KR20240109393A - 광학계 및 카메라 모듈 - Google Patents

Abstract

발명의 실시예에 개시된 광학계는 물체에서 이미지 센서를 향해 광축으로 정렬된 제1 렌즈 내지 제3 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈의 파워는 음이고, 상기 제1 내지 제3 렌즈는 유리 재질이며, 상기 제1 렌즈의 물체측 면의 중심에서 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리는 TTL이며, 상기 제3 렌즈의 센서측 면의 중심에서 상기 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리는 BFL이며, 수학식: 3 < TTL / BFL < 8을 만족할 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 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 물체에서 이미지 센서를 향해 광축으로 정렬된 제1 렌즈 내지 제3 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈의 파워는 음이고, 상기 제1 내지 제3 렌즈는 유리 재질이며, 상기 제1 렌즈의 물체측 면의 중심에서 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리는 TTL이며, 상기 제3 렌즈의 센서측 면의 중심에서 상기 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리는 BFL이며, 수학식: 3 < TTL / BFL < 8을 만족할 수 있다.

발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈의 물체측 면은 광축 상에서 볼록한 형상을 가지며, 상기 제1 렌즈의 센서측 면은 광축 상에서 오목한 형상을 가지며, 상기 제1 내지 제3 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 최대 유효경은 CA_Max이며, 상기 제1 내지 제3 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 최소 유효경은 CA_Min이며, 수학식: 1 < CA_Max / CA_Min < 4을 만족할 수 있다.

발명의 실시 예에 의하면, 상기 제2 렌즈의 파워는 양이고, 상기 제2 렌즈의 물체측 면은 광축 상에서 볼록한 형상을 가지, 상 제2 렌즈의 센서측 면은 광축 상에서 볼록한 형상을 가질 수 있다.

발명의 실시 예에 의하면, 상기 제3 렌즈의 파워는 양이며, 상기 제3 렌즈의 물체측 면은 광축 상에서 볼록한 형상을 가지며, 상기 제3 렌즈의 센서측 면은 광축 상에서 볼록한 형상을 가질 수 있다.

발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 중심 간격은 CG1이며, 상기 제1 렌즈의 중심 두께는 CT1이며, 상기 제2,3 렌즈 각각의 중심 두께보다 크며, 수학식: 1 < CG1 / CT1 < 3을 만족할 수 있다.

발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경은 L2R1이며, 상기 제2 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경은 L2R1이며, 수학식: L1R2 < L2R1을 만족할 수 있다.

발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경의 절대 값은 상기 제1 내지 제3 렌즈 각각의 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경의 절대 값보다 작을 수 있다.

발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 둘레에 조리개를 포함할 수 있다.

발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈의 물체측 면의 둘레에 다른 조리개를 더 포함할 수 있다.

발명의 실시 예에 의하면, 상기 광학계의 대각 화각은 FOV이며, 수학식: 80도< FOV <150도를 만족할 수 있다.

발명의 실시 예에 따른 광학계는 광축으로 정렬된 제1 렌즈 내지 제3 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈의 파워는 상기 제2,3 렌즈 중 적어도 하나의 파워와 반대의 부호를 가지며, 상기 제2,3 렌즈의 합성 초점 거리는 양의 값을 가지며, 상기 제1 렌즈의 물체측 면과 센서측 면은 구면이며, 상기 제3 렌즈의 물체측 면과 센서측 면은 비구면이며, 상기 제1 내지 제3 렌즈의 굴절률은 1.8 이상이며, 상기 제1 렌즈의 물체측 면의 중심에서 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리는 TTL이며, 상기 제3 렌즈의 센서측 면의 중심에서 상기 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리는 BFL이며, 수학식: 3 < TTL / BFL < 8을 만족할 수 있다.

발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 내지 제3 렌즈는 유리 재질일 수 있다.

발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈의 물체측 면은 광축 상에서 볼록한 형상을 가지며, 상기 광학계의 렌즈들 중에서 최대 유효경을 가질 수 있다.

발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈의 센서측 면은 상기 광축 상에서 오목한 형상을 가지며, 상기 광학계의 렌즈들 중에서 최소 유효경을 가질 수 있다.

발명의 실시 예에 의하면, 상기 광학계의 렌즈 면들 중 최대 유효경은 CA_Max이며, 수학식: 1 < TTL / CA_Max < 3을 만족할 수 있다.

발명의 실시 예에 의하면, 이미지 센서의 대각 길이의 1/2은 ImgH이며, 수학식: 5 < TTL / ImgH < 10을 만족할 수 있다.

발명의 실시 예에 의하면, 상기 제2 및 제3 렌즈 중 적어도 하나는 광축 상에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다.

발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 및 제2 렌즈 사이의 중심 간격은 CG1이며, 수학식: BFL< CG1 을 만족할 수 있다.

발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 둘레에 조리개를 포함할 수 있다.

발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈의 물체측 면의 둘레에 상기 조리개의 개구 홀보다 더 큰 개구홀을 갖는 다른 조리개를 더 포함할 수 있다.

발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈은 이미지센서; 물체에서 상기 이미지 센서를 향해 광축으로 정렬된 제1 렌즈 내지 제3 렌즈; 및 상기 이미지 센서와 상기 제3 렌즈 사이에 배치된 광학 필터를 포함하며, 상기 제1 렌즈의 파워는 음이고, 상기 제2,3 렌즈의 파워는 양이고, 상기 제1 렌즈 내지 상기 제3 렌즈 중 상기 이미지 센서에 인접한 렌즈는물체측 면과 센서측 면이 비구면이며, 상기 제1 렌즈 내지 상기 제3 렌즈의 굴절률은 1.8 이상이며, 물체에 가장 인접한 렌즈의 물체측 면과 상기 이미지 센서 사이의 거리는 TTL이고, 상기 제3 렌즈의 센서측 면의 중심에서 상기 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리는 BFL이며, 수학식: 3 < TTL / BFL < 8, 상기 광학계의 대각 화각은 FOV이며, 수학식: 80도 < FOV < 150도, TTL은 20mm 초과 및 40mm 미만일 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 차량과 같은 이동체 내의 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 이동체 내의 온도 범위에서 파워에 대한 배분을 효과적으로 수행할 수 있고, 상기 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 제1 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 n번째 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 상온에서의 회절 MTF(Modulation Transfer Function)에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 1의 광학계의 저온에서의 회절 MTF에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 8는 도 1의 광학계의 고온에서의 회절 MTF에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 1의 광학계의 수차 특성에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 10은 제2실시예에 따른 광학계 및 이를 갖는 카메라 모듈의 측 단면도이다.
도 11는 도 10의 광학계의 렌즈 특성을 나타낸 표이다.
도 12는 도 10의 광학계에서 렌즈들의 비구면 계수를 나타낸 표이다.
도 13은 도 10의 광학계의 각 렌즈의 두께 및 인접한 렌즈 간의 간격을 나타낸 표이다.
도 14은 도 10의 광학계의 상온에서의 회절 MTF(Modulation Transfer Function)에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 15는 도 10의 광학계의 저온에서의 회절 MTF에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 16은 도 10의 광학계의 고온에서의 회절 MTF에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 17은 도 10의 광학계의 수차 특성에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 18은 제1,2 실시 예에 따른 광학계의 이미지 센서의 높이에 따른 상대조도(RI: Relative Illumination)의 데이터를 나타낸 표이다.
도 19는 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, 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 1 및 도 10과 같이, 발명의 제1,2실시예에 따른 광학계(1000)는 복수의 렌즈 군(LG1,LG2)을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 복수의 렌즈 군(LG1,LG2) 각각은 적어도 하나의 렌즈를 포함한다. 상기 제1 렌즈군(LG1) 및 제2 렌즈군(LG2)은 물체 측으로부터 이미지 센서(300)를 향해 광축(OA)을 따라 순차적으로 배치될 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 이상일 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 2매 이상의 렌즈 예컨대, 2매 렌즈를 포함할 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 5 이하의 정수이며, 예컨대 3일 수 있다.

상기 제1 렌즈 군(LG1)은 적어도 하나의 유리 재질의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈 군(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 제1 렌즈 군(LG1)의 렌즈는 구면의 렌즈 면을 가질 수 있다.

상기 제2 렌즈 군(LG2)은 적어도 하나의 유리 재질의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제2 렌즈 군(LG2)은 구면의 렌즈 면을 갖는 렌즈와 비구면의 렌즈 면을 갖는 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 구면을 갖는 렌즈는 유리 재질일 수 있다. 상기 비구면을 갖는 렌즈는 유리 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있으며, 예컨대 유리 재질일 수 있다. 여기서, 구면 렌즈는 렌즈의 물체측 면과 센서측 면이 광축에서 구면인 형상의 렌즈이며, 비구면 렌즈는 렌즈의 물체측 면과 센서측 면이 비구면인 형상의 렌즈이다. 상기 비구면 렌즈는 글라스 몰드 재질일 수 있다. 상기 글라스 몰드 재질의 렌즈는 글라스 재질을 비구면을 갖도록 사출 성형한 렌즈이다.

상기 제2 렌즈군(LG2)은 적어도 하나의 구면 렌즈와 적어도 하나의 비 구면 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제2 렌즈군(LG2)에서 상기 비구면 렌즈 매수는 구면 렌즈 매수와 같을 수 있다. 여기서, 상기 n번째 렌즈는 상기 이미지 센서(300)에 가장 인접한 렌즈로서, 광학적 성능의 저하를 방지하기 위해 비구면 렌즈일 수 있다. 상기 비구면 렌즈들은 광학계(1000) 내에서 구면 수차를 방지할 수 있으며, 유효경이 증가되더라도 수차 발생을 억제할 수 있어, 카메라 모듈의 소형화 및 경량화가 가능할 수 있다.

상기 광학계(1000)는 구면 렌즈와 비구면 렌즈를 혼합하여 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 렌즈들 중에서 최소 아베수(Abbe number)를 갖는 렌즈는 제2 렌즈군(LG2)에 위치할 수 있으며, 최소 굴절률을 갖는 렌즈는 제2 렌즈군(LG2)에 위치할 수 있다. 상기 최소 아베수는 25 이하이며, 최소 굴절률은 2.0 이하일 수 있다. 상기 최소 아베수를 갖는 렌즈에 의해 색 분산을 증가시켜 줄 수 있고, 최소 굴절률을 갖는 렌즈는 입사되는 광의 색 분산을 억제시켜 줄 수 있다.

i번째 렌즈의 굴절률은 Ndi이며, i번째 렌즈의 아베수는 Adi이며, Ndi*Adi의 값은 i가 3일 때 최소일 수 있다. 또한 Ndi*Adi의 값이 42 이상은 i=1, 2이며, Ndi*Adi의 값이 42 미만은 i=3일 수 있다. 상기 광학계(1000) 내에서 최소 유효경을 갖는 렌즈는 Ndi*Adi의 값이 40 < (Ndi*Adi) < 80의 조건을 만족할 수 있으며, *는 곱셈을 나타낸다.

렌즈부(100,100A) 내에서 최대 유효경을 갖는 렌즈 면은 구면 렌즈이며, 물체에 가장 인접하게 배치될 수 있다. 최대 유효경을 갖는 렌즈 면은 전 영역으로 입사된 광을 굴절시켜 줄 수 있다. 또한 최대 유효경과 최소 유효경을 갖는 렌즈는 구면 렌즈 또는 유리 렌즈이며, 물체에 가장 인접한 렌즈이다. 물체에 가장 인접한 렌즈는 물체측 면의 유효경과 센서측 면의 유효경 차이가 가장 클 수 있다. 또한 이미지 센서에 가장 인접한 렌즈는 비구면 렌즈 및 유리 재질일 수 있다. 발명의 실시 예는 광학계(1000) 내에 구면 렌즈와 비구면 렌즈를 혼합해 줌으로써, 카메라 모듈의 무게를 줄여줄 수 있고, 제조 원가를 보다 저렴하게 제공할 수 있고, 온도 변화에 따른 광학 특성의 저하를 억제할 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 5배 초과 예컨대, 5배 초과 및 10배 미만일 수 있다. 바람직하게, 5 < TTL/ImgH < 10의 조건을 만족할 수 있다. 상기 TTL(Total track length )은 첫 번째 렌즈의 물체측 면의 중심으로부터 이미지 센서(300)의 표면까지 광축 거리이다. 상기 ImgH는 상기 광축에서 이미지 센서(300)의 대각 방향으로 유효한 영역의 끝단까지의 길이이다. 상기 ImgH는 상기 이미지 센서(300)의 유효한 영역의 최대 대각 길이의 1/2이다.

상기 광학계(1000) 내에서 유효 초점 거리(EFL)는 10 mm 이하 및 화각(FOV)은 80도 초과로 제공하여, 차량용 카메라 모듈에서 표준 광학계로 제공할 수 있다. 즉, 광학계(1000)는 넓은 화각을 갖고 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 2.5 초과일 수 있으며, 예컨대 2.5 초과 5 미만일 수 있다. 상기 광학계(1000)가 TTL/(2*ImgH)의 값이 2.5 초과로 설정해 줌으로써, 운전자 감시용 광학계를 제공할 수 있다. 상기 제1,2렌즈 군(LG1,LG2)의 총 렌즈 매수는 5매 이하 또는 4매 이하이다. 이에 따라, 상기 광학계(1000)는 결상되는 이미지에 대해 과장이나 왜곡이 없는 화상을 제공할 수 있다.

상기 이미지 센서(300)의 길이는 유효한 영역의 길이이며, 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 2매 이상 또는 3매 이상일 수 있다. 상기 이미지 센서(300)의 대각 길이는 상기 구면 렌즈 또는 유리 렌즈의 직경보다 작을 수 있다. 상기 이미지 센서(300)의 대각 길이는 비구면 렌즈의 직경보다 작을 수 있다.

렌즈부(100,100A) 내에서 물체측에 가장 가까운 첫 번째 렌즈의 센서측 면은 상기 이미지 센서(300)에 가장 가까운 마지막 렌즈의 센서측 면의 유효경 보다 작은 유효경을 가질 수 있다. 이에 따라 광학계의 첫 번째 렌즈의 중심 두께는 마지막 렌즈의 중심 두께보다 두껍게 제공할 수 있고, 굴절각 및 색 분산은 조절할 수 있다. 이에 따라 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.

실시예에 따른 광학계(1000)는 조리개(ST)를 포함할 수 있다. 상기 조리개(ST)는 상기 광학계(1000)에 입사되는 광량을 조절할 수 있다. 상기 조리개(ST)는 렌즈부(100,100A) 내의 어느 두 렌즈 사이에 배치될 수 있다. 물체와 상기 조리개(ST) 사이에 배치되는 렌즈들에 있어서, 물체측에서 상기 조리개(ST)로 갈수록 렌즈 면의 유효경은 작아지는 경향이 있다. 상기 조리개(ST)와 이미지 센서(300) 사이에 배치되는 상기 렌즈들에 있어서, 상기 조리개(ST)에서 상기 센서 측으로 갈수록 렌즈 면들의 유효경은 작아지는 경향이 있다. 상기 유효경이 작아지는 경향의 의미는 상기 조리개(ST) 또는 상기 이미지 센서(300)를 향해 렌즈 면들의 유효경이 연속적으로 작아지거나 불연속적으로 작아질 수 있다.

상기 광학계(1000)는 1매 또는 2매의 조리개(ST)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 1과 같이, 광학계의 조리개(ST)는 물체측에 인접한 두 렌즈 사이에 배치될 수 있다. 도 10과 같이, 광학계의 조리개(ST)는 물체에 가장 인접한 첫 번째 렌즈의 물체측 면의 둘레에 배치된 제1 조리개(ST1), 및 물체에 인접한 두 렌즈 사이에 배치된 제2 조리개(ST2)를 포함할 수 있다.

다른 예로서, 상기 조리개(ST)는 1매인 경우, 상기 제1 렌즈군(LG1)의 렌즈의 센서측 면의 둘레에 배치되거나, 제2 렌즈 군(LG2)의 물체측 면의 둘레에 배치될 수 있다. 이와 다르게, 상기 복수의 렌즈들 중 선택되는 적어도 하나의 렌즈의 둘레 면은 조리개 역할을 수행할 수 있다. 자세하게, 상기 광학계(1000)의 렌즈들 중 선택되는 하나의 렌즈의 물체 측 면 또는 센서 측 면의 플랜지부는 광량을 조절하는 조리개 역할을 수행할 수 있다.

상기 제1 렌즈군(LG1) 및 상기 제2 렌즈군(LG2) 사이의 광축 방향의 제1 간격(CG1)은 상기 제1 렌즈군(LG1)의 센서 측 면과 상기 제2 렌즈군(LG2)의 물체측 면 사이의 광축 방향의 거리일 수 있다. 상기 제1 간격(CG1)은 인접한 구면 렌즈들 사이의 중심 간격일 수 있다. 또한 상기 제1 간격(CG1)은 인접한 구면 렌즈와 비구면 렌즈 사이의 중심 간격(CG2)보다 클 수 있다. 상기 제1,2 렌즈 군(LG1,LG2) 사이의 영역은 조리개(ST,ST2)를 구비하고, 제1 간격(CG1)이 증가되더라도, 상기 제1 렌즈 군(LG1)의 센서측 면의 작은 곡률 반경에 의해 제2 렌즈 군(LG2)의 유효경을 증가시키지 않을 수 있다. 이에 따라 광학계(1000)는 광축(OA)에 직교하는 방향으로 사이즈가 증가하는 것을 억제할 수 있다.

상기 제1 간격(CG1)은 상기 제1 렌즈 군(LG1)의 광축 거리의 1배 초과일 수 있으며, 예컨대 상기 제1 렌즈 군(LG1)의 광축 거리의 1보다 크고 3배 미만일 수 있다. 상기 제1 간격(CG1)은 상기 제2 렌즈 군(LG2)의 광축 거리의 1.5배 미만일 수 있으며, 예컨대 0.5배 초과 1.3배 미만일 수 있다. 상기 제1 렌즈군(LG1)의 광축 거리(TLG1)는 물체측 면에서 센서측 면까지의 광축 거리이다. 상기 제2 렌즈 군(LG2)의 광축 거리(TLG2)는 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,ST2) 보다 물체측에 위치한 렌즈를 포함하며, 상기 제2 렌즈군(LG2)은 조리개(ST,ST2) 보다 센서측에 위치한 렌즈들을 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈 군(LG1)과 제2 렌즈 군(LG2)은 조리개(ST,ST2)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, 상기 제1 렌즈 군(LG1)의 센서측 면과 상기 제2 렌즈 군(LG2)의 물체측 면은 서로 대면할 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 음(-)의 파워를 갖고, 상기 제2 렌즈 군(LG2)의 렌즈들 중에서 센서 측에 가장 가까운 렌즈는 양(+)의 파워를 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈 군(LG1)의 초점 거리를 FLG1이고, 제2 렌즈군(LG2)의 초점 거리를 FLG2로 한 경우, FLG2 < │FLG1│를 만족할 수 있다.

또한 상기 광학계(1000) 내에서 음(-)의 파워를 갖는 렌즈 매수는 양(+)의 파워를 갖는 렌즈 매수보다 작을 수 있다. 음(-)의 파워를 갖는 렌즈 매수는 전체 렌즈 매수에 비해 40% 이하일 수 있으며, 예컨대 30% 내지 40% 범위일 수 있다. 카메라 모듈 내에 2매 이상의 유리 렌즈가 배치될 경우, 내구성 및 내열성이 개선되며, 또한 렌즈 제작 과정에서 내부 응력의 발생을 억제할 수 있어, 광학적 성능 저하를 방지할 수 있다. 또한 유리 재질의 렌즈에 의해 높은 굴절률에서의 색 수차를 개선시켜 줄 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 5mm 이상 예컨대, 5mm 내지 12mm 범위일 수 있다.

상기 렌즈부(100,100A) 내에서 상기 구면 재질의 렌즈들의 아베수 평균은 상기 비구면 렌즈들의 아베수 평균보다 클 수 있다. 상기 렌즈부(100,100A) 내에서 상기 구면 재질의 렌즈들의 굴절률 평균은 상기 비구면 렌즈들의 굴절률 평균보다 클 수 있다. 상기 물체에 가장 인접한 렌즈는 굴절률이 높게 배치되므로, 5매 이하의 광학계에서 입사 광의 색 분산을 조절할 수 있고 초점 거리에 비해 화각을 넓게 가져갈 수 있다.

실시예의 렌즈부(100,100A)의 렌즈들의 굴절률 합은 7 이하 예컨대, 4 내지 7 범위이며, 상기 굴절률 평균은 1.8 이상 예컨대, 1.8 내지 2.0 범위일 수 있다. 상기 렌즈들 각각의 아베수 합은 100 이하 예컨대, 50 내지 100 범위이며, 아베수의 평균은 45 이하 예컨대, 20 내지 45 범위일 수 있다. 전체 렌즈의 중심 두께 합은 8mm 이상 예컨대, 8mm 내지 15mm 범위 또는 10mm 내지 14mm 범위일 수 있다. 상기 전체 렌즈의 중심 두께들의 평균은 3mm 이상 예컨대, 3mm 내지 5mm 범위일 수 있다. 광축(OA)에서의 렌즈들 사이의 중심 간격들의 합은 7 mm 이상 예컨대, 7mm 내지 14mm 범위 또는 10mm 내지 13mm 범위이고, 상기 렌즈의 중심 두께 합보다 작을 수 있다. 또한 렌즈부(100,100A)의 각 렌즈 면들의 유효 경의 평균 값은 8mm 이상 예컨대, 8mm 내지 16mm 범위 또는 11mm 내지 15mm 범위로 제공할 수 있다. 상기 각 렌즈 면 중에서 최대 유효경과 최소 유효경의 차이는 7mm 이상의 예컨대, 7mm 내지 12mm 범위일 수 있다. 따라서, 광학계는 두껍게 두껍고 유효경이 큰 렌즈들을 제공하여, 렌즈 배럴 내에 조립되는 렌즈들의 조립성은 개선될 수 있다.

발명의 실시 예에 따른 광학계 또는 카메라 모듈의 F 넘버(F#)는 2 미만, 예컨대, 1.0 내지 1.5의 범위 또는 1.0 내지 1.2 범위일 수 있다. 발명의 실시 예에 따른 광학계에서 화각(대각)은 80도 초과 예컨대, 80도 초과 150도 미만 또는 110도 내지 135도 범위일 수 있다. 여기서, 광학계의 수평 화각은 110도 이하 예컨대, 75도 내지 110도 범위이며, 대각 화각보다 작을 수 있다. 상기 광학계의 수직 화각은 90도 이하이며, 60도 내지 90도 범위이며, 수평 화각보다 작을 수 있다. 상기 수평 화각은 이미지 센서의 수평(Horizontal) 길이를 기준으로 한 화각이다.

상기 이미지 센서(300)는 예컨대, 대각 방향의 센서 길이가 8.0mm±0.5mm이며, 수평 방향(Y)의 센서 길이가 6.400mm±0.5mm일 수 있으며, 수직 방향(X)의 센서 높이는 4.80mm±0.5mm일 수 있다. 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 110도 내지 135도 일 때, 광학계 내에 적어도 1매의 구면 렌즈와 적어도 1매의 비구면 렌즈를 가질 경우, 물체측에 배치된 유리 렌즈의 중심 두께가 가장 두꺼울 수 있다. 이에 따라 광학계 내의 유리 렌즈들의 매수 및 유리 렌즈들의 중심 두께에 의해, 광학적 성능에 대한 영향 즉, 저온에서 고온까지의 온도 변화에 따른 광학적 성능 변화를 줄여줄 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(100,100A)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 렌즈 면들의 최대 유효경의 55% 이하 예컨대, 35% 내지 55% 범위 또는, 40% 내지 50% 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(100,100A)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. 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.

커버 글라스(미도시)는 상기 광학 필터(500)와 상기 이미지 센서(300) 사이에 배치될 수 있다. 상기 커버 글라스는 상기 이미지 센서(300)의 상부를 보호하며 이미지 센서(300)의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다. 상기 커버 글라스는 제거될 수 있다.

실시예는 차량 카메라에 적용되는 광학계이므로, 비구면 렌즈와 구면 렌즈를 함께 사용하여 설계함에도 제1 렌즈(101,111)는 유리 재질로 제공할 수 있다. 이는 유리 재질이 플라스틱 재질에 대비 스크래치에 강하고 외부 온도에 민감하지 않은 장점을 갖고 있다. 제1 렌즈(101,111)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.

상기 렌즈부(100,100A) 내에서 마지막 렌즈는 비구면 렌즈로 제공될 수 있다. 상기 마지막 렌즈가 비구면 렌즈이므로, 광학적 특성에 대한 영향을 줄여줄 수 있다. 또한 마지막 렌즈가 비구면 렌즈로 제공되므로, 색 수차를 보정할 수 있고, 이미지 센서(300)의 전 영역으로 광을 굴절시켜 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. 상기 광학계(1000)는 물체측에 배치된 제1 반사부재와, 마지막 렌즈와 이미지 센서(300) 사이에 배치된 제2 반사 부재를 포함할 수 있다. 상기의 반사부재들은 광 경로를 변경하는 부재로서, 카메라 모듈의 두께를 줄여줄 수 있다.

발명의 실시 예에 따른 광학계에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 제1실시예에 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 마지막 렌즈의 비구면 계수를 나타낸 표이고, 도 5는 도 1의 광학계의 각 렌즈의 두께 및 인접한 렌즈 간의 간격을 나타낸 표이며, 도 6 내지 도 8은 도 1의 광학계의 상온, 저온 및 고온에서의 회절 MTF(Modulation Transfer Function)에 대한 데이터를 나타낸 그래프이며, 도 9는 도 1의 광학계의 수차 특성에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 실시 예에 따른 광학계(1000)는 렌즈부(100)를 포함하며, 상기 렌즈부(100)는 제1 렌즈(101) 내지 제3 렌즈(103)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 렌즈들(101,102,103)은 광축(OA)을 따라 순차적으로 정렬될 수 있다. 물체의 정보에 해당하는 광은 제1 렌즈(101) 내지 제3 렌즈(103), 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 제3 렌즈(103)는 상기 제2 렌즈 군(LG2) 또는 렌즈부(100) 내에서 이미지 센서(300)에 가장 가까운 렌즈이다. 상기 제2, 제3 렌즈(102,103)는 제2 렌즈 군(LG2)일 수 있다.

제1,2,3 렌즈(101,102,103)의 초점 거리는 F1,F2,F3이며, 제2,3 (102,103)의 합성 초점 거리는 F23이며, 제2 렌즈 군(LG2)의 초점 거리이며, 다음의 조건을 만족할 수 있다.

조건1: │F1│ < F3 < F2

조건2: F23 < │F1│

조건3: (│F1│+F23) < F2

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.

광축(OA) 상에서 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 광축 상에서 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)는 유리 재질의 구면 렌즈일 수 있으며, 제1 면(S1)과 상기 제2 면(S2)은 구면일 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)는 유리 렌즈 중에서 가장 두꺼운 두께를 가질 수 있어, 외부 충격에 대한 강성 저하를 방지할 수 있고, 글라스 재질에 의해 저온 또는 고온으로 온도가 변화될 경우, 광학적 성능의 변화를 억제할 수 있다. 또한 글라스 재질에 구면이 적용되므로, 렌즈의 두께가 두껍게 설계되더라도 광의 굴절률 변화가 크지 않을 수 있다. 여기서, 상기 렌즈의 두께는 중심 두께일 수 있다.

상기 제1 렌즈(101)는 광축 상에서 상기 제1 면(S1)이 볼록하고 상기 제2 면(S2)은 오목한 형상을 가지므로, 입사되는 광을 광축에 가까운 방향으로 굴절시켜 줄 수 있으며, 제2렌즈(102)의 유효경을 줄여줄 수 있다. 상기 제1 면(S1) 및 상기 제2 면(S2) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다.

조리개(ST)는 상기 제1 렌즈(101)의 센서측 면의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)의 내부 홀의 구경이 상기 제1 렌즈(101)의 센서측 면의 유효경보다 작게 배치되므로, 상기 제2 렌즈(102)의 유효경의 증가를 억제할 수 있다. 상기 조리개(ST)의 위치는 상기 제1 렌즈(101)의 센서측 면 보다 상기 제2 렌즈(102)의 물체측 면에 더 가깝게 배치되므로, 상기 제2 렌즈(102)의 유효경의 증가를 억제할 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 반대의 부호를 갖는 파워를 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 조리개(ST)는 상기 제1 렌즈(101)의 물체측 또는/및 센서측 면의 둘레, 또는 상기 제2 렌즈(102)의 물체측 면의 둘레에 배치될 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 있으며, 예컨대 양(+)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) 상에서 상기 제2 렌즈(102)의 물체 측 제3 면(S3)은 볼록하며, 센서 측 제4 면(S4)은 볼록할 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)는 광축 상에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제3 면(S3)은 오목하고, 상기 제4 면(S4)는 볼록한 형상일 수 있다. 이와 다르게, 제2 렌즈(102)는 양면이 오목한 형상일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제3 면(S3)은 볼록하고, 상기 제4 면(S4)은 오목할 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 제3 면(S3) 및 상기 제4 면(S4) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 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 재질 또는 비구면 렌즈일 수 있다.

광축 상에서 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 광축 상에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제3 렌즈(103)는 센서 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제3 렌즈(103)은 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지거나, 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다.

상기 제3 렌즈(103)의 제5 면(S5) 및 제6 면(S6)은 광축 상에서 비구면일 수 있으며, 비구면 계수는 도 4의 L3S5과 L3S6로 제공될 수 있다. 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 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 제3 렌즈(103)는 이미지 센서(300)에 가장 인접한 비구면 렌즈일 수 있다. 상기 비구면 렌즈가 이미지 센서(300)에 가장 인접하게 배치됨으로써, 광학 성능의 저하를 방지할 수 있고, 수차 특성 개선 및 해상도에 영향을 제어할 수 있다. 또한 이미지 센서(300)에 가장 인접한 렌즈로 비구면 렌즈를 배치함으로써, 구면 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 제3 렌즈(103)는 중심 두께(CT3)와 에지 두께(ET3)의 차이를 크지 않게 제공하여, 조립 공차를 개선시켜 줄 수 있다.

상기 제1 렌즈(101)의 중심 두께(CT1)는 렌즈들의 중심 두께 중에서 가장 두꺼울 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)의 에지 두께(ET1)는 렌즈들의 에지 두께 중에서 가장 두꺼울 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)가 가장 두꺼운 두께를 갖고 광축 상에서 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 갖게 되므로, 상기 제1 렌즈(101)의 제2 면(S2)의 유효경을 줄여줄 수 있고, 제1,2 렌즈(101,102) 사이의 중심 간격(CG1)을 증가시켜 줄 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 제3 렌즈(103)의 물체측 제5 면(S5)의 중심에서 광축과 직교하는 직선에서 제5 면(S5)까지의 광축 방향의 거리는 Sag31이며, 상기 Sag31의 값은 상기 직선을 기준으로 물체 측에 배치된 렌즈 면과 상기 직선 사이의 거리는 음의 값이고, 상기 직선을 기준으로 상기 센서 측에 배치된 렌즈 면과 상기 직선 사이의 거리는 양의 값이다. 상기 Sag31의 값은 양의 값이며, 상기 제5 면(S5)의 에지에서 최대 값을 가질 수 있다.

상기 제3 렌즈(103)의 센서측 제6 면(S6)의 중심에서 광축과 직교하는 직선에서 제6 면(S6)까지의 광축 방향의 거리는 Sag32이며, 상기 Sag32의 값은 음의 값이며, 상기 제6 면(S6)의 에지에서 최대 값을 가질 수 있다. Sag31 > │Sag32│의 조건을 만족할 수 있다.

상기 제2 렌즈(102)의 물체측 제3 면(S3)의 Sag 값은 Sag21이며, 제4 면(S4)의 Sag 값은 Sag22으로 정의할 수 있으며, Sag21 > │Sag22│의 조건을 만족할 수 있다. 마찬가지로, 상기 제1 렌즈(101)의 물체측 제1 면(S1)의 Sag 값은 Sag11이며, 제2 면(S2)의 Sag 값은 Sag12으로 정의할 수 있으며, Sag12 > Sag11의 조건을 만족할 수 있다.

BFL(Back focal length)은 상기 이미지 센서(300)에서 마지막 렌즈의 센서측 면의 중심까지의 광축 거리이다. 상기 제3 렌즈(103)의 제6 면(S6)의 임의의 지점을 통과하는 접선(K1)과 상기 접선(K1)에 수직인 법선(K2)은 광축(OA)과 소정의 접선 각도(θ1)를 가질 수 있다. 상기 제1 방향(X)의 제6 면(S6) 상에서 최대 접선 각도(θ1)는 광축과 평행한 축을 기준으로 35도 이하 예컨대, 5도 내지 35도 범위 또는 10도 내지 25도 범위일 수 있다. 상기 제1 방향(X)의 제5 면(S5) 상에서 최대 접선 각도는 광축과 평행한 축을 기준으로 45도 이하 예컨대, 10도 내지 45도 범위 또는 19도 내지 40도 범위일 수 있다. 여기서, 상기 렌즈 면들의 최대 접선 각도는 51도 이상이며, 제2 면(S2)의 접선 각도이며, 51도 내지 71도 범위일 수 있다.

도 1, 2와 같이, CT1,CT2,CT3는 상기 제1,2,3 렌즈(101,102,103)의 중심 두께 또는 광축 두께이며, ET1,ET2,ET3는 상기 제1,2,3 렌즈(101,102,103)의 에지에서 광축 방향의 두께이며, 제1,2렌즈(101,102) 사이의 중심 간격은 CG1이며, 제2,3 렌즈(102,103) 사이의 중심 간격은 CG2이다. 상기 각 렌즈의 에지 두께는 각 렌즈의 유효 영역 끝단에서 물체측면과 센서측 면 사이의 광축 방향의 거리이다.

상기 제1 렌즈(101) 내지 제3 렌즈(103)의 유효경은 물체측 면과 센서측 면의 유효경 평균이며 CA1,CA2,CA3로 정의하며, 제1 렌즈(101) 내지 제3 렌즈(103)의 물체측 면과 센서측 면의 유효경은 CA11,CA12,CA21,CA22,CA31,CA32로 정의할 수 있다.

상기 조리개(ST)가 제1 렌즈(101)의 센서측 면에 배치되는 경우, 다음의 조건을 만족할 수 있다.

조건1: CA1 < CA2

조건2: (ImgH*2) < CA1

조건3: CA31 < CA21 < CA11

조건4: CA12 < CA31

상기 조리개(ST)의 물체측에 배치된 상기 제1 렌즈(101)가 음의 파워(F1 < 0)을 가지므로, 상기 제1 렌즈(101)는 입사되는 광을 광축 방향으로 굴절시켜 줄 수 있고, 제2,3 렌즈(102)는 양면이 볼록한 형상을 가지므로, 렌즈의 에지 방향으로 광을 굴절시켜 줄 수 있다. 이에 따라 제2,3 렌즈(102,103) 사이의 중심 간격(CG2)은 조절할 수 있고 광학계의 중량별 수율(yield by weight)의 저하를 방지하고 생산 효율의 향상을 도모할 수 있다. 여기서, 상기 조리개(ST)의 센서측에 배치된 제2, 3 렌즈(102,103)의 합성 초점거리는 양의 값을 가질 수 있으며, 화각 범위 내에서 TTL을 줄여줄 수 있다.

상기 제2 렌즈(102)와 상기 제3 렌즈(103) 사이의 간격(CG2, 도 1)은 중심에서 에지로 갈수록 점차 커질 수 있다. 이러한 간격(CG2)은 제2 렌즈(102)의 센서측 면이 볼록하고, 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 제3 렌즈들(101,102,103)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 Number), 유효반경(Semi- aperture) 및 초점거리를 설정할 수 있다.

제1 렌즈(101)의 제1,2 면(S1,S2)의 곡률 반경은 L1R1,L1R2이며, 마찬가지로, 제2 렌즈(102)의 제3,4 면(S3,S4)의 곡률 반경은 L2R1,L2R2이며, 제3 렌즈(103)의 제5,6 면(S5,S6)의 곡률 반경은 L3R1,L3R2로 나타낼 수 있다. 이러한 곡률 반경은 하기 조건 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.

조건1: L1R2 < L1R1

조건2: L1R2 < L2R1 < │L2R2│

조건3: L1R2 < L3R1 < │L3R2│

조건4: │L3R2│ < │L2R2│

조건5: (L3R1*2) < (L2R1*2) < │L2R2│

상기 제3 렌즈(103)를 비구면으로 설계할 경우, 열보상을 만족하고 광학적 성능을 향상시킬 수 있으나, 구면 렌즈보다는 조립성이 용이하지 않을 수 있고, 비구면의 제3 렌즈(103)의 조립성으로 인해 상기 제3 렌즈(103)보다 센서측에 배치된 렌즈들의 광학 특성에 영향을 줄 수 있다. 발명은 비구면을 갖는 제3 렌즈(103)의 두께 및 곡률 반경에 의해, 조립을 용이하게 할 수 있다.

또한 구면을 갖는 제1 렌즈(101)가 조리개(ST)의 물체측에 배치되어 광학적 특성에 가장 민감한 영향을 받는 렌즈이므로, 제1 렌즈(101)의 제1 면(S1)의 곡률 반경을 제2 렌즈(102)의 제3 면(S3)의 곡률 반경보다 크게 하고, 제1 렌즈(101)의 두께를 제2 렌즈(102)의 두께보다 두껍게 제공하게 된다. 여기서, 민감한 렌즈라는 뜻은 조립이 조금만 틀어져도 광학계에 미치는 영향이 큰 렌즈이다. 따라서 조리개(ST)의 물체측에 배치되는 렌즈가 조립에 가장 민감하므로, 조리개에 인접한 렌즈들 또는 조립에 민감한 제1 렌즈(101)의 제1 면(S1)의 곡률반경을 조절하게 된다. 이에 따라 제1,2 렌즈 사이의 조리개에 의해 낮은 CRA(Chief ray angle)을 갖는 광학계를 구현할 수 있다.

상기 제1 내지 제3 렌즈(101,102,103)의 중심 두께의 합은 ∑CT로 정의하고, 상기 제1 내지 제3 렌즈(101,102,103)의 에지 두께의 합은 ∑ET로 정의할 수 있다.

렌즈들의 두께를 설명하면, 상기 제1 렌즈(101)의 중심 두께(CT1)는 상기 제2,3 렌즈(102,103)의 중심 두께(CT2,CT3)보다 클 수 있으며, 바람직하게, 렌즈들 중에서 최대 두께를 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)의 중심 두께(CT1)가 최대이고 센서측 제2 면(S2)의 곡률 반경이 가장 작게 제공되므로, 유리 렌즈를 통해 입사된 광을 마지막 렌즈의 유효 영역의 끝단까지 굴절시켜 줄 수 있다.

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

조건 1: 0.5 < CT1/ET1 < 1.5

조건 2: 1 < CT2/ET2 < 3.5

조건 3: 1 < CT3/ET3 < 3.5

조건 4: 1 < ∑CT/∑ET < 2

조건 5: 1 < CT1/CT2 < 4

조건 6: 0.2 < CT1/∑CT < 0.7

조건 7: 0.1 < CT3/∑CT < 0.5

상기 조건들에서 CTi/ETi (i=1~3)인 경우, i가 1일 때 최소일 수 있다. 각 렌즈들의 중심 두께와 에지 두께의 차이는 0.01mm 초과 2.5mm 미만으로 설정할 수 있다. 이는 비구면 렌즈를 제3 렌즈(103)에 배치하여, 각 렌즈의 중심 두께와 에지 두께의 차이를 증가시켜 주어, 입사되는 광을 이미지 센서(300)의 주변부까지 굴절시켜 줄 수 있다. 또한 상기 제3 렌즈(103)의 중심 두께와 에지 두께 차이를 조건 3의 범위로 설정해 줌으로써, 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경 차이를 크게 설계하지 않을 수 있고, 비구면 제3 렌즈(103)의 조립성은 개선시키고, 광학적 특성에 대한 영향을 줄여줄 수 있다.

또한 렌즈들에서 최대 중심 두께와 최소 중심 두께의 차이를 2.5 mm 이하 예컨대, 1 mm 내지 2.5 mm 범위 또는 1mm 내지 2.2 mm일 수 있다. 즉, 유리 재질의 렌즈들의 중심 두께 차이가 크지 않게 설계하더라도, 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 렌즈들의 중심부와 에지부 간의 열적 특성에 대한 영향을 줄여줄 수 있다.

상기 제1 내지 제3 렌즈(101,102,103)들 사이의 중심 간격은 CG1,CG2로 정의하고, 상기 제1 내지 제3 렌즈(101,102,103) 사이의 중심 간격의 합은 ∑CG로 정의할 수 있다.

상기 제2 렌즈(102) 및 제3 렌즈(103) 사이의 중심 간격(CG2)은 구면 렌즈와 비구면 렌즈 사이의 중심 간격이며, 구면 렌즈들 사이의 중심 간격(CG1)보다 작을 수 있다.

상기 각 렌즈의 중심 두께와 인접한 렌즈 간의 중심 간격 사이는 하기 조건 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.

조건 1: 0 < CT1/CG1 < 1

조건 2: 0.5 < CT2 / CG2 < 2

조건 3: 0.5 < CT3/CG2 < 2

조건 4: 2 < CG1/CG2 < 4

조건 5: (CT1/CG1) < (CT3/CG3)

조건 6: 0.5 < CG1/∑CG < 1

조건 7: (CT2+CG2) < CG1

렌즈들 사이의 최대 중심 두께는 최대 중심 간격의 1배 미만으로 제공해 줌으로써, 각 렌즈들의 중심 두께에 비해 중심 간격을 증가하지 않고 광학계 내에 비구면 렌즈를 적용한 카메라 모듈을 제공할 수 있다. 조건 3에서 비구면의 제3 렌즈(103)가 양면이 볼록한 형상으로 제공되므로, 제2,3렌즈(102,103) 사이의 중심 간격을 줄여줄 수 있다.

굴절률을 설명하면, 제1,2,3 렌즈(101,102,103)의 굴절률은 1.8 이상일 수 있다. 상기 제1,3 렌즈(101,103)의 굴절률 차이는 0.30 이하이다. 상기 제1 렌즈(101)가 물체측에 가장 가까운 유리 렌즈이며, 1.90 이상의 굴절률로 배치됨으로써, 상기 제1 렌즈(101)의 센서측에 배치된 렌즈들 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 렌즈는 비구면 렌즈를 적용할 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)가 높은 굴절률을 갖는 유리 재질로 배치됨으로써, 조리개(ST)의 센서측에 배치된 제2,3 렌즈(102,103)의 중심 두께보다 두껍게 배치할 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)는 높은 굴절률을 갖는 유리 재질로 주변 온도가 상온에서 저온/고온으로 변함에 따라 렌즈의 수축 및 이동 등 렌즈의 변화량이 적다. 따라서 온도가 변함에도 플라스틱 렌즈 대비 해상도의 저하가 적다. 광학계의 가장 앞단에 배치되는 상기 제1 렌즈가 높은 굴절률을 갖는 유리 재질인 것은 주변 온도가 상온에서 저온/고온으로 변함에 따라 전체 광학계의 해상도 변화량을 적게 하는 것에 영향을 미친다. 상기 제1 렌즈(101)가 물체측에 가장 가까운 유리 렌즈이며, 높은 굴절률로 설계함으로써 상기 제1 렌즈(101)의 센서측에 배치된 렌즈들 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 렌즈는 비구면 렌즈를 적용하면서 온도 변화에 따른 해상도 저하를 막을 수 있다.

상기 제1 렌즈(101)의 굴절률을 높게 할 경우, 제1 렌즈(101)의 중심 두께를 줄여줄 수 있고, 렌즈 무게를 줄여줄 수 있고, 색 분산이 증가될 수 있고, 운전자를 향하는 렌즈의 빛 반사율을 증가시켜 줄 수 있다.

아베수를 설명하면, 제3 렌즈(103)의 아베수는 렌즈들 중에서 최소이며, 25 이하일 수 있다. 최대 아베수와 최소 아베수 차이는 25 이하일 수 있다. 조리개(ST)의 물체측 렌즈와 센서측 렌즈의 아베수 차이는 크지 않게 하여, 이미지 센서(300)에 가장 인접한 비구면의 제3 렌즈(103)의 아베수를 작게 제공해 줌으로써, 유리 재질의 렌즈들 사이로 진행되는 광의 색 분산과, 구면 렌즈와 비구면 렌즈 사이의 색 분산을 조절하여 이미지 센서(300)의 전 영역으로 광을 가이드할 수 있다.

상기 제2,3 렌즈(102,103)의 초점 거리(F2,F3)는 양의 파워를 가지며, 상기 제1 렌즈(101)의 초점 거리(F1)는 음의 파워를 가질 수 있다. 이에 따라 저온에서 고온까지의 온도가 변화함에 따라 각 렌즈가 수축 및 팽창을 반복할 경우, 내열성이 높은 유리 렌즈들에 의해 색 수차를 보정할 수 있다.

초점 거리를 절대 값으로 나타내면, 상기 제2 렌즈(102)의 초점 거리는 렌즈들 중에서 최대이며, 20mm 이상일 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)의 초점 거리는 렌즈들 중에서 최소이다. 최대 초점 거리와 최소 초점 거리의 절대 값의 차이는 35mm 이하일 수 있다. 비구면 렌즈인 제1,2 렌즈(101,102)의 초점 거리의 절대 값 차이는 제2,3 렌즈(102,103)의 초점 거리 차이보다 크게 해 줌으로써, 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 제3 렌즈(103)의 렌즈면은 20차 비구면 계수를 가진 비구면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 렌즈(103)는 20차 비구면 계수를 가지는 렌즈면을 포함할 수 있다. 상기와 같이 20차 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 제3 렌즈(101,102,103)의 두께(T1,T2,T3), 인접한 두 렌즈 사이의 간격(G1,G2)을 설정할 수 있다. 도 5와 같이, 광축에서 각 렌즈의 에지를 향하는 Y축 방향으로 각 렌즈의 두께(T1,T2,T3)에 대해 0.1mm 이상의 간격마다 나타낼 수 있으며, 각 렌즈 간의 간격(G1,G2)에 대해 0.1mm 이상의 간격마다 나타낼 수 있다.

도 18과 같이 제1실시 예에 따른 광학계에서 이미지 센서의 중심에서 상고(image height) 즉, 0부터 최대 높이(MaxF = 1.1F)까지 주변 광량비 또는 상대 조도(Relative illumination)를 나타낸 표로서, 이미지 센서의 중심에서 대각선 끝단(1.0F)까지 60% 이상 예컨대, 65% 이상의 주변 광량비가 나타남을 알 수 있다. 즉, 저온, 상온 및 고온에 따른 주변 조도의 차이는 광축에서 유효 영역의 끝단까지 거의 차이가 없음을 알 수 있다. 이에 따라 이미지 센서의 중심부에서 끝단까지 최소 광량이 60% 초과되므로, 이미지 센서의 전 영역에서 보다 정확한 센싱 값을 구할 수 있다.

도 6 내지 도 8은 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 6 내지 도 8과 같이, 발명의 제1실시 예에서 상온을 기준으로 저온 또는 고온과의 MTF의 편차는 10% 미만 즉, 7% 이하일 수 있다. 도 6 내지 도 8에서, x축은 디포커싱 위치를 나타내며, y축 MTF를 나타내며, F1부터 F23까지 0.000mm부터 4.400mm까지 0.200mm 단위로 측정한 그래프들이다.

도 9는 도 1의 광학계에서 수차 특성을 나타낸 그래프다. 도 9의 수차 그래프에서 좌측에서 우측 방향으로 비점 수차(Astigmatic Field Curves), 왜곡 수차(Distortion)를 측정한 그래프이다. 도 9에서 X축은 초점 거리(mm) 및 왜곡도(%)를 나타낼 수 있고, Y축은 이미지의 높이(height)를 의미할 수 있다. 또한, 비점 수차 및 왜곡 수차에 대한 그래프는 약 940nm 파장 대역의 광에 대한 그래프이다. 도 9의 수차도에서는 각 곡선들이 Y축에 근접할 수록 수차 보정 기능이 좋은 것으로 해석할 수 있는데, 제1실시예에 따른 광학계(1000)는 거의 대부분의 영역에서 측정 값들이 Y축에 인접한 것을 알 수 있다. 즉, 제1실시예에 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 80도 이상 예컨대, 80도 내지 105도의 범위일 수 있다. 이에 따라 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, TD 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. 여기서, TD는 제1 렌즈(101)의 물체측 제1 면(S1)의 중심에서 마지막 렌즈(103)의 센서측 제6 면(S6)의 중심까지의 광축 거리이다.

	상온	저온	고온	저온/상온(%)	고온/상온(%)
EFL	3.83	3.83	3.83	100.04%	99.96%
BFL	6.26	6.27	6.26	100.03%	99.97%
F#	1.10	1.10	1.10	100.00%	100.00%
TD	23.89	23.89	23.91	100.00%	100.09%
FOV	123.13	123.11	123.15	99.98%	100.02%

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

상기 적외선 파장의 중심 파장이 940nm±20nm이고, 카메라 모듈의 제1 렌즈에서 피사체와의 거리가 5000mm 기준일 때, 제1 실시 예의 광학계는 각종 수차 특성을 효과적으로 제어할 수 있고, 화각(FOV)의 중심부뿐만 아니라 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.

도 10은 제2 실시예에 따른 광학계 및 이를 갖는 카메라 모듈의 측 단면도이며, 도 11은 도 10의 광학계의 렌즈 특성을 나타낸 표이며, 도 12는 도 10의 광학계에서 렌즈들의 비구면 계수를 나타낸 표이고, 도 13은 도 10의 광학계의 각 렌즈의 두께 및 인접한 렌즈 간의 간격을 나타낸 표이며, 도 14 내지 도 16은 도 10의 광학계의 상온에서의 회절 MTF(Modulation Transfer Function)에 대한 데이터를 나타낸 그래프이며, 도 17는 도 10의 광학계의 수차 특성에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다. 제2실시 예를 설명함에 있어서, 제1실시 예와 상이한 구성을 설명하기로 하며, 동일한 구성은 제1실시 예의 설명을 포함할 수 있다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 제2 실시 예에 따른 광학계(1000)는 렌즈부(100A)를 포함하며, 상기 렌즈부(100A)는 제1 렌즈(111) 내지 제3 렌즈(113)를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 제1 렌즈 군(LG1)일 수 있으며, 상기 제2,3 렌즈(112,113)는 제2 렌즈 군(LG2)일 수 있다.

상기 제1 렌즈(111)는 광축(OA) 상에서 음(-)의 파워일 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 유리 재질일 수 있다. 광축을 기준으로 상기 제1 렌즈(111)의 물체측 제1 면(S1)은 볼록하며, 센서측 제2 면(S2)은 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 광축에서 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 유리 재질의 구면 렌즈로 제공될 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 제1, 2면(S1,S2)는 광축에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다.

상기 제2 렌즈(112)는 광축(OA)에서 양(+)의 파워를 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)는 유리 재질일 수 있다. 광축(OA)을 기준으로 상기 제2 렌즈(112)의 물체 측 제3 면(S3)은 볼록하며, 센서 측 제4 면(S4)은 플랫하거나 볼록할 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)는 유리 재질의 구면 렌즈로 제공될 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)의 제3, 4면(S3,S4)는 광축에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다.

상기 제3 렌즈(113)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 파워를 가질 수 있으며, 예컨대 양(+)의 파워일 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)는 유리 재질일 수 있다. 광축을 기준으로 상기 제3 렌즈(113)의 물체 측 제5 면(S5)은 볼록하고, 센서 측 제6 면(S6)은 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6)은 광축에서 비 구면일 수 있으며, 비구면 계수는 도 12의 L3S5과 L3S6로 제공될 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)의 제6 면(S6)은 광축에서 유효 영역의 끝단까지 적어도 하나의 임계점을 가질 수 있다. 다른 예로서, 상기 제6 면(S6)은 광축에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다.

상기 제1 렌즈(111)의 중심 두께(CT1)는 렌즈들의 중심 두께 중에서 가장 두꺼울 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 에지 두께(ET1)는 렌즈들의 에지 두께 중에서 가장 두꺼울 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)가 가장 두꺼운 두께를 갖고 광축에서 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 갖게 되므로, 상기 제2 렌즈(112)의 유효경의 증가를 억제할 수 있다.

Sag 값에 대해 절대 값으로 나타내면, Sag12의 최대 값은 Sag11, Sag21, Sag31의 최대 값보다 클 수 있으며, 조건: Sag22 < Sag21, 및 Sag32 < Sag31을 만족할 수 있다. 여기서, Sag22의 최대 값과 최소 값의 차이는 0.01mm일 수 있다.

상기 제3 렌즈(113)의 제6 면(S6)의 임의의 지점을 통과하는 접선(K1, 도 2참조)과 상기 접선(K1)에 수직인 법선(K2, 도 2참조)은 광축(OA)과 소정의 각도(θ1, 도 2참조)를 가질 수 있다. 상기 제1 방향(X)의 제6 면(S6) 상에서 최대 접선 각도(θ1)는 광축과 평행한 축을 기준으로 18도 이하 예컨대, 1도 내지 18도 범위 또는 3도 내지 12도 범위일 수 있다. 상기 제1 방향(X)의 제5 면(S5) 상에서 최대 접선 각도는 광축과 평행한 축을 기준으로 39도 이하 예컨대, 19도 내지 39도 범위 또는 24도 내지 34도 범위일 수 있다. 최대 접선 각도를 나타내면, 상기 제1 렌즈(111)의 센서측 제2 면(S2)의 최대 접선 각도가 렌즈들의 접선 각도 중에서 가장 클 수 있으며, 예컨대 53 내지 73도 범위일 수 있다.

조리개는 제1 렌즈(111)의 물체측 제1 면(S1)의 둘레에 배치된 제1 조리개(ST1), 및 제1,2 렌즈(111,112) 사이의 둘레에 배치된 제2 조리개(ST2)를 포함할 수 있다. 상기 제1 조리개(ST1)는 제1 렌즈(111)의 물체측 면으로 입사되는 유효 영역의 크기를 조절할 수 있으며, 상기 제2 조리개(ST2)는 상기 제1 렌즈(111)를 통과한 광의 유효 영역의 크기를 조절할 수 있다. 상기 제1 조리개(ST1)은 이미지 센서(300)의 최대 필드(Max Field)에서의 상대 조도를 감소시켜 줄 수 있다. 여기서, 최대 필드는 1.0F 이상이다. 상기 제1 조리개(ST1)의 개구 홀의 크기는 상기 제2 조리개(ST2)의 개구 홀의 크기보다 클 수 있다.

상기 제1,2 렌즈(111,112) 사이의 중심 간격은 상기 제1 렌즈(111)의 중심 두께보다 크고, 상기 제2,3 렌즈(112,113)의 중심 두께의 합보다 클 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)와 상기 제3 렌즈(113) 사이의 간격은 중심에서 에지로 갈수록 점차 커질 수 있다. 이러한 간격은 제2 렌즈(112)의 센서측 면이 플랫하거나 볼록하고, 제3 렌즈(113)의 물체측 면이 볼록한 형상에 의해, 광축에서 에지를 향해 갈수록 점차 커질 수 있다.

도 11은 도 10의 제2 실시 예의 광학계의 렌즈 데이터의 예이다. 도 11과 같이, 제1 내지 제3 렌즈들(111,112,113)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 Number), 유효반경(Semi- aperture) 및 초점거리를 설정할 수 있다.

곡률 반경은 하기 조건 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.

조건1: L1R2 < L1R1

조건2: L1R2 < L2R1

조건3: L1R2 < L3R1 < │L3R2│

조건4: (L1R1*2) < │L3R2│ < (L1R1*4)

조건5: (L2R1*2) < │L3R2│

여기서, L2R2의 곡률 반경의 절대 값은 무한대이거나 L2R1의 값보다 큰 값을 가질 수 있다.

상기 제3 렌즈(113)를 비구면으로 설계할 경우, 열보상을 만족하고 광학적 성능을 향상시킬 수 있으나, 구면 렌즈보다는 조립성이 용이하지 않을 수 있고, 비구면의 제3 렌즈(113)의 조립성으로 인해 상기 제3 렌즈(113)보다 센서측에 배치된 렌즈들의 광학 특성에 영향을 줄 수 있다. 발명은 비구면을 갖는 제3 렌즈(113)의 두께 및 곡률 반경에 의해, 조립을 용이하게 할 수 있다.

또한 구면을 갖는 제1 렌즈(111)가 제2 조리개(ST2)의 물체측에 배치되어 광학적 특성에 가장 민감한 영향을 받는 렌즈이므로, 제1 렌즈(111)의 제1 면(S1)의 곡률 반경을 제2 렌즈(112)의 제3 면(S3)의 곡률 반경보다 크게 하고, 제1 렌즈(111)의 두께를 제2 렌즈(112)의 두께보다 두껍게 제공하게 된다. 따라서 제1,2조리개(ST1,ST2)의 물체측 또는 센서측에 배치되는 렌즈는 구면 렌즈로 제공하므로, 제1,2 렌즈(111,112)의 조립성을 개선할 수 있다.

렌즈들의 두께를 설명하면, 상기 제1 렌즈(111)의 중심 두께(CT1)는 상기 제2,3 렌즈(112,113)의 중심 두께(CT2,CT3)보다 클 수 있으며, 바람직하게, 렌즈들의 중심 두께 중에서 최대일 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 중심 두께(CT1)가 최대이고 센서측 제2 면(S2)의 곡률 반경이 가장 작게 제공되므로, 유리 렌즈를 통해 입사된 광을 마지막 렌즈의 유효 영역의 끝단까지 굴절시켜 줄 수 있다.

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

조건 1: 0.5 < CT1/ET1 < 1.5

조건 2: 1 < CT2/ET2 < 2

조건 3: 1 < CT3/ET3 < 2

조건 4: 1 < ∑CT/∑ET < 2

조건 5: 1 < CT1/CT2 < 3

조건 6: 0.2 < CT1/∑CT < 0.6

조건 7: 0.1 < CT3/∑CT < 0.5

상기 조건들에서 CTi/ETi (i=1~3)인 경우, i가 1일 때 최소일 수 있다. 각 렌즈들의 중심 두께와 에지 두께의 차이는 0.01mm 초과 2.5mm 미만으로 설정할 수 있다. 이는 비구면 렌즈를 제3 렌즈(113)에 배치하여, 각 렌즈의 중심 두께와 에지 두께의 차이를 증가시켜 주어, 입사되는 광을 이미지 센서(300)의 주변부까지 굴절시켜 줄 수 있다. 또한 상기 제3 렌즈(113)의 중심 두께와 에지 두께 차이를 조건 3의 범위로 설정해 줌으로써, 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경 차이를 크게 설계하지 않을 수 있고, 비구면 제3 렌즈(113)의 조립성은 개선시키고, 광학적 특성에 대한 영향을 줄여줄 수 있다.

또한 렌즈들에서 최대 중심 두께와 최소 중심 두께의 차이를 2.5 mm 이하 예컨대, 1 mm 내지 2.5 mm 범위 또는 1mm 내지 2.2 mm일 수 있다. 즉, 유리 재질의 렌즈들의 중심 두께 차이가 크지 않게 설계하더라도, 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 렌즈들의 중심부와 에지부 간의 열적 특성에 대한 영향을 줄여줄 수 있다.

상기 제2 렌즈(112) 및 제3 렌즈(113) 사이의 중심 간격(CG2)은 구면 렌즈와 비구면 렌즈 사이의 중심 간격이며, 구면 렌즈들 사이의 중심 간격(CG1)보다 작을 수 있다.

상기 각 렌즈의 중심 두께와 인접한 렌즈 간의 중심 간격 사이는 하기 조건 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.

조건 1: 0 < CT1/CG1 < 1

조건 2: 1 < CT2 / CG2 < 2

조건 3: 1 < CT3/CG2 < 2

조건 4: 3 < CG1/CG2 < 5

조건 5: (CT1/CG1) < (CT3/CG3)

조건 6: 0.5 < CG1/∑CG < 1.2

조건 7: (CT2+CG2) < CG1

렌즈들 사이의 최대 중심 두께는 최대 중심 간격의 1배 미만으로 제공해 줌으로써, 각 렌즈들의 중심 두께에 비해 중심 간격을 증가하지 않고 광학계 내에 비구면 렌즈를 적용한 카메라 모듈을 제공할 수 있다. 조건 3에서 비구면의 제3 렌즈(113)가 양면이 볼록한 형상으로 제공되므로, 제2,3렌즈(112,113) 사이의 중심 간격(CG2)을 줄여줄 수 있다.

굴절률을 설명하면, 제1,2,3 렌즈(111,112,113)의 굴절률은 1.7 이상일 수 있다. 상기 제1,3 렌즈(111,113)의 굴절률 차이는 0.30 이하이다. 상기 제1 렌즈(111)가 물체측에 가장 가까운 유리 렌즈이며, 1.90 이상의 굴절률로 배치됨으로써, 상기 제1 렌즈(111)의 센서측에 배치된 렌즈들 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 렌즈는 비구면 렌즈를 적용할 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)가 높은 굴절률을 갖는 유리 재질로 배치됨으로써, 제2 조리개(ST2)의 센서측에 배치된 제2,3 렌즈(112,113)의 중심 두께보다 두껍게 배치할 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 높은 굴절률을 갖는 유리 재질로 주변 온도가 상온에서 저온/고온으로 변함에 따라 렌즈의 수축 및 이동 등 렌즈의 변화량이 적다. 따라서 온도가 변함에도 플라스틱 렌즈 대비 해상도의 저하가 적다. 광학계의 가장 앞단에 배치되는 상기 제1 렌즈가 높은 굴절률을 갖는 유리 재질인 것은 주변 온도가 상온에서 저온/고온으로 변함에 따라 전체 광학계의 해상도 변화량을 적게 하는 것에 영향을 미친다. 상기 제1 렌즈(111)가 물체측에 가장 가까운 유리 렌즈이며, 높은 굴절률로 설계함으로써 상기 제1 렌즈(111)의 센서측에 배치된 렌즈들 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 렌즈는 비구면 렌즈를 적용하면서 온도 변화에 따른 해상도 저하를 막을 수 있다.

상기 제1 렌즈(111)의 굴절률을 높게 할 경우, 제1 렌즈(111)의 중심 두께를 줄여줄 수 있고, 렌즈 무게를 줄여줄 수 있고, 색 분산이 증가될 수 있고, 운전자를 향하는 렌즈의 빛 반사율을 증가시켜 줄 수 있다.

아베수를 설명하면, 제3 렌즈(113)의 아베수는 렌즈들 중에서 최대이며, 25 이상일 수 있다. 최대 아베수와 최소 아베수 차이는 25 이하일 수 있다. 제2 조리개(ST2)의 물체측 렌즈와 센서측 렌즈의 아베수 차이는 크지 않게 하고, 이미지 센서(300)에 가장 인접한 비구면의 제3 렌즈(113)의 아베수를 크게 제공해 줌으로써, 유리 재질의 렌즈들 사이로 진행되는 광의 색 분산과, 구면 렌즈와 비구면 렌즈 사이의 색 분산을 조절하여 이미지 센서(300)의 전 영역으로 광을 가이드할 수 있다.

상기 제2,3 렌즈(112,113)의 초점 거리(F2,F3)는 양의 파워를 가지며, 상기 제1 렌즈(111)의 초점 거리(F1)는 음의 파워를 가질 수 있다. 이에 따라 저온에서 고온까지의 온도가 변화함에 따라 렌즈들이 수축 및 팽창을 반복할 경우, 내열성이 높은 유리 렌즈들에 의해 색 수차를 보정할 수 있다.

초점 거리를 절대 값으로 나타내면, 상기 제2 렌즈(112)의 초점 거리는 렌즈들 중에서 최대이며, 10mm 이상일 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 초점 거리는 렌즈들 중에서 최소이다. 최대 초점 거리와 최소 초점 거리의 절대 값의 차이는 7mm 이하일 수 있다. 비구면 렌즈인 제1,2 렌즈(111,112)의 초점 거리의 절대 값 차이는 제2,3 렌즈(112,113)의 초점 거리 차이보다 크게 해 줌으로써, 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 12와 같이, 실시예에 렌즈부(100A)의 렌즈들 중 제3 렌즈(113)의 렌즈면은 20비구면 계수를 가진 비구면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 렌즈(113)는 20차 비구면 계수를 가지는 렌즈면을 포함할 수 있다. 상기와 같이 20차 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 13과 같이, 제1 내지 제3 렌즈(111,112,113)의 두께(CT1,CT2,CT3), 인접한 두 렌즈 사이의 간격(CG1,CG2)을 설정할 수 있다. 도 13과 같이, 광축에서 각 렌즈의 에지를 향하는 Y축 방향으로 각 렌즈의 두께(CT1,CT2,CT3)에 대해 0.1mm 이상의 간격마다 나타낼 수 있으며, 각 렌즈 간의 간격(CG1,CG2)에 대해 0.1mm 이상의 간격마다 나타낼 수 있다.

도 18과 같이 제2실시 예에 따른 광학계에서 이미지 센서의 중심에서 상고(image height) 즉, 0부터 최대 높이(MaxF = 1.1F)까지 주변 광량비 또는 상대 조도(Relative illumination)를 나타낸 표로서, 이미지 센서의 중심에서 대각선 끝단(1.0F)까지 68% 이상 예컨대, 73% 이상의 주변 광량비가 나타남을 알 수 있다. 즉, 저온, 상온 및 고온에 따른 주변 조도의 차이는 광축에서 유효 영역의 끝단까지 거의 차이가 없음을 알 수 있다. 이에 따라 이미지 센서의 중심부에서 끝단까지 최소 광량이 60% 초과되므로, 이미지 센서의 전 영역에서 보다 정확한 센싱 값을 구할 수 있다.

도 14 내지 도 16은 도 10의 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 14 내지 도 16과 같이, 발명의 제2실시 예에서 상온을 기준으로 저온 또는 고온과의 MTF의 편차는 10% 미만 즉, 7% 이하일 수 있다. 도 14 내지 도 16에서, x축은 디포커싱 위치를 나타내며, y축 MTF를 나타내며, F1부터 F12까지 0.000mm부터 4.400mm까지 0.400mm 단위로 측정한 그래프들이다.

도 17은 도 10의 광학계에서 수차 특성을 나타낸 그래프다. 도 17의 수차 그래프에서 좌측에서 우측 방향으로 비점 수차(Astigmatic Field Curves), 왜곡 수차(Distortion)를 측정한 그래프이다. 도 17에서 X축은 초점 거리(mm) 및 왜곡도(%)를 나타낼 수 있고, Y축은 이미지의 높이(height)를 의미할 수 있다. 또한, 비점 수차 및 왜곡 수차에 대한 그래프는 약 940nm 파장 대역의 광에 대한 그래프이다. 도 17의 수차도에서는 각 곡선들이 Y축에 근접할 수록 수차 보정 기능이 좋은 것으로 해석할 수 있는데, 제2실시예에 따른 광학계(1000)는 거의 대부분의 영역에서 측정 값들이 Y축에 인접한 것을 알 수 있다. 즉, 제2실시예에 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 80도 이상 예컨대, 80도 내지 105도의 범위일 수 있다. 이에 따라 저온에서 고온까지 휘도 비(modulation)의 저하가 10% 미만 예컨대, 5% 이하이거나, 거의 변경되지 않음을 알 수 있다.

표 2은 제2실시 예에 따른 광학계에서 상온, 저온 및 고온에서의 EFL, BFL, F넘버, TD 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. 여기서, TD는 제1 렌즈(111)의 물체측 제1 면(S1)의 중심에서 마지막 렌즈(113)의 센서측 제6 면(S6)의 중심까지의 광축 거리이다.

	상온	저온	고온	저온/상온(%)	고온/상온(%)
EFL	3.83	3.83	3.83	100.07%	99.93%
BFL	5.90	5.89	5.91	99.86%	100.14%
F#	1.10	1.10	1.10	100.02%	99.98%
TD	25.10	25.08	25.13	99.91%	100.10%
FOV	123.29	123.25	123.33	99.97%	100.03%

따라서, 표 2와 같이, 저온에서 고온까지의 온도 변화에 따른 광학 특성의 변화 예컨대, 유효초점거리(EFL)의 변화율, TD, BFL, F 넘버(F#), 대각 화각(FOV)의 변화율이 10% 이하 즉, 5% 이하 예컨대, 0 ~ 5% 범위임을 알 수 있다. 이는 적어도 한 매의 비구면 렌즈를 사용하더라도, 비구면 렌즈에 대한 온도보상이 가능하게 설계하여, 광학 특성의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다. 또한 상온을 기준으로 저온 또는 고온으로 변화되더라도, 유효초점거리, TD, BFL, F 넘버(F#), 대각 화각(FOV) 등이 거의 변화되지 않음을 알 수 있다.

상기 적외선 파장의 중심 파장이 940nm±20nm이고, 카메라 모듈의 제1 렌즈에서 피사체와의 거리가 5000mm 기준일 때, 제1 실시 예의 광학계는 각종 수차 특성을 효과적으로 제어할 수 있고, 화각(FOV)의 중심부뿐만 아니라 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.

상기에 개시된 제1,2실시 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]

1 < CT1/CT2 < 4

CT1는 상기 제1 렌즈(101,111)의 중심 두께를 의미하고, CT2는 상기 제2 렌즈(102)의 중심 두께를 의미한다. 수학식 1은 제1,2 렌즈의 중심 두께 차이를 크게 설정하여, 광학계의 색 수차를 개선할 수 있다. 바람직하게, 1 < CT1/CT2 < 2을 만족할 수 있다. 구면을 갖는 제1 렌즈(101,111)와 제2 렌즈(102,112) 각각의 중심 두께를 설정해 줄 수 있어, 화각(FOV)의 중심부 및 주변부의 광학 성능을 개선할 수 있다.

[수학식 2]

1 < CG1 / CT1 < 3

CG1은 제1 렌즈(101,111)와 제2 렌즈(102,112) 사이의 중심 간격이다. 상기 제1,2 렌즈 사이의 중심 간격과 상기 제1 렌즈의 형상에 의해 상기 제2 렌즈의 유효경이 증가되는 것을 억제할 수 있다. 또한 제1,2 렌즈 사이의 간격에 의해 조리개(ST,ST2)의 위치를 설정해 줄 수 있어, 제1,2렌즈 군 사이의 영역으로 진행하는 광의 경로를 조절할 수 있다.

[수학식 3]

Po1 < 0

수학식 3에서 Po1는 제1 렌즈(101,111)의 파워를 나타내며, 광학계의 성능을 위해 광학계에서 TTL보다 작은 유효 초점 거리(F)를 갖기 위해 설정될 수 있다. 이에 따라 TTL > F의 조건을 만족할 수 있다. 또한 제1 렌즈(101,111)의 초점 거리와 유효 초점 거리에 의해 넓은 화각을 설정할 수 있다. 즉, 제1 렌즈의 초점 거리는 F1이며, F1 < 0을 만족할 수 있다.

[수학식 4]

1.75 < Nd1 < 2.2

Nd1는 제1 렌즈(101,111)의 d-line에서의 굴절률이다. 수학식 4는 제1 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 4는 바람직하게, 1.8 ≤ Nd1 ≤ 2.1를 만족할 수 있다. 수학식 4의 하한치보다 낮게 설계된 경우, 수차를 감소시켜 성능을 얻을 수 있고, 상기 제1 렌즈(101)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 제1 렌즈의 굴절률이 수학식 4의 하한치보다 낮게 설계될 경우, 제2 렌즈의 파워를 증가하기 위해, 제2 렌즈의 곡률 반경을 증가시켜야 하며, 이 경우 렌즈 제작이 더 어려워지고 렌즈 불량률도 높아지고 수율이 저하될 수 있다.

[수학식 4-1]

1.8 ≤ Aver(Nd1:Nd3) ≤ 2.05

수학식 4-1에서 Aver(Nd1:Nd4)는 제1 내지 제3 렌즈의 d-line에서의 굴절률 값들의 평균이다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 4-1을 만족할 경우, 광학계는 해상력을 설정할 수 있고 TTL에 영향을 억제할 수 있다.

[수학식 5]

L1R1 > 0

L1R1은 제1 렌즈(101,111)의 제1 면(S1)의 곡률 반경을 나타내며, 0보다 크게 설정될 수 있다. 제1 렌즈(101,111)의 제1 면의 곡률 반경이 수학식 5를 만족할 경우, 광학계의 형상을 제한할 수 있다. 상기 제1 렌즈(101,111)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 제1,2렌즈 사이의 중심 간격이 증가되는 것을 억제하거나, 제2 렌즈의 제3 면의 유효경을 제1렌즈의 제1 면의 유효경보다 작게 제공할 수 있다.

[수학식 6]

L1R2 < L2R1

L1R2는 제1 렌즈(101,111)의 센서측 면의 곡률 반경이며, L2R1은 제2 렌즈(102,112)의 물체측 면의 곡률 반경이다. 상기 제1 렌즈의 센서측 면은 오목한 형상을 갖고 제2 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경보다 작게 제공되므로, 상기 제1 렌즈의 센서측 면에 의해 굴절된 광들이 조리개(ST,ST2)를 향해 모아지도록 굴절되며, 조리개를 통해 제2 렌즈의 물체측 면의 전 영역으로 입사될 수 있다.

[수학식 6-1]

L3R1 < |L3R2| (단, L3R1 > 0, L3R2 < 0)

L3R1는 제3 렌즈(103,113)의 물체측 면의 곡률 반경이며, L3R2은 제3 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경이다. 상기 제1,2 렌즈가 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 갖고, 제3 렌즈가 양측면이 볼록한 형상을 가지므로, 입사되는 광을 이미지 센서(300)의 전 영역으로 굴절시켜 줄 수 있다. 상기 제1 렌즈가 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 갖게 되므로, 조리개(ST,ST2)의 위치부터 이미지 센서를 향해 갈수록 렌즈들의 유효경이 점차 작아지도록 설계할 수 있으며, 렌즈 매수를 줄여줄 수 있다. 또한 L1R2 < L1R1의 조건과 L1R2 < L2R1의 조건을 만족하므로, 제2 렌즈의 유효경을 최소로 설계할 수 있으며, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 또한 L3R1 < |L3R2|의 조건을 만족하므로, 비구면 렌즈인 제3 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경을 크게 설정해 주어, 입사되는 광들에 대한 광학적 특성의 영향을 줄여줄 수 있다.

[수학식 7]

1 < CG1/BFL < 6

BFL(Back focal length)은 마지막 렌즈 즉, 제3 렌즈의 센서측 면의 중심에서 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리이다. 광학계가 수학식 7을 만족할 경우, 이미지 센서의 대각 길이가 TTL 대비 50% 미만 예컨대, 40% 미만이 되도록 설정해 주어, 운전자 감시용 카메라 모듈의 제작을 위한 조건을 설정할 수 있다. 또한 BLF은 이미지 센서(300)와 제3 렌즈(103,113) 사이에 위치하는 광학 필터(500), 또는 광학 필터/커버 글라스와 같은 구성이 배치할 수 있는 공간을 설정할 수 있다. 수학식 7의 범위가 하한치보다 작을 경우, 광학 필터 및 이미지 센서 등의 회로 구조물을 배치할 공간의 제약이 커져 필터 및 이미지 센서 등의 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. 바람직하게, 1 < CG1/BFL < 2.5를 만족할 수 있다.

[수학식 8]

1 < CA11 / CA12 < 4

CA11은 제1 렌즈(101,111)의 물체측 면의 유효경이며, CA12는 제1 렌즈의 센서측 면의 유효경이다. 상기 제1 렌즈의 오목한 센서측 면의 유효경을 상기 제1 렌즈의 볼록한 물체측 면의 유효경보다 작게 설정해 주어, 상기 제1,2렌즈 사이의 간격과 상기 제2 렌즈의 유효경을 조절할 수 있다. 바람직하게, 1.5 < CA11 / CA12 < 2.5를 만족할 수 있다.

[수학식 9]

0.5 < (CA12*CT1) / (CA21*CT2) < 1.5

CA21은 제2 렌즈(102,112)의 물체측 면의 유효경이다. 수학식 9에서 (CA12*CT1)의 값과 (CA21*CT2)의 값 차이를 크지 않게 설계하여, 구면 수차를 개선시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 0.5 < (CA12*CT1) / (CA21*CT2) < 1를 만족할 수 있다.

[수학식 10]

0.5 < CT1 / (CT2+CT3) < 1.5

수학식 10은 제1 렌즈(101,111)의 중심 두께(CT1)과 제2,3렌즈의 중심 두께의 합의 차이를 크지 않도록 설계할 수 있다. 이 경우, 제1,2 렌즈는 구면 렌즈이므로, 조립성은 개선할 수 있고, 마지막 제3 렌즈는 비구면 렌즈이므로, 제1,2 렌즈에 의한 구면 수차를 보정할 수 있다. 또한 제3 렌즈가 비구면 렌즈이므로, 열 보상을 만족하고 광학적 성능을 향상시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 0.5 < CT1 / (CT2+CT3) < 1를 만족할 수 있다.

[수학식 11]

0.5 < CT2 / CT3 < 1.5

수학식 11은 마지막 구면 렌즈와 비구면 렌즈의 중심 두께의 차이를 크지 않도록 하여, 조립성 저하를 방지하고, 수차 특성을 개선하며, 광학적 특성에 대한 영향을 억제할 수 있다. 바람직하게, 0.7 < 0.5 < CT2 / CT3 < 1.3을 만족할 수 있다.

[수학식 12]

1 < CA11 / CA31 < 3

CA11은 상기 제1 렌즈(101,111)의 제1 면(S1)의 유효경을 의미하고, CA31은 상기 제3 렌즈(103,113)의 제5 면(S5)의 유효경을 의미한다. 수학식 12를 만족할 경우, 상기 광학계(1000)의 사이즈를 설정하여 입사되는 광 경로의 제어와 수차에 영향을 주는 요소를 조절할 수 있다. 바람직하게, 수학식 12는 1 < CA11 / CA31 < 2를 만족할 수 있다. 제1,3 렌즈가 수학식 12를 만족하므로, 제1,3렌즈의 유효경 차이는 크지 않아 조립성에 의한 영향을 줄여줄 수 있고, 온도 변화에 의한 광학적 영향을 줄여줄 수 있다.

[수학식 13]

1 < CA2 / CT2 < 5

CA2는 제2 렌즈(102,112)의 물체측 면과 센서측 면의 유효경의 평균이다. 광학계가 수학식 13을 만족할 경우, 10mm 이상의 유효경을 갖는 제2 렌즈의 중심 두께를 설정할 수 있다. 바람직하게, 2.5 < CA2 / CT2 < 4.5를 만족할 수 있다.

[수학식 13-1]

1 < CA3 / CT3 < 5

CA3는 제3 렌즈(103,113)의 물체측 면과 센서측 면의 유효경의 평균이다. 광학계가 수학식 13-1을 만족할 경우, 10mm 이상의 유효경을 갖는 제3 렌즈의 중심 두께를 설정할 수 있다. 바람직하게, 2.5 < CA3 / CT3 < 4를 만족할 수 잇다.

[수학식 14]

0.5 < CA22 / CA31 < 1.5

CA22는 상기 제2 렌즈(102,112)의 제4 면(S4)의 유효경을 의미하고, CA31는 상기 제3 렌즈(103,113)의 제5 면(S5)의 유효경을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 14를 만족할 경우, 제2 렌즈 군(LG2) 내에서 진행하는 광을 제어할 수 있고, 렌즈 민감도에 영향을 주는 요소를 설정할 수 있다. 수학식 14는 바람직하게, 0.8 < CA22 / CA31 < 1.3를 만족할 수 있다. 상기 제2,3 렌즈가 수학식 14를 만족하므로, 구면 렌즈와 비구면 렌즈의 조립을 위한 크기를 설정할 수 있다.

[수학식 15]

0.5 < CT2/CG2 < 2

CG2는 제2,3 렌즈 사이의 중심 간격이다. 수학식 15에서 제2 렌즈의 중심 두께와 제2,3 렌즈 사이의 중심 간격을 설정해 주어, TTL을 조절할 수 있다. 여기서, CG2 < CT2를 만족할 수 있다.

[수학식 16]

0.5 < CT3/CG2 < 2

수학식 16에서 제3 렌즈의 중심 두께와 제2,3 렌즈 사이의 중심 간격을 설정해 주어, TTL을 조절할 수 있다. 여기서, CG2 < CT3를 만족할 수 있다. 또한 CT2, CG2, CT3 각각은 3mm 이상 예컨대, 3mm 내지 5mm 범위로 배치될 수 있다.

[수학식 17]

0.5 < Max_Sag11/Max_Sag12 < 1.5

Max_Sag11은 상기 제1 렌즈(101,111)의 물체측 제1 면의 중심에서 상기 광축과 직교하는 직선으로부터 제1 면까지의 최대 광축 거리이다. Max_Sag12은 상기 제1 렌즈(101,111)의 센서측 제2 면의 중심에서 상기 광축과 직교하는 직선으로부터 제2 면까지의 최대 광축 거리이다. 제1 렌즈가 수학식 17를 만족할 경우, 상기 제1 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경 및 유효경을 설정해 줄 수 있다. 바람직하게, 0.7 < Max_Sag11/Max_Sag12 < 1.2를 만족할 수 있다.

[수학식 18]

2 < CG1/Max_Sag12 < 5

광학계가 수학식 18을 만족할 경우, 제1 렌즈(101,111)의 오목한 센서측 면의 최대 Sag 값의 크기 즉, 센서측 면의 오목한 깊이에 따라 제1,2 렌즈 사이의 중심 간격(CG1)을 설정해 줄 수 있다. 또한 제1,2 렌즈 사이의 영역 상에 조리개(ST,ST2)의 위치를 설정해 줄 수 있다. 바람직하게, 3 < CG1/Max_Sag12 < 4를 만족할 수 있다.

[수학식 19]

3 < |Max_Sag31 / Max_Sag32| < 10

Max_Sag31은 상기 제3 렌즈(103,113)의 물체측 제5 면의 중심에서 상기 광축과 직교하는 직선으로부터 제5 면까지의 최대 광축 거리이다. Max_Sag32은 상기 제3 렌즈(103,113)의 센서측 제6 면의 중심에서 상기 광축과 직교하는 직선으로부터 제6 면까지의 최대 광축 거리이다. 제3 렌즈가 수학식 19를 만족할 경우, 상기 제3 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경 및 유효경을 설정해 줄 수 있다. 또한 제3 렌즈의 물체측 면과 센서측 면은 이미지 센서의 전 영역으로 광을 굴절시켜 주기 위한 Sag 값을 가질 수 있다.

[수학식 20]

|Max_Sag22| < Max_Sag31

Max_Sag22은 상기 제2 렌즈(102,112)의 센서측 제4 면의 중심에서 상기 광축과 직교하는 직선으로부터 제4 면까지의 최대 광축 거리이다. 상기 제2 렌즈의 센서측 면의 최대 Sag 값을 제3 렌즈의 물체측 면의 최대 Sag 값보다 작게 설정해 주어, 제2,3 렌즈 사이의 간격을 줄일 수 있고, 제2 렌즈를 통해 굴절된 광이 제3 렌즈의 전 영역으로 균일하게 입사될 수 있다.

[수학식 21]

0 < |Max_Sag12 / Max_Sag21| < 3

Max_Sag21은 상기 제1 렌즈(101,111)의 물체측 제2 면의 중심에서 상기 광축과 직교하는 직선으로부터 제2 면까지의 최대 광축 거리이다. 광학계가 수학식 21를 만족할 경우, 제1,2렌즈 군 내에서 서로 대면하는 두 렌즈 면의 Sag 값을 설정해 주어, 광의 굴절각을 제어할 수 있다. 바람직하게, 1 < |Max_Sag12 / Max_Sag21| < 2를 만족할 수 있다.

[수학식 22]

(CT2+CT3) < CG1

수학식 22는 제1,2 렌즈 군 사이의 중심 간격(CG1)을 제2,3 렌즈의 중심 두께보다 두껍게 설정해 주어, TTL을 조절할 수 있다.

[수학식 23]

1 < DLG2 / DLG1 < 3

DLG1은 제1 렌즈 군의 광축 거리이며, 예컨대 제1 렌즈의 물체측 면에서 센서측 면까지의 광축 거리이다. DLG2는 제2 렌즈 군의 광축 거리이며, 예컨대 제2 렌즈의 물체측 면에서 제3 렌즈의 센서측 면까지의 광축 거리이다. 광학계가 수학식 23을 만족할 경우, 조리개(ST,ST2)의 위치를 기준으로 5매 이하의 렌즈 또는 4매 이하의 렌즈들을 갖는 광축 거리를 각각 설정할 수 있다. 수학식 23에서 조리개의 물체 측에 배치된 제1 렌즈 군의 광축 거리는 센서측에 배치된 제2 렌즈 군의 광축 거리보다 작게 제공하여, 제1 렌즈(101,111)에 의해 발생되는 왜곡 및 색 수차를 보정할 수 있다. 바람직하게, 1.5 < DLG2 / DLG1 < 2.5를 만족할 수 있다. 수학식 23를 만족하므로, TTL이 20mm 이상의 광학계에서 발생될 수 있는 수차 및 왜곡을 줄여줄 수 있다.

[수학식 24]

0 < CG1 /TTL < 0.7

수학식 24에서 전체 길이(TTL) 대비 구면 렌즈들 사이의 중심 간격(CG1)을 설정해 주어, 구면 렌즈들의 유효경, 곡률 반경, 굴절률, 아베수 등을 설정할 수 있다. 바람직하게, 0 < CG1 /TTL < 0.5를 만족할 수 있다.

[수학식 25]

0 < CT3/TTL < 0.3

수학식 25에서 TTL을 기준으로 제3 렌즈의 중심 두께를 상기 범위로 설정해 주어, 제1,2 렌즈를 통해 입사된 광을 이미지 센서의 전 영역으로 굴절시켜 줄 수 있으며, 광학계의 색 수차를 개선할 수 있다.

[수학식 25-1]

0.5 < CT3/ImgH < 1.5

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 / L3R2| < 1

L2R1는 제2 렌즈의 제3 면의 곡률 반경이며, L3R2는 제3 렌즈의 제6 면의 곡률 반경을 의미한다. 수학식 26에서 제2 렌즈의 물체측 면과 제3 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경을 설정해 주어, 제2,3 렌즈의 파워를 제어할 수 있다. 이에 따라 화각의 중심부 및 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 바람직하게, 수학식 26은 0.2 < |L2R1 / L4R2| < 0.6를 만족할 수 있다.

[수학식 27]

1 < L3R1/CT3 < 10

L3R1은 제3 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경을 의미한다. 광학계가 수학식 27를 만족할 경우, 제3 렌즈의 파워를 제어하여, 입사된 광을 비구면 렌즈로 제어할 수 있으며, 비구면의 렌즈의 조립성 저하를 방지할 수 있다. 바람직하게, 1.5 < L3R1/CT3 < 5를 만족할 수 있다.

[수학식 28]

1 < L1R1 / L1R2 < 10

L1R1은 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경이며, L1R2는 제1 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경을 의미한다. 제1 렌즈가 수학식 28을 만족할 경우, 제1 렌즈의 물체측 면으로 입사된 광의 굴절각을 조절할 수 있다. 바람직하게, 3 < L1R1 / L1R2 < 6를 만족할 수 있다.

[수학식 29]

1 < L1R2 / L2R1 < 5

L1R2과 L2R1은 광축에서 서로 동일한 부호를 갖는 곡률 반경을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경이 양의 값이며, 제2 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경은 양의 값을 가질 수 있다. 이에 따라 제1,2 렌즈 군에서 서로 대면하는 두 렌즈 면의 곡률 반경을 설정해 주어, 구면 수차를 조절할 수 있다. 바람직하게, 2 < L1R2 / L2R1 < 4를 만족할 수 있다.

[수학식 30] |Vd1-Vd2 | < |Vd2-Vd3|

[수학식 30-1] |Vd1-Vd2 | < |Vd1-Vd3|

[수학식 30-2] |Ad1-Ad2| < |Ad2-Ad3|

[수학식 30-3] |Ad1-Ad2| < |Ad1-Ad3|

광학계는 수학식 30 내지 30-3 중 적어도 하나를 만족할 수 있다. Nd1, Nd2, Nd3는 제1,2, 3 렌즈의 d-line에서의 굴절률이며, Vd1,Vd2, Vd3는 제1,2,3 렌즈의 아베수이다. 유리 재질의 제1,2,3 렌즈의 굴절률과 아베수의 관계를 설정해 줄 수 있다. 또한, 구면 렌즈인 제1,2렌즈와, 비구면 렌즈인 제3 렌즈 간의 굴절률 및 아베수의 차이를 주어, 입사광을 분산시켜 제3 렌즈로 가이드할 수 있다.

제1 실시 예의 광학계는 수학식 30-4, 30-5 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.

[수학식 30-4] (Nd3*Vd3) < (Nd1*Vd1)

[수학식 30-5] (Nd3*Vd3) < (Nd2*Vd2)

제2 실시 예의 광학계는 수학식 30-6, 30-7 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.

[수학식 30-6] (Nd3*Vd3) > (Nd1*Vd1)

[수학식 30-7] (Nd3*Vd3) > (Nd2*Vd2)

[수학식 31]

0 < CT_Max /CG_Max < 1

수학식 31은 렌즈들 중 최대 중심 두께(CT_Max)와 인접한 렌즈들 사이의 최대 중심 간격(CG_Max)의 관계를 설정해 줄 수 있다. 수학식 31를 만족할 경우, 광학계는 설정된 화각에서 초점거리에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 0.2 < CT_Max /CG_Max < 0.7을 만족할 수 있다.

[수학식 32]

1 < CT_Max / CT_Min < 3

CT_Max는 렌즈들의 중심 두께 중에서 최대이며, CT_Min는 렌즈들의 중심 두께 중에서 최소이다. 수학식 32는 렌즈들의 중심 두께의 차이보다 작게 설정해 주어, 렌즈들의 조립성을 개선시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 1 < CT_Max / CT_Min < 2를 만족할 수 있다.

[수학식 33]

(CT_Max/CT_Min) < (CA_Max/CA_Min)

CA_Max는 렌즈 면들 중 최대 유효경이며, CA_Min는 렌즈 면들 중 최소 유효경이다. 수학식 33은 렌즈 면들의 유효경 차이를 렌즈들의 중심 두께의 차이보다 크게 설정해 주어, 5매 이하 또는 4매 이하의 렌즈들을 갖는 광학계에서 광학적 특성의 영향을 줄여줄 수 있고, 조립성 저하를 방지할 수 있다.

여기서, 상기 제1 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 유효경 차이는 제2,3 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 유효경 차이보다 클 수 있다. 또한 제2 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 유효경 차이는 3mm 이하일 수 있다. 또한 제3 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 유효경 차이는 3mm 이하일 수 있다. 상기 제2 렌즈의 유효경과 제3 렌즈의 유효경은 3mm 이하일 수 있다. 상기 제2,3 렌즈의 유효경은 물체측 면과 센서측 면의 유효경의 평균이며, 제1 렌즈의 물체측 면의 유효경보다 작고 센서측 면의 유효경보다 클 수 있다. 이와 같이, 각 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 유효경과 곡률 반경을 조절하여, 5매 이하 또는 4매 이하의 렌즈들을 통해 진행하는 광의 굴절각을 조절할 수 있다.

[수학식 34]

0.5 < ΣCT / ΣCG < 1.5

수학식 34에서 ΣCT는 렌즈들의 중심 두께의 합이며, ΣCG는 인접한 렌즈들 사이의 중심 간격들의 합이다. 수학식 34를 만족할 경우, 광학계는 설정된 화각에서 초점거리에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 실시 예는 0.8 < ΣCT / ΣCG < 1.2를 만족할 수 있다.

[수학식 35]

1 < ΣNd < 10

ΣNd는 복수의 렌즈 각각의 d-line에서의 굴절률들의 합을 의미한다. 수학식 35를 만족할 경우, 비구면 렌즈와 구면 렌즈가 혼합된 광학계(1000)에서 TTL을 제어할 수 있고, 향상된 해상력을 가질 수 있다. 또한 상대적으로 높은 굴절률을 갖는 유리 렌즈들과 상대적으로 중심 간격이 큰 구면 렌즈들을 광축 방향으로 배열하여, 렌즈 매수를 줄여줄 수 있다. 수학식 35은 바람직하게, 4 < ΣNd < 7를 만족할 수 있다.

[수학식 36]

1 < ΣVd / ΣNd < 20

ΣVd는 상기 복수의 렌즈 각각의 아베수(Abbe number)의 합을 의미한다. 수학식 36을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 향상된 수차 특성 및 해상력을 가질 수 있다. 수학식 36에서 렌즈들의 아베스 합과 굴절률의 합을 설정해 주어, 광학 특성을 제어할 수 있으며, 바람직하게 10 < ΣVd / ΣNd < 15를 만족할 수 있다.

[수학식 37]

1 < CA11 / CA_Min < 4

CA11는 제1 렌즈의 물체측 면의 유효경이며, CA_Min은 렌즈들의 물체측 면들과 센서측 면들 중 최소 유효경을 나타낸다. 수학식 37을 만족할 경우, 광학계는 입사광 제어, 광학 성능 유지하며 보다 슬림한 모듈을 제공할 수 있다. 수학식 37은 바람직하게, 1.5 < CA11 / CA_Min < 2.5를 만족할 수 있다.

[수학식 38]

1 < CA_Max / CA_Min < 4

CA_Max는 렌즈 면들의 물체측 면들과 센서측 면들 중 최대 유효경을 나타낸다. 수학식 38을 만족할 경우, 광학계는 광학 성능을 유지하며 슬림하고 컴팩트한 구조를 위한 크기를 설정할 수 있다. 수학식 38는 바람직하게, 1.5 < CA_Max / CA_Min < 3를 만족할 수 있다.

[수학식 39]

10mm < CA_Aver < 17mm

CA_Aver는 렌즈들의 물체측 면들과 센서측 면들의 유효경의 평균을 나타낸다. 수학식 39를 만족할 경우, 광학계는 광학 성능을 유지하며 슬림하고 컴팩트한 구조를 위한 크기를 설정할 수 있다. 수학식 39는 바람직하게, 11mm < CA_Max / CA_Aver < 15mm를 만족할 수 있다.

[수학식 40]

0 < CA_Min / CA_Aver < 1

수학식 40을 만족할 경우, 광학계는 광학 성능을 유지하며 슬림하고 컴팩트한 구조를 위한 크기를 설정할 수 있다. 수학식 40은 바람직하게, 0.4 < CA_Min / CA_Aver < 0.85를 만족할 수 있다.

[수학식 41]

1 < CA_Max / (2*ImgH) < 3

수학식 41는 렌즈 면들 중 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, 2 < CA_Max / (2*ImgH) < 3을 만족할 수 있다.

[수학식 42]

1 < TD / CA_Max < 3

TD는 제1 렌즈의 물체측 면의 중심에서 마지막 제3 렌즈의 센서측 면의 중심까지의 광축 거리이다. 상세하게, TD는 렌즈들의 최대 광축 거리이다. 수학식 42을 만족할 경우, 렌즈들의 전체 광축 거리와 렌즈 면들의 최대 유효경을 설정할 수 있어, 양호한 광학 성능을 위한 크기를 설정할 수 있다. 수학식 42는 바람직하게, 1 < TD / CA_Max < 2를 만족할 수 있다.

[수학식 42-1]

TD > SD

상기 SD는 조리개의 위치에서 마지막 렌즈의 센서측 면의 중심까지의 거리이다.

[수학식 43]

0 < CT_Max / TD < 0.7

수학식 43에서 렌즈들 중 최대 중심 두께와 렌즈들의 최대 광축 거리(TD)를 설정해 줄 수 있으며, 양호한 광학 성능을 개선시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 0.1 < CT_Max / TD < 0.5를 만족할 수 있다.

[수학식 44]

0 < F/CA31 < 0.5

F는 광학계의 유효 초점 거리(EFL)를 나타내며, 10mm 이하 예컨대, 1mm 내지 10mm 범위일 수 있다. 수학식 44에서 유효 초점 거리와 마지막 구면 렌즈의 물체측 면의 유효경 사이의 관계를 설정해 주어, 광학계 축소, 예컨대 TTL에 대한 영향을 조절할 수 있다. 수학식 44는 바람직하게, 0 < F / CA31 < 0.2를 만족할 수 있다.

[수학식 45]

0 < F / L1R1 < 0.5

수학식 44에서 광학계의 유효 초점 거리와 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경을 설정해 주어, 입사 광과 TTL에 대한 영향을 조절할 수 있다. 수학식 45는 바람직하게, 0 < F / L1R1 < 0.2를 만족할 수 있다.

[수학식 46]

1 < Max(CT/ET) < 3

Max(CT/ET)는 각 렌즈들의 중심 두께와 에지 두께의 비율이 최대 값을 나타낸다. 수학식 46을 만족할 경우, 광학계는 유효 초점 거리에 대한 영향을 조절할 수 있으며, 조립성을 개선할 수 있다. 수학식 46은 바람직하게, 1.5 < Max(CT/ET) < 2.5를 만족할 수 있다.

[수학식 47]

0 < EPD / L1R1 < 1

EPD는 상기 광학계(1000)의 입사동(Entrance Pupil)의 크기(mm)를 의미한다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 47을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 입사광을 제어할 수 있다. 수학식 47은 바람직하게, 0 < EPD / L1R1 < 0.5를 만족할 수 있다. 또한 EPD < BFL을 만족할 수 있다.

[수학식 48]

0 < │F1 / F3│ < 1

F1은 제1 렌즈의 초점 거리이며, F3은 제3 렌즈의 초점 거리이다. 수학식 48을 만족할 경우, 제1,3 렌즈의 파워를 제어하여 해상력을 개선시켜 줄 수 있으며, TTL 및 유효 초점 거리(F)에 영향을 줄 수 있다. 바람직하게, 0.2 < │F1 / F3│ < 0.9를 만족할 수 있다. 이에 따라 각 렌즈의 파워를 제어하여 비구면 렌즈로 효과적으로 광을 가이드할 수 있다.

조리개(ST,ST2)는 제1 렌즈(101,111)의 센서측 면에 배치된다. 조리개(ST,ST2)보다 센서측면에 배치되고 조리개(ST,ST2)와 가장 인접하게 배치되는 렌즈의 초점거리는 0보다 크다. 본 발명의 실시예에서 상기 제2 렌즈(102,112)의 초점거리인 F2가 0보다 크게 설계되어야 한다. 이 경우, 상기 제2 렌즈(102,112)가 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 갖고, 제3 렌즈(103,113)가 비구면 렌즈로 배치되므로, 제3 렌즈(103,113)의 물체측 면의 유효경을 증가시키지 않을 수 있다. 제3 렌즈(103)는 양의 파워를 가질 수 있다.

상기 제2, 3 렌즈의 합성 초점 거리(F23)는 양의 파워를 가질 수 있다. 즉, 조리개(ST,ST2) 보다 센서측에 배치된 렌즈 즉, 조리개보다 센서와 더 가깝도록 배치된 렌즈들의 합성 초점 거리(F23)는 0보다 크게 설계된다. 이 경우, 수평 화각(FOV_H) 90 이상에서 TTL을 줄여서 광학계를 소형화 할 수 있다.

[수학식 49]

Po2 * Po3 > 0

Po2는 제2 렌즈의 파워 값이며, Po3는 제3 렌즈의 파워 값이다. 즉, 제2,3렌즈의 파워는 서로 동일한 양의 파워를 갖고 있어, 수차를 개선할 수 있으며, 비구면 렌즈로 광을 효과적으로 가이드할 수 있다.

[수학식 50]

1 < │Vd2-Vd3│ < 20

수학식 50에서 Vd2는 제2 렌즈의 아베수이며, Vd3는 제3 렌즈의 아베수이다. 수학식 50를 만족할 경우, 인접한 두 렌즈의 아베수 차이를 일정 값 이상으로 유지할 수 있으며, 색수차를 개선시켜 줄 수 있다. 수학식 50은 바람직하게, 5 < │Vd2-Vd3│ < 18를 만족할 수 있다.

[수학식 51]

0 < F23 / F1 < 2

수학식 51에서 제2,3 렌즈의 합성 초점 거리(F23)와 제1 렌즈의 초점거리(F1)의 관계를 설정해 주어, 렌즈들의 파워를 제어하여 해상력을 개선시켜 줄 수 있으며, 광학계를 슬림하고 컴팩트한 크기로 제공할 수 있다. 수학식 51은 바람직하게, 0.5 < F23 / F1 < 1를 만족할 수 있다.

[수학식 52]

20mm < TTL < 40mm

TTL(Total track length)은 상기 제1 렌즈(101)의 제1 면(S1)의 중심에서 상기 이미지 센서(300)의 표면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다. 수학식 52에서 TTL을 40mm 미만으로 설정하여, 소형화된 차량용 광학계를 제공할 수 있다. 바람직하게, 23mm < TTL < 37mm를 만족할 수 있다.

[수학식 53]

2mm < ImgH

수학식 53는 이미지 센서(300)의 대각 길이의 1/2를 설정할 수 있으며, 차량용 센서 사이즈를 갖는 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 53은 바람직하게, 3mm < ImgH < 5mm를 만족할 수 있다.

[수학식 54]

3mm < BFL < 8mm

수학식 54에서 BFL(Back focal length)은 3 mm 초과 8mm 미만으로 설정하여, 상기 이미지 센서(300) 상에 광학 필터(500) 또는 광학 필터 및 커버 글라스의 설치공간을 확보할 수 있고, 이미지 센서(300)와 마지막 렌즈 사이의 간격을 통해 구성 요소들의 조립성을 개선하며 결합 신뢰성을 개선할 수 있다. 수학식 54는 바람직하게, 4mm < BFL < 7.5mm를 만족할 수 있다. 상기 BFL이 수학식 54의 범위 미만인 경우 이미지 센서로 진행되는 일부 광이 이미지 센서로 전달되지 못하여 해상도 저하의 원이 될 수 있다. 상기 BFL이 수학식 54의 범위를 초과하는 경우 잡광이 유입되어 광학계의 수차 특성이 저하될 수 있다.

[수학식 55]

1 < BFL/CG2 < 3

수학식 55에서 BFL(Back focal length)과 제2,3 렌즈 사이의 중심 간격(CG2)을 설정하여, 광학 필터(500) 또는/및 커버 글라스의 설치 공간과 유리 렌즈와 플라스틱 렌즈 사이의 간격에 따라 구성 요소들의 결합 신뢰성을 개선할 수 있다. 수학식 55에서 1.8 < BFL / CG2 < 2.8를 만족할 수 있다. 상기 제1,2 렌즈 사이의 중심 간격(CG2)은 렌즈부 내에서 가장 클 수 있다.

[수학식 56]

0 < CT1 / BFL < 2

수학식 56에서 BFL(Back focal length)을 제1 렌즈의 중심 두께보다 크게 설정하여, 광학 필터(500) 또는/및 커버 글라스의 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 56을 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 < 1를 만족할 수 있다.

[수학식 57]

2mm < F < 8mm

수학식 57는 전체 유효초점 거리(F)를 차량용 광학계에 맞게 설정할 수 있다. 수학식 57는 2mm < F < 6mm 또는 3mm < F < 5mm 범위를 만족할 수 있다.

[수학식 58]

80도 < FOV < 150도

수학식 58에서 FOV(Field of view)는 상기 광학계(1000)의 대각 방향의 화각(Degree)을 의미하며, 80도 초과의 차량용 광학계를 제공할 수 있다. 바람직하게, 90도 < FOV < 135도를 만족할 수 있다. 상기 FOV는 수신 성능 범위를 위한 최소 값일 수 있다. 여기서, 상기 광학계(1000)의 수평 화각은 대각 화각보다 작으며, 90도 초과일 수 있으며, 수직 화각은 수평 화각보다 작으며, 70도 초과일 수 있다.

[수학식 59]

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 59는 광학계의 전체 광축 길이와 최대 유효 경의 관계를 설정하여, 개선된 차량용 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 59는 바람직하게, 1.4 < TTL / CA_Max < 2를 만족할 수 있다. 여기서, CA_Max는 제1 렌즈의 물체측 면의 유효경이다.

[수학식 59-1]

2 < TTL / CA12 < 5

여기서, CA12는 제1 렌즈의 센서측 면의 유효경이며, 최소 유효경이다. 바람직하게, 3 < TTL / CA12 < 4.5를 만족할 수 있다. 수학식 59-1를 만족할 경우, 제1,2 렌즈 사이를 향해 진행하는 광의 광량을 조절할 수 있다.

[수학식 60]

5 < TTL / ImgH < 50

수학식 60은 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 60을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 차량용 이미지 센서(300)의 적용을 위한 TTL을 가질 수 있어, 보다 개선된 화질을 제공할 수 있다. 수학식 60은 바람직하게, 6 < TTL / ImgH < 9을 만족할 수 있다.

[수학식 61]

1 < BFL / ImgH < 3

수학식 61은 이미지 센서(300)와 마지막 렌즈 간의 광축 간격(BFL)과 이미지 센서(300)의 광축에서 대각 방향의 길이의 관계를 설정할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 61을 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 61은 바람직하게, 1.2 < BFL / ImgH < 2를 만족하며, BFL > ImgH의 조건을 만족할 수 있다.

[수학식 62]

1 < TTL / BFL < 10

수학식 62는 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 62을 만족할 경우, 상기 광학계(1000)는 BFL을 확보할 수 있다. 즉, TTL을 40mm 미만으로 설정하여, 충분한 BFL을 확보하여 차량용 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 62는 바람직하게, 3 < TTL / BFL < 8를 만족할 수 있다.

[수학식 63]

5 < TTL / F < 15

수학식 63은 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 63은 바람직하게, 6 < TTL / F < 10를 만족할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(1000)가 수학식 63을 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 63의 하한치 미만인 경우, 렌즈들의 파워를 증가시켜 할 필요가 있어, 구면수차 또는 왜곡 수차의 보정이 어려워지며, 수학식 63의 상한치 초과인 경우, 렌즈들이 유효경이나 TTL이 길어지게 되어, 촬상 렌즈계가 대형화되는 문제가 발생될 수 있다.

[수학식 64]

0 < F / BFL < 2

수학식 64는 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 64를 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 64는 바람직하게, 0.4 < F / BFL < 1를 만족할 수 있다.

[수학식 65]

0 < F / ImgH < 2

수학식 65는 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 65는 바람직하게, 0.5 < F / ImgH < 1.2를 만족할 수 있다.

[수학식 66]

0 < F / EPD < 2

수학식 66은 상기 광학계(1000)의 전체 유효초점 거리(F)와 입사동 크기를 설정할 수 있다. 이에 따라 광학계의 전체 밝기를 제어할 수 있다. 수학식 66은 바람직하게, 0.5 < F / EPD < 1.5를 설정할 수 있다.

[수학식 67]

0 < BFL / TD < 0.5

수학식 67는 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 67는 바람직하게, 0.1 < BFL / TD < 0.4를 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 제3 렌즈와 상기 이미지센서 사이의 거리가 길어지며, 이로 인해 상기 제3 렌즈와 상기 이미지센서 사이를 통해 불필요한 광량이 증가될 수 있고 이로 인해 수차 특성이 저하되는 등 해상력이 낮아지는 문제가 있다.

[수학식 68]

0 < EPD/ImgH/FOV < 0.2

수학식 68은 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 68은 바람직하게, 0 < EPD/ImgH/FOV < 0.05를 만족할 수 있다.

[수학식 69]

50 < FOV / F#

수학식 69는 광학계의 대각 방향의 화각과 F 넘버의 관계를 설정할 수 있다. 수학식 69는 바람직하게, 70 < FOV / F#를 만족할 수 있다. 여기서, F#는 2.0 이하로 제공하여, 밝은 화상을 제공할 수 있다.

[수학식 70]

70 < TTL*nL < 110

수학식 70는 광학계의 전체 길이와 전체 렌즈매수를 곱한 값으로, 렌즈들의 매수를 설정할 수 있다. 바람직하게, 수학식 70는 80 < TTL*nL < 100을 만족할 수 있다. 40mm 미만의 TTL을 갖는 광학계 내에서 유리 렌즈들에 의해 색 분산 및 굴절각을 조절할 수 있다.

[수학식 71]

8 < ImgH*nL < 15

수학식 71는 이미지 센서의 길이와 렌즈들의 매수를 곱한 값으로, 렌즈들의 렌즈 매수에 따른 이미지 센서의 길이를 설정할 수 있다. 바람직하게, 수학식 71은 10 < ImgH*nL < 14를 만족할 수 있다. 5mm 이하의 ImgH를 갖는 광학계 내에서 유리 렌즈들에 의해 색 분산 및 굴절각을 조절할 수 있다.

[수학식 72]

5 < TTL*nGL < 10

수학식 72은 TTL과 유리 렌즈들의 매수를 설정할 수 있으며, 10mm 이하의 TTL을 갖는 광학계 내에서 유리 렌즈들에 의해 색 분산 및 굴절각을 조절할 수 있다.

[수학식 73]

1 < Nss/Nass < 3

수학식 73은 렌즈들에서 렌즈 면들 중 구면 개수(Nss)와 비구면 개수(Nass)를 설정해 줄 수 있다. 수학식 73을 만족할 경우, 렌즈들의 구면의 렌즈 면과 비구면의 렌즈 면들을 조절하여, 이미지 센서의 전 영역으로 광을 가이드할 수 있다.

[수학식 74]

수학식 74에서 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 36 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 수학식을 만족할 수 있다. 수학식 1 내지 46 중 적어도 하나 또는 둘 이상은 수학식 37 내지 72 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 36 중 적어도 하나 또는/및 수학식 37 내지 72 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 3은 제1,2실시 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), 두께(mm), TTL(mm), 제1 면(S1)에서 제8 면(S8)까지의 광축 거리인 TD(mm), 상기 제1 내지 제3 렌즈들 각각의 초점 거리(F1,F2,F3)(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 및 제3 렌즈의 합성 초점 거리, F 넘버 등에 대한 것이다.

항목	실시예1	실시예2	항목	실시예1	실시예2
F	3.831	3.810	ET1	5.275	5.669
F1	-7.198	-7.637	ET2	1.501	2.000
F2	30.232	12.187	ET3	1.502	2.000
F3	19.072	9.342	F-number	1.100	1.100
F23	6.594	6.761	FOV (대각)	123.129	123.301
FLG1	-7.198	-7.637	EPD	3.483	3.482
FLG2	6.594	6.761	BFL	6.264	5.898
∑Nd	5.992	5.810	TD	23.886	25.102
∑Ad	73.208	91.820	ImgH	4.000	4.000
∑CT	12.277	12.605	SD	13.000	12.484
∑CG	11.609	12.498	TTL	30.150	123.301
∑ET	8.279	9.6693

표 4는 실시 예의 광학계(1000)에서 상술한 수학식 1 내지 수학식 36에 대한 결과 값에 대한 것이다. 표 2을 참조하면, 광학계(1000)는 수학식 1 내지 수학식 36 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 36을 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		실시예1	실시예2
1	1 < CT1 / CT2 < 4	1.441	1.265
2	1 < CG1 / CT1 < 3	1.692	2.004
3	Po1 < 0	만족	만족
4	1.75 < Nd1 < 2.2	2.017	2.001
5	L1R1 > 0	18.288	21.568
6	L1R2 < L2R1	만족	만족
7	1 < CG1 / BFL < 6	1.387	1.710
8	1 < CA11 / CA12 < 4	2.205	2.163
9	0.5 < (CA12*CT1) / (CA21*CT2) < 1.5	0.824	0.868
10	0.5 < CT1 / (CT2+CT3) < 1.5	0.719	0.664
11	0.5 < CT2 / CT3 < 1.5	0.994	1.105
12	1 < CA11 / CA31 < 3	1.357	1.722
13	1 < CA2 / CT2 < 5	3.931	3.270
14	0.5 < CA22 / CA31 < 1.5	1.077	1.134
15	0.5 < CT2/CG2 < 2	1.219	1.646
16	0.5 < CT3/CG2 < 2	1.226	1.490
17	0.5 < Max_Sag11/Max_Sag12 < 1.5	0.919	0.810
18	2 < CG1/Max_Sag12 < 5	3.540	3.621
19	3 < |Max_Sag31 / Max_Sag32| < 10	4.694	8.398
20	|Max_Sag22| < Max_Sag31	만족	만족
21	0 < |Max_Sag12 / Max_Sag21| < 3	1.325	1.424
22	(CT2+CT3) < CG1	만족	만족
23	1 < DLG2 / DLG1 < 3	1.960	1.986
24	0 < CG1 /TTL < 0.7	0.288	0.325
25	0 < CT3/TTL < 0.3	0.097	0.078
26	0 < |L2R1 / L3R2| < 1	0.494	0.201
27	1 < L3R1 / CT3 < 10	2.913	2.283
28	1 < L1R1 / L1R2 < 10	4.076	4.430
29	1 < L1R2 / L2R1 < 5	3.397	2.419
30	(Nd3*Vd3) < (Nd1*Vd1)	만족	만족
31	0 < CT_Max / CG_Max < 1	0.591	0.499
32	1 < CT_Max / CT_Min < 3	1.441	1.398
33	(CT_Max/CT_Min) < (CA_Max/CA_Min)	만족	만족
34	0.5 < ΣCT / ΣCG < 1.5	1.057	1.009
35	1 < ΣNd <10	5.992	5.810
36	1 < ΣVd / ΣNd <20	12.218	15.804

표 5은 실시 예의 광학계(1000)에서 상술한 수학식 37 내지 수학식 72에 대한 결과 값에 대한 것이다. 표 5를 참조하면, 광학계(1000)는 수학식 37 내지 수학식 72 중 적어도 하나, 두 개 이상 또는 세 개 이상을 만족하는 것을 알 수 있다. 자세하게, 실시예에 따른 광학계(1000)는 상기 수학식 37 내지 수학식 72을 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		실시예1	실시예2
37	1 < CA11 / CA_Min < 4	2.205	2.163
38	1 < CA_Max / CA_Min < 4	2.205	2.163
39	10 < CA_Aver < 17	13.273	12.663
40	0 < CA_Min / CA_Aver < 1	0.603	0.704
41	1 < CA_Max / (2*ImgH) < 3	2.205	2.411
42	1 < TD / CA_Max < 3	1.354	1.301
43	0 < CT_Max / TD < 0.7	0.215	0.200
44	0 < F / CA31 < 0.5	0.085	0.098
45	0 < F / L1R1 < 0.5	0.060	0.051
46	1 < Max (CT/ET) < 3	2.384	1.988
47	0 < EPD/L1R1 < 1	0.190	0.161
48	0 < |F1 / F3| < 1	0.377	0.818
49	Po2 * Po3 > 0	만족	만족
50	1 < |Vd2-Vd3| < 20	7.617	15.545
51	0 < |F23 / F1| < 2	0.916	0.885
52	20 < TTL < 40	30.150	31.000
53	2 < ImgH	4.000	4.000
54	3< BFL < 8	6.264	5.898
55	1 < BFL / CG2 < 3	2.145	2.442
56	0 < CT1 / BFL < 2	0.820	0.853
57	2 < F < 8	3.831	3.810
58	80 < FOV <150	123.13	123.30
59	1 < TTL / CA_Max < 3	1.709	1.607
60	5 < TTL / ImgH < 10	7.538	7.750
61	1 < BFL / ImgH < 3	1.566	1.474
62	1 < TTL / BFL < 10	4.813	5.256
63	5< TTL / F < 15	7.870	8.136
64	0 < F / BFL < 2	0.612	0.646
65	0 < F / ImgH < 2	0.958	0.953
66	0 < F / EPD < 2	1.100	1.094
67	0 < BFL/TD < 0.5	0.262	0.235
68	0 < EPD/Imgh/FOV < 0.2	0.009	0.009
69	50 < FOV / F#	111.936	112.092
70	70 < TTL*nL < 110	90.450	93.000
71	8 < ImgH*nL < 15	12.000	12.000
72	1 < Nss/Nass < 3	2	2

도 19는 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈 또는 광학계가 적용된 차량의 평면도의 예이다.

도 19를 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 제1,2실시 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 ,111 제2 렌즈: 102,112
제3 렌즈: 103,113 렌즈부: 100,100A
이미지 센서: 300 필터: 500
광학계: 1000

Claims (21)

1. 물체에서 이미지 센서를 향해 광축으로 정렬된 제1 렌즈 내지 제3 렌즈를 포함하고,
   상기 제1 렌즈의 파워는 음이고,
   상기 제1 내지 제3 렌즈는 유리 재질이며,
   상기 제1 렌즈의 물체측 면의 중심에서 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리는 TTL이며,
   상기 제3 렌즈의 센서측 면의 중심에서 상기 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리는 BFL이며,
   수학식: 3 < TTL / BFL < 8
   을 만족하는 광학계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 렌즈의 물체측 면은 광축 상에서 볼록한 형상을 가지며,
   상기 제1 렌즈의 센서측 면은 광축 상에서 오목한 형상을 가지며,
   상기 제1 내지 제3 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 최대 유효경은 CA_Max이며,
   상기 제1 내지 제3 렌즈의 물체측 면과 센서측 면의 최소 유효경은 CA_Min이며,
   수학식: 1 < CA_Max / CA_Min < 4
   을 만족하는 광학계.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 제2 렌즈의 파워는 양이고,
   상기 제2 렌즈의 물체측 면은 광축 상에서 볼록한 형상을 가지며,
   상 제2 렌즈의 센서측 면은 광축 상에서 볼록한 형상을 가지는 광학계.
4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제3 렌즈의 파워는 양이며,
   상기 제3 렌즈의 물체측 면은 광축 상에서 볼록한 형상을 가지며,
   상기 제3 렌즈의 센서측 면은 광축 상에서 볼록한 형상을 가지는 광학계.
5. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 중심 간격은 CG1이며,
   상기 제1 렌즈의 중심 두께는 CT1이며, 상기 CT1은 상기 제2,3 렌즈 각각의 중심 두께보다 크며,
   수학식: 1 < CG1 / CT1 < 3
   을 만족하는 광학계.
6. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경은 L2R1이며,
   상기 제2 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경은 L2R1이며,
   수학식: L1R2 < L2R1
   을 만족하는 광학계.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 제1 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경의 절대 값은 상기 제1 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경의 절대 값을 제외한 상기 제1 내지 제3 렌즈 각각의 물체측 면과 센서측 면의 곡률 반경의 절대 값보다 작은, 광학계.
8. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 둘레에 조리개를 포함하는 광학계.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 제1 렌즈의 물체측 면의 둘레에 다른 조리개를 더 포함하고,
   상기 다른 조리개의 개구 홀의 크기는 상기 조리개의 개구 홀의 크기보다큰 광학계.
10. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학계의 대각 화각은 FOV이며,
    수학식: 80° < FOV <150°
    을 만족하는 광학계.
11. 광축으로 정렬된 제1 렌즈 내지 제3 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 렌즈의 파워는 상기 제2,3 렌즈 중 적어도 하나의 파워와 반대의 부호를 가지며,
    상기 제2,3 렌즈의 합성 초점 거리는 양의 값을 가지며,
    상기 제1 렌즈의 물체측 면과 센서측 면은 구면이며,
    상기 제3 렌즈의 물체측 면과 센서측 면은 비구면이며,
    상기 제1 내지 제3 렌즈의 굴절률은 1.8 이상이며,
    상기 제1 렌즈의 물체측 면의 중심에서 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리는 TTL이며,
    상기 제3 렌즈의 센서측 면의 중심에서 상기 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리는 BFL이며,
    수학식: 3 < TTL / BFL < 8
    을 만족하는 광학계.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 렌즈는 유리 재질인 광학계.
13. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 물체측 면은 광축 상에서 볼록한 형상을 가지며, 상기 광학계의 렌즈들 중에서 최대 유효경을 가지는, 광학계.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 센서측 면은 상기 광축 상에서 오목한 형상을 가지며, 상기 광학계의 렌즈들 중에서 최소 유효경을 가지는, 광학계.
15. 제11 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학계의 렌즈 면들 중 최대 유효경은 CA_Max이며,
    수학식: 1 < TTL / CA_Max < 3
    을 만족하는 광학계.
16. 제11 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이미지 센서의 대각 길이의 1/2은 ImgH이며,
    수학식: 5 < TTL / ImgH < 10
    을 만족하는 광학계.
17. 제11 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 렌즈 중 적어도 하나는 광축 상에서 양면이 볼록한 형상을 갖는, 광학계.
18. 제11 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 렌즈 사이의 중심 간격은 CG1이며,
    수학식: BFL< CG1
    을 만족하는 광학계.
19. 제11 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 둘레에 조리개를 포함하는 광학계.
20. 제19 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 물체측 면의 둘레에 상기 조리개의 개구 홀보다 더 큰 개구홀을 갖는 다른 조리개를 더 포함하는 광학계.
21. 이미지센서; 및
    물체에서 상기 이미지 센서를 향해 광축으로 정렬된 제1 렌즈 내지 제3 렌즈; 및
    상기 이미지 센서와 상기 제3 렌즈 사이에 배치된 광학 필터를 포함하며,
    상기 제1 렌즈의 파워는 음이고,
    상기 제2,3 렌즈의 파워는 양이고,
    상기 제1 렌즈 내지 상기 제3 렌즈 중 상기 이미지 센서에 인접한 렌즈는물체측 면과 센서측 면이 비구면이며,
    상기 제1 렌즈 내지 상기 제3 렌즈의 굴절률은 1.8 이상이며,
    물체에 가장 인접한 렌즈의 물체측 면과 상기 이미지 센서 사이의 거리는 TTL이고,
    상기 제3 렌즈의 센서측 면의 중심에서 상기 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리는 BFL이며,
    수학식: 3 < TTL / BFL < 8을 만족하고,
    상기 광학계의 대각 화각은 FOV이며,
    수학식: 80도 < FOV <150도를 만족하고,
    TTL은 20mm 초과 및 40mm 미만인 카메라 모듈.