌즈(106) 및 제7렌즈(107)를 포함할 수 있다.

렌즈부(100) 내에서, 초점 거리를 절대값으로 할 때, 물체에 가장 인접한 렌즈의 초점 거리는 플라스틱 렌즈의 초점 거리보다 클 수 있다. 여기서, 플라스틱 렌즈는 접합 렌즈의 센서측에 배치된 적어도 한 렌즈이거나, 이미지 센서에 인접한 적어도 한 렌즈일 수 있다.

렌즈부(100)는 렌즈 배럴의 내면 일측 또는 전체에 이너 배럴을 갖는 카메라 모듈에 배치될 수 있다. 렌즈부(100)는 렌즈 배럴의 서로 다른 렌즈들의 둘레에 복수의 이너 배럴을 갖는 카메라 모듈에 배치될 수 있다. 렌즈부(100)는 렌즈 배럴의 적어도 한 렌즈의 외면에 접촉된 제1이너 배럴과 적어도 한 렌즈의 외면에 접촉된 제2이너 배럴을 갖는 카메라 모듈에 배치될 수 있다. 렌즈부(100)는 적어도 하나 또는 2개 이상의 렌즈의 외측과 렌즈 배럴 사이에 각각 배치된 복수의 이너 배럴을 갖는 카메라 모듈에 배치될 수 있다. 렌즈부(100)는 복수의 이너 배럴이 렌즈 배럴의 재질과 다른 재질을 갖는 카메라 모듈에 배치될 수 있다.

렌즈부(100)를 구성하는 렌즈 중 유리 재질의 렌즈 중 적어도 일부는 렌즈 배럴에 배치될 수 있고, 플라스틱 재질의 렌즈 중 적어도 일부는 렌즈 배럴 내에 배치된 이너 배럴에 배치될 수 있다. 이를 통해, 광학계(1000)는 온도 변화에 따른 해상력을 유지할 수 있다. 렌즈부(100)는 이종 배럴을 갖는 카메라 모듈에 배치되어 온도 변화에 따라 팽창되는 렌즈 예컨대, 플라스틱 렌즈의 디센터를 최소화할 수 있다. 렌즈부(100)가 배치되는 렌즈 배럴은 렌즈 배럴 내에 복수의 이너 배럴을 구비함으로써, 온도 변화에 따른 광학계의 해상력을 유지하고 렌즈들의 변형을 억제할 수 있다. 따라서, 렌즈부(100)에 포함되는 유리 재질 렌즈 중 적어도 일부의 유효경은 플라스틱 재질 렌즈 중 적어도 일부의 유효경보다 작을 수 있다.

렌즈부(100) 내에서 플라스틱 렌즈들의 평균 유효경보다 큰 렌즈들은 1매 이상 예컨대, 2매 이상일 수 있다. 플라스틱 재질의 렌즈들의 평균 유효경은 PLca_Aver이며, 유리 재질의 렌즈들의 평균 유효경은 GLca_Aver 인 경우, PLca_Aver < GLca_Aver의 조건을 만족할 수 있다. 또한 1 < GLca_Aver / PLca_Aver < 1.5의 조건을 만족할 수 있다. 또한 이미지 센서(300)의 길이와 플라스틱 렌즈의 평균 유효경(PLca_Aver)의 관계는 1 ≤ PLca_Aver/(Imgh*2) < 1.5의 조건을 만족할 수 있다. 또한 유리 재질의 평균 유효경과 이미지 센서(300)의 길이 사이의 관계는 1.1 < GLca_Aver/(Imgh*2) < 1.5의 조건을 만족할 수 있다. 이미지 센서(300)의 최대 길이와 플라스틱 재질의 렌즈의 유효경 차이는 크지 않게 배치될 수 있다. 이에 따라 유효경이 작은 플라스틱 재질의 렌즈를 이미지 센서(300)에 인접하게 배치함으로써, 플라스틱 렌즈들이 이미지 센서(300)의 중심부에서 주변부까지 색을 분산시켜 줄 수 있다.

유리 재질들의 평균 유효경은 10mm 이상 예컨대, 10mm 내지 15mm 범위일 수 있다. 플라스틱 재질의 평균 유효경은 8 mm 이상 예컨대, 8mm 내지 12mm 범위일 수 있다. 최소 유효경을 갖는 렌즈는 플라스틱 재질이며, 최대 유효경을 갖는 렌즈는 유리 재질일 수 있다. 렌즈부(100) 내에서 최소 유효경은 7mm 내지 10mm 범위이고, 최대 유효경은 11mm 내지 15mm 범위일 수 있다. 플라스틱 재질의 렌즈는 유리 재질의 렌즈보다 유효경이 작게 설계되어 렌즈 배럴에 맞닿지 않게 배치되고, 이를 통해 온도 변화에 따른 광학 성능 변화를 최소화할 수 있다. 또한, 광학계(1000)는 입사하는 광을 제어하여 해상력, 색수차 제어 특성을 개선시킬 수 있고, 광학계(1000)의 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.

광학계(1000) 또는 카메라 모듈은 이미지 센서(300)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(300)는 광을 감지하고 전기적 신호로 변환할 수 있다. 이미지 센서(300)는 렌즈부(100)을 순차적으로 통과한 광을 감지할 수 있다. 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, 이미지 센서(300)의 길이는 광축(OA)에 직교하는 대각선 방향의 최대 길이이며, 제1렌즈군(LG1) 내에서 물체에 가장 가까운 렌즈의 유효경 보다 작고, 제2렌즈군(LG2) 내에서 센서에 가장 가까운 렌즈의 유효경 보다 클 수 있다. 여기서, 이미지 센서(300)의 길이보다 큰 유효경을 갖는 렌즈 매수는 4매 내지 6매이며, 이미지 센서(300)의 길이보다 작은 유효경을 갖는 렌즈 매수는 1매 내지 3매일 수 있다.

광학계(1000) 또는 카메라 모듈은 필터(500)를 포함할 수 있다. 필터(500)는 제2렌즈군(LG2)과 이미지 센서(300) 사이에 배치될 수 있다. 필터(500)는 렌즈부(100)의 렌즈들 중 센서측에 가장 가까운 렌즈와 이미지 센서(300) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 필터(500)는 n번째 렌즈와 이미지 센서(300) 사이에 배치될 수 있다.

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

필터(500)는 적외선 필터 또는 적외선 컷 오프 필터(IR cut-off)를 포함할 수 있다. 필터(500)는 설정된 파장 대역의 광을 통과시키고, 이와 다른 파장 대역의 광을 필터링할 수 있다. 필터(500)가 적외선 필터를 포함할 경우 외부 광으로부터 방출되는 복사열이 이미지 센서(300)에 전달되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 필터(500)는 가시광선을 투과할 수 있고 적외선을 반사할 수 있다.

실시예에 따른 광학계(1000)는 조리개(Stop)를 포함할 수 있다. 조리개는 광학계(1000)에 입사되는 광량을 조절할 수 있다. 물체와 조리개 사이에 배치되는 렌즈들에 있어서, 물체측에서 조리개로 갈수록 렌즈 면의 유효경이 증가하는 경향이 있다. 조리개와 센서 사이에 배치되는 렌즈 면들에 있어서, 조리개에서 센서측으로 갈수록 렌즈 면들의 유효경이 감소하는 경향이 있다. 렌즈 면들의 유효경이 증가하거나 감소하는 경향이 있다는 의미는 렌즈 면들의 유효경이 증가하거나 감소하는 경우만 의미하지는 않는다. 예컨대, 조리개에서 센서측으로 가면서 렌즈 면들의 유효경이 증가하다가 감소하는 경우도 포함한다.

조리개는 설정된 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 조리개는 제2렌즈군(LG2)의 렌즈들 중 물체측에 가장 가까운 렌즈의 물체측면 또는 센서측면의 둘레에 배치될 수 있다. 이와 다르게, 조리개는 제1렌즈군(LG1)의 물체측 렌즈의 물체측면 또는 센서측면의 둘레에 배치될 수 있다. 이와 다르게, 복수의 렌즈들 중 선택되는 적어도 하나의 렌즈는 조리개 역할을 수행할 수 있다. 자세하게, 광학계(1000)의 렌즈들 중 선택되는 하나의 렌즈의 물체측면 또는 센서측면은 광량을 조절하는 조리개 역할을 수행할 수 있다.

실시예의 광학계(1000)에서 렌즈부(100)의 렌즈들의 굴절률 합은 8 이상 예컨대, 8 내지 15 범위이며, 굴절률 평균은 1.58 내지 1.7 범위일 수 있다. 렌즈들 각각의 아베수 합은 270 이상 예컨대, 280 내지 350 범위이며, 아베수의 평균은 50 이하 예컨대, 35 내지 47 범위일 수 있다. 전체 렌즈의 중심 두께 합은 20mm 이상 예컨대, 25mm 내지 30mm 범위이며 중심 두께들의 평균은 3.5mm 내지 4.0mm 범위일 수 있다. 광축(OA)에서의 렌즈들 사이의 중심 간격들의 합은 3 mm 이상 예컨대, 4mm 내지 6mm 범위이고 렌즈의 중심 두께 합보다 작을 수 있다. 또한 렌즈부(100)의 각 렌즈 면(S1-S14)들의 유효경의 평균 값은 8mm 이상 예컨대, 8mm 내지 15mm 범위로 제공할 수 있다.

발명의 실시예에 따른 광학계에서 화각(대각선)은 50도 이하 예컨대, 20도 내지 50도의 범위일 수 있다. 광학계 또는 카메라 모듈의 F 넘버는 2.4 이하, 예컨대, 1.4 내지 2.4의 범위 또는 1.5 내지 1.8 범위일 수 있다. 발명의 실시예에 따른 광학계에서 최대 화각(대각선)은 50도 이하 예컨대, 20도 내지 50도의 범위일 수 있다. 차량용 광학계는 Y축 방향의 수평 화각(FOV_H)는 20도 초과 및 40도 미만일 수 있으며, 예컨대 25도 내지 35도 범위일 수 있다. 또한 수직 화각은 수평 화각보다 작은 각도로 제공되며, 20도 이하 예컨대, 10도 내지 20도 범위일 수 있다. 이때의 수평 방향(Y)의 센서 길이는 8.064mm±0.5mm일 수 있으며, 수직 방향(X)의 센서 높이는 4.54mm±0.5mm일 수 있다. 수평 화각(FOV_H)은 센서의 수평 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.

실시예는 차량카메라에 적용되는 광학계이므로, 플라스틱 렌즈와 유리 렌즈를 함께 사용하여 설계함에도 제1렌즈(101)는 유리 재질로 제공할 수 있다. 이는 유리 재질이 플라스틱 재질 대비 스크래치에 강하고 외부 온도에 민감하지 않은 장점을 갖고 있다. 제1렌즈(101)는 비구면을 갖고 유리 재질로 이루어지는 글래스 몰드(Glass Mold) 렌즈일 수 있다. 글래스 몰드(Glass Mold) 렌즈는 비구면 모양이 될 금형 내부에 광학 유리 잉곳을 넣고 가열 및 압축 과정을 통해 제작될 수 있다.

차량 내부에 배치되거나 이물질에 의한 스크래치를 보다 효과적으로 방지하기 위해 유리 렌즈를 제1렌즈(101)로 사용하고, 외부 구조물과 비 접촉되도록 제1렌즈(101)의 물체측면은 완만한 곡면 형상을 가질 수 있다. 이를 통해, 외부 구조물과 접촉으로 스크래치 발생을 최소화할 수 있다. 차량 운행 시 운전자 감시, 차량의 전방/후방 촬영, 또는 차선 감지 및 차량 주변의 돌발 물질 감지를 위해 화각은 20도 초과 및 40도 미만일 수 있으며, 예컨대 25도 내지 35도 범위일 수 있다. 이러한 수평 화각은 첨단운전자 지원시스템(ADAS)용으로 미리 설정된 각도일 수 있다.

실시예에 따른 광학계(1000)는 광의 경로를 변경하기 위한 반사 부재를 더 포함할 수 있다. 반사부재는 제1렌즈군(LG1)의 입사 광을 렌즈들 방향으로 반사하는 프리즘으로 구현될 수 있다. 이하, 실시예에 따른 광학계를 상세하게 설명하기로 한다.

발명의 실시예에 따른 광학계에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 실시예에 따른 광학계 및 이를 갖는 카메라 모듈의 측 단면도이며, 도 2는 도 1의 따른 n번째 및 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 제3내지 제6렌즈의 렌즈 면들의 Sag 값을 나타낸 표이며, 도 7은 도 1의 광학계에서 이미지 센서의 위치에 따른 상온, 저온 및 고온에서의 CRA(Chief Ray Angle) 데이터를 나타낸 표이고, 도 8 내지 도 10은 도 1의 광학계의 상온, 저온 및 고온에서의 회절 MTF(Modulation Transfer Function)에 대한 데이터를 나타낸 그래프이며, 도 11 내지 도 13는 도 1의 광학계의 상온, 저온 및 고온에서의 수차 특성에 대한 데이터를 나타낸 그래프이며, 도 14는 실시예에 따른 이미지 센서의 높이에 따른 상대 조도를 나타낸 그래프이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 광학계(1000)는 렌즈부(100)를 포함하며, 렌즈부(100)는 제1렌즈(101) 내지 제7렌즈(107)를 포함할 수 있다. 제1내지 제7렌즈들(101~107)은 광학계(1000)의 광축(OA)을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 물체의 정보에 해당하는 광은 제1렌즈(101) 내지 제7렌즈(107), 및 필터(500)를 통과하여 이미지 센서(300)에 입사될 수 있다.

제1렌즈(101)는 제1렌즈군(LG1)에서 물체측에 가장 가까운 렌즈이다. 제7렌즈(107)는 제2렌즈군(LG2) 또는 렌즈부(100) 내에서 이미지 센서(107)에 가장 가까운 렌즈이다. 제1렌즈(101)는 제1렌즈군(LG1)일 수 있으며, 제2내지 제7렌즈(102,103,104,105,106,107)는 제2렌즈군(LG2)일 수 있다. 제1렌즈(101)의 물체측 또는 센서측면의 둘레, 또는 제2렌즈(102)의 물체측면 또는 센서측면의 둘레 중 어느 하나에 조리개가 배치될 수 있다. 예컨대, 조리개(Stop)는 제2렌즈(102)의 물체측면의 둘레에 배치될 수 있다.

제1렌즈(101)는 물체측에 가장 가깝게 배치될 수 있다. 제1렌즈(101)는 센서 측에서 가장 멀리 배치될 수 있다. 제1렌즈(101)는 광축(OA)에서 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제1렌즈(101)는 플라스틱 재질 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예컨대 유리 재질일 수 있다. 유리 재질의 제1렌즈(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 제1렌즈(101)의 물체측 제1면(S1)은 볼록하며, 센서측 제2면(S2)은 오목할 수 있다. 제1렌즈(101)는 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제1렌즈(101)는 유리 재질이며, 비구면을 가질 수 있다. 제1,2면(S1,S2)의 비구면 계수는 도 4의 L1S1,L1S2로 제공될 수 있다. 이러한 제1렌즈(101)는 유리 재질을 사출 성형하여 비구면을 갖는 렌즈로 제조될 수 있다. 제1렌즈(101)는 비구면을 갖고 유리 재질로 이루어지는 글래스 몰드(Glass Mold) 렌즈일 수 있다. 글래스 몰드(Glass Mold) 렌즈는 비구면 모양이 될 금형 내부에 광학 유리 잉곳을 넣고 가열 및 압축 과정을 통해 제작될 수 있다.

제1렌즈(101)의 유효 반경(r11)는 플라스틱 렌즈들의 유효 반경보다 클 수 있다. 이와 다르게, 제1렌즈(101)의 물체측면과 센서측면 중 적어도 하나는 자유 곡면 즉, 비회전 대칭 곡면을 가질 수 있다.

제1면(S1)이 볼록하고 제2면(S2)은 오목하므로, 입사되는 광을 광축(OA)과 멀어지는 방향으로 굴절시켜 줄 수 있으며, 제1,2렌즈(101,102) 사이의 간격을 줄여줄 수 있다. 또한 제1렌즈(101)의 렌즈 면의 형상에 의해 제2렌즈(102)의 센서측면의 유효경을 물체측면의 유효경보다 작게 설계할 수 있다. 제1렌즈(101)의 제1면(S1)은 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단 즉, 에지까지 임계점(Critical point) 없이 제공될 수 있다. 제1렌즈(101)의 제2면(S2)은 임계점 없이 제공될 수 있다.

제1렌즈(101)의 굴절률(n1)은 n1> 1.8 또는 n1> 1.82의 조건을 만족할 수 있다. 제1렌즈(101)의 굴절률(n1)이 렌즈부(100) 내에서 가장 크므로, 제1,2렌즈(101,102)의 곡률 반경의 커질 수 있으며, 렌즈 제작이 용이할 수 있다. 제1렌즈(101)의 굴절률(n1)이 조건보다 작은 경우, 제1,2 렌즈(101,102)의 굴절력을 증가시켜 주기 위해 렌즈 면을 급격하게 오목하거나 볼록하게 형성해야 하며, 이 경우 렌즈 제작이 용이하지 않고 렌즈 불량률도 높아지고 수율 저하의 원인이 될 수 있다.

제2렌즈(102)는 물체 측에서 2번째로 배치될 수 있다. 제2렌즈(102)는 센서 측에서 6번째로 배치될 수 있다. 제2렌즈(102)는 제1렌즈(101)과 제3렌즈(103) 사이에 배치될 수 있다. 제2렌즈(102)는 광축(OA)에서 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 제2렌즈(102)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2렌즈(102)는 유리 재질로 제공될 수 있다.

광축(OA)을 기준으로 제2렌즈(102)의 물체측 제3면(S3)은 오목하며, 센서측 제4면(S4)은 볼록할 수 있다. 제2렌즈(102)는 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제2렌즈(102)는 유리 재질이며, 구면일 수 있다. 제3면(S3) 및 제4면(S4) 중 적어도 하나 또는 모두는 구면일 수 있다.

조리개(Stop)는 제2렌즈(102)의 센서측 제4면(S4)의 둘레에 배치될 수 있다. 조리개는 화각 범위 내에서 TTL을 줄여줄 수 있고, 광학계의 소형화가 가능하다. 이에 따라 광학계의 중량별 수율(yield by weight)의 저하를 방지하고 생산 효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 수평 화각(FOV_H)을 25도 내지 36도에서 TTL을 줄여서 광학계를 소형화할 수 있다.

제3렌즈(103)는 물체 측에서 3번째로 배치될 수 있다. 제3렌즈(103)은 센서 측에서 5번째로 배치될 수 있다. 제3렌즈(103)은 제2렌즈(102)와 제4렌즈(104) 사이에 배치될 수 있다. 제3렌즈(103)는 광축(OA)에서 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 제3렌즈(103)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3렌즈(103)는 유리 재질로 제공될 수 있다.

광축을 기준으로 제3렌즈(103)의 물체측 제5면(S5)은 볼록하고, 센서측 제6면(S6)은 볼록할 수 있다. 제3렌즈(103)는 광축(OA)에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 제3렌즈(103)는 유리 재질이며, 구면일 수 있다. 제5면(S5) 및 제6면(S6) 중 적어도 하나 또는 모두는 구면일 수 있다. 제5면(S5) 및 제6면(S6) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다.

제3렌즈(103)의 양면이 볼록하게 제공되므로, 광학계의 TTL 및 렌즈 매수를 최소화시켜 줄 수 있고 광을 효과적으로 굴절시켜 줄 수 있다. 또한 제3렌즈(103)의 제5면(S5)의 곡률 반경이 L3R1이고, 제6면(S6)의 곡률 반경이 L3R2인 경우, L3R1 > ｜L3R2｜의 조건을 만족할 수 있다. 이 조건을 만족할 경우, 제5면(S5)에 의해 광을 효율적으로 굴절시켜 주어, 제4내지 제7렌즈(104~107)의 유효경이 증가되지 않도록 가이드할 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 만약, L3R1 <｜L3R2｜의 조건인 경우, 제3렌즈(103)의 물체측면에서 수차가 많이 발생하고 센서측면에서 광의 굴절 효율이 저하될 수 있고, 후방 렌즈들의 유효경이 증가되고 TTL도 커질 수 있다. 제3렌즈(103)의 양면의 곡률 반경의 절대값은 동일할 수 있다. L3R1 = ｜L3R2｜의 조건을 만족하는 경우, 물체측면과 센서측면은 각각 동일한 곡률로 볼록한 형상을 가지므로 제3렌즈(103)의 일면 또는 타면을 어느 방향으로 배치하더라도 동일한 광학적 특성을 가질 수 있고, 이를 통해 렌즈의 조립이 용이해질 수 있다.

제4렌즈(104)는 물체 측에서 4번째로 배치될 수 있다. 제4렌즈(104)는 센서 측에서 4번째로 배치될 수 있다. 제4렌즈(104)은 제3렌즈(103)와 제5렌즈(105) 사이에 배치될 수 있다. 제4렌즈(104)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제4렌즈(104)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 제4렌즈(104)는 제5렌즈(105)의 굴절력과 다른 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 제4렌즈(104)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제4렌즈(104)는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 제4렌즈(104)는 제5렌즈(105)와 동일한 재질로 제공될 수 있다.

광축을 기준으로 제4렌즈(104)의 물체측 제7면(S7)은 볼록하며, 센서측 제8면(S8)은 오목할 수 있다. 제4렌즈(104)는 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제4렌즈(104)는 플라스틱 재질이며, 비구면을 가질 수 있다. 제7면(S7) 및 제8 면(S8) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 제7면(S7) 및 제8 면(S8)은 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다.

제5렌즈(105)는 물체 측에서 5번째로 배치될 수 있다. 제5렌즈(105)는 센서 측에서 3번째로 배치될 수 있다. 제5렌즈(105)은 제4렌즈(104)와 제6렌즈(106) 사이에 배치될 수 있다. 제5렌즈(105)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제5렌즈(105)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제5렌즈(105)는 제4렌즈(104)의 굴절력과 다른 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제5렌즈(105)는 플라스틱 또는 유리 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제5렌즈(105)는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 제5렌즈(105)는 제4렌즈(104)와 동일한 재질로 제공될 수 있다.

광축(OA)을 기준으로 제5렌즈(105)는 물체측 제9면(S9)은 볼록하고, 센서측 제10면(S10)은 오목할 수 있다. 제5렌즈(105)는 광축(OA)에서 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제5렌즈(105)는 플라스틱 재질이며 비구면을 가질 수 있다. 제9면(S9) 및 제10면(S10) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 제5렌즈(105)의 제9,10 면(S9,S10) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다.

제4렌즈(104)와 제5렌즈(105)는 접합될 수 있다. 제4렌즈(104)와 제5렌즈(105) 사이의 접합 면은 제8면(S8)으로 정의할 수 있다. 제8면(S7)은 제5렌즈(105)의 제9면과 같은 면일 수 있다. 접합 렌즈(145)의 물체측면은 볼록하며, 센서측면은 오목할 수 있다. 제4,5렌즈(104,105) 사이의 간격은 0.01mm 미만일 수 있으며, 접착제로 접착될 수 있다. 제4,5렌즈(104,105) 사이의 간격은 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 0.01mm 미만일 수 있다. 제4,5렌즈(104,105)는 서로 반대되는 굴절력을 가질 수 있다. 제4,5렌즈(104,105)의 복합 굴절력은 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다.

접합 렌즈(145)의 접합면(S8)의 곡률반경의 값은 30보다 클 수 있다. 예컨대, 접합 렌즈(145)의 접합면(S8)의 곡률반경의 값은 50보다 클 수 있다. 접합 렌즈(145)의 접합면(S8)은 완만한 형상으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 접합 렌즈(145)를 이루는 제4렌즈(104)와 제5렌즈(105)의 접착 공정이 유리하고, 접착 유지력을 높일 수 있다.

접합 렌즈(145)의 물체측 제4렌즈(104)의 굴절력과 센서측 제5렌즈(105)의 굴절력의 곱은 0보다 작을 수 있다. 접합 렌즈(145)의 물체측 제4렌즈(105)의 초점 거리와 센서측 제5렌즈(105)의 초점 거리의 곱은 0보다 작을 수 있다. 이에 따라 광학계의 수차 특성을 개선시켜 줄 수 있다. 만약, 접합 렌즈(145)의 두 렌즈의 굴절력이 서로 같을 경우, 수차 개선에 한계가 있다.

접합 렌즈(145)의 복합 굴절력은 양의 굴절력을 갖고, 접합 렌즈(145)를 기준으로 물체측 제4렌즈(104)와 센서측 제5렌즈(105)는 양의 굴절력을 가질 수 있다. 이에 따라 제4렌즈(104), 접합 렌즈(145) 및 제5렌즈(105)는 입사되는 일부 광을 광축 방향으로 굴절시켜 줄 수 있으며, 색 수차를 상호 보정할 수 있다. 접합 렌즈(145)를 기준으로 물체측에 배치되는 제4렌즈(104)의 초점 거리는 센서측에 배치되는 제5렌즈(105)의 초점 거리보다 작을 수 있다. 접합 렌즈(145)를 기준으로 물체측에 배치되는 제4렌즈(104)의 파워는 센서측에 배치되는 제5렌즈(105)의 파워보다 클 수 있다.

제4렌즈(104)의 유효경은 이미지 센서(300)의 대각 길이보다 클 수 있다. 제4렌즈(104)의 유효경은 제7면(S7)과 제8면(S8)의 유효경 평균이며, 이미지 센서(300)의 대각 길이보다 클 수 있다. 제5렌즈(105)의 유효경은 제4렌즈(104)의 유효경보다는 작고 이미지 센서(300)의 대각 길이보다 클 수 있다.

제4렌즈(104)의 제7면(S7)의 유효경은 CA_L4S1이며, 제8면(S8)의 유효경은 CA_L4S2인 경우, 제7,8 면(S7,S8)의 유효경은 1 < CA_L4S1/CA_L4S2 < 1.5의 조건을 만족할 수 있다. 제5렌즈(105)의 제9면(S9)의 유효경은 CA_L5S1이며, 제10면(S10)의 유효경은 CA_L5S2인 경우, 제9,10면의 유효경은 1 < CA_L5S1/CA_L5S2 < 1.5의 조건을 만족할 수 있다.

접합 렌즈(145)는 서로 다른 굴절률을 갖는 플라스틱 렌즈들로 접합될 수 있다. 접합렌즈(145)의 물체측면과 센서측면은 비구면을 가지고, 접합면은 구면을 가질 수 있다. 광학계에 포함되는 플라스틱 재질의 렌즈를 증가시킴으로써 광학계의 무게를 감소시킬 수 있고, 플라스틱 재질에 의해 연마, 가공이 쉽고, 외부 충격이 강하고 또한 가격 경쟁력이 높고 재료 확보가 용이할 수 있다. 또한, 플라스틱 렌즈에 의해 각종 수차를 보정할 수 있어, 광학 성능 저하를 방지할 수 있다. 접합 렌즈(145)보다 센서측에 배치된 렌즈들은 비구면 렌즈 또는 플라스틱 렌즈들이 채용할 경우, 구면 수차를 보상할 수 있다. 또한 접합 렌즈(145)보다 센서측에 배치된 렌즈들이 플라스틱 렌즈이고 유효경이 작은 렌즈들로 배치하므로, 플라스틱 렌즈를 통해 이미지 센서(300)로 진행하는 광을 효과적으로 가이드하도록 설정할 수 있다. 접합 렌즈(145)의 위치는 렌즈부(100) 내에서 중간 또는 중간 보다 뒤인 제3렌즈 내지 제6렌즈 중 연속된 어느 두 렌즈에 위치하므로, 색 수차 보정이 보다 효율적일 수 있다.

제6렌즈(106)은 물체 측에서 6번째로 배치될 수 있다. 제6렌즈(106)은 센서 측에서 2번째로 배치될 수 있다. 제6렌즈(106)은 제5렌즈(105)와 제7렌즈(107) 사이에 배치될 수 있다. 제6렌즈(106)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제6렌즈(106)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 제6렌즈(106)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제6렌즈(106)는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.

광축(OA)을 기준으로 제6렌즈(106)는 물체측 제11면(S11)은 볼록하고, 센서측 제12면(S12)은 오목한 형상일 수 있다. 제6렌즈(106)은 광축(OA)에서 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 제6렌즈(106)는 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 제11면(S11) 및 제12 면(S12) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 제11,12 면(S11,S12)의 비구면 계수는 도 4의 L6의 L1 및 L2로 제공될 수 있다.

제6렌즈(106)의 제11면(S11)은 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 제12면(S12)은 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 적어도 하나의 임계점 없이 제공될 수 있다.

제7렌즈(107)는 센서 측에 가장 가깝게 배치될 수 있다. 제7렌즈(107)는 물체 측에서 가장 멀리 배치될 수 있다. 제7렌즈(107)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제7렌즈(107)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제7렌즈(107)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제7렌즈(107)는 플라스틱 재질일 수 있다.

광축에서 제7렌즈(107)의 물체측 제13면(S13)은 볼록하고, 센서측 제14면(S14)은 오목할 수 있다. 제7렌즈(107)는 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상일 수 있다. 제13면(S13) 및 제14면(S14) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 제13면(S13) 및 제14면(S14)은 모두 비구면일 수 있다. 제13,14 면(S13,S14)의 비구면 계수는 도 4의 L7의 S1,S2와 같이 제공될 수 있다.

제7렌즈(107)의 제13면(S13)은 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점을 가질 수 있다. 제13면(S13)이 임계점을 갖는 경우, 광축(OA)에서 유효 반경(r71)의 50% 이상에 위치하거나, 52% 내지 70% 범위 또는 53% 내지 60% 범위에 위치할 수 있다. 제14면(S14)이 임계점을 갖는 경우, 광축(OA)에서 유효 반경(r72)의 70% 이상에 위치하거나, 70% 내지 90% 범위 또는 75% 내지 85% 범위에 위치할 수 있다.

제7렌즈(107)는 이미지 센서(300)에 가장 인접한 플라스틱 렌즈일 수 있다. 또한 플라스틱 렌즈를 이미지 센서(300)에 인접하게 2매 이상 배치함으로써, 비구면을 갖는 렌즈 면에 의해 구면 수차와 색 수차 등의 수차를 개선할 수 있고, 해상도에 영향을 제어할 수 있다. 또한 이미지 센서(300)에 인접한 렌즈로 플라스틱 렌즈를 배치함으로써, 유리 재질의 렌즈 대비 조립 공차에 둔감할 수 있다. 즉, 조립 공차에 둔감하다는 의미는 조립 시 설계 대비 약간의 차이가 있게 조립되더라도 광학 성능에 크게 영향을 주지 않을 수 있다. 또한 이미지 센서(300)에 인접한 2매의 렌즈(106,107)를 플라스틱 재질로 제공해 줌으로써, 비구면을 갖는 렌즈 면에 의해 광학 성능을 개선시켜 줄 수 있으며, 예컨대 수차 특성 개선 및 해상도 저하를 방지할 수 있다.

제6렌즈(106)과 제7렌즈(107)는 이격되어 배치되나 접합 렌즈의 특징을 포함할 수 있다. 제6렌즈(106)과 제7렌즈(107)는 서로 반대되는 굴절력을 가질 수 있다. 제6렌즈(106)의 굴절력과 제7렌즈(107)의 굴절력의 곱은 0보다 작을 수 있다. 제6렌즈(106)의 초점 거리와 제7렌즈(107)의 초점 거리의 곱은 0보다 작을 수 있다. 이에 따라 광학계의 수차 특성을 개선시켜줄 수 있다. 만약, 접합 렌즈의 특징을 갖는 두 렌즈의 굴절력이 서로 같을 경우 수차 개선에 한계가 있다.

제6렌즈(106)과 제7렌즈(107)는 동일 재질로 이루어질 수 있다. 제6렌즈(106)과 제7렌즈(107)는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다. 제6렌즈(106)과 제7렌즈(107)는 접합 렌즈(145)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다.

제7렌즈(107)의 제13면(S13) 및 제14면(S14) 중 적어도 하나 또는 모두는 임계점을 가질 수 있다. 제7렌즈(107)의 제13면(S13)은 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 제1임계점(P1)을 가질 수 있다. 제13면(S13)의 제1임계점(P1)은 광축(OA)에서 유효 반경의 55% 이상에 위치하거나, 55% 내지 75% 범위 또는 60% 내지 70% 범위에 위치할 수 있다. 제13면(S13)의 제1임계점은 광축(OA)에서 2 mm 이상의 거리 예컨대, 2.1 mm 내지 2.5 mm 범위 또는 2.2mm 내지 2.3mm의 거리에 위치할 수 있다. 다른 예로서, 제13면(S13)은 임계점 없이 제공될 수 있다. 이러한 제1임계점(P1)을 갖는 제13면(S13)은 입사 광을 중심부 및 주변부까지 굴절시켜 줄 수 있고, 수차를 개선시켜 줄 수 있다. 제1,2 임계점(P1,P2)은 광축(OA) 및 광축(OA)의 수직인 방향에 대한 기울기 값의 부호가 양(+)에서 음(-)으로 또는 음(-)에서 양(+)으로 변하는 지점으로, 기울기 값이 0인 지점을 의미할 수 있다. 또한 제1,2 임계점(P1,P2)은 렌즈 면을 지나는 접선의 기울기 값이 커지다고 작아지는 지점 또는 작아지다가 커지는 지점일 수 있다.

제7렌즈(107)의 제14면(S14)은 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 적어도 하나의 제2임계점(P2)을 가질 수 있다. 제14면(S14)의 제2임계점(P2)은 광축(OA)에서 유효 반경(r72)의 60% 이상의 거리에 위치하거나, 60% 내지 80% 범위 또는 65% 내지 75% 범위에 위치할 수 있다. 제14면(S14)의 제2임계점(P2)은 광축(OA)에서 2.9 mm 이상의 거리 예컨대, 2.9 mm 내지 3.9 mm 범위 또는 3.1mm 내지 3.7mm 거리에 위치할 수 있다. 이에 따라 제2임계점(P2)는 제1임계점(P1)보다 더 에지에 가깝게 배치됨으로써, 제7렌즈(107)는 입사되는 광을 이미지 센서(300)의 주변부까지 굴절시켜 줄 수 있다.

제7렌즈(107)의 제13, 14 면(S13,S14)의 평균 유효 반경이 이미지 센서(300)의 대각 길이의 1/2인 Imgh 보다 작게 배치되며, 이는 제2임계점(P2)을 갖는 제14면(S14)에 의해 이미지 센서(300)의 주변부까지 광을 굴절시켜 줄 수 있다.

도 1 및 도 2와 같이, 제1내지 제7렌즈(101~107)의 중심 두께는 CT1~CT7으로 나타내며, 각 렌즈의 유효 영역의 끝단인 에지 두께는 ET1~ET7으로 나타내며, 인접한 두 렌즈 사이의 중심 간격(Center gap)은 CG1~CG6으로 나타내며, 각 렌즈의 에지들 사이의 에지 간격은 EG1~EG6으로 나타낸다. 여기서, 접합 렌즈(145)의 중심 두께는 CT45이며, 에지 두께는 ET45로 나타낸다.

도 2를 참조하면, BFL(Back focal length)은 이미지 센서(300)에서 마지막 렌즈의 중심까지의 광축 거리이다. 도 1에서 TTL은 제1렌즈(101)의 제1면(S1)의 중심에서 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축 거리이다.

도 3은 도 1의 실시예의 광학계의 렌즈 데이터의 예이다. 도 3과 같이, 제1내지 제7렌즈들(101,102,103,104,105,106,107)의 광축(OA)에서의 곡률 반경(Radius of Curvature), 렌즈의 두께(Thickness), 렌즈들 사이의 중심 간격(distance), d-line에서의 굴절률(Refractive index), 아베수(Abbe's Number) 및 유효경(Clear aperture; CA)의 크기를 설정할 수 있다.

도 4와 같이, 실시예에 렌즈부(100)의 렌즈들 중 제1,4,5,6,7 렌즈(101,104,105,106,107)의 렌즈면은 30차 비구면 계수를 가진 비구면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1,4,5,6,7 렌즈(101,104,105,106,107)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, 제1내지 제7렌즈(101,102,103,104,105,106,107)의 두께(T1-T7), 인접한 두 렌즈 사이의 간격(G1-G6)을 설정할 수 있다. 도 5와 같이, Y축 방향으로 각 렌즈의 두께(T1-T7)에 대해 0.1mm 또는 0.2mm 이상의 간격마다 나타낼 수 있으며, 각 렌즈 간의 간격(G1-G6)에 대해 0.1mm 또는 0.2mm 이상의 간격마다 나타낼 수 있다.

도 3 및 도 5를 참조하면, 각 렌즈의 곡률 반경의 절대 값으로 비교하면, 광축(OA)에서 제6렌즈(106)의 제12면(S12)의 곡률 반경은 렌즈들 중에서 최대이며, 제5렌즈(105)의 제10면(S10)의 곡률 반경은 렌즈들 중에서 최소일 수 있다. 최대 곡률 반경과 최소 곡률 반경의 차이는 10배 이상 예컨대, 10 배 내지 15배 범위일 수 있다.

광축을 기준으로 렌즈의 중심 두께를 설명하면, 제2렌즈(102)의 중심 두께(CT2)는 렌즈들 중에서 최대이며, 제5렌즈(105)의 중심 두께(CT5)는 렌즈들 중에서 최소이다. 렌즈 중 최대 중심 두께와 최소 중심 두께의 차이는 1.5 mm 이상 2.5 mm 이하의 범위 일 수 있다.

렌즈들 사이의 중심 간격(CG)를 설명하면, 제1렌즈(101) 및 제2렌즈(102) 사이의 중심 간격(CG1)은 최대이며, 제3,4렌즈(103,104) 사이의 중심 간격(CG3)은 최소일 수 있다. 여기서, 최소 중심 간격은 접합 렌즈(145)의 접합 면은 제외한다. 이격되는 렌즈 간격 중 최대 중심 간격과 최소 중심 간격의 차이는 1.2 mm 이상 예컨대, 1.3 mm 내지 1.8 mm 범위일 수 있다. 또한 렌즈들 사이의 최대 중심 간격을 최대 중심 두께의 70% 이하 예컨대, 30% 내지 70% 범위로 제공해 줌으로써, 각 렌즈들의 중심 두께에 비해 중심 간격을 증가하지 않고 얇은 두께를 갖는 플라스틱 렌즈를 적용한 카메라 모듈의 두께를 증가시키지 않을 수 있다.

유효경에 대해 설명하면, 최대 유효경을 갖는 렌즈는 물체에 가장 가까운 제1렌즈(101)과 이미지 센서(300)에 가장 가까운 제7렌즈(107) 사이에 배치될 수 있다. 최대 유효경을 갖는 렌즈는 유리 재질의 렌즈일 수 있다. 최대 유효경을 갖는 렌즈는 제1렌즈(101)과 접합 렌즈(145) 사이에 배치될 수 있다. 최대 유효경을 갖는 렌즈는 제3렌즈(103)일 수 있다. 여기서, 유효경은 각 렌즈의 물체측면의 유효경과 센서측면의 유효경의 평균이다. 최대 유효경을 갖는 렌즈 면은 제3렌즈(103)의 제6면(S6)이거나 접합 렌즈(145)의 물체측면일 수 있다.

최소 유효경을 갖는 렌즈는 플라스틱 렌즈들 중 어느 하나일 수 있으며, 예컨대 이미지 센서(300)에 인접한 제7렌즈(107)일 수 있다. 예컨대, 제7렌즈(107)의 유효경은 렌즈부(100) 내에서 최소일 수 있다. 최소 유효경을 갖는 렌즈 면은 제7렌즈(107)의 제13면(S13)일 수 있다.

물체측에 인접한 제1내지 제4렌즈(101-104) 각각의 유효경은 센서측에 인접한 제5,6,7 렌즈(105,106,107)의 유효경보다 클 수 있다. 제1 내지 제4렌즈(101-104)의 유효경은 이미지 센서(300)의 대각 길이보다 클 수 있다. 제7렌즈(107)의 평균 유효경은 이미지 센서(300)의 대각 길이보다 작을 수 있다. 이에 따라 광축에 따라 정렬된 복수의 렌즈를 통해 입사된 광을 이미지 센서(300)로 가이드할 수 있다.

굴절률을 설명하면, 제1렌즈(101)의 굴절률은 렌즈들 중에서 최대이며, 1.8초과, 예컨대, 1.82 초과일 수 있다. 제2렌즈(102) 및 제6렌즈(106) 중 어느 하나 또는 모두는 렌즈들 중에서 최소의 굴절률을 가질 수 있다. 예컨대, 1.6 미만, 예컨대 1.55 미만일 수 있다. 최대 굴절률과 최소 굴절률 차이는 0.2 이상일 수 있다. 물체에 가장 가까운 유리 재질 고 굴절률 렌즈로 제공하고, 유리 재질의 렌즈에 인접한 렌즈와 이미지 센서(300)에 인접한 렌즈를 플라스틱 재질의 저 굴절률 렌즈로 제공해 줌으로써, 입사 효율을 증가시키고, 유리 재질과 플라스틱 재질의 렌즈들 사이의 굴절력을 조절하여 이미지 센서(300)로 가이드할 수 있다.

아베수를 비교하면, 제3렌즈(103)의 아베수는 렌즈들 중 최대이며, 60이상일 수 있다. 제5렌즈(105) 및 제7렌즈(107)의 아베수는 렌즈들 중 최소이며, 25 이하일 수 있다. 최대 굴절률과 최소 아베수 차이는 40 이상일 수 있다. 접합 렌즈(145)에 인접한 제3렌즈(103)의 아베수를 가장 크게 하고, 이미지 센서(300)에 인접한 저 굴절률을 갖는 제7렌즈(107)의 아베수를 가장 작게 제공해 줌으로써, 유리 재질의 렌즈들 사이로 진행되는 광의 색 분산을 조절하고, 유리 재질과 플라스틱 재질의 렌즈들 사이의 색 분산을 증가하여 이미지 센서(300)로 가이드할 수 있다.

제1,5,7렌즈(101,105,107)의 초점 거리(F1,F5,F7)는 음(-)의 부호를 가질 수 있다. 제1,5,7렌즈(101,105,107)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제3,4,5,6렌즈(103,104,105,106)의 초점 거리(F3,F4,F5,F6)는 양(+)의 부호를 가질 수 있다. 제3,4,5,6렌즈(103,104,105,106)의 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 음(-)의 굴절력을 갖는 제1렌즈(101)의 센서 측에는 양(+)의 굴절력을 갖는 제2,3,4렌즈(102,103,104)가 배치될 수 있다. 이를 통해, 물체 측에서 입사된 광은 광축 방향에서 멀어지다가 다시 광축 방향으로 모일 수 있어, 안정적인 광 경로를 형성할 수 있다.

또한 인접하여 배치되는 렌즈인 제6렌즈(106)와 제7렌즈(107)는 하기 조건을 만족할 수 있다.

조건 1: 양의 굴절력을 가진 렌즈의 굴절률 < 음의 굴절력을 가진 렌즈의 굴절률

조건 2: 양의 굴절력을 가진 렌즈의 분산값 > 음의 굴절력을 가진 렌즈의 분산값

여기서, 플라스틱 렌즈들 중에서 제6렌즈(106)는 양의 굴절력을 갖고, 제7렌즈(107)는 음의 굴절력을 가짐에 따라, 조건 1,2 에 의하면 제6렌즈의 굴절률이 제7렌즈의 굴절률보다 작고, 제6렌즈의 분산값이 제7렌즈의 분산값보다 크다. 플라스틱 렌즈에서 발생되는 색수차는 플라스틱 렌즈로 보정할 수 있다. 또한, 연속해서 배치되는 플라스틱 렌즈인 제6렌즈(106)와 제7렌즈(107)가 굴절률 차이 0.1 이상 0.15 이하, 아베수 차이 20 이상 60 이하를 만족시킴으로써 플라스틱 렌즈에서 발생하는 색 수차를 플라스틱 렌즈로 보상할 수 있다.

광학계는 색 수차가 발생하며 접합 렌즈를 사용하거나 연속하게 배치된 두 렌즈를 사용하여 색수차를 보정한다. 저온에서 고온까지의 온도가 변화함에 따라 렌즈가 수축 및 팽창을 반복한다. 같은 소재의 렌즈들은 온도 변화에 따른 렌즈 특성 변화량이 동일하므로, 온도가 변화하더라도 같은 소재의 렌즈끼리 색 수차를 보정하는 것이 효과적이다.

따라서 본 발명의 실시예에서는 접합렌즈(145)와 제6렌즈(106) 및 제7렌즈(107)를 사용하여 플라스틱 렌즈에서 발생하는 색 수차를 보정한다.

접합되는 렌즈인 제4렌즈(104)와 제5렌즈(105)가 굴절률 차이 0.1 이상 0.15 이하, 아베수 차이 20 이상 60 이하를 만족시킴으로써 플라스틱 렌즈에서 발생하는 색 수차를 플라스틱 렌즈로 보상할 수 있다. 굴절률 차이는 소수점 셋째 자리에서 반올림하고, 아베수 차이는 소수점 첫째 자리에서 반올림하여 값을 비교한다.

초점 거리를 절대 값으로 비교하면, 제2렌즈(102)의 초점 거리는 렌즈들 중에서 최대이며, 55 이상 또는 100 이상일 수 있다. 렌즈들 중에서 유리 재질인 제2렌즈(102)는 초점 거리가 가장 크고, 굴절력은 가장 작을 수 있다. 렌즈들 중에서 제2렌즈(102) 다음으로 초점 거리가 큰 렌즈는 플라스틱 재질인 제6렌즈(106)일 수 있다. 제5렌즈(105)의 초점 거리는 렌즈들 중에서 최소이고, 제5렌즈(105)의 초점 거리의 절대값은 15 이하 또는 10 이하일 수 있다. 렌즈들 중에서 플라스틱 재질인 제5렌즈(105)는 초점 거리가 가장 작고, 굴절력은 가장 클 수 있다. 제5렌즈(105)의 센서 측에는 굴절력이 작은 플라스틱 재질로 이루어진 렌즈들이 배치되므로 제5렌즈(105)의 굴절력은 커질 수 있다.

접합 렌즈(145)를 제외한 렌즈들 중에서, 최소 초점 거리를 갖는 렌즈는 제3렌즈(103)일 수 있다. 최대 초점 거리와 최소 초점 거리의 차이는 50 이상 또는 80 이상일 수 있다. 이에 따라 광학계에서 설정된 화각 범위에서 향상된 MTF 특성, 수차 제어 특성, 해상도 특성 등을 가질 수 있고, 화각의 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.

제7렌즈(107) 센서측면에는 임계점(Critical point) 존재한다. 임계점(Critical point)은 sag 값의 경향이 바뀌는 지점이다. 즉 sag 값이 증가하다 감소하는 지점 혹은 sag 값이 감소하다가 증가하는 지점이다. 도 6을 참조하면 제7렌즈(107) 물체측면은 광축과 수직인 방향으로 1.8mm 이격된 지점에서 2.2mm 이격된 지점 사이에 임계점(Critical point)이 존재하는 것을 알 수 있다. 제7렌즈(107) 물체측면은 sag 값이 광축과 수직인 방향으로 2.0mm 이격된 지점까지 증가하다가, 광축과 수직인 방향으로 2.0mm 이격된 지점에서 4.1mm 이격된 지점으로 가면서 sag 값이 감소하고 있다.

제7렌즈(107) 센서측면은 광축과 수직인 방향으로 2.8mm 이격된 지점에서 3.2mm 이격된 지점 사이에 임계점(Critical point)이 존재하는 것을 알 수 있다. 제7렌즈(107) 센서측면은 sag 값이 광축과 수직인 방향으로 2.9mm 이격된 지점까지 증가하다가, 광축과 수직인 방향으로 2.9mm 이격된 지점에서 4.6mm 이격된 지점으로 가면서 sag 값이 감소하고 있다. 제7렌즈(107) 센서측면 즉, 마지막 렌즈의 센서측면 즉, 센서와 가장 가까운 렌즈면에 임계점(Critical point)이 존재하면 TTL을 줄일 수 있어서 광학계의 소형화 및 경량화에 용이하다.

제1렌즈(101)의 두께(T1)는 최대 두께와 최소 두께의 차이가 1배 이상 예컨대, 1배 내지 1.2배 범위일 수 있으며, 중심 두께(CT1)가 최소이고, 에지 두께(ET1)가 최대일 수 있다. 제2렌즈(102)의 두께(T2)는 최대 두께가 최소 두께의 1배 내지 1.2배 범위일 수 있다. 제2렌즈(102)는 중심 두께(CT2)가 최대이며, 에지 두께(ET2)는 최소일 수 있다. 제3렌즈(103)의 두께(T3)는 중심에서 최대이고 에지에서 최소일 수 있으며, 최대 두께는 최소 두께의 1.5배 내지 2배 범위이다. 제4렌즈(104)의 두께(T4)는 중심에서 최대이고 에지에서 최소일 수 있으며, 최대 두께는 최소 두께의 1.6배 내지 2.2 배 범위이다. 제5렌즈(105)의 두께(T5)는 중심에서 최소이고 에지에서 최대일 수 있으며, 최대 두께는 최소 두께의 1.2배 내지 1.5배 범위이다. 제6렌즈(106)의 두께(T6)는 중심에서 최대이고 에지에서 최소일 수 있으며, 최대 두께는 최소 두께의 1배 내지 1.2배 범위이다. 제7렌즈(107)의 두께(T7)는 중심에서 최소이고 에지에서 최대일 수 있으며, 최대 두께는 최소 두께의 1배 내지 1.2배 범위이다.

접합 렌즈(145)의 중심 두께(CT45)는 에지 두께(ET45)보다 클 수 있다. 접합 렌즈(145)의 중심 두께(CT45)는 제4렌즈(104)의 물체측 제7면(S7)의 중심에서 제5렌즈(105) 제10면(S10)의 중심까지의 거리이며, 에지 두께(ET45)는 제7면(S7)의 유효영역의 끝단에서 광축 방향으로 제10면(S10)까지의 거리이다. 접합 렌즈(145)의 최대 두께는 중심부이며, 최소 두께는 에지부이며, 최대 두께는 최소 두께의 1배 내지 1.2배 범위일 수 있다.

렌즈들 사이의 간격(G1-G6) 중에서 제1,2 렌즈(101,102) 사이의 제1간격(G1)은 중심부가 최대이고, 에지부가 최소일 수 있다. 제2,3 렌즈(102,103) 사이의 제2간격(G2)은 에지부가 최대이고, 중심부가 최소일 수 있다. 제3,4 렌즈(103,104) 사이의 제3간격(G3)은 에지부가 최대이고, 중심부가 최소일 수 있다. 제5,6 렌즈(105,106) 사이의 제5간격(G5)은 중심부가 최대이고, 에지부가 최소일 수 있다. 제6,7 렌즈(106,107) 사이의 제6간격(G6)은 중심부가 최대이고 에지부가 최소일 수 있다.

도 7과 같이, 도 1의 광학계 및 카메라 모듈에서 주 광선의 각도(CRA: Chief ray angle)는 이미지 센서의 대각 길이의 끝단인 1- 필드에서 10도 이상 예컨대, 10도 내지 35도의 범위 또는 10도 내지 25도 범위일 수 있다. 또한 저온(-40도)에서 고온(95도)까지의 주 광선의 각도 차이가 1도 이하일 수 있다. 이에 따라 온도가 저온에서 고온까지 변화하더라도, 주 광선의 각도 차이는 크지 않고 안정적인 광학 성능을 가질 수 있다.

도 14와 같이 실시예에 따른 광학계에서 상고(image height)에 따른 주변광량비 또는 주변조도(Relative illumination)를 나타낸 그래프로서, 이미지 센서의 중심에서 대각선 끝까지 70% 이상 예컨대, 75% 이상의 주변 광량비가 나타남을 알 수 있다. 즉, 상온, 저온 및 고온의 온도에 따른 주변 조도(Zoom position 1, 2, 3)의 차이는 광축에서 4.5mm 이상까지 거의 차이가 없음을 알 수 있다.

도 8 내지 도 10는 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 8 내지 도 10와 같이, 발명의 실시예에서 상온을 기준으로 저온 또는 고온과의 MTF의 편차는 10% 미만 즉, 7% 이하일 수 있다.

도 11 내지 12는 도 1의 광학계에서 상온, 저온 및 고온에서의 수차 특성을 나타낸 그래프다. 도 11 내지 도 13의 수차 그래프에서 좌측에서 우측 방향으로 구면 수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점 수차(Astigmatic Field Curves), 왜곡 수차(Distortion)를 측정한 그래프이다. 도 11 내지 도 13에서 X축은 초점 거리(mm) 및 왜곡도(%)를 나타낼 수 있고, Y축은 이미지의 높이(height)를 의미할 수 있다. 또한, 구면 수차에 대한 그래프는 약 435nm, 약 486nm, 약 546nm, 약 587nm, 약 656nm 파장 대역의 광에 대한 그래프이며, 비점 수차 및 왜곡 수차에 대한 그래프는 약 546nm 파장 대역의 광에 대한 그래프이다. 도 11 내지 도 13의 수차도에서는 상온, 저온 및 고온에서의 각 곡선들이 Y축에 근접할 수록 수차 보정 기능이 좋은 것으로 해석할 수 있는데, 실시예에 따른 광학계(1000)는 거의 대부분의 영역에서 측정 값들이 Y축에 인접한 것을 알 수 있다. 즉, 실시예에 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 11 내지 도 13의 저온에서 고온까지 휘도 비(modulation)의 저하가 10% 미만 예컨대, 5% 이하이거나, 거의 변경되지 않음을 알 수 있다.

표 1은 실시예에 따른 광학계에서 상온, 저온 및 고온에서의 EFL, BFL, F넘버(F#), TTL 및 화각(FO)V와 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(F)	15.1	15.0382	15.1752	99.59%	100.49%
BFL	2.5	2.4971	2.50346	99.88%	100.13%
F#	1.600	1.5934	1.60808	99.58%	100.50%
TTL	33.965	33.8963	34.0458	99.79%	100.23%
FOV	33.9838	34.1084	33.8365	100.36%	99.56%

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

상기에 개시된 실시예의 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 실시예에 따른 광학계(1000)는 이하에서 설명되는 수학식들 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 만족할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 광학계(1000)는 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 광학계(1000)가 적어도 하나의 수학식을 만족할 경우, 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, 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 실시예를 참조할 수 있다.

[수학식 1]

0.5 < CT1 / ET1 < 1

수학식 1에서 CT1은 제1렌즈(101)의 중심 두께이고, ET1은 제1렌즈(101)의 에지 두께이다. 이를 통해, 광학계의 화각에 영향을 주는 요소를 설정할 수 있으며, 유효 초점 거리(EFL)에 영향을 주는 요소를 설정할 수 있으며, 바람직하게 0.8 ≤ CT1 / ET1 < 1을 만족할 수 있다.

[수학식 2]

0.3 < CT1/CA_L1S1 < 0.5

수학식 2에서 CT1은 제1렌즈(101)의 중심 두께이고, CA_L1S1은 제1렌즈(101)의 물체측면(S1)의 유효경(CA_L1S1)이다. 수학식 2를 만족할 경우, 유리 재질의 사출 성형된 렌즈의 강도 및 광학적 특성 저하를 방지할 수 있다. 만약, 수학식 2의 범위보다 낮은 경우, 렌즈가 파손되거나 사출 성형이 어렵고, 범위보다 큰 경우 TTL이 증가하게 되고 광학계의 중량이 무거워질 수 있다. 바람직하게, 0.3 < CT1/CA_L1S1 < 0.4를 만족할 수 있다.

[수학식 3]

Po1 < 0

수학식 3에서 Po1는 제1렌즈(101)의 굴절력의 부호를 의미한다. 광학계의 성능을 위해 광학계에서 TTL 대비 짧은 유효 초점 거리를 갖기 위해 설정될 수 있다. 수학식 3을 만족하면 물체측에서 제1렌즈(101)로 입사하는 광을 광축에서 멀어지는 방향으로 퍼뜨릴 수 있다. 전체 광학계는 광을 퍼뜨렸다가 모으는 구조가 안정적일 수 있다.

[수학식 3-1]

F6*F7 < 0

수학식 3-1에서 F6는 제6렌즈(106)의 초점 거리이고, F7는 제7렌즈(107)의 초점 거리를 의미한다. 수학식 3-1의 조건을 통해 플라스틱 렌즈들의 초점 거리의 곱은 상호 보상할 수 있도록 음(-)의 굴절력과 양(+)의 굴절력을 혼합하여 배치할 수 있다. 이에 따라 플라스틱 렌즈들에서 발생하는 수차 발생을 상호 상쇄시킬 수 있다.

[수학식 4]

1.7 < n1 < 2.2

수학식 4에서 n1는 제1렌즈(101)의 d-line에서의 굴절률이다. 수학식 4는 제1렌즈의 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 4는 바람직하게, 1.75 < n1 < 2.0 를 만족할 수 있다. 수학식 4의 하한치보다 낮게 설계될 경우, 수차 감소에 있어 효능이 없을 수 있고, 제1렌즈(101)의 파워가 약해져서 빛을 효율적으로 모으지 못하여 광학계의 성능이 떨어질 수 있다. 수학식 4의 상한치보다 높게 설계될 경우, 재료를 구하기 힘들어지는 단점이 있다. 또한 제1렌즈(101)의 굴절률이 수학식 4의 하한치보다 낮게 설계될 경우, 제1,2렌즈(101,102)의 굴절력을 증가하기 위해, 제1,2 렌즈(101,102)의 곡률 반경을 증가시켜야 하며, 이 경우 렌즈 제작이 더 어려워지고 렌즈 불량률도 높아지고 수율이 저하될 수 있다.

[수학식 4-1]

1.6 ≤ Aver(n1:n7) ≤ 1.7

수학식 4-1에서 Aver(n1:n7)는 제1내지 제7렌즈(101~107)의 d-line에서의 굴절률 값들의 평균이다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 4-1을 만족할 경우, 광학계(1000)는 해상력을 설정할 수 있고 TTL에 영향을 억제할 수 있다.

[수학식 5]

27 < FOV_H < 33

수학식 5에서 FOV_H는 수평 화각을 나타내며, 차량용 광학계의 범위를 설정할 수 있다. 수학식 5는 바람직하게, 28 ≤ FOV_H ≤ 31를 만족하거나, 29.9도±3도 범위를 만족할 수 있으며, 이때의 수평 방향의 센서 길이는 8.064mm±0.5mm를 기준으로 한다. 또한 수학식 5를 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 플라스틱 렌즈를 2매 이상 예컨대, 3매 이상을 혼합하여 사용하더라도, 플라스틱 렌즈의 온도 보상을 통해 광학 특성의 저하를 방지할 수 있다.

[수학식 6]

L3R1 > 0

L3R2 < 0

|L3R1|=|L3R2|

수학식 6에서 L3R1는 제3렌즈(103)의 물체측면의 곡률 반경이고, L3R2는 제3렌즈(103)의 센서측면의 곡률 반경이다. 제3렌즈(103)는 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 제3렌즈(103)가 양면이 볼록한 형상을 갖게 되므로, 제3렌즈(103)의 센서측면에 배치된 제4 내지 제7렌즈(104,105,106,107)의 유효경이 커지지 않도록 광을 굴절시킬 수 있고, 렌즈 매수를 줄여줄 수 있다. 또한 |L3R1|=|L3R2|의 조건을 갖게 되므로, 물체측면과 센서측면은 각각 동일한 곡률로 볼록한 형상을 가지므로 제3렌즈(103)의 일면 또는 타면을 어느 방향으로 배치하더라도 동일한 광학적 특성을 가질 수 있고, 이를 통해 렌즈의 조립이 용이해질 수 있다.

[수학식 7]

1 < L7S2_max_sag to Sensor < 3

수학식 7에서 L7S2_max_sag to Sensor는 제7렌즈(107)의 최대 Sag 값에서 이미지 센서(300)까지의 직선 거리를 의미한다. 이를 만족할 경우, TTL을 줄여줄 수 있으며, 카메라 모듈의 제작을 위한 조건을 설정할 수 있다. 또한 L7S2_max_sag to Sensor는 이미지 센서(300)과 제7렌즈(107) 사이에 위치하는 필터(500)와 커버 글라스(400)를 배치할 수 있는 공간을 설정할 수 있다. 수학식 7의 범위가 하한치보다 작을 경우, 필터 및 이미지 센서 등의 회로 구조물을 배치할 공간의 제약이 커져 필터 및 이미지 센서 등 회로 구조물을 광학계에 조립하는 공정이 어려워질 수 있다. 수학식 7의 범위가 상한치보다 커질 경우, 필터 및 이미지 센서 등의 회로 구조물을 광학계에 조립하는 공정이 용이하지만, TTL이 길어져 광학계의 소형화가 힘들게 된다.

즉, 수학식 7은 이미지 센서(300)와 마지막 렌즈 간의 최소 거리를 설정할 수 있으며, 바람직하게 1 < L7S2_max_sag to Sensor ≤ BFL를 만족할 수 있다. 또한 마지막 렌즈가 센서측면의 중심보다 이미지 센서 방향으로 더 돌출되는 지점(P2)이 없는 경우, 수학식 7의 값은 BFL(Back focal length)과 같을 수 있다. BFL은 이미지 센서(300)에서 마지막 렌즈의 센서측면의 중심까지의 광축 거리이다. 자세하게 2.0 < L7S2_max_sag to Sensor < 3.0을 만족하면 제작의 편의성과 TTL 축소가 더 용이하다.

[수학식 8]

1 < CT1 / CT7 < 3

수학식 8에서 CT1은 제1렌즈(101)의 중심 두께이고, CT7은 제7렌즈(107)의 중심 두께이다. 수학식 8를 만족할 경우, 수차 특성을 개선하며, 광학계의 축소에 대한 영향을 설정할 수 있다. 수학식 8은 바람직하게, 1 < CT1 / CT7 < 2를 만족할 수 있다. 수학식 8은 광학계의 물체측 렌즈와 센서측 렌즈에 대해 유리 재질의 렌즈와 플라스틱 렌즈로 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 < CT45 / CT6 < 5

수학식 9에서 CT45는 제4,5렌즈(104,105)의 중심 두께이며, 예컨대 접합 렌즈(145)의 중심 두께이고, CT6은 제6렌즈(106)의 중심 두께이다. 광학계가 수학식 9를 만족할 경우, 접합 렌즈와 이에 인접한 제6렌즈(106)의 두께를 설정해 주어, 수차 특성을 개선시켜 줄 수 있으며, 바람직하게 1 < CT45 / CT6 < 3 또는 1.5 < CT45 / CT6 < 2.5를 만족할 수 있다. CT45는 제1내지 제7렌즈 각각의 중심 두께(CT1 - CT7)보다 클 수 있다. 여기서, CT45 > ET45의 조건을 만족할 수 있다.

[수학식 10]

0.2 < CT45 - ET45 < 0.5

수학식 10에서 CT45는 제4,5렌즈(104,105)의 중심 두께이며, 예컨대 접합렌즈(145)의 중심 두께이고, ET45는 제4렌즈(104)의 물체측면의 유효 영역의 끝단에서 제5렌즈(105)의 센서측면의 유효 영역의 끝단까지의 광축 거리이다. 광학계가 수학식 10을 만족할 경우, 접합 렌즈의 중심 두께와 에지 두께를 설정해 주어, 수차 특성을 개선시켜 줄 수 있으며, 바람직하게 0.2 ≤ CT45 / ET45 < 0.5 를 만족할 수 있다. ET45는 제1내지 제7렌즈 각각의 에지 두께(ET1 - ET7)보다 클 수 있다.

[수학식 11]

0 < CA_L1S1 / CA_L4S1 < 2

수학식 11에서 CA_L1S1은 제1렌즈(101)의 제1면(S1)의 유효경를 의미하고, CA_L4S1은 제4렌즈(104)의 제7면(S7)의 유효경을 의미한다. 렌즈부(100)가 배치되는 렌즈 배럴은 렌즈 배럴 내에 적어도 하나의 이너 배럴을 구비하고, 렌즈부(100)에 포함되는 플라스틱 재질 렌즈 중 적어도 일부는 이너 배럴에 배치될 수 있다. 플라스틱 재질의 렌즈의 경우, 고온에서 팽창량이 많아 렌즈 배럴 내 더 넓은 공간을 필요로 하다. 따라서, 유리 재질의 제1렌즈(101)의 유효경과 플라스틱 재질의 제4렌즈(104)의 유효경의 관계를 설정한 수학식 11를 만족하는 경우, 온도 변화에 따른 광학 특성의 저하를 억제할 수 있고, 광학계(1000)는 입사되는 광을 제어할 수 있으며 수차에 영향을 주는 요소를 설정할 수 있다. 수학식 11은 바람직하게, 1 < CA_L1S1 / CA_L4S1 < 1.5를 만족할 수 있다.

[수학식 12]

0 < CA_L7S2 / CA_L5S2 < 2

수학식 12에서 CA_L5S2는 제5렌즈(105)의 제10면(S10)의 유효경을 의미하고, CA_L7S2는 제7렌즈(107)의 제14면(S14)의 유효경을 의미한다. 수학식 12를 만족할 경우, 광학계(1000)는 입사되는 광 경로를 제어할 수 있고, CRA 및 온도에 따른 성능변화에 대한 요소를 설정할 수 있다. 바람직하게, 수학식 12는 0.5 < CA_L7S2 / CA_L5S2 < 1를 만족할 수 있다.

[수학식 13]

0 < CA_L1S2 / CA_L2S1 < 2

수학식 13에서 CA_L1S2는 제1렌즈(101)의 제2면(S2)의 유효경을 의미하고, CA_L2S1는 제2렌즈(102)의 제3면(S3)의 유효경을 의미한다. 수학식 13을 만족할 경우, 광학계(1000)는 제1렌즈군(LG1)과 제2렌즈군(LG2)으로 진행하는 광을 제어할 수 있고, 렌즈 민감도 감소에 영향을 주는 요소를 설정할 수 있다. 수학식 15는 바람직하게, 0.5 < CA_L1S2 / CA_L2S1 < 1.5를 만족할 수 있다.

[수학식 14]

0.5 < CA_L4S1 / CA_L5S2 < 2

수학식 14에서 CA_L4S1는 제4렌즈(104)의 제7면(S7)의 유효경을 의미하고, CA_L5S2는 제5렌즈(105)의 제10면(S10)의 유효경을 의미한다. 광학계(1000)가 수학식 14을 만족할 경우, 플라스틱 렌즈(들)의 물체측에 배치된 접합 렌즈의 크기를 설정할 수 있다. 수학식 14는 바람직하게, 0.8 ≤ CA_L4S1 / CA_L5S2 < 1.5를 만족할 수 있다.

[수학식 15]

2 < L3R1 / (CA_L3S1/2) < 5

수학식 15에서 L3R1은 제3렌즈(103)의 물체측면의 곡률반경이고, CA_L3S1는 제3렌즈(103)의 물체측 제5면(S5)의 유효경을 의미한다. 양면이 볼록한 제3렌즈(103)가 수학식 15를 만족할 경우, 광학계(1000)는 색 수차를 개선할 수 있다. 수학식 15의 하한치 값보다 작은 경우, 제5면(S5)에 의한 수차 발생이 증가하게 되고, 상한치 값보다 큰 경우 제5면(S5)의 수차 발생은 줄어들지만, 제6면(S6)의 곡률 반경이 더 작아져야 하므로, 제6면(S6)에서 수차 발생이 증가하게 되고, 제4 내지 제7렌즈(104~107)의 수차에 영향을 미치는 문제가 있다. 바람직하게, 3 < L3R1 / (CA_L3S1/2) < 4 범위를 만족하면 제5면(S5)에 발생하는 수차를 줄이면서 제6면(S6)의 곡률반경을 크게 설계할 수 있어서 제3렌즈(103) 제작에 용이하다. 광학계에 발생하는 수차는 줄이고 제3렌즈(103)의 제작을 더 용이하게 하여 수율을 높일 수 있다.

[수학식 15-1] CA_L4 > CA_L5 > CA_L6 > CA_L7

[수학식 15-2] CA_L7S1 < (Imgh*2)

수학식 15-1 내지 15-2에서 CA_L4, CA_L5, CA_L6, CA_L7는 제4 내지 7 렌즈(104-107)의 유효경(평균 유효경)이며, 광축(OA)에서 이미지 센서(300)의 대각선 끝단까지의 거리 또는 이미지 센서(300)의 최대 대각 길이의 1/2를 의미한다. 이에 따라 제4렌즈(104)에서 제7렌즈(107)의 유효경에 의해 이미지 센서(300)의 영역으로 광 경로를 설정해 줄 수 있다. 제6,7 렌즈(106,107)는 플라스틱 렌즈로 비구면을 갖고, 제4,5렌즈(104,105)는 유리 렌즈로 구면을 갖고 배치되므로, 렌즈들 간의 수차를 상호 보상할 수 있다.

[수학식 16]

1 < CA_GL_AVER/CA_PL_AVER < 1.5

수학식 16에서 CA_GL_AVER는 유리 렌즈들의 평균 유효경을 나타내며, CA_PL_AVER은 플라스틱 렌즈의 평균 유효경을 나타낸다. 렌즈부(100)가 배치되는 렌즈 배럴은 렌즈 배럴 내에 적어도 하나의 이너 배럴을 구비하고, 렌즈부(100)에 포함되는 플라스틱 재질 렌즈 중 적어도 일부는 이너 배럴에 배치될 수 있다. 플라스틱 재질의 렌즈의 경우, 고온에서 팽창량이 많아 렌즈 배럴 내 더 넓은 공간을 필요로 하다. 수학식 16에서 유리 렌즈의 유효경 크기와 플라스틱 렌즈의 유효경 크기를 설정해 주어, 온도 변화에 따른 광학 특성의 저하를 억제할 수 있고, 광학계(1000)는 입사되는 광을 제어할 수 있으며 수차에 영향을 주는 요소를 설정할 수 있다. 수학식 16는 바람직하게, 1.1 < CA_GL_AVER/CA_PL_AVER < 1.3를 만족할 수 있다.

여기서, nGL < nPL를 만족할 수 있다. nGL은 유리 재질의 렌즈 매수이며, nPL은 플라스틱 렌즈의 매수이다. 또한 nPL - nGL = 0 or 1의 조건을 만족할 수 있다.

[수학식 17]

1 ≤ GL_CA1_AVER/PL_CA1_AVER ≤ 1.5

수학식 17에서 GL_CA1_AVER는 유리 재질의 렌즈들의 물체측면들의 유효경 평균이며, 예컨대 제1,2,3렌즈(101,102,103)의 물체측면들의 유효경 평균이다. PL_CA1_AVER는 플라스틱 재질의 렌즈들의 물체측면들의 유효경 평균이며, 예컨대 제4,5,6,7렌즈(104,105,106,107)의 물체측면들의 유효경 평균이다. 렌즈부(100)가 배치되는 렌즈 배럴은 렌즈 배럴 내에 적어도 하나의 이너 배럴을 구비하고, 렌즈부(100)에 포함되는 플라스틱 재질 렌즈 중 적어도 일부는 이너 배럴에 배치될 수 있다. 플라스틱 재질의 렌즈의 경우, 고온에서 팽창량이 많아 렌즈 배럴 내 더 넓은 공간을 필요로 하다. 수학식 17에서 유리 렌즈의 유효경 크기와 플라스틱 렌즈의 유효경 크기를 설정해 주어, 온도 변화에 따른 광학 특성의 저하를 억제할 수 있고, 광학계(1000)는 입사되는 광을 제어할 수 있으며 수차에 영향을 주는 요소를 설정할 수 있다. 수학식 17은 바람직하게, 1.1 ≤ GL_CA1_AVER/PL_CA1_AVER ≤ 1.4를 만족할 수 있다.

[수학식 18]

CG3 < CG5 < CG1

수학식 18에서 CG1는 제1,2 렌즈(101,102) 사이의 중심 간격이며, CG3은 제3,4 렌즈(103,104) 사이의 중심 간격이며, CG5는 제5,6 렌즈(105,106) 사이의 중심 간격일 수 있다. 수학식 18를 만족할 경우, 상대적으로 두꺼운 두께를 갖는 유리 렌즈들 사이의 중심 간격을 줄여 주어, TTL을 줄여줄 수 있고 화각(FOV)의 주변부의 광학 성능을 개선할 수 있다.

[수학식 19]

1 < CT7 / CG6 < 3

수학식 19에서 CG6는 제6,7 렌즈(106,107) 사이의 중심 간격 또는 광축 거리이다. 수학식 19에서 제7렌즈(107)의 중심 두께(CT7)와 제6,7 사이의 중심 간격을 설정해 주어, 화각의 주변부에서 광학 성능을 개선시켜 줄 수 있다. 수학식 19은 바람직하게, 2 < CT7/CG6 < 2.5를 만족할 수 있다.

[수학식 20]

2(CG5+CG6) < CT45

수학식 20에서 CT45는 접합 렌즈(145)의 중심 두께이다. 접합 렌즈의 중심 두께가 제5,6 렌즈 사이의 중심 간격(CG5)과 제6,7렌즈 사이의 중심 간격(CG6)의 합의 2배보다 크게 배치됨으로써, 해상도 및 색 수차를 개선시켜 줄 수 있고, 중심 간격들을 축소시켜 줄 수 있다.

[수학식 21]

1 < CT2/CT1 < 2

수학식 21에서 CT1은 제1렌즈(101)의 중심 두께이고, CT2는 제2렌즈(102)의 중심 두께이다. 수학식 21에서 제2렌즈의 중심 두께(CT2)를 제1렌즈의 중심 두께(CT1)보다 두껍게 설정해 줌으로써, 수차에 영향을 주는 요소를 제어할 수 있다. 바람직하게, 수학식 21은 1 < CT2/CT1 < 1.5를 만족할 수 있다.

[수학식 22]

1 < L7R1 / CT7 < 20

수학식 22에서 L7R1는 제7렌즈(107)의 제13면(S13)의 곡률 반경이고, CT7은 제7렌즈(107)의 중심 두께이다. 수학식 22에서 제7렌즈(107)의 물체측면의 곡률 반경(L7R1)과 제7렌즈(107)의 중심 두께를 설정해 주어, 제7렌즈(107)의 굴절력을 제어할 수 있다. 이에 따라 화각의 중심부 및 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 바람직하게, 수학식 22는 5 < L7R1 / CT7 < 16를 만족할 수 있다.

[수학식 23]

3 < CT_Max / CG_Max < 5

수학식 23에서 CT_Max는 렌즈들 중 최대 중심 두께이고, CG_Max는 인접한 렌즈들 사이의 최대 간격이다. 수학식 23를 만족할 경우, 광학계는 설정된 화각에서 초점거리에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 3 < CT_Max / CG_Max < 4를 만족할 수 있다.

[수학식 24]

5 < ΣCT / ΣCG < 7

수학식 24에서 ΣCT는 렌즈들의 중심 두께의 합이며, ΣCG는 인접한 렌즈들 사이의 간격들의 합이다. 수학식 24을 만족할 경우, 광학계는 설정된 화각에서 초점거리에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 6 < ΣCT / ΣCG < 7를 만족할 수 있다.

[수학식 25]

10 < ΣIndex < 20

수학식 25에서 ΣIndex는 복수의 렌즈 각각의 d-line에서의 굴절률들의 합을 의미한다. 수학식 25를 만족할 경우, 플라스틱 렌즈와 유리 재질의 렌즈가 혼합된 광학계(1000)에서 TTL을 제어할 수 있고, 향상된 해상력을 가질 수 있다. 수학식 25는 바람직하게, 10 <ΣIndex< 15 만족할 수 있다.

[수학식 26]

10 < ΣAbb / ΣIndex < 35

수학식 26에서 ΣAbb는 복수의 렌즈 각각의 아베수(Abbe’s number)의 합을 의미한다. 수학식 26을 만족할 경우, 광학계(1000)는 향상된 수차 특성 및 해상력을 가질 수 있다. 수학식 26를 렌즈들의 아베수 합과 굴절률의 합을 설정해 주어, 광학 특성을 제어할 수 있으며, 바람직하게 10 < ΣAbb / ΣIndex < 30를 만족할 수 있다.

[수학식 27]

1 < ΣCT / ΣET < 2

수학식 27에서 ΣCT는 렌즈들의 중심 두께의 합이며, ΣET는 렌즈들의 유효 영역의 끝단 즉, 에지 두께들의 합이다. 수학식 27을 만족할 경우, 광학계는 설정된 화각에서 초점거리에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 수학식 27은 바람직하게, 1 < ΣCT / ΣET < 1.5를 만족할 수 있다.

[수학식 28]

0.5 < CA_L3S1 / CA_min < 2

수학식 28에서 CA_L3S1는 제3렌즈(103)의 물체측 제5면(S5)의 유효경이며, CA_Min은 렌즈들의 물체측면들과 센서측면들 중 최소 유효경을 나타낸다. 수학식 28을 만족할 경우, 광학계는 입사광 제어, 광학 성능 유지하며 보다 슬림한 모듈을 제공할 수 있다. 수학식 28은 바람직하게, 1 < CA_L3S1 / CA_min < 2를 만족할 수 있다.

[수학식 29]

1 < CA_max / CA_min < 3

수학식 29에서 CA_max는 렌즈들의 물체측면들과 센서측면들 중 최대 유효경을 나타내고, CA_Min은 렌즈들의 물체측면들과 센서측면들 중 최소 유효경을 나타낸다. 수학식 29를 만족할 경우, 광학계는 광학 성능을 유지하며 슬림하고 컴팩트한 구조를 위한 크기를 설정할 수 있다. 수학식 29는 바람직하게, 1 < CA_max / CA_min < 2를 만족할 수 있다.

[수학식 30]

1 < CA_max / CA_Aver < 3

수학식 30에서 CA_max는 렌즈들의 물체측면들과 센서측면들 중 최대 유효경을 나타내고, CA_Aver는 렌즈들의 물체측면들과 센서측면들의 유효경의 평균을 나타낸다. 수학식 30을 만족할 경우, 광학계는 광학 성능을 유지하며 슬림하고 컴팩트한 구조를 위한 크기를 설정할 수 있다. 수학식 30은 바람직하게, 1 < CA_max / CA_Aver < 1.5를 만족할 수 있다.

[수학식 31]

0.5 < CA_min / CA_Aver < 2

수학식 31에서 CA_Min은 렌즈들의 물체측면들과 센서측면들 중 최소 유효경을 나타내고, CA_Aver는 렌즈들의 물체측면들과 센서측면들의 유효경의 평균을 나타낸다. 수학식 31를 만족할 경우, 광학계는 광학 성능을 유지하며 슬림하고 컴팩트한 구조를 위한 크기를 설정할 수 있다. 수학식 31은 바람직하게, 0.5 < CA_min / CA_Aver < 1를 만족할 수 있다.

[수학식 32]

1 < CA_max / (2*ImgH) < 3

수학식 32는 CA_max는 렌즈들의 물체측면들과 센서측면들 중 최대 유효경을 나타내고, Imgh는 광축(OA)에서 이미지 센서(300)의 대각선 끝단까지의 거리 또는 이미지 센서(300)의 최대 대각 길이의 1/2를 의미한다. 수학식 32를 만족할 경우, 광학계는 양호한 광학 성능을 유지할 수 있으며 슬림하고 컴팩트한 구조를 위한 크기를 설정할 수 있다. 수학식 32는 바람직하게, 1 < CA_max / (2*ImgH) < 2를 만족할 수 있다.

[수학식 33]

1 < TD / CA_max < 4

수학식 33에서 TD는 제1렌즈(101)의 물체측면의 중심에서 마지막 렌즈의 센서측면의 중심까지의 광축 거리이고, CA_max는 렌즈들의 물체측면들과 센서측면들 중 최대 유효경을 나타낸다. 수학식 33을 만족할 경우, 렌즈들의 전체 광축 거리와 최대 유효경을 설정할 수 있어, 양호한 광학 성능을 위한 크기를 설정할 수 있다. 수학식 33은 바람직하게, 2 < TD / CA_max < 3를 만족할 수 있다.

[수학식 34]

0 < F / L1R1 < 2

수학식 34에서 F는 광학계의 유효 초점 거리이고, L1R1은 제1렌즈(101)의 물체측면의 곡률 반경이다. 수학식 34를 만족할 경우, 입사 광과 TTL에 대한 영향을 조절할 수 있다. 수학식 34는 바람직하게, 0.5 ≤ F / L1R1 < 1를 만족할 수 있다.

[수학식 35]

1 < Max_th/Min_th < 3

수학식 35에서 Max_th 는 렌즈의 가장 두꺼운 영역의 두께이고, Min_th 은 렌즈의 가장 얇은 영역의 두께이다. 렌즈의 가장 두꺼운 두께인 Max_th은 렌즈의 중심 두께(CT)일 수 있고, 렌즈의 가장 얇은 두께인 Min_th은 렌즈의 에지 두께(ET)일 수 있으나, 반대 경우도 가능하다. 렌즈의 가장 두꺼운 두께인 Max_th은 렌즈의 에지 두께(ET)이고, 렌즈의 가장 얇은 두께인 Min_th은 렌즈의 중심 두께(CT)일 수 있다. 에지 두께(ET)는 유효경 끝단에서 두께를 의미한다. 수학식 35를 만족할 경우, 광학계는 유효 초점 거리에 대한 영향을 조절할 수 있다. 바람직하게, 2 < MAX_th/MIN_th ≤ 3의 조건을 만족할 수 있다.

여기서, 플라스틱 렌즈의 최대 두께와 최소 두께의 비율은 하기 조건을 만족할 수 있다. Max_PL_th은 플라스틱 렌즈의 가장 두꺼운 영역의 두께값이고, Min_PL_th은 플라스틱 렌즈의 가장 얇은 영역의 두께값이다. Max_PL_th은 플라스틱 렌즈의 중심 두께(CT)일 수 있고, Min_PL_th은 플라스틱 렌즈의 에지 두께(ET)일 수 있다. 에지 두께(ET)는 유효경 끝단에서 두께를 의미한다. 반대의 경우도 가능하다. Max_PL_th은 플라스틱 렌즈의 에지 두께(ET)일 수 있고, Min_PL_th은 플라스틱 렌즈의 중심 두께(CT)일 수 있다. 에지 두께(ET)는 유효경 끝단에서 두께를 의미한다.

조건1: 1 < Max_PL_th/Min_PL_th< 2.5

조건1의 범위 하한치보다 작은 경우, 플라스틱 렌즈의 제작이 어렵다. 즉, 고온의 수지를 주입하여 저온에서 경화시켜 제작하는 데, 두께 차이가 크면, 렌즈가 저온에서 식으면서 수축이 균일하지 않게 되어 표면의 불량률이 높을 수 있다. 또한 조건1의 범위보다 큰 경우, -40도에서 105도까지 온도가 바뀌면서 플라스틱 렌즈가 수축, 팽창하는 데, 이 과정에서 렌즈 형상의 변화율이 크게 나타나고, 이로 인해 광학계 성능이 저하될 수 있다.

바람직하게, 1.0 < Max_PL_th/Min_PL_th < 1.8 및 1.0 < Max_PL_th/Min_PL_th < 1.5의 조건을 만족할 수 있다.

[수학식 36]

0 < EPD / |L1R1| < 1

수학식 36에서 EPD는 광학계(1000)의 입사동(Entrance Pupil)의 크기(mm)를 의미하고, L1R1는 제1렌즈(101)의 제1면(S1)의 곡률 반경을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 36를 만족할 경우, 광학계(1000)는 입사광을 제어할 수 있다. 바람직하게, 0.3 < EPD / |L1R1| ≤ 0.9의 조건을 만족할 수 있다.

[수학식 37]

Po4 * Po5 < 0

수학식 37에서 Po4는 제4렌즈(104)의 굴절력 값이며, Po5는 제5렌즈(105)의 굴절력 값이다. 즉, 제4,5렌즈(104,105)의 굴절력은 서로 반대되는 굴절력을 갖고 있어, 수차를 개선할 수 있으며, 플라스틱 렌즈로 광을 효과적으로 가이드할 수 있다. Po4 * Po5 > 0의 조건인 경우, 접합 렌즈에서의 색수차의 개선 효과가 크게 나타나지 않는다.

[수학식 38]

15 < V4-V5 < 50

수학식 38에서 v4는 제4렌즈(104)의 아베수이며, V5는 제5렌즈(105)의 아베수이다. 수학식 38를 만족할 경우, 접합 렌즈를 이루는 적어도 두 렌즈의 아베수 차이를 일정 값 이상으로 유지할 수 있으며, 색수차를 개선시켜 줄 수 있다. 수학식 38은 바람직하게, 20 ≤ V4-V5 ≤ 40를 만족할 수 있다. 접합 렌즈가 수학식 38의 하한치의 미만인 경우, 광학계의 수차 특성을 개선하는 데 미미할 수 있다. 이에 따라 접합 렌즈 내의 물체측 렌즈와 센서측 렌즈의 아베수 차이는 20 이상 40이하일 경우, 수차 특성을 향상시켜 줄 수 있다.

[수학식 39]

0 < |F1| / F < 10

수학식 39은 F는 광학계의 유효 초점 거리이고, F1은 제1렌즈(101)의 초점 거리이다. 수학식 39를 만족할 경우, 차량 광학계에 적용되는 TTL를 설정할 수 있다. 수학식 39은 바람직하게, 1 < |F1| / F < 7를 만족할 수 있다.

[수학식 40]

F_LG1/F_LG2 < 0

수학식 40에서 F_LG1은 제1렌즈군(LG1)의 초점 거리이고, F_LG2는 제2렌즈군(F_LG2)의 초점 거리이다. 제1렌즈군의 초점 거리는 음의 값을 갖고, 제2렌즈군의 초점 거리는 양의 값을 가질 수 있다. 수학식 40를 만족할 경우, 광학계(1000)는 색수차 및 왜곡 수차 등의 수차 특성을 개선할 수 있다. 수학식 40는 바람직하게, 8 < |F_LG1/F_LG2| < 12를 만족할 수 있다.

[수학식 41]

0 < nGL/nPL < 1

수학식 41에서 nGL은 유리 재질의 렌즈 매수이고, nPL은 플라스틱 렌즈 매수를 나타낸다. 수학식 41에서 유리 재질의 렌즈 매수를 플라스틱 재질의 렌즈 매수 대비해 0배 초과 1배 미만이 되도록 배치함으로써, 광학계의 두께를 감소시켜 줄 수 있고 비구면을 통해 보다 다양한 굴절력을 제공할 수 있다. 수학식 41은 바람직하게, 0.5 < nGL /nPL < 1를 만족할 수 있다.

[수학식 42]

CA_L7 ≤ CA_L1 < CA_L3

수학식 42에서 CA_L1은 제1렌즈(101)의 물체측면과 센서측면의 평균 유효경이고, CA_L3은 제3렌즈(103)의 물체측면과 센서측면의 평균 유효경이고, CA_L7은 제7렌즈(107)의 물체측면과 센서측면의 평균 유효경이다. 수학식 42를 만족할 경우, 제1,2렌즈 군을 설정할 수 있으며, 제2렌즈군(LG2)의 첫 번째 렌즈를 통해 수차를 개선시켜 줄 수 있다. CA_L3는 광학계에서 최대 유효경을 가질 수 있다.

[수학식 43]

0 < ΣPL_CT / ΣGL_CT < 1

수학식 43에서 ΣPL_CT는 플라스틱 렌즈(들)의 중심 두께 합이며, ΣGL_CT는 유리 렌즈들의 중심 두께의 합이다. 수학식 43를 만족할 경우, TTL 대비 플라스틱 렌즈의 두께와 유리 렌즈의 두께 관계를 설정해 주어 전체 TTL를 제어할 수 있다. 수학식 43는 바람직하게, 0.5 <ΣPL_CT/ΣGL_CT< 1를 만족할 수 있다.

[수학식 44]

1 < ΣPL_Index / ΣGL_Index < 2

수학식 44에서 ΣPL_Index는 플라스틱 렌즈(들)의 d-line에서 굴절률 두께 합이며, ΣGL_Index는 유리 렌즈들의 d-line에서의 굴절률의 합이다. 수학식 44을 만족할 경우, 플라스틱 렌즈와 유리 렌즈의 굴절률 관계를 설정해 주어 전체 해상력을 제어할 수 있다. 수학식 44는 바람직하게, 1 < ΣPL_Index / ΣGL_Index < 1.5를 만족할 수 있다.

[수학식 45]

10 < TTL < 45

수학식 45에서 TTL(Total track length)은 제1렌즈(101)의 제1면(S1)의 중심에서 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다. 수학식 45에서 TTL을 10 초과 또는 20 초과되도록 하여, 차량용 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 45는 바람직하게, 30 < TTL ≤ 40를 만족하거나 TD < TTL의 조건을 만족할 수 있다.

[수학식 46]

2 < ImgH < 10

수학식 46는 ImgH는 광축(OA)에서 이미지 센서(300)의 대각선 끝단까지의 거리 또는 이미지 센서(300)의 최대 대각 길이의 1/2를 의미한다. 수학식 46은 이미지 센서(300)의 대각 크기(2*ImgH)를 설정할 수 있으며, 차량용 센서 사이즈를 갖는 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 46는 바람직하게, 4 ≤ ImgH < 6를 만족할 수 있다.

[수학식 47]

1 < BFL < 3.5

수학식 47에서 BFL은 이미지 센서(300)에서 마지막 렌즈의 센서측면의 중심까지의 광축 거리이다. 수학식 47을 만족할 경우, 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 47는 바람직하게, 1.5≤ BFL ≤3를 만족할 수 있다. BFL이 수학식 47의 범위 미만인 경우 이미지 센서로 진행되는 일부 광이 이미지 센서로 전달되지 못하여 해상도 저하의 원인이 될 수 있다. BFL이 수학식 47의 범위를 초과하는 경우 잡광이 유입되어 광학계의 수차 특성이 저하될 수 있다.

[수학식 48]

3 < F < 40

수학식 48는 전체 초점 거리(F)를 차량용 광학계에 맞게 설정할 수 있다. 수학식 48는 5 < F < 20를 만족할 수 있다.

[수학식 49]

FOV < 45

수학식 49에서 FOV(Field of view)는 광학계(1000)의 화각(Degree)을 의미하며, 45도 미만의 차량용 광학계를 제공할 수 있다. FOV는 바람직하게, 20 ≤ FOV ≤ 40를 만족할 수 있다.

[수학식 50]

1 < TTL / CA_max < 5

수학식 50에서 CA_max는 복수의 렌즈들의 물체측면 및 센서측면 중 가장 큰 유효경(mm)를 의미하며, TTL(Total track length)은 제1렌즈의 제1면(S1)의 정점으로부터 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다. 수학식 50는 광학계의 전체 광축 길이와 최대 유효경의 관계를 설정하여, 개선된 차량용 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 50는 바람직하게, 1.5 < TTL / CA_max ≤ 3를 만족할 수 있다.

[수학식 51]

2 < TTL / ImgH < 10

수학식 51는 TTL(Total track length)은 제1렌즈의 제1면(S1)의 정점으로부터 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미하고, ImgH는 광축에서 이미지 센서(300)의 대각선 끝단까지의 거리 또는 이미지 센서(300)의 최대 대각 길이의 1/2를 의미한다. 수학식 51를 만족할 경우, 광학계(1000)는 차량용 이미지 센서(300)의 적용을 위한 TTL을 가질 수 있어, 보다 개선된 화질을 제공할 수 있다. 수학식 51는 바람직하게, 4 < TTL / ImgH < 10를 만족할 수 있다.

[수학식 52]

0.1 < BFL / ImgH < 1

수학식 52은 BFL은 이미지 센서(300)에서 마지막 렌즈의 센서측면의 중심까지의 광축 거리이고, ImgH는 광축에서 이미지 센서(300)의 대각선 끝단까지의 거리 또는 이미지 센서(300)의 최대 대각 길이의 1/2를 의미한다. 수학식 52을 만족할 경우, 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 52은 바람직하게, 0.2 < BFL / ImgH < 0.8를 만족할 수 있다.

[수학식 53]

5 < TTL / BFL < 20

수학식 53는 TTL(Total track length)은 제1렌즈의 제1면(S1)의 정점으로부터 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미하고, BFL은 이미지 센서(300)에서 마지막 렌즈의 센서측면의 중심까지의 광축 거리를 의미한다. 수학식 53을 만족할 경우, 광학계(1000)는 BFL을 확보할 수 있다. 수학식 53는 바람직하게, 10 < TTL / BFL < 15를 만족할 수 있다.

[수학식 54]

1 < TTL/F < 3

수학식 54는 TTL(Total track length)은 제1렌즈의 제1면(S1)의 정점으로부터 이미지 센서(300)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미하고, F는 광학계의 유효 초점 거리이다. 이에 따라 운전자 지원시스템용 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 54는 바람직하게, 1.5 ≤ TTL/F ≤ 2.5 또는 2 ≤ TTL/F ≤ 2.5를 만족할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 54을 만족할 경우, 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 54의 하한치 미만인 경우, 렌즈들의 굴절력을 증가시켜야 할 필요가 있어, 구면수차 또는 왜곡 수차의 보정이 어려워지며, 수학식 54의 상한치 초과인 경우, 렌즈들이 유효경이나 TTL이 길어지게 되어, 촬상 렌즈계가 대형화되는 문제가 발생될 수 있다.

[수학식 55]

3 < F / BFL < 10

수학식 55은 F는 광학계의 유효 초점 거리이고, BFL은 이미지 센서(300)에서 마지막 렌즈의 센서측면의 중심까지의 광축 거리를 의미한다. 수학식 55을 만족할 경우, 광학계(1000)는 설정된 화각을 가지며 적절한 초점 거리를 가질 수 있고, 차량용 광학계를 제공될 수 있다. 또한, 광학계(1000)는 마지막 렌즈와 이미지 센서(300) 사이의 간격을 최소화할 수 있어 화각(FOV)의 주변부에서 양호한 광학 특성을 가질 수 있다. 수학식 55은 바람직하게, 3 < F / BFL < 6를 만족할 수 있다.

[수학식 56]

1 < F / ImgH < 5

수학식 56은 F는 광학계의 유효 초점 거리이고, ImgH는 광축에서 이미지 센서(300)의 대각선 끝단까지의 거리 또는 이미지 센서(300)의 최대 대각 길이의 1/2를 의미한다. 이러한 광학계(1000)는 차량용 이미지 센서(300)의 크기에서 향상된 수차 특성을 가질 수 있다. 수학식 56은 바람직하게, 2 < F / ImgH < 4를 만족할 수 있다.

[수학식 57]

1 < F / EPD < 5

수학식 57은 F는 광학계의 유효 초점 거리이고, EPD는 입사동 크기를 의미한다. 이에 따라 광학계의 전체 밝기를 제어할 수 있다. 수학식 57은 바람직하게, 1 < F / EPD < 2를 설정할 수 있다.

[수학식 58]

0 < BFL/TD < 0.3

수학식 58는 TD는 광학계(1000)의 렌즈들의 광축 거리이고, BFL은 이미지 센서(300)에서 마지막 렌즈의 센서측면의 중심까지의 광축 거리를 의미한다. 이에 따라 광학계의 해상력을 유지하며 전체 크기를 제어할 수 있다. 수학식 58는 바람직하게, 0 < BFL/TD < 0.1를 만족할 수 있다. BFL/TD의 조건 값이 0.1 이상이 될 경우, TD 대비 BFL이 크게 설계되므로 전체 광학계의 크기가 커지게 되고 이로 인해 광학계의 소형화가 어렵고, 제7렌즈(107)와 이미지 센서 사이의 거리가 길어지며, 이로 인해 제7렌즈(107)와 이미지 센서 사이를 통해 불필요한 광량이 증가될 수 있고 이로 인해 수차 특성이 저하되는 등 해상력이 낮아지는 문제가 있다.

[수학식 59]

0 < EPD/Imgh/FOV < 0.2

수학식 59은 입사동 크기(EPD), 이미지 센서의 최대 대각선 길이의 1/2의 길이(Imgh), 및 화각(FOV)의 관계를 설정할 수 있다. 이에 따라 광학계의 전체 크기 및 밝기를 제어할 수 있다. 수학식 59은 바람직하게, 0 < EPD/Imgh/FOV < 0.1를 만족할 수 있다.

[수학식 60]

5 < FOV / F# < 30

수학식 60은 광학계의 화각과 F 넘버(F#)의 관계를 설정할 수 있다. 수학식 60은 바람직하게, 10 < FOV / F# < 25를 만족할 수 있다. 여기서, F#는 1.6 이하로 제공하여, 밝은 화상을 제공할 수 있다.

[수학식 61]

0.05 < |Sag_i / (CA_i/2)| < 0.2 (i=S1,S2,S3,S4)

수학식 61는 제1,2렌즈(101,102)의 제1 내지 제4면(S1,S2,S3,S4)의 Sag 값과 유효경(CA)의 관계를 설정해 줄 수 있으며, 이를 만족할 경우 렌즈들의 굴절력을 개선시켜 줄 수 있다. 여기서, 수학식 61는 n1 > 1.7의 조건을 더 만족할 경우, 제1,2렌즈(101,102)를 유효경 내에서 곡률 반경을 급격하게 설계하지 않아도 제1렌즈 및 제2렌즈가 충분한 파워를 가지고 빛을 모아주는 것이 가능하다.

[수학식 62]

5 < |F2/F5| < 10

수학식 62는 F2는 제2렌즈(102)의 초점 거리이고, F5는 제5렌즈(105)의 초점 거리이다. 수학식 62에서 제2렌즈(102) 및 제5렌즈(105)의 초점 거리의 관계를 설정해줄 수 있다. 광학계(1000) 내에서 유리 재질인 제2렌즈(102)의 초점 거리의 절대값은 가장 크게 형성되고, 플라스틱 재질인 제5렌즈(105)의 초점 거리의 절대값은 가장 작게 형성되어 입사 효율을 증가시키고, 유리 재질과 플라스틱 재질의 렌즈들 사이의 굴절력을 조절하여 이미지 센서(300)로 가이드할 수 있다. 수학식 62는 바람직하게, 5 < |F2/F5| < 8를 만족할 수 있다.

[수학식 63]

2 < |F2/F3| < 10

수학식 63에서 F2는 제2렌즈(102)의 초점 거리이고, F3는 제3렌즈(103)의 초점 거리이다. 광학계(1000) 내에서 유리 재질인 제2렌즈(102)의 초점 거리의 절대값은 가장 크게 형성되고, 접합 렌즈(145) 이외에 광학계(1000) 내에서 유리 재질인 제3렌즈(103)의 초점 거리의 절대값은 가장 작게 형성되어 입사 효율을 증가시키고, 유리 재질과 플라스틱 재질의 렌즈들 사이의 굴절력을 조절하여 이미지 센서(300)로 가이드할 수 있다. 수학식 63은 바람직하게, 2 < |F2/F3| < 5를 만족할 수 있다.

[수학식 64]

수학식 64에서 Z는 Sag로 비구면 상의 임의의 위치로부터 비구면의 정점까지의 광축 방향의 거리를 의미할 수 있다. Y는 비구면 상의 임의의 위치로부터 광축까지의 광축에 수직인 방향으로의 거리를 의미할 수 있다. 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 64 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 수학식을 만족할 수 있다. 이 경우, 광학계(1000)는 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 광학계(1000)가 수학식 1 내지 수학식 64 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 수학식을 만족할 경우 광학계(1000)는 향상된 해상력을 가지며, 수차 및 왜곡 특성을 개선할 수 있다. 또한, 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 실시예의 광학계(1000)에서 상술한 수학식들의 항목에 대한 것으로, 광학계(1000)의 TTL(Total track length)(mm), BFL(Back focal length), 유효초점 거리(F)(mm), ImgH(mm), 유효경(CA)(mm), 두께(mm), TTL(mm), 제1면(S1)에서 제14면(S14)까지의 광축 거리인 TD(mm), 제1내지 제7렌즈들 각각의 초점 거리(F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7)(mm), 굴절률 합, 아베수 합, 두께 합(mm), 인접한 렌즈들 사이의 간격 합, 유효경 특성, 유리 렌즈의 굴절률 합, 플라스틱 재질의 굴절률 합, 화각(FOV)(Degree), 에지 두께(ET), 제1,2 렌즈 군의 초점 거리, F 넘버 등에 대한 것이다.

항목	값	항목	값
F	15.1	ET1	5.0690
F1	-51.4737	ET2	4.8408
F2	89.2542	ET3	2.0094
F3	18.9633	ET4	2.0144
F4	21.8199	ET5	4.0551
F5	-13.0662	ET6	3.0923
F6	67.6090	ET7	3.5094
F7	-63.9471	F-number	1.600
F_LG1	-153.9345163	FOV	33.9838
F_LG2	14.49508546	EPD	9.4375
ΣIndex	11.6613	BFL	2.7263
ΣAbbe	289.4202	TD	31.2387
ΣCT	26.8543	ImgH	4.630
ΣCG	4.3843	SD	19.8841
CA_max	12.645	TTL	33.9650
CA_min	8.177	GLca_Aver	11.3396
CA_Aver	10.5248	PLca_Aver	9.914
CT_max	4.9970	이미지 센서	3840*2160
CT_min	2.9323	CT_Aver	3.836

표 3는 실시예의 광학계(1000)에서 상술한 수학식 1 내지 수학식 64에 대한 결과 값에 대한 것이다. 표 3를 참조하면, 광학계(1000)는 수학식 1 내지 수학식 64 중 적어도 하나, 두 개 이상 또는 세 개 이상을 만족하는 것을 알 수 있다. 자세하게, 실시예에 따른 광학계(1000)는 수학식 1 내지 수학식 64을 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		값
1	0.5 < CT1 / ET1 < 1	0.9500
2	0.3 < CT1/CA_L1S1 < 0.5	0.3808
3	Po1 < 0	-0.0194
4	1.7 < n1 < 2.2	1.8877
5	27 <FOV_H < 33	29.95
6	L3R1 > 0, L3R2 < 0, \|L3R1\|=\|L3R2\|	만족
7	1 < L7S2_max_sag to Sensor < 3	2.599
8	1 < CT1 / CT7 < 3	1.49963
9	1 < CT45 / CT6 < 5	1.7737
10	0.2 < (CT45- ET45) < 0.5	0.3983
11	0 < CA_L1S1 / CA_L4S1 < 2	1.045
12	0 < CA_L7S2 / CA_L5S2 < 2	0.961
13	0 < CA_L1S2 / CA_L2S1 < 2	1.005
14	0.5 < CA_L4S1 / CA_L5S2 < 2	1.270
15	2 < L3R1/(CA_L3S1/2) < 5	3.657
16	1 < CA_GL_AVER/CA_PL_AVER < 1.5	1.1437
17	1 < GL_CA1_AVER/PL_CA1_AVER < 1.5	1.133
18	CG3 < CG5 < CG1	만족
19	1 < CT7 / CG6 < 3	2.2203
20	2(CG5+CG6) < CT45	만족
21	1 < CT2/CT1 < 2	1.0375
22	1 < L7R1 / CT7 < 20	7.4410
23	3 < CT_Max / CG_Max < 5	3.2413
24	5 < ΣCT / ΣCG < 7	6.1250
25	10 < ΣIndex <20	11.6613
26	10 < ΣAbb / ΣIndex <35	24.8189
27	1 < ΣCT / ΣET < 2	1.0920
28	0.5 < CA_L3S1 / CA_min < 2	1.4611
29	1 < CA_max / CA_min < 3	1.5464
30	1 < CA_max / CA_Aver < 3	1.2014
31	0.5 < CA_min / CA_Aver < 2	0.7769
32	1 < CA_max / (2*ImgH) < 3	1.3655
33	1 < TD / CA_max < 4	2.4703
34	0 < F / L1R1 < 1	0.5184
35	1< Max_th/Min_th < 3	2.5226
36	0 < EPD / \|L1R1\| < 1	0.3240
37	Po4 * Po5 < 0	만족
38	15 < V4-V5 < 50	34.4943
39	0 < \| F1\| / F < 10	3.4088
40	F_LG1/F_LG2 < 0	-10.6197
41	0 < nGL/nPL < 1	0.75
42	CA_L7 < CA_L1 < CA_L3	만족
43	0 < ΣPL_CT / ΣGL_CT < 1	0.9849
44	1 < ΣPL_Index / ΣGL_Index < 2	1.2173
45	10 < TTL < 45	33.9650
46	2 < ImgH < 10	4.630
47	1< BFL < 3.5	2.7263
48	3 < F < 40	15.100
49	FOV < 45	33.9838
50	1 < TTL / CA_max < 5	2.6859
51	2 < TTL / ImgH < 10	7.3358
52	0.1 < BFL / ImgH < 1	0.5888
53	5 < TTL / BFL < 20	12.4582
54	1 < TTL/F < 3	2.2493
55	3 < F / BFL < 10	5.5386
56	1 < F / ImgH < 5	3.2613
57	1 < F / EPD < 5	1.600
58	0 < BFL/TD < 0.3	0.0872
59	0 < EPD/Imgh/FOV < 0.2	0.0599
60	5 < FOV / F# < 30	21.2398
61	5 < \|F2/F5\| < 10	6.8309
62	2 < \|F2/F3\| < 10	4.7066
63	0.05<\|Sag_i / (CA_i / 2)\| < 0.2 (i=S1,S2,S3,S4)	만족

도 15는 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈 또는 광학계가 적용된 차량의 평면도의 예이다. 도 15를 참조하면, 발명의 실시예에 따른 차량용 카메라 시스템은, 영상 생성부(11), 제1정보 생성부(12), 제2정보 생성부(21,22,23,24,25,26) 및 제어부(14)를 포함한다. 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, 제1정보 생성부(12)는 자차량에 배치되는 적어도 하나의 레이더 또는/및 카메라를 포함할 수 있으며, 자차량의 전방을 감지하여 제1감지정보를 생성한다. 구체적으로, 제1정보 생성부(12)는 자차량에 배치되고, 자차량의 전방에 위치한 차량들의 위치 및 속도, 보행자의 여부 및 위치 등을 감지하여 제1감지정보를 생성한다.

제1정보 생성부(12)에서 생성한 제1감지정보를 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. 제1정보 생성부(12)는 제1감지정보를 제어부(14)에 제공한다. 제2정보 생성부(21,22,23,24,25,26)는 영상 생성부(11)에서 생성한 전방영상과 제1정보 생성부(12)에서 생성한 제 1 감지정보에 기초하여, 자차량의 각 측면을 감지하여 제2감지정보를 생성한다. 구체적으로, 제2정보 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, 제2정보 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 실시예에 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 실시예에 따른 카메라 모듈의 광학계는 안전 규제, 자율주행 기능의 강화 및 편의성 증가를 위해 차량 내에 복수로 탑재될 수 있다. 또한 카메라 모듈의 광학계는 차선유지시스템(LKAS: Lane keeping assistance system), 차선이탈 경보시스템(LDWS), 운전자 감시 시스템(DMS: Driver monitoring system)과 같은 제어를 위한 부품으로서, 차량 내에 적용되고 있다. 이러한 차량용 카메라 모듈은 주위 온도 변화에도 안정적인 광학 성능을 구현할 수 있고 가격 경쟁력이 있는 모듈을 제공하여, 차량용 부품의 신뢰성을 확보할 수 있다.

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.

101: 제1렌즈 102: 제2렌즈
103: 제3렌즈 104: 제4렌즈
105: 제5렌즈 106: 제6렌즈
107: 제7렌즈 100: 렌즈부
300: 이미지 센서 400: 커버 글라스
500: 필터 1000: 광학계

Claims

광축을 따라 배치되는 제1렌즈 내지 제7렌즈를 포함하고,
상기 제1렌즈는 음(-)의 굴절력을 갖고,
상기 제2렌즈 내지 상기 제7렌즈의 합성 굴절력은 양(+)의 굴절력을 갖고,
상기 제1렌즈 내지 상기 제3렌즈 중 상기 제2렌즈의 유효경이 가장 작고,
상기 광축에서 상기 제2렌즈의 두께는 상기 제1렌즈의 두께보다 큰 광학계.
제1항에 있어서,
상기 제4렌즈 내지 제7렌즈는 플라스틱 재질이고,
상기 제1렌즈 내지 3렌즈 중 적어도 하나는 유리 재질인 광학계.
제1항에 있어서,
상기 제6렌즈 및 상기 제7렌즈의 유효경은 상기 제5렌즈의 유효경보다 작고,
상기 제1렌즈 내지 상기 제7렌즈 중 상기 제3렌즈의 유효경이 가장 큰 광학계.
제3항에 있어서,
상기 제2렌즈는 센서측으로 볼록한 메니스커스 형상을 갖는 광학계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1렌즈 내지 상기 제7렌즈 중 초점 거리의 절대값이 가장 작은 렌즈는 상기 제3렌즈 내지 상기 제5렌즈 중 하나인 광학계.
제5항에 있어서,
상기 제3렌즈 내지 상기 제5렌즈의 초점 거리의 절대값은 아래의 조건식을 만족하는 광학계.
<조건식>
|F4| ≥ |F3| ≥ |F5|
(상기 조건식에서 F3은 상기 제3렌즈의 초점 거리, F4는 상기 제4렌즈의 초점 거리, F5는 상기 제5렌즈의 초점 거리이다.)
광축을 따라 배치되는 제1렌즈 내지 제7렌즈를 포함하고,
상기 제1렌즈는 음(-)의 굴절력을 갖고,
상기 제6렌즈 및 상기 제7렌즈의 유효경은 상기 제5렌즈의 유효경보다 작고,
상기 광축에서 상기 제2렌즈의 두께는 상기 제1렌즈의 두께보다 큰 광학계.
제7항에 있어서,
상기 제1렌즈는 유리 재질이고,
상기 제4렌즈 및 상기 제5렌즈는 플라스틱 재질인 광학계.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 광학계는 양(+)의 굴절력을 갖는 렌즈와 음(-)의 굴절력을 갖는 렌즈가 접합되는 접합 렌즈를 포함하고,
상기 접합 렌즈의 물체측에 상기 접합 렌즈와 가장 인접하게 배치되는 렌즈 및 상기 접합 렌즈의 센서측에 상기 접합 렌즈와 가장 인접하게 배치되는 렌즈 중 적어도 하나는 양면이 볼록한 형상을 갖는 광학계.
제9항에 있어서,
상기 접합 렌즈의 센서측면의 곡률반경의 절대값은 상기 접합 렌즈의 물체측면의 곡률반경의 절대값보다 작은 광학계.
제9항에 있어서,
상기 접합 렌즈의 물체측면은 볼록한 형상을 갖고,
상기 접합 렌즈의 센서측면은 오목한 형상을 갖는 광학계.
제9항에 있어서,
상기 접합 렌즈는 상기 제3렌즈 내지 상기 제5렌즈 중 연속하게 배치되는 2개의 렌즈로 이루어지는 광학계.
광축을 따라 배치되는 제1렌즈 내지 제7렌즈를 포함하고,
상기 제1 내지 제7렌즈 중 상기 제2렌즈의 초점 거리의 절대값이 가장 크고, 상기 제5렌즈의 초점 거리의 절대값이 가장 작고,
상기 제2렌즈와 상기 제5렌즈의 초점 거리의 절대값의 비율은 5배보다 크고 10배보다 작은 광학계.
제13항에 있어서,
상기 제2렌즈와 상기 제3렌즈의 초점 거리의 절대값의 비율은 2배보다 크고 10배보다 작은 광학계.
제14항에 있어서,
상기 제3렌즈 내지 상기 제5렌즈의 초점 거리의 절대값은 아래의 조건식을 만족하는 광학계.
<조건식>
|F4| ≥ |F3| ≥ |F5|
(상기 조건식에서 F3은 상기 제3렌즈의 초점 거리, F4는 상기 제4렌즈의 초점 거리, F5는 상기 제5렌즈의 초점 거리이다.)
제15항에 있어서,
상기 광축에서 상기 제5렌즈는 상기 제1 내지 제7렌즈 중에서 두께가 가장 작고,
상기 광축에서 상기 제2렌즈는 상기 제1 내지 제7렌즈 중에서 두께가 가장 큰 광학계.
제15항에 있어서,
상기 광축에서 상기 제2렌즈의 두께는 상기 제3렌즈 및 상기 제4렌즈의 두께보다 큰 광학계.
제13항에 있어서,
상기 제1렌즈 내지 상기 제7렌즈 중 상기 제6렌즈의 센서측면의 곡률 반경의 절대값이 가장 크고, 상기 제5렌즈의 센서측면의 곡률 반경의 절대값이 가장 작은 광학계.
제13항에 있어서,
상기 제3렌즈는 양면이 볼록한 형상을 갖는 광학계.
제13항에 있어서,
상기 제3렌즈의 물체측면의 곡률반경의 절대값과 상기 제3렌즈의 센서측면의 곡률반경의 절대값은 동일한 광학계.