WO2020141827A1 - 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈 - Google Patents
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- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
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Definitions
- the present invention relates to a camera module, and more particularly, to an optical system and a camera module including the same.
- 3D content is applied not only in games and culture, but also in many fields such as education, manufacturing, and autonomous driving, and depth map is required to acquire 3D content.
- Depth information is information indicating a distance in space, and indicates perspective information of another point with respect to one point of a 2D image.
- a method of acquiring depth information a method of projecting an IR (Infrared) structural light to an object, a method using a stereo camera, and a time of flight (TOF) method are used.
- the TOF method the distance from the object is calculated by measuring the flight time, that is, the time when the light is reflected by shooting.
- the biggest advantage of the ToF method is that it provides distance information for 3D space in real time quickly.
- the user can obtain accurate distance information without applying a separate algorithm or hardware correction.
- accurate depth information can be obtained by measuring a very close subject or a moving subject.
- An object of the present invention is to provide an optical system and a camera module including the same.
- the optical system according to an embodiment of the present invention includes a first lens, a second lens, a third lens, and a fourth lens sequentially arranged from an object side to an image side, and has an f value of 1.7 or less.
- the ratio (TTL/f value) of the total top length (TTL) to the f value is 2.1 to 3.
- Each of the first lens and the third lens may have a positive power, and the fourth lens may have a negative power.
- the ratio f3/f1 of the focal length f3 of the third lens to the focal length f1 of the first lens may be 0.5 to 1.5.
- the first lens includes a convex water side and a concave image side
- the third lens includes a concave water side and a convex image side
- the fourth lens may include a convex water side and a concave image side.
- the f-value may be 1.5 or less, and a ratio (TTL/f-value) of the total top length (TTL) to the f-value may be 2.4 to 3.
- the f-value is 1.4 or less, and a ratio (TTL/f-value) of a total top length (TTL) to the f-value may be 2.6 to 2.9.
- the first distance between the image side of the first lens and the water side of the second lens, the second distance between the image side of the second lens and the water side of the third lens, and the image side of the third lens and the first 4 Of the third distances between the water sides of the lens, the third distance may be the shortest.
- the third refractive index may be the largest among the first refractive index of the first lens, the second refractive index of the second lens, the third refractive index of the third lens, and the fourth refractive index of the fourth lens.
- At least one of the water side and the image side of the fourth lens may include at least one inflection point.
- a camera module includes an image sensor, a filter disposed on the image sensor, and an optical system disposed on the filter, the optical system sequentially from an object side to an image It comprises a first lens, a second lens, a third lens and a fourth lens arranged as, f value is 1.7 or less, the ratio of the total value of the TTL (Total Top Length) to the f value (TTL / f value) is 2.1 To 3.
- Depth information of the object is extracted by using the light received by the image sensor, after passing through the optical system and the filter, after an optical output unit outputting light to an object, output from the optical output unit and reflected from the object
- the image processing unit may extract depth information of the object by using a phase difference between light output from the light output unit and light received by the image sensor.
- the filter is tilted according to a predetermined rule, and a path of light received by the image sensor may be shifted according to a predetermined rule according to the tilting of the filter.
- the present invention it is possible to obtain an optical system and a camera module that can be realized in a small size with high resolution even in a low light environment.
- the camera module according to an embodiment of the present invention may be applied to implement a ToF function.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical system according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of an optical system according to a second embodiment of the present invention.
- FIG 3 is a cross-sectional view of an optical system according to a third embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is a cross-sectional view of an optical system according to a fourth embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a cross-sectional view of an optical system according to a fifth embodiment of the present invention.
- 6 to 10 are graphs of measuring spherical aberration, astigmatic field curves, and distortion of the optical system according to the first to fifth embodiments.
- FIG. 11 is a cross-sectional view of a camera module to which an optical system according to an embodiment of the present invention is applied.
- FIG. 12 is a block diagram of a camera module for extracting depth information according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 13 is a view for explaining an electrical signal generation process according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 15(a) is a view for explaining an optical path change of an input light signal by a tilting unit
- FIG. 15(b) is for explaining input light data interpolation by moving pixels in sub-pixel units within an image sensor. It is a drawing.
- a singular form may also include a plural form unless specifically stated in the phrase, and is combined with A, B, and C when described as "at least one (or more than one) of A and B, C". It can contain one or more of all possible combinations.
- first, second, A, B, (a), and (b) may be used.
- a component when a component is described as being'connected','coupled' or'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled or connected to the other component, but also to the component It may also include the case of'connected','coupled' or'connected' due to another component between the other components.
- top (top) or bottom (bottom) when described as being formed or disposed in the “top (top) or bottom (bottom)" of each component, the top (top) or bottom (bottom) is one as well as when the two components are in direct contact with each other It also includes a case in which another component described above is formed or disposed between two components.
- up (up) or down (down) when expressed as “up (up) or down (down)", it may include the meaning of the downward direction as well as the upward direction based on one component.
- the optical system includes a first lens, a second lens, a third lens, and a fourth lens sequentially arranged from an object side to an image side, and has an f value of 1.7 or less.
- the ratio of the total top length (TTL) to the f value (TTL/f value) is 2.1 to 3.
- each of the first lens and the third lens may have a positive power
- the fourth lens may have a negative power.
- the power of each lens can be expressed by the reciprocal of the focal length of each lens.
- a ratio (f3/f1) of the focal length f3 of the third lens to the focal length f1 of the first lens may be 0.5 to 1.5. According to this, the optical system can be miniaturized, chromatic aberration can be maintained satisfactorily, and distortion can be satisfactorily corrected.
- the optical system according to an embodiment of the present invention includes a first distance between an image side of the first lens and the water side of the second lens, a second distance between the image side of the second lens and the water side of the third lens, and a third lens Of the third distance between the image side of the and the water side of the fourth lens, the third distance may be the shortest.
- the third distance is shortest by designing the image side surface of the third lens as a convex shape and the water side surface of the fourth lens as a convex shape. This has the effect of reducing the TTL of the optical system and improving the resolution.
- the third refractive index may be the largest among the first refractive index of the first lens, the second refractive index of the second lens, the fourth refractive index of the third lens, and the fourth refractive index of the fourth lens. Accordingly, since the sensitivity of the third lens is reduced, manufacturing tolerances when manufacturing the third lens may be widened.
- Table 1 is a cross-sectional view of an optical system according to a first embodiment of the present invention.
- Table 1 shows the optical properties of the four lenses according to the first embodiment.
- the total effective focal length (EFL) is 2.2765 mm
- the TTL is 3.7 mm
- the F value is 1.39.
- Tables 2 to 3 show the conic constant and aspheric coefficient for each lens constituting the optical system according to the first embodiment.
- the optical system 100 includes a first lens 110, a second lens 120, a third lens 130, and a fourth lens that are sequentially arranged from an object side to an image side. 140.
- the filter 20 may be disposed on the image sensor 10, and the optical system 100 may be disposed on the filter 20.
- the light reflected from the object passes through the first to fourth lenses 110 to 140 and the filter 20 of the optical system 100 sequentially and is received by the image sensor 10.
- the filter 20 may be an IR (Infrared) filter.
- the filter 20 may block near infrared rays, for example, light having a wavelength of 700 nm to 1100 nm, from light entering the camera module.
- the image sensor 10 may be connected to a printed circuit board by a wire.
- the optical system 100 according to the first embodiment of the present invention has an f value of 1.7 or less, preferably 1.5 or less, more preferably 1.4 or less, and the ratio of the total top length (TTL) to the f value (TTL/f Value) is 2.1 to 3, preferably 2.4 to 3, more preferably 2.6 to 2.9.
- TTL total top length
- TTL/f Value the ratio of the total top length
- the f value of the optical system 100 according to the first embodiment may be 1.39
- the TTL may be 3.7
- the TTL/f value may be 2.66.
- the f-value may refer to a ratio (f/D) of the focal length f of the lens with respect to the effective diameter D of the aperture. Accordingly, as the f-value decreases, the diameter of the aperture and the diameter of the lens may increase, and the amount of light gathered may increase. On the other hand, as the f-value increases, the diameter of the aperture and the diameter of the lens may decrease, and the amount of light gathering may decrease.
- TTL Total Top Length refers to the distance from the image sensor 10 that the image is formed to the first surface of the optical system 100.
- TTL may mean a distance from the image sensor 10 to which the image is formed to the water side 112 of the first lens 110.
- the optical system may be difficult to configure or the performance may be poor, so it may be difficult to apply in a low-light environment.
- the TTL/f value exceeds 3
- the size of the optical system increases, making it difficult to apply to a mobile terminal. Can lose.
- the first lens 110 has a positive (+) power. Accordingly, the first lens 110 may provide a portion of the refractive power required by the optical system 100.
- the water side 112 of the first lens 110 is convex, and the image side 114 can be concave. That is, the first lens 110 may have a meniscus shape.
- the refractive power of the first lens 110 may be enhanced.
- the convex convex shape of the water side 112 and the image side 114 of the first lens 110 is also possible, but when the image side 114 of the first lens 110 is concave, the dispersion power of light becomes stronger and resolution Can be improved.
- the second lens 120 has a negative (-) power, the water side 122 of the second lens 120 is concave, the image side ( 124) may be concave. As such, the second lens 120 may have a positive concave shape.
- the third lens 130 has a positive (+) power
- the water side 132 of the third lens 130 is concave
- the image side ( 134) may be convex.
- the third lens 130 may have a meniscus shape, and at least one of the water side 132 and the image side 134 of the third lens 130 may include at least one inflection point.
- the thickness of the third lens 130 may be greater than the thickness of the second lens 120.
- the fourth lens 140 has a negative (-) power
- the water side 142 of the fourth lens 140 is convex
- the image side ( 144) may be concave.
- the absolute value of the radius of curvature of the water side 142 of the fourth lens 140 may be greater than the absolute value of the radius of curvature of the image side 144.
- at least one inflection point of at least one of the water side surface 142 and the image side surface 144 of the fourth lens 140 other than the intersection with the optical axis may be included.
- the inflection point means a point on an aspherical surface in which the tangent plane of the aspherical vertex is perpendicular to the optical axis in the curve of the lens cross-sectional shape within the effective radius. Accordingly, the maximum emission angle of the main light received by the image sensor 10 can be adjusted, so that the phenomenon that the peripheral portion of the screen is darkened can be prevented.
- At least one of the first lens 110 to the fourth lens 150 may be made of plastic. Accordingly, it is possible to implement an optical system that is lightweight and inexpensive to manufacture.
- an aperture may be further disposed between the first lens 110 and the second lens 120.
- the aperture can selectively converge the incident light to adjust the focal length.
- the focal length f1 of the first lens 110 may be 0.5 mm to 10 mm.
- the focal length f1 of the first lens 110 is less than 0.5 mm, the sensitivity of the lens may be high, and manufacturing may be difficult. If it exceeds 10 mm, aberration correction may be difficult due to insufficient lens refractive power.
- the absolute value of the focal length of the third lens 130 may be greater than the absolute value of the focal length of the second lens 120. If the absolute value of the focal length of the third lens 130 is equal to or less than the absolute value of the focal length of the second lens 120, the ratio of the refractive power of the lens may collapse, making it difficult to match the resolution.
- the ratio f3/f1 of the focal length f3 of the third lens 130 to the focal length f1 of the first lens 110 may be 0.5 to 1.5.
- the ratio f3/f1 of the focal length f3 of the third lens 130 to the focal length f1 of the first lens 110 may be 1.08. If the ratio f3/f1 of the focal length f3 of the third lens 130 to the focal length f1 of the first lens 110 is less than 0.5, the overall size of the optical system 100 may be increased, and 1.5 If exceeded, the resolution may be lowered.
- the first distance between the image side 114 of the first lens 110 and the water side 122 of the second lens 120, the image side 124 and the third lens 130 of the second lens 120 ), the third distance between the second distance between the water side 132 of the third lens 130 and the image side 134 of the third lens 130 and the water side 142 of the fourth lens 140 is 0.2 mm It may be smaller, and the third distance of the first distance, the second distance, and the third distance may be the shortest. That is, referring to Table 1, the third distance may be 0.1 mm, which may be shorter than the first distance and the second distance.
- the third refractive index of the first refractive index of the first lens 110, the second refractive index of the second lens 120, the third refractive index of the third lens 130 and the fourth refractive index of the fourth lens 140 It can be the largest. That is, referring to Table 1, it can be seen that the index constant of the third lens 130 is 1.661, which has the largest refractive index with the fourth lens 140.
- the thickness (mm) represents the distance from each lens surface to the next lens surface. That is, the thickness described on the water side 112 of the first lens 110 represents the distance from the water side 112 of the first lens 110 to the image side 114. And, the thickness described on the image side 114 of the first lens 110 represents the distance from the image side 114 of the first lens 110 to the water side 122 of the second lens 120.
- the index constant refers to a refractive index of a lens measured using a d-line.
- the optical system 200 includes a first lens 210, a second lens 220, a third lens 230, and a fourth lens sequentially arranged from an object side to an image side. (240).
- the filter 20 may be disposed on the image sensor 10, and the optical system 200 may be disposed on the filter 20.
- the light reflected from the object passes through the first to fourth lenses 210 to 240 and the filter 20 of the optical system 200 sequentially and is received by the image sensor 10.
- the f value of the optical system 200 according to the second embodiment of the present invention may be 1.39, the TTL may be 3.75, and the TTL/f value may be 2.69.
- the first lens 210 has a positive (+) power. Accordingly, the first lens 210 may provide a part of the refractive power required by the optical system 200.
- the water side 212 of the first lens 210 is convex, and the image side 214 can be concave. That is, the first lens 210 may have a meniscus shape. When the water side 212 of the first lens 210 is convex, the refractive power of the first lens 210 may be enhanced.
- the second lens 220 has a positive (+) power
- the water side 222 of the second lens 220 is convex
- the image side ( 224) may be concave.
- the third lens 230 has a positive (+) power, the water side 232 of the third lens 230 is concave, and the image side ( 234) may be convex.
- the third lens 230 may have a meniscus shape, and at least one of the water side 232 and the image side 234 of the third lens 230 may include at least one inflection point.
- the thickness of the third lens 230 may be greater than the thickness of the second lens 220.
- the fourth lens 240 has negative (-) power
- the water side 242 of the fourth lens 240 is convex
- the image side ( 244) may be concave
- the absolute value of the radius of curvature of the water side 242 of the fourth lens 240 may be greater than the absolute value of the radius of curvature of the image side 244.
- at least one of the fourth lens 240 may include at least one inflection point at a position other than an intersection with an optical axis among the water side surface 242 and the image side surface 244.
- the focal length f1 of the first lens 210 may be 0.5 mm to 10 mm, and the absolute value of the focal length of the third lens 230 is greater than the absolute value of the focal length of the second lens 220.
- a ratio f3/f1 of the focal length f3 of the third lens 230 to the focal length f1 of the first lens 210 may be 0.59.
- the third distance may be 0.2 mm or less, for example, 0.07 mm, and may be shorter than the first distance and the second distance.
- the index constant of the third lens 230 is 1.661, which has the largest refractive index with the fourth lens 240.
- the optical system 300 includes a first lens 310, a second lens 320, a third lens 330, and a fourth lens that are sequentially arranged from an object side to an image side. 340.
- the filter 20 may be disposed on the image sensor 10, and the optical system 300 may be disposed on the filter 20.
- the light reflected from the object is sequentially passed through the first to fourth lenses 310 to 340 and the filter 20 of the optical system 300 to be received by the image sensor 10.
- the f value of the optical system 300 according to the third embodiment of the present invention may be 1.39, the TTL may be 3.75, and the TTL/f value may be 2.69.
- the first lens 310 has a positive (+) power. Accordingly, the first lens 310 may provide a portion of the refractive power required by the optical system 300.
- the water side 312 of the first lens 310 is convex, and the image side 314 can be concave. That is, the first lens 310 may have a meniscus shape. When the water side 312 of the first lens 310 is convex, the refractive power of the first lens 310 may be enhanced.
- the second lens 320 has a positive (+) power
- the water side 322 of the second lens 320 is convex
- the image side ( 324) may be concave.
- the third lens 330 has a positive (+) power
- the water side 332 of the third lens 330 is concave
- the image side ( 334) may be convex.
- the third lens 330 may have a meniscus shape, and at least one of the water side 332 and the image side 334 of the third lens 330 may include at least one inflection point.
- the thickness of the third lens 330 may be greater than the thickness of the second lens 320.
- the fourth lens 340 has a negative (-) power
- the water side 342 of the fourth lens 340 is convex
- the image side ( 344) may be concave.
- the absolute value of the radius of curvature of the water side 342 of the fourth lens 340 may be greater than the absolute value of the radius of curvature of the image side 344.
- at least one inflection point of at least one of the water side surface 342 and the image side surface 344 of the fourth lens 340 other than the intersection point with the optical axis may be included.
- the focal length f1 of the first lens 310 may be 0.5 mm to 10 mm, and the absolute value of the focal length of the third lens 330 is greater than the absolute value of the focal length of the second lens 320.
- a ratio f3/f1 of the focal length f3 of the third lens 330 to the focal length f1 of the first lens 310 may be 1.02.
- the third distance may be 0.2 mm or less, for example, 0.07 mm, and may be shorter than the first distance and the second distance.
- the index constant of the third lens 330 is 1.661 and has the largest refractive index with the fourth lens 340.
- Lens No. Lens surface No. Curvature radius (R, mm) Thickness(mm) Index constant Abbe (Vd)
- First lens 312 1.407893942 0.586980615 1.5442 56 4.089702634 314 3.355400813 0.354415435
- Second lens 322 7.960620249 0.287118822 1.5442 56 37.50334757 324 13.00404648 0.263800912
- Third lens 332 -1.470620139 0.469572242 1.661 20.1 4.185718469
- 334 -1.066019091 0.07 4th lens 342 1.519128232 0.434614718 1.661 20.1 -9.201990562
- 344 1.072275343 0.2734942 filter 22 1.00E+18 0.21 Filter 24 1.00E+18 Image Sensor 10 1.00E+18 0.8 Image Sensor
- the optical system 400 includes a first lens 410, a second lens 420, a third lens 430, and a fourth lens sequentially arranged from an object side to an image side. 440.
- the filter 20 is disposed on the image sensor 10, and the optical system 400 can be disposed on the filter 20.
- the light reflected from the object is sequentially passed through the first to fourth lenses 410 to 440 and the filter 20 of the optical system 400 and is received by the image sensor 10.
- the f value of the optical system 400 according to the fourth embodiment of the present invention may be 1.39, the TTL may be 3.92, and the TTL/f value may be 3.
- the first lens 410 has a positive (+) power. Accordingly, the first lens 410 may provide a part of the refractive power required by the optical system 400.
- the water side 412 of the first lens 410 is convex, and the image side 414 can be concave. That is, the first lens 410 may have a meniscus shape. When the water side 412 of the first lens 410 is convex, the refractive power of the first lens 410 may be enhanced.
- the second lens 420 has negative (-) power
- the water side 422 of the second lens 420 is concave
- the image side ( 424) may be concave.
- the third lens 430 has a positive (+) power
- the water side 432 of the third lens 430 is concave
- the image side ( 434) may be convex.
- the third lens 430 may have a meniscus shape, and at least one of the water side 432 and the image side 434 of the third lens 430 may include at least one inflection point.
- the thickness of the third lens 430 may be greater than the thickness of the second lens 420.
- the fourth lens 440 has a negative (-) power
- the water side 442 of the fourth lens 440 is convex
- the image side ( 444) may be concave
- the absolute value of the radius of curvature of the water side 442 of the fourth lens 440 may be greater than the absolute value of the radius of curvature of the image side 444.
- at least one of the fourth side 440 of the water side 442 and the image side 444 may include at least one inflection point at a position other than an intersection with the optical axis.
- the focal length f1 of the first lens 410 may be 0.5 mm to 10 mm, and the absolute value of the focal length of the third lens 430 is greater than the absolute value of the focal length of the second lens 420.
- a ratio f3/f1 of the focal length f3 of the third lens 430 to the focal length f1 of the first lens 410 may be 1.23.
- the third distance may be 0.2 mm or less, for example, 0.1 mm, and may be equal to or shorter than the first distance and the second distance.
- the index constant of the third lens 430 is 1.661 and has the largest refractive index together with the first lens 410 and the second lens 420.
- the optical system 500 includes a first lens 510, a second lens 520, a third lens 530, and a fourth lens sequentially arranged from an object side to an image side. 540.
- the filter 20 may be disposed on the image sensor 10, and the optical system 500 may be disposed on the filter 20.
- the light reflected from the object is sequentially passed through the first to fourth lenses 510 to 540 and the filter 20 of the optical system 500 and is received by the image sensor 10.
- the optical system 500 according to the fifth embodiment of the present invention may have an f value of 1.39, a TTL of 3.7, and a TTL/f value of 2.66.
- the first lens 510 has a positive (+) power. Accordingly, the first lens 510 may provide a portion of the refractive power required by the optical system 500.
- the water side surface 512 of the first lens 510 is convex, and the image side surface 514 can be concave. That is, the first lens 510 may have a meniscus shape. When the water side 512 of the first lens 510 is convex, the refractive power of the first lens 510 may be enhanced.
- the second lens 520 has a negative power
- the water side 522 of the second lens 520 is concave
- the image side ( 524) can be convex.
- the third lens 530 has a positive (+) power, the water side 532 of the third lens 530 is concave, and the image side ( 534) can be convex.
- the third lens 530 may have a meniscus shape, and at least one of the water side 532 and the image side 534 of the third lens 530 may include at least one inflection point.
- the thickness of the third lens 530 may be greater than the thickness of the second lens 520.
- the fourth lens 540 has negative (-) power
- the water side 542 of the fourth lens 540 is convex
- the image side ( 544) may be concave.
- the absolute value of the radius of curvature of the water side 542 of the fourth lens 540 may be greater than the absolute value of the radius of curvature of the image side 544.
- at least one inflection point of at least one of the water side surface 542 and the image side surface 544 of the fourth lens 540 other than the intersection with the optical axis may be included.
- the focal length f1 of the first lens 510 may be 0.5 mm to 10 mm, and the absolute value of the focal length of the third lens 430 is greater than the absolute value of the focal length of the second lens 520.
- a ratio f3/f1 of the focal length f3 of the third lens 530 to the focal length f1 of the first lens 510 may be 0.61.
- the third distance may be 0.2 mm or less, for example, 0.1 mm, and may be shorter than the first distance and the second distance.
- the index constant of the third lens 530 is 1.661, which has the largest refractive index with the fourth lens 540.
- FIG. 6A is a graph measuring spherical aberration for light having a wavelength of 840 nm, 850 nm, and 860 nm in the optical system according to the first embodiment
- FIG. 6B is light for wavelengths of 840 nm, 850 nm, and 860 nm in the optical system according to the first embodiment.
- This is a graph of measuring astigmatism
- FIG. 6C is a graph of measuring distortion aberration for light of 840nm, 850nm, and 860nm wavelengths in the optical system according to the first embodiment.
- FIG. 7A is a graph of measuring spherical aberration for light having a wavelength of 840nm, 850nm, and 860nm in the optical system according to the second embodiment
- FIG. 7B is for light having a wavelength of 840nm, 850nm, 860nm in the optical system according to the second embodiment
- FIG. 7C is a graph of measuring distortion aberration for light of 840nm, 850nm, and 860nm wavelengths in the optical system according to the second embodiment.
- FIG. 8A is a graph of measuring spherical aberration for light of 840 nm, 850 nm, and 860 nm wavelength in the optical system according to the third embodiment
- FIG. 8B is light for 840 nm, 850 nm, and 860 nm wavelength in the optical system according to the third embodiment
- FIG. 8C is a graph measuring distortion aberration for light of 840nm, 850nm, and 860nm wavelengths in the optical system according to the third embodiment.
- FIG. 9A is a graph of measuring spherical aberration for light of 840nm, 850nm, and 860nm wavelengths in the optical system according to the fourth embodiment
- FIG. 9B is light for 840nm, 850nm, 860nm wavelengths in the optical system according to the fourth embodiment
- FIG. 9C is a graph of measuring distortion aberration for light of 840nm, 850nm, and 860nm wavelengths in the optical system according to the fourth embodiment.
- FIG. 10A is a graph measuring spherical aberration for light of 840 nm, 850 nm, and 860 nm wavelength in the optical system according to the fifth embodiment
- FIG. 10B is light for 840 nm, 850 nm, and 860 nm wavelength in the optical system according to the fifth embodiment
- Astigmatic aberration measurement graph, Figure 10c is a graph measuring the distortion aberration for light of 840nm, 850nm, 860nm wavelength in the optical system according to the fifth embodiment.
- Spherical aberration indicates spherical aberration according to each wavelength
- astigmatism indicates aberration characteristics of tangential plane and sagital plane depending on the height of the upper plane
- distortion aberration indicates distortion degree according to the height of the upper plane Shows. 6 to 10, it can be seen that spherical aberration is within -0.08mm to 0.08mm regardless of wavelength, astigmatism is within -0.2mm to 0.2mm regardless of wavelength, and distortion aberration It can be seen that is within -2% to 2% regardless of wavelength.
- the optical system according to the embodiment of the present invention has excellent aberration characteristics.
- the optical system according to an embodiment of the present invention may be applied to a camera module.
- 11 is a cross-sectional view of a camera module to which an optical system according to an embodiment of the present invention is applied.
- the camera module 1100 includes a lens assembly 1110, an image sensor 1120, and a printed circuit board 1130.
- the lens assembly 1110 may include an optical system 1112, a lens barrel 1114, a lens holder 1116 and an IR filter 1118.
- the optical system 1112 may correspond to the optical system according to the embodiment of the present invention of FIGS. 1 to 5, and the IR filter 1118 may correspond to the filter 20 of FIGS. 1 to 5.
- the image sensor 1120 may correspond to the image sensor 10 of FIGS. 1 to 5.
- the plurality of lenses constituting the optical system 1112 may be aligned with respect to the central axis.
- the central axis may be the same as the optical axis of the optical system.
- the lens barrel 1114 is coupled to the lens holder 1116, and a space for accommodating the lens may be provided therein.
- the lens barrel 1114 may be rotationally combined with a plurality of lenses constituting the optical system 1112, but this is an example, and a method using an adhesive (for example, an adhesive resin such as epoxy) They can be combined in different ways.
- the lens holder 1116 is coupled to the lens barrel 1114 to support the lens barrel 1114 and may be coupled to the printed circuit board 1130 on which the image sensor 1120 is mounted.
- a space in which the IR filter 1118 can be attached may be formed under the lens barrel 1114 by the lens holder 1116.
- a spiral pattern may be formed on the inner circumferential surface other than the lens holder 1116, and likewise, the lens barrel 1114 may be rotationally coupled to the outer circumferential surface.
- the lens holder 1116 may be divided into an upper holder 1116-1 coupled with the lens barrel 1114 and a lower holder 1116-2 coupled with the printed circuit board 1130 on which the image sensor 1120 is mounted.
- the upper holder 1116-1 and the lower holder 1116-2 may be integrally formed, formed in a structure separated from each other, or fastened or combined, or separated from each other. At this time, the diameter of the upper holder 1116-1 may be formed smaller than the diameter of the lower holder 1116-2.
- the camera module may be a camera module that extracts depth information.
- FIG. 12 is a block diagram of a camera module for extracting depth information according to an embodiment of the present invention.
- the camera module 1200 includes an optical output unit 1210, a lens unit 1220, an image sensor 1230, a tilting unit 1240, and an image processing unit 1250. Since the camera module 1200 according to an embodiment of the present invention extracts depth information using a ToF function, it may be used in combination with a ToF camera device or a ToF camera module herein.
- the light output unit 1210 generates an output light signal and irradiates the object.
- the optical output unit 1210 may generate and output an output light signal in the form of a pulse wave or a continuous wave.
- the continuous wave may be in the form of a sinusoidal wave or a squared wave.
- the output light means light output from the light output unit 1210 and incident on the object, and the input light is output from the light output unit 1210 and reaches the object and is reflected from the object, and then the camera device 1200 ). From the standpoint of the object, the output light may be incident light, and the input light may be reflected light.
- the light output unit 1210 irradiates the generated output light signal to the object during a predetermined exposure period.
- the exposure period means one frame period.
- the set exposure cycle is repeated. For example, when the camera apparatus 1200 photographs an object at 20 FPS, the exposure cycle is 1/20 [sec]. And when 100 frames are generated, the exposure cycle may be repeated 100 times.
- the light output unit 1210 may generate a plurality of output light signals having different frequencies.
- the optical output unit 1210 may sequentially generate a plurality of output optical signals having different frequencies.
- the light output unit 1210 may simultaneously generate a plurality of output light signals having different frequencies.
- the light output unit 1210 may include a light source 1212 for generating light and a light modulator 1214 for modulating light.
- the light source 1212 generates light.
- the light generated by the light source 1212 may be infrared light having a wavelength of 770 to 3000 nm, or may be visible light having a wavelength of 380 to 770 nm.
- the light source 1212 may use a light emitting diode (LED), and may have a form in which a plurality of light emitting diodes are arranged according to a certain pattern.
- the light source 1212 may include an organic light emitting diode (OLED) or a laser diode (LD).
- the light source 1212 may be a Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL).
- the VCSEL is one of laser diodes that converts an electrical signal into an optical signal, and may use a wavelength of about 800 to 1000 nm, for example, a wavelength of about 850 nm or about 940 nm.
- the light source 1212 repeatedly generates flashing (on/off) at regular time intervals to generate an output light signal in the form of a pulse wave or a continuous wave.
- the predetermined time interval may be the frequency of the output light signal. Flashing of the light source may be controlled by the light modulator 1214.
- the light modulator 1214 controls the blinking of the light source 1212 so that the light source 1212 generates an output light signal in the form of a continuous wave or a pulse wave.
- the optical modulator 1214 may control the light source 1212 to generate an output light signal in the form of a continuous wave or a pulse wave through frequency modulation or pulse modulation.
- the lens unit 1220 collects the input light signal reflected from the object and transmits it to the image sensor 1230.
- the lens unit 1220 may correspond to the lens assembly 1110 of FIG. 11, and may include an optical system and an IR filter.
- the optical system may be an optical system according to an embodiment of the present invention illustrated in FIGS. 1 to 5, and the IR filter may be the filter 20 shown in FIGS. 1 to 5.
- the image sensor 1230 generates an electrical signal using the input light signal collected through the lens unit 1220.
- the image sensor 1230 may detect an input light signal in synchronization with a flashing period of the light output unit 1210. Specifically, the image sensor 1230 may detect light in an in-phase and out-phase signal and an output light signal output from the light output unit 1210, respectively. That is, the image sensor 1230 may repeatedly perform the step of absorbing the incident light signal at a time when the light source is turned on and the step of absorbing the incident light signal at a time when the light source is turned off.
- the image sensor 1230 may generate an electrical signal corresponding to each reference signal using a plurality of reference signals having different phase differences.
- the frequency of the reference signal may be set to be the same as the frequency of the output optical signal output from the optical output unit 1210. Accordingly, when the optical output unit 1210 generates an output optical signal at a plurality of frequencies, the image sensor 1230 generates an electrical signal using a plurality of reference signals corresponding to each frequency.
- the electrical signal may include information about the amount of charge or voltage corresponding to each reference signal.
- FIG. 13 is a view for explaining an electrical signal generation process according to an embodiment of the present invention.
- four reference signals (C1 to C4) according to an embodiment of the present invention may be provided.
- Each of the reference signals C1 to C4 has the same frequency as the output light signal, that is, the incident light signal from the viewpoint of the object, but may have a phase difference of 90 degrees from each other.
- One of the four reference signals (C1) may have the same phase as the output light signal.
- the input light signal that is, the reflected light signal from the object's standpoint, is delayed by the distance that the output light signal is reflected after returning to the object and returns.
- the image sensor 1230 mixes the input light signal and each reference signal, respectively. Then, the image sensor 1230 may generate an electrical signal corresponding to the shaded portion of FIG. 13 for each reference signal.
- the image sensor 1230 absorbs the input light signal according to the plurality of frequencies. For example, it is assumed that output light signals are generated at frequencies f1 and f2, and the plurality of reference signals has a phase difference of 90 degrees. Then, since the input optical signal also has frequencies f1 and f2, four electrical signals may be generated through the input optical signal having the frequency f1 and four reference signals corresponding thereto. In addition, four electrical signals may be generated through an input light signal having a frequency of f2 and four reference signals corresponding thereto. Therefore, a total of eight electrical signals can be generated.
- the image sensor 1230 may have a structure in which a plurality of pixels are arranged in a grid form.
- the image sensor 1230 may be a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor, or may be a charge coupled device (CCD) image sensor.
- CMOS complementary metal oxide semiconductor
- CCD charge coupled device
- the image sensor 1230 may include a ToF sensor that receives infrared light reflected by a subject and measures a distance using a time or phase difference.
- the image processor 1250 calculates the phase difference between the output light and the input light using the electrical signal received from the image sensor 1230, and calculates the distance between the object and the camera module 1200 using the phase difference.
- the image processing unit 1250 may calculate the phase difference between the output light and the input light by using the charge amount information of the electrical signal.
- the image processing unit 1250 may calculate the phase difference td between the output light signal and the input light signal using Equation 1 below.
- Q 1 to Q 4 are charge amounts of each of the four electrical signals.
- Q 1 is the amount of charge of the electrical signal corresponding to the reference signal of the same phase as the output light signal.
- Q 2 is the electric charge amount of the electrical signal corresponding to the reference signal 180 degrees out of phase with the output light signal.
- Q 3 is the amount of electric charge in the electrical signal corresponding to the reference signal whose phase is 90 degrees slower than the output light signal.
- Q 4 is the electric charge amount of the electrical signal corresponding to the reference signal whose phase is 270 degrees slower than the output light signal.
- the image processing unit 1250 may calculate the distance between the object and the camera module 1200 using the phase difference between the output light signal and the input light signal. In this case, the image processing unit 1250 may calculate the distance d between the object and the camera module 1200 using Equation 2 below.
- c is the speed of light and f is the frequency of output light.
- phase image (1) for phase 0°, a phase image (2) for phase 90°, a phase image (3) for phase 180°, and a phase image (4) for phase 270° Depth image 1 is obtained by sequentially extracting, phase image 5 for phase 0°, phase image 6 for phase 90°, phase image 7 for phase 180°, and phase 270 Depth image 2 may be obtained by sequentially extracting the phase image 8 for °.
- the camera module may use a super resolution (SR) technique to increase the resolution of a depth image.
- SR super resolution
- the SR technique is a technique for obtaining a high resolution image from a plurality of low-resolution images, and the mathematical model of the SR technique can be expressed as Equation (3).
- the SR technique means a technique for estimating x by applying the inverse function of the deterioration factors of the estimated resolution to yk.
- the SR technique can be broadly divided into a statistical method and a multiframe method, and the multiframe method is largely divided into a spatial division method and a time division method.
- the image processing unit 1250 In order to apply the SR technique to the depth information extraction, the image processing unit 1250 generates a plurality of low-resolution subframes using electrical signals received from the image sensor 1230, and then uses a plurality of low-resolution subframes. A plurality of low-resolution depth information can be extracted. In addition, high resolution depth information may be extracted by rearranging pixel values of a plurality of low resolution depth information.
- high resolution is a relative meaning indicating a higher resolution than the low resolution.
- the subframe may mean image data generated from an electrical signal corresponding to any one exposure cycle and reference signal.
- an electrical signal is generated through eight reference signals in a first exposure period, that is, one image frame, eight subframes may be generated, and one more start of frame may be generated. Can be.
- subframes may be mixed with image data, subframe image data, and the like.
- the image processing unit 1250 generates a plurality of low-resolution subframes using electrical signals received from the image sensor 1230, A plurality of high resolution subframes may be generated by rearranging pixel values of a plurality of low resolution subframes.
- high resolution depth information may be extracted using a high resolution subframe.
- a pixel shift technique can be used. That is, after acquiring a plurality of image data shifted by sub-pixels for each sub-frame using pixel shift technology, a plurality of high-resolution sub-frame image data are obtained by applying SR technique for each sub-frame, and using them, high resolution depth Images can be extracted.
- the camera apparatus 1200 according to an embodiment of the present invention further includes a tilting unit 1240.
- the tilting unit 1240 changes the optical path of at least one of the output light signal or the input light signal in units of sub-pixels of the image sensor 1230.
- the sub-pixel may be a unit larger than 0 pixels and smaller than 1 pixel.
- the tilting unit 1240 changes at least one optical path of an output light signal or an input light signal for each image frame. As described above, one image frame may be generated for each exposure cycle. Therefore, the tilting unit 1240 changes the optical path of at least one of the output light signal or the input light signal when one exposure cycle ends.
- the tilting unit 1240 changes an optical path of at least one of an output light signal or an input light signal by a sub-pixel unit based on the image sensor 1230. At this time, the tilting unit 1240 changes the optical path of at least one of the output optical signal or the input optical signal based on the current optical path in one of the upper, lower, left and right directions.
- FIG. 15(a) is a view for explaining an optical path change of an input light signal by a tilting unit
- FIG. 15(b) is for explaining input light data interpolation by moving pixels in sub-pixel units within an image sensor. It is a drawing.
- a portion indicated by a solid line represents the current optical path of the input light signal
- a portion indicated by a dotted line represents the changed optical path.
- the tilting unit 1240 may change the optical path of the input optical signal as a dotted line. Then, the path of the input optical signal is moved by the sub-pixel in the current optical path. For example, as shown in (a) of FIG. 15, when the tilting unit 1240 moves the current optical path to the right by 0.173 degrees, the input light signal incident on the image sensor 1230 may move to the right by sub-pixels. have.
- the tilting unit 1240 may change the optical path of the input light signal clockwise from the reference position. For example, as shown in FIG. 15B, after the first exposure cycle is finished, the tilting unit 1240 determines the optical path of the input light signal in the second exposure cycle as an image sensor 1230 reference sub-pixel. Move as far as the right. In addition, the tilting unit 1240 moves the optical path of the input light signal to the right by a reference sub-pixel of the image sensor unit 1230 in the third exposure cycle. In addition, the tilting unit 1240 moves the optical path of the input light signal to the right by a reference sub-pixel of the image sensor unit 1230 in the fourth exposure cycle.
- the tilting unit 1240 moves the optical path of the input light signal in the fifth exposure cycle downward by the reference sub-pixel of the image sensor unit 1230.
- the tilting unit 1240 may move the optical path of the input light signal in units of subpixels with a plurality of exposure cycles. This can be applied in the same way when moving the optical path of the output light signal, a detailed description will be omitted.
- the change pattern of the optical path is clockwise, and may be counterclockwise.
- information may be interpolated in units of subpixels, so even when four phase signals are simultaneously received within one period It is possible to maintain the resolution.
- the tilting unit 1240 shifts the input light signal in a manner to control the slope of the IR filter, thereby obtaining data shifted by subpixels.
- the tilting unit 1240 may include an actuator that is directly or indirectly connected to the IR filter, and the actuator is at least one of a microelectromechanical systems (MEMS), a voice coil motor (VCM), and a piezoelectric element. It may include.
- MEMS microelectromechanical systems
- VCM voice coil motor
- piezoelectric element It may include.
- the present invention is not limited thereto, and a method of interpolating input light data by moving pixels in sub-pixel units within the image sensor illustrated in FIG. 15B may be implemented in software.
- the camera module according to an embodiment of the present invention may be embedded in a portable terminal such as a smartphone, a tablet PC, a laptop computer, a PDA, and the like.
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Abstract
본 발명의 한 실시예에 따른 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈를 포함하고, f값이 1.7 이하이고, 상기 f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)가 2.1 내지 3이다.
Description
본 발명은 카메라 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈에 관한 것이다.
3 차원 콘텐츠는 게임, 문화뿐만 아니라 교육, 제조, 자율주행 등 많은 분야에서 적용되고 있으며, 3차원 콘텐츠를 획득하기 위하여 깊이 정보(Depth Map)가 필요하다. 깊이 정보는 공간 상의 거리를 나타내는 정보이며, 2차원 영상의 한 지점에 대하여 다른 지점의 원근 정보를 나타낸다.
깊이 정보를 획득하는 방법으로, IR(Infrared) 구조광을 객체에 투사하는 방식, 스테레오 카메라를 이용하는 방식, TOF(Time of Flight) 방식 등이 이용되고 있다. TOF 방식에 따르면, 비행 시간, 즉 빛을 쏘아서 반사되어 오는 시간을 측정함으로써 물체와의 거리를 계산한다. ToF 방식의 가장 큰 장점은 3차원 공간에 대한 거리정보를 실시간으로 빠르게 제공한다는 점에 있다. 또한 사용자가 별도의 알고리즘 적용이나 하드웨어적 보정을 하지 않고도 정확한 거리 정보를 얻을 수 있다. 또한 매우 가까운 피사체를 측정하거나 움직이는 피사체를 측정하여도 정확한 깊이 정보를 획득할 수 있다.
한편, 휴대 단말 및 이에 내장되는 카메라의 기술이 발달함에 따라, 휴대 단말 내에도 ToF 기능을 가지는 카메라 모듈을 내장하고자 하는 시도가 있으나, 휴대 단말 내 설계의 제약으로 인하여 슬림화, 저소비전력 및 경량화를 만족시키면서도 고해상도의 광학성능을 얻기는 어려운 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈를 포함하고, f값이 1.7 이하이고, 상기 f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)가 2.1 내지 3이다.
상기 제1 렌즈 및 상기 제3 렌즈 각각은 양의 파워를 가지고, 상기 제4 렌즈는 음의 파워를 가질 수 있다.
상기 제1 렌즈의 초점거리(f1)에 대한 상기 제3 렌즈의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)는 0.5 내지 1.5일 수 있다.
상기 제1 렌즈는 볼록한 물측면 및 오목한 상측면을 포함하고, 상기 제3 렌즈는 오목한 물측면 및 볼록한 상측면을 포함하고, 상기 제4 렌즈는 볼록한 물측면 및 오목한 상측면을 포함할 수 있다.
상기 f값이 1.5 이하이고, 상기 f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)가 2.4 내지 3일 수 있다.
상기 f값이 1.4 이하이고, 상기 f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)가 2.6 내지 2.9일 수 있다.
상기 제1 렌즈의 상측면 및 상기 제2 렌즈의 물측면 간의 제1 거리, 상기 제2 렌즈의 상측면 및 상기 제3 렌즈의 물측면 간의 제2 거리 및 상기 제3 렌즈의 상측면 및 상기 제4 렌즈의 물측면 간의 제3 거리 중 상기 제3 거리가 가장 짧을 수 있다.
상기 제1 렌즈의 제1 굴절률, 상기 제2 렌즈의 제2 굴절률, 상기 제3 렌즈의 제3 굴절률 및 상기 제4 렌즈의 제4 굴절률 중 상기 제3 굴절률이 가장 클 수 있다.
상기 제4 렌즈의 물측면 및 상측면 중 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 모듈은 이미지 센서, 상기 이미지 센서 상에 배치된 필터, 그리고 상기 필터 상에 배치된 광학계를 포함하고, 상기 광학계는 물체(object)측으로부터 상측(image)으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈를 포함하고, f값이 1.7 이하이고, 상기 f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)가 2.1 내지 3이다.
객체로 광을 출력하는 광출력부, 상기 광출력부에서 출력되고 상기 객체로부터 반사된 후, 상기 광학계 및 상기 필터를 통과하여, 상기 이미지 센서에 수신된 광을 이용하여 상기 객체의 깊이 정보를 추출하는 영상 처리부를 포함하며, 상기 영상 처리부는 상기 광출력부에서 출력된 광 및 상기 이미지 센서에 수신된 광 간의 위상 차를 이용하여 상기 객체의 깊이 정보를 추출할 수 있다.
상기 필터는 소정의 규칙으로 틸팅되며, 상기 필터의 틸팅에 따라 상기 이미지 센서에 수신되는 광의 경로는 소정의 규칙으로 시프트될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 저조도 환경에서도 높은 해상력을 가지며 소형으로 구현할 수 있는 광학계 및 카메라 모듈을 얻을 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 ToF 기능을 구현하기 위하여 적용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광학계의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광학계의 단면도이다.
도 6 내지 10은 제1 내지 제5 실시예에 따른 광학계의 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 측정한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 광학계가 적용되는 카메라 모듈의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 깊이 정보를 추출하는 카메라 모듈의 블록도를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 전기 신호 생성 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 4개의 위상 영상을 이용하여 ToF IR 영상 또는 깊이 영상을 얻는 방법의 일 예를 간략하게 도시한다.
도 15(a)는 틸팅부에 의한 입력광 신호의 광경로 변경을 설명하기 위한 도면이고, 도 15(b)는 이미지 센서 내에서 서브픽셀 단위로 픽셀을 이동시켜 입력광 데이터 보간을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 및 제4 렌즈를 포함하며, f값이 1.7 이하이고, f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)가 2.1 내지 3이다. 그리고, 제1 렌즈 및 제3 렌즈 각각은 양의 파워를 가지고, 제4 렌즈는 음의 파워를 가질 수 있다. 각 렌즈의 파워는 각 렌즈의 초점거리의 역수로 나타낼 수 있다. 이와 같은 광학계는 저조도 환경에서도 우수한 결상 성능을 가질 수 있으며, 색수차를 보정할 수 있고, 왜곡(distortion)도 양호하게 보정할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 제1 렌즈의 초점거리(f1)에 대한 상기 제3 렌즈의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)가 0.5 내지 1.5일 수 있다. 이에 따르면, 광학계를 소형화할 수 있으며, 색수차도 양호하게 유지할 수 있고, 왜곡(distortion)도 양호하게 보정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 제1 렌즈의 상측면 및 제2 렌즈의 물측면 간의 제1 거리, 제2 렌즈의 상측면 및 제3 렌즈의 물측면 간의 제2 거리 및 제3 렌즈의 상측면 및 제4 렌즈의 물측면 간의 제3 거리 중 제3 거리가 가장 짧을 수 있다. 제3 렌즈의 상측면을 볼록형상으로, 제4렌즈의 물측면을 볼록형상으로 설계함으로써 제3 거리가 가장 짧게 형성된다. 이로 인해 광학계의 TTL은 줄이고 해상력을 향상시키는 효과가 있다. 그리고, 제1 렌즈의 제1 굴절률, 제2 렌즈의 제2 굴절률, 제3 렌즈의 제4 굴절률 및 제4 렌즈의 제4 굴절률 중 제3 굴절률이 가장 클 수 있다. 이에 따라 제3 렌즈의 민감도가 적어지므로, 제3 렌즈 제작 시 제작 공차가 넓어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 단면도이다. 표 1은 제1 실시예에 따른 4매의 렌즈의 광학 특성을 나타낸다. 제1 실시예에서 전체 유효초점거리(EFL)는 2.2765mm이고, TTL은 3.7mm이며, F값은 1.39이다. 표 2 내지 3은 제1 실시예에 따른 광학계를 구성하는 각 렌즈에 대한 코닉 상수 및 비구면 계수를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 광학계(100)는 물체(object) 측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130) 및 제4 렌즈(140)를 포함한다. 이미지 센서(10) 상에 필터(20)가 배치되며, 필터(20) 상에 광학계(100)가 배치될 수 있다.
물체(object)로부터 반사된 광은 광학계(100)의 제1 렌즈 내지 제4 렌즈(110 내지 140) 및 필터(20)를 순차적으로 통과하여 이미지 센서(10)에 수신된다.
필터(20)는 IR(Infrared) 필터일 수 있다. 필터(20)는 카메라 모듈 내에 입사되는 광으로부터 근적외선, 예를 들면 파장이 700nm 내지 1100nm인 빛을 차단할 수 있다. 그리고, 이미지 센서(10)는 와이어(wire)에 의하여 인쇄회로기판과 연결될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계(100)는 f값이 1.7 이하, 바람직하게는 1.5 이하, 더욱 바람직하게는 1.4 이하이고, f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)는 2.1 내지 3, 바람직하게는 2.4 내지 3, 더욱 바람직하게는 2.6 내지 2.9이다. 예를 들어, 제1 실시예에 따른 광학계(100)의 f값은 1.39이고, TTL은 3.7이며, TTL/f값은 2.66일 수 있다.
여기서, f값은 조리개의 유효 직경(D)에 대한 렌즈의 초점거리(f)의 비(f/D)를 의미할 수 있다. 이에 따라, f값은 작아질수록 조리개의 지름 및 렌즈의 지름은 커질 수 있으며, 빛이 모이는 양은 많아질 수 있다. 이에 반해, f값이 커질수록 조리개의 지름 및 렌즈의 지름을 작아질 수 있으며, 빛이 모이는 양은 적어질 수 있다.
TTL(Total Top Length)은 상이 맺히는 이미지 센서(10)로부터 광학계(100)의 첫번째 면까지의 거리를 의미한다. 여기서, TTL은 상이 맺히는 이미지 센서(10)로부터 제1 렌즈(110)의 물측면(112)까지의 거리를 의미할 수 있다.
TTL/f값이 2.1 미만이면, 광학계가 구성되기 어렵거나, 성능이 떨어질 수 있어 저조도 환경에서 적용하기 어려울 수 있고, TTL/f값이 3을 초과하면 광학계의 사이즈가 커져서 휴대 단말에 적용하기 어려워질 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계(100)에서, 제1 렌즈(110)는 양(+)의 파워를 가진다. 이에 따라, 제1 렌즈(110)는 광학계(100)에 의하여 요구되는 굴절력의 일부를 제공할 수 있다. 제1 렌즈(110)의 물측면(112)은 볼록하고, 상측면(114)은 오목할 수 있다. 즉, 제1 렌즈(110)는 메니스커스 형상일 수 있다. 제1 렌즈(110)의 물측면(112)이 볼록하면, 제1 렌즈(110)의 굴절력이 강화될 수 있다. 제1 렌즈(110)의 물측면(112)과 상측면(114)이 볼록한 양볼록 형상도 가능하나, 제1 렌즈(110)의 상측면(114)이 오목할 때, 빛의 분산력이 강해져 해상도가 향상될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계(100)에서, 제2 렌즈(120)는 음(-)의 파워를 가지며, 제2 렌즈(120)의 물측면(122)은 오목하고, 상측면(124)은 오목할 수 있다. 이와 같이, 제2 렌즈(120)는 양오목 형상일 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계(100)에서, 제3 렌즈(130)는 양(+)의 파워를 가지며, 제3 렌즈(130)의 물측면(132)은 오목하고, 상측면(134)은 볼록할 수 있다. 이와 같이, 제3 렌즈(130)는 메니스커스 형상일 수 있으며, 제3 렌즈(130)의 물측면(132) 및 상측면(134) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 이때, 제3 렌즈(130)의 두께는 제2 렌즈(120)의 두께보다 클 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계(100)에서, 제4 렌즈(140)는 음(-)의 파워를 가지며, 제4 렌즈(140)의 물측면(142)은 볼록하고, 상측면(144)은 오목할 수 있다. 그리고, 제4 렌즈(140)의 물측면(142)의 곡률반경의 절대 값은 상측면(144)의 곡률반경의 절대 값보다 클 수 있다. 여기서, 제4 렌즈(140)의 물측면(142) 및 상측면(144) 중 광축과의 교점 이외의 위치에 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 여기서, 변곡점은 유효 반경 내에서의 렌즈 단면 형상의 곡선에 있어서, 비구면 정점의 접 평면이 광축과 수직이 되는 비구면 상의 점을 의미한다. 이에 따라, 이미지 센서(10)에 수신되는 주광선의 최대 사출각을 조절할 수 있어, 화면의 주변부가 어두워지는 현상을 방지할 수 있다.
제1 렌즈(110) 내지 제4 렌즈(150) 중 적어도 하나는 플라스틱 재질일 수 있다. 이에 따라, 경량이며, 제조 원가가 저렴한 광학계를 구현할 수 있다.
한편, 제1 렌즈(110)와 제2 렌즈(120) 사이에는 조리개(미도시)가 더 배치될 수도 있다. 조리개는 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하여 초점거리를 조절할 수 있다.
이때, 제1 렌즈(110)의 초점거리(f1)는 0.5mm 내지 10mm일 수 있다. 제1 렌즈(110)의 초점거리(f1)가 0.5mm 미만일 경우 렌즈 민감도가 높아 제작에 어려움을 겪을 수 있으며, 10mm를 초과할 경우 렌즈 굴절능이 부족하여 수차 보정이 어려울 수 있다. 그리고, 제3 렌즈(130)의 초점거리의 절대값은 제2 렌즈(120)의 초점거리의 절대값보다 클 수 있다. 만약, 제3 렌즈(130)의 초점거리의 절대값이 제2 렌즈(120)의 초점거리의 절대값과 같거나 작을 경우, 렌즈 굴절능의 비가 무너져 해상도를 맞추기 어려워질 수 있다.
제1 렌즈(110)의 초점거리(f1)에 대한 제3 렌즈(130)의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)는 0.5 내지 1.5일 수 있다. 예를 들어, 제1 실시예에서 제1 렌즈(110)의 초점거리(f1)에 대한 제3 렌즈(130)의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)는 1.08일 수 있다. 제1 렌즈(110)의 초점거리(f1)에 대한 제3 렌즈(130)의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)가 0.5 미만이면 광학계(100)의 전체 크기가 커질 수 있으며, 1.5를 초과하면 해상도가 낮아질 수 있다.
또한, 제1 렌즈(110)의 상측면(114) 및 제2 렌즈(120)의 물측면(122) 간의 제1 거리, 제2 렌즈(120)의 상측면(124) 및 제3 렌즈(130)의 물측면(132) 간의 제2 거리 및 제3 렌즈(130)의 상측면(134) 및 제4 렌즈(140)의 물측면(142) 간의 제3 거리라고 할 때, 제3 거리는 0.2mm보다 작을 수 있으며, 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리 중 제3 거리가 가장 짧을 수 있다. 즉, 표 1을 참조하면, 제3 거리는 0.1mm로 제1 거리 및 제2 거리보다 짧을 수 있다.
또한, 제1 렌즈(110)의 제1 굴절률, 제2 렌즈(120)의 제2 굴절률, 제3 렌즈(130)의 제3 굴절률 및 제4 렌즈(140)의 제4 굴절률 중 제3 굴절률이 가장 클 수 있다. 즉, 표 1을 참조하면, 제3 렌즈(130)의 인덱스 상수는 1.661로 제4 렌즈(140)와 함께 가장 큰 굴절률을 가짐을 알 수 있다.
렌즈 No. | 렌즈면 No. | 곡률반경(R, mm) | 두께(mm) | 인덱스 상수 | 아베수(Vd) | 초점거리 |
제1 렌즈 | 112 | 1.588613865 | 0.620156042 | 1.5442 | 56 | 3.490235657 |
114 | 9.036743888 | 0.304595889 | ||||
제2 렌즈 | 122 | -40.51799011 | 0.27 | 1.5442 | 56 | -39.31069672 |
124 | 44.11074414 | 0.124716558 | ||||
제3 렌즈 | 132 | -1.912521204 | 0.62994179 | 1.661 | 20.1 | 3.781541199 |
134 | -1.203299896 | 0.1 | ||||
제4 렌즈 | 142 | 1.6492897 | 0.590272021 | 1.661 | 20.1 | -22.12409968 |
144 | 1.270877926 | 0.3093177 | ||||
필터 | 22 | 1.00E+18 | 0.21 | Filter | ||
24 | 1.00E+18 | |||||
Image Sensor | 10 | 1.00E+18 | 0.54 | Image Sensor |
여기서, 두께(mm)는 각 렌즈면에서 다음 렌즈면까지의 거리를 나타낸다. 즉, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에서 상측면(114)까지의 거리를 나타낸다. 그리고, 제1 렌즈(110)의 상측면(114)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)의 상측면(114)에서 제2 렌즈(120)의 물측면(122)까지의 거리를 나타낸다. 인덱스 상수는 d선(d-line)을 이용하여 측정한 렌즈의 굴절률을 의미한다.
렌즈면 No. | 코닉상수(K) | A | B | C | D |
112 | -19.2614 | 0.476342 | -0.57989 | -0.76699 | 4.202803 |
114 | 9.391511 | -0.03418 | -0.12855 | 0.558849 | -1.6958 |
122 | 777.5035 | -0.24025 | -0.19134 | -1.53439 | 3.43385 |
124 | 175.234 | 0.289021 | -1.20887 | 1.962692 | -2.82352 |
132 | 1.88596 | 0.453127 | -0.41221 | -0.1444 | 0.281656 |
134 | -0.57991 | 0.027643 | -0.31419 | 0.729878 | -0.72109 |
142 | -3.1718 | -0.20625 | 0.02863 | -0.14416 | 0.309167 |
144 | -0.49174 | -0.27633 | 0.061103 | -0.02347 | 0.014383 |
렌즈면 No. | E | F | G | H | J |
112 | -4.2386 | -1.90615 | 1.531808 | 6.598255 | -5.48295 |
114 | 0.822788 | 3.5607 | -6.15273 | 2.833881 | -0.08944 |
122 | -2.66624 | -0.01997 | -3.03678 | 4.414354 | 0.171669 |
124 | 2.736252 | -0.9793 | -1.68284 | 2.419841 | -0.95355 |
132 | 1.808093 | -3.58015 | 1.734831 | 0.728386 | -0.64042 |
134 | 0.031112 | 0.649824 | -0.22909 | -0.25381 | 0.124903 |
142 | -0.23 | 0.063479 | -0.02717 | 0.033474 | -0.01228 |
144 | -0.002 | -0.00438 | 0.002177 | -0.00029 | -9.05E-06 |
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 단면도이다. 표 4는 제2 실시예에 따른 4매의 렌즈의 광학 특성을 나타낸다. 제2 실시예에서 전체 유효초점거리(EFL)는 2.73mm이고, TTL은 3.75mm이며, F값은 1.39이다. 표 5 내지 6은 제2 실시예에 따른 광학계를 구성하는 각 렌즈에 대한 코닉 상수 및 비구면 계수를 나타낸다. 도 1의 제1 실시예와 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다. 도 2를 참조하면, 광학계(200)는 물체(object) 측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(210), 제2 렌즈(220), 제3 렌즈(230) 및 제4 렌즈(240)를 포함한다. 이미지 센서(10) 상에 필터(20)가 배치되며, 필터(20) 상에 광학계(200)가 배치될 수 있다.
물체(object)로부터 반사된 광은 광학계(200)의 제1 렌즈 내지 제4 렌즈(210 내지 240) 및 필터(20)를 순차적으로 통과하여 이미지 센서(10)에 수신된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계(200)의 f값은 1.39이고, TTL은 3.75이며, TTL/f값은 2.69일 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계(200)에서, 제1 렌즈(210)는 양(+)의 파워를 가진다. 이에 따라, 제1 렌즈(210)는 광학계(200)에 의하여 요구되는 굴절력의 일부를 제공할 수 있다. 제1 렌즈(210)의 물측면(212)은 볼록하고, 상측면(214)은 오목할 수 있다. 즉, 제1 렌즈(210)는 메니스커스 형상일 수 있다. 제1 렌즈(210)의 물측면(212)이 볼록하면, 제1 렌즈(210)의 굴절력이 강화될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계(200)에서, 제2 렌즈(220)는 양(+)의 파워를 가지며, 제2 렌즈(220)의 물측면(222)은 볼록하고, 상측면(224)은 오목할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계(200)에서, 제3 렌즈(230)는 양(+)의 파워를 가지며, 제3 렌즈(230)의 물측면(232)은 오목하고, 상측면(234)은 볼록할 수 있다. 이와 같이, 제3 렌즈(230)는 메니스커스 형상일 수 있으며, 제3 렌즈(230)의 물측면(232) 및 상측면(234) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 이때, 제3 렌즈(230)의 두께는 제2 렌즈(220)의 두께보다 클 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계(200)에서, 제4 렌즈(240)는 음(-)의 파워를 가지며, 제4 렌즈(240)의 물측면(242)은 볼록하고, 상측면(244)은 오목할 수 있다. 그리고, 제4 렌즈(240)의 물측면(242)의 곡률반경의 절대 값은 상측면(244)의 곡률반경의 절대 값보다 클 수 있다. 여기서, 제4 렌즈(240)의 물측면(242) 및 상측면(244) 중 광축과의 교점 이외의 위치에 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다.
이때, 제1 렌즈(210)의 초점거리(f1)는 0.5mm 내지 10mm일 수 있고, 제3 렌즈(230)의 초점거리의 절대값은 제2 렌즈(220)의 초점거리의 절대값보다 클 수 있다. 제2 실시예에서 제1 렌즈(210)의 초점거리(f1)에 대한 제3 렌즈(230)의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)는 0.59일 수 있다.
또한, 표 4를 참조하면, 제3 거리는 0.2mm 이하, 예를 들어 0.07mm일 수 있으며, 제1 거리 및 제2 거리보다 짧을 수 있다.
또한, 표 4를 참조하면, 제3 렌즈(230)의 인덱스 상수는 1.661로 제4 렌즈(240)와 함께 가장 큰 굴절률을 가짐을 알 수 있다.
렌즈 No. | 렌즈면 No. | 곡률반경(R, mm) | 두께(mm) | 인덱스 상수 | 아베수(Vd) | 초점거리 |
제1 렌즈 | 212 | 1.597986972 | 0.579582511 | 1.5442 | 56 | 3.490235657 |
214 | 4.024543319 | 0.237303612 | ||||
제2 렌즈 | 222 | 6.277167817 | 0.290959161 | 1.5442 | 56 | -39.31069672 |
224 | 6.914424559 | 0.449720896 | ||||
제3 렌즈 | 232 | -2.224245352 | 0.419753264 | 1.661 | 20.1 | 3.781541199 |
234 | -1.039942266 | 0.07 | ||||
제4 렌즈 | 242 | 1.729606257 | 0.426169902 | 1.661 | 20.1 | -22.12409968 |
244 | 0.941460631 | 0.296510654 | ||||
필터 | 22 | 1.00E+18 | 0.21 | filter | ||
24 | 1.00E+18 | |||||
Image Sensor | 10 | 1.00E+18 | 0.77 | Image Sensor |
렌즈면 No. | 코닉상수(K) | A | B | C | D |
212 | -19.2614 | 0.476342 | -0.57989 | -0.76699 | 4.202803 |
214 | 9.391511 | -0.03418 | -0.12855 | 0.558849 | -1.6958 |
222 | 777.5035 | -0.24025 | -0.19134 | -1.53439 | 3.43385 |
224 | 175.234 | 0.289021 | -1.20887 | 1.962692 | -2.82352 |
232 | 1.885966 | 0.453127 | -0.41221 | -0.1444 | 0.281656 |
234 | -0.57991 | 0.027643 | -0.31419 | 0.729878 | -0.72109 |
242 | -3.1718 | -0.20625 | 0.02863 | -0.14416 | 0.309167 |
244 | -0.49174 | -0.27633 | 0.061103 | -0.02347 | 0.014383 |
렌즈면 No. | E | F | G | H | J |
212 | -4.2386 | -1.90615 | 1.531808 | 6.598255 | -5.48295 |
214 | 0.822788 | 3.5607 | -6.15273 | 2.833881 | -0.08944 |
222 | -2.66624 | -0.01997 | -3.03678 | 4.414354 | 0.171669 |
224 | 2.736252 | -0.9793 | -1.68284 | 2.419841 | -0.95355 |
232 | 1.808093 | -3.58015 | 1.734831 | 0.728386 | -0.64042 |
234 | 0.031112 | 0.649824 | -0.22909 | -0.25381 | 0.124903 |
242 | -0.23 | 0.063479 | -0.02717 | 0.033474 | -0.01228 |
244 | -0.002 | -0.00438 | 0.002177 | -0.00029 | -9.05E-06 |
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계의 단면도이다. 표 7은 제3 실시예에 따른 4매의 렌즈의 광학 특성을 나타낸다. 제3 실시예에서 전체 유효초점거리(EFL)는 2.73mm이고, TTL은 3.75mm이며, F값은 1.39이다. 표 8 내지 9는 제3 실시예에 따른 광학계를 구성하는 각 렌즈에 대한 코닉 상수 및 비구면 계수를 나타낸다. 도 1의 제1 실시예와 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다. 도 3을 참조하면, 광학계(300)는 물체(object) 측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(310), 제2 렌즈(320), 제3 렌즈(330) 및 제4 렌즈(340)를 포함한다. 이미지 센서(10) 상에 필터(20)가 배치되며, 필터(20) 상에 광학계(300)가 배치될 수 있다.
물체(object)로부터 반사된 광은 광학계(300)의 제1 렌즈 내지 제4 렌즈(310 내지 340) 및 필터(20)를 순차적으로 통과하여 이미지 센서(10)에 수신된다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계(300)의 f값은 1.39이고, TTL은 3.75이며, TTL/f값은 2.69일 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계(300)에서, 제1 렌즈(310)는 양(+)의 파워를 가진다. 이에 따라, 제1 렌즈(310)는 광학계(300)에 의하여 요구되는 굴절력의 일부를 제공할 수 있다. 제1 렌즈(310)의 물측면(312)은 볼록하고, 상측면(314)은 오목할 수 있다. 즉, 제1 렌즈(310)는 메니스커스 형상일 수 있다. 제1 렌즈(310)의 물측면(312)이 볼록하면, 제1 렌즈(310)의 굴절력이 강화될 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계(300)에서, 제2 렌즈(320)는 양(+)의 파워를 가지며, 제2 렌즈(320)의 물측면(322)은 볼록하고, 상측면(324)은 오목할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계(300)에서, 제3 렌즈(330)는 양(+)의 파워를 가지며, 제3 렌즈(330)의 물측면(332)은 오목하고, 상측면(334)은 볼록할 수 있다. 이와 같이, 제3 렌즈(330)는 메니스커스 형상일 수 있으며, 제3 렌즈(330)의 물측면(332) 및 상측면(334) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 이때, 제3 렌즈(330)의 두께는 제2 렌즈(320)의 두께보다 클 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계(300)에서, 제4 렌즈(340)는 음(-)의 파워를 가지며, 제4 렌즈(340)의 물측면(342)은 볼록하고, 상측면(344)은 오목할 수 있다. 그리고, 제4 렌즈(340)의 물측면(342)의 곡률반경의 절대 값은 상측면(344)의 곡률반경의 절대 값보다 클 수 있다. 여기서, 제4 렌즈(340)의 물측면(342) 및 상측면(344) 중 광축과의 교점 이외의 위치에 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다.
이때, 제1 렌즈(310)의 초점거리(f1)는 0.5mm 내지 10mm일 수 있고, 제3 렌즈(330)의 초점거리의 절대값은 제2 렌즈(320)의 초점거리의 절대값보다 클 수 있다. 제3 실시예에서 제1 렌즈(310)의 초점거리(f1)에 대한 제3 렌즈(330)의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)는 1.02일 수 있다.
또한, 표 7을 참조하면, 제3 거리는 0.2mm 이하, 예를 들어 0.07mm일 수 있으며, 제1 거리 및 제2 거리보다 짧을 수 있다.
또한, 표 7을 참조하면, 제3 렌즈(330)의 인덱스 상수는 1.661로 제4 렌즈(340)와 함께 가장 큰 굴절률을 가짐을 알 수 있다.
렌즈 No. | 렌즈면 No. | 곡률반경(R, mm) | 두께(mm) | 인덱스 상수 | 아베수(Vd) | 초점거리 |
제1 렌즈 | 312 | 1.407893942 | 0.586980615 | 1.5442 | 56 | 4.089702634 |
314 | 3.355400813 | 0.354415435 | ||||
제2 렌즈 | 322 | 7.960620249 | 0.287118822 | 1.5442 | 56 | 37.50334757 |
324 | 13.00404648 | 0.263800912 | ||||
제3 렌즈 | 332 | -1.470620139 | 0.469572242 | 1.661 | 20.1 | 4.185718469 |
334 | -1.066019091 | 0.07 | ||||
제4 렌즈 | 342 | 1.519128232 | 0.434614718 | 1.661 | 20.1 | -9.201990562 |
344 | 1.072275343 | 0.2734942 | ||||
필터 | 22 | 1.00E+18 | 0.21 | Filter | ||
24 | 1.00E+18 | |||||
Image Sensor | 10 | 1.00E+18 | 0.8 | Image Sensor |
렌즈면 No. | 코닉상수(K) | A | B | C | D |
312 | -0.24544597 | 0.01448311 | -0.011725081 | 0.071941926 | -0.029579339 |
314 | 9.378082392 | -0.023216704 | -0.028734819 | -0.059572618 | 0.043524002 |
322 | 57.78729514 | -0.058448785 | -0.41360988 | 0.25434597 | -0.039689241 |
324 | 175.278782 | 0.094468749 | -0.328364798 | 0.135229936 | -0.039562236 |
332 | -5.187683377 | 0.18209163 | -0.326219031 | 0.166720156 | 0.262088319 |
334 | -1.555494572 | 0.106005879 | -0.185157918 | 0.078483194 | 0.05828106 |
342 | -4.201536473 | -0.161608417 | 0.010007312 | 0.021777805 | -0.002728858 |
344 | -5.471894053 | -0.08415643 | -0.001303781 | 0.010871375 | -0.003852592 |
렌즈면 No. | E | F | G | H | J |
312 | -0.061409359 | -0.015560345 | 0.088371432 | 0.043994254 | -0.077126093 |
314 | 0.01913553 | -0.133913365 | 0.005635648 | 0.027229811 | -0.003635133 |
322 | -0.179948916 | -0.049896089 | -0.019110088 | 0.261824741 | 0.006732012 |
324 | 0.003687054 | 0.032727718 | -0.116269634 | -0.139841299 | 0.219990874 |
332 | -0.307702025 | -0.16243654 | 0.088861571 | 0.210682848 | -0.140586528 |
334 | 0.00478698 | -0.009133766 | -0.015006005 | -0.010519312 | 0.009886734 |
342 | -0.001633898 | -0.000827308 | 0.000731529 | -0.000144124 | 7.85E-06 |
344 | 0.000343293 | 5.39E-05 | -9.76E-06 | -1.04E-06 | 2.24E-07 |
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광학계의 단면도이다. 표 10은 제4 실시예에 따른 4매의 렌즈의 광학 특성을 나타낸다. 제4 실시예에서 전체 유효초점거리(EFL)는 3mm이고, TTL은 3.92mm이며, F값은 1.39이다. 표 11 내지 12는 제4 실시예에 따른 광학계를 구성하는 각 렌즈에 대한 코닉 상수 및 비구면 계수를 나타낸다. 도 1의 제1 실시예와 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다. 도 4를 참조하면, 광학계(400)는 물체(object) 측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(410), 제2 렌즈(420), 제3 렌즈(430) 및 제4 렌즈(440)를 포함한다. 이미지 센서(10) 상에 필터(20)가 배치되며, 필터(20) 상에 광학계(400)가 배치될 수 있다.
물체(object)로부터 반사된 광은 광학계(400)의 제1 렌즈 내지 제4 렌즈(410 내지 440) 및 필터(20)를 순차적으로 통과하여 이미지 센서(10)에 수신된다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 광학계(400)의 f값은 1.39이고, TTL은 3.92이며, TTL/f값은 3일 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 광학계(400)에서, 제1 렌즈(410)는 양(+)의 파워를 가진다. 이에 따라, 제1 렌즈(410)는 광학계(400)에 의하여 요구되는 굴절력의 일부를 제공할 수 있다. 제1 렌즈(410)의 물측면(412)은 볼록하고, 상측면(414)은 오목할 수 있다. 즉, 제1 렌즈(410)는 메니스커스 형상일 수 있다. 제1 렌즈(410)의 물측면(412)이 볼록하면, 제1 렌즈(410)의 굴절력이 강화될 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 광학계(400)에서, 제2 렌즈(420)는 음(-)의 파워를 가지며, 제2 렌즈(420)의 물측면(422)은 오목하고, 상측면(424)은 오목할 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 광학계(400)에서, 제3 렌즈(430)는 양(+)의 파워를 가지며, 제3 렌즈(430)의 물측면(432)은 오목하고, 상측면(434)은 볼록할 수 있다. 이와 같이, 제3 렌즈(430)는 메니스커스 형상일 수 있으며, 제3 렌즈(430)의 물측면(432) 및 상측면(434) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 이때, 제3 렌즈(430)의 두께는 제2 렌즈(420)의 두께보다 클 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 광학계(400)에서, 제4 렌즈(440)는 음(-)의 파워를 가지며, 제4 렌즈(440)의 물측면(442)은 볼록하고, 상측면(444)은 오목할 수 있다. 그리고, 제4 렌즈(440)의 물측면(442)의 곡률반경의 절대 값은 상측면(444)의 곡률반경의 절대 값보다 클 수 있다. 여기서, 제4 렌즈(440)의 물측면(442) 및 상측면(444) 중 광축과의 교점 이외의 위치에 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다.
이때, 제1 렌즈(410)의 초점거리(f1)는 0.5mm 내지 10mm일 수 있고, 제3 렌즈(430)의 초점거리의 절대값은 제2 렌즈(420)의 초점거리의 절대값보다 클 수 있다. 제4 실시예에서 제1 렌즈(410)의 초점거리(f1)에 대한 제3 렌즈(430)의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)는 1.23일 수 있다.
또한, 표 10을 참조하면, 제3 거리는 0.2mm 이하, 예를 들어 0.1mm일 수 있으며, 제1 거리 및 제2 거리와 같거나 짧을 수 있다.
또한, 표 10을 참조하면, 제3 렌즈(430)의 인덱스 상수는 1.661로 제1 렌즈(410) 및 제2 렌즈(420)와 함께 가장 큰 굴절률을 가짐을 알 수 있다.
렌즈 No. | 렌즈면 No. | 곡률반경(R, mm) | 두께(mm) | 인덱스 상수 | 아베수(Vd) | 초점거리 |
제1 렌즈 | 412 | 1.375551892 | 0.787691509 | 1.661 | 20.4 | 3.29445969 |
414 | 3.096948959 | 0.412438984 | ||||
제2 렌즈 | 422 | -24.47116246 | 0.337767711 | 1.661 | 20.1 | -11.64026012 |
424 | 10.70966412 | 0.1 | ||||
제3 렌즈 | 432 | -3.095349677 | 0.431103362 | 1.661 | 20.1 | 4.058168449 |
434 | -1.485774043 | 0.1 | ||||
제4 렌즈 | 442 | 5.157483422 | 0.727670884 | 1.5442 | 56 | -6.529761925 |
444 | 1.983688945 | 0.12332755 | ||||
필터 | 22 | 0.21 | Filter | |||
24 | ||||||
Image Sensor | 10 | 1.00E+18 | 0.89 | Image Sensor |
렌즈면 No. | 코닉상수(K) | A | B | C | D |
412 | -2.02876675 | 0.080615628 | 0.112371453 | -0.21737092 | 2.26E-01 |
414 | -7.146808879 | 0.071314041 | -0.189854711 | 0.763953651 | -1.12E+00 |
422 | -158.7181369 | -0.238439016 | -0.139349162 | 0.12886387 | -2.19E-01 |
424 | -900.0000042 | -0.000781497 | -0.424489007 | 0.57598003 | -8.07E-01 |
432 | -16.83959027 | 0.078273616 | -0.08335023 | 0.151699387 | -3.81E-01 |
434 | 0.889977924 | -0.149069257 | 0.633528543 | -0.502433928 | 2.01E-01 |
442 | -183.9650263 | -0.515026369 | 0.9675072 | -1.358669563 | 3.83E-01 |
444 | -24.50818555 | -0.053689006 | -0.037193388 | 0.022773193 | -1.48E-03 |
렌즈면 No. | E | F | G | H | J |
412 | -2.63E-02 | -0.073431595 | -0.003387712 | 0.046820099 | -0.013354319 |
414 | -1.19E-01 | 1.699733475 | -0.650989387 | -0.940486616 | 0.494693812 |
422 | -6.45E-02 | 1.081392082 | -0.89723209 | -0.577273465 | 0.709396702 |
424 | 5.01E-01 | 0.109535711 | 0.289997828 | -0.738253682 | 0.435342758 |
432 | 2.01E-01 | 0.657349795 | -1.364073752 | 1.291783372 | -0.490240433 |
434 | 1.46E-01 | -0.059799888 | -0.142892554 | 0.097986738 | 0.011512391 |
442 | 1.50E+00 | -1.29605996 | -1.187788463 | 1.99010691 | -0.710745599 |
444 | -2.84E-03 | -7.49E-06 | -0.000386441 | 0.000576506 | -0.000139511 |
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광학계의 단면도이다. 표 13은 제5 실시예에 따른 4매의 렌즈의 광학 특성을 나타낸다. 제5 실시예에서 전체 유효초점거리(EFL)는 2.305mm이고, TTL은 3.7mm이며, F값은 1.39이다. 표 14 내지 15는 제5 실시예에 따른 광학계를 구성하는 각 렌즈에 대한 코닉 상수 및 비구면 계수를 나타낸다. 도 1의 제1 실시예와 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다. 도 5를 참조하면, 광학계(500)는 물체(object) 측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(510), 제2 렌즈(520), 제3 렌즈(530) 및 제4 렌즈(540)를 포함한다. 이미지 센서(10) 상에 필터(20)가 배치되며, 필터(20) 상에 광학계(500)가 배치될 수 있다.
물체(object)로부터 반사된 광은 광학계(500)의 제1 렌즈 내지 제4 렌즈(510 내지 540) 및 필터(20)를 순차적으로 통과하여 이미지 센서(10)에 수신된다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 광학계(500)의 f값은 1.39이고, TTL은 3.7이며, TTL/f값은 2.66일 수 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 광학계(500)에서, 제1 렌즈(510)는 양(+)의 파워를 가진다. 이에 따라, 제1 렌즈(510)는 광학계(500)에 의하여 요구되는 굴절력의 일부를 제공할 수 있다. 제1 렌즈(510)의 물측면(512)은 볼록하고, 상측면(514)은 오목할 수 있다. 즉, 제1 렌즈(510)는 메니스커스 형상일 수 있다. 제1 렌즈(510)의 물측면(512)이 볼록하면, 제1 렌즈(510)의 굴절력이 강화될 수 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 광학계(500)에서, 제2 렌즈(520)는 음(-)의 파워를 가지며, 제2 렌즈(520)의 물측면(522)은 오목하고, 상측면(524)은 볼록할 수 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 광학계(500)에서, 제3 렌즈(530)는 양(+)의 파워를 가지며, 제3 렌즈(530)의 물측면(532)은 오목하고, 상측면(534)은 볼록할 수 있다. 이와 같이, 제3 렌즈(530)는 메니스커스 형상일 수 있으며, 제3 렌즈(530)의 물측면(532) 및 상측면(534) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 이때, 제3 렌즈(530)의 두께는 제2 렌즈(520)의 두께보다 클 수 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 광학계(500)에서, 제4 렌즈(540)는 음(-)의 파워를 가지며, 제4 렌즈(540)의 물측면(542)은 볼록하고, 상측면(544)은 오목할 수 있다. 그리고, 제4 렌즈(540)의 물측면(542)의 곡률반경의 절대 값은 상측면(544)의 곡률반경의 절대 값보다 클 수 있다. 여기서, 제4 렌즈(540)의 물측면(542) 및 상측면(544) 중 광축과의 교점 이외의 위치에 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다.
이때, 제1 렌즈(510)의 초점거리(f1)는 0.5mm 내지 10mm일 수 있고, 제3 렌즈(430)의 초점거리의 절대값은 제2 렌즈(520)의 초점거리의 절대값보다 클 수 있다. 제5 실시예에서 제1 렌즈(510)의 초점거리(f1)에 대한 제3 렌즈(530)의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)는 0.61일 수 있다.
또한, 표 13을 참조하면, 제3 거리는 0.2mm 이하, 예를 들어 0.1mm일 수 있으며, 제1 거리 및 제2 거리보다 짧을 수 있다.
또한, 표 13을 참조하면, 제3 렌즈(530)의 인덱스 상수는 1.661로 제4 렌즈(540)와 함께 가장 큰 굴절률을 가짐을 알 수 있다.
렌즈 No. | 렌즈면 No. | 곡률반경(R, mm) | 두께(mm) | 인덱스 상수 | 아베수(Vd) | 초점거리 |
제1 렌즈 | 512 | 1.517448169 | 0.7 | 1.5442 | 56 | 3.467311368 |
514 | 6.900859681 | 0.266075315 | ||||
제2 렌즈 | 522 | -15.38413544 | 0.25 | 1.5442 | 56 | -43.85131361 |
524 | -44.6826148 | 0.167674283 | ||||
제3 렌즈 | 532 | -2.121650998 | 0.7 | 1.661 | 20.4 | 2.128591561 |
534 | -0.934030502 | 0.1 | ||||
제4 렌즈 | 542 | 1.826329622 | 0.419546011 | 1.661 | 20.4 | -3.628768665 |
544 | 0.929368638 | 0.34570439 | ||||
필터 | 22 | 0.21 | Filter | |||
24 | ||||||
Image Sensor | 10 | 1.00E+18 | 0.54 | Image Sensor |
렌즈면 No. | 코닉상수(K) | A | B | C | D |
512 | -3.085272899 | 0.046686781 | 0.295527392 | -0.812455018 | 9.63E-01 |
514 | 9.378632495 | -0.016776937 | -0.173513371 | 0.044159898 | 5.92E-01 |
522 | -285.0066055 | -0.30194991 | -0.031816548 | -0.05545418 | -8.40E-01 |
524 | 175.2339944 | 0.019640686 | -0.763350477 | 3.562306706 | -7.65E+00 |
532 | 0.921407393 | 0.211578909 | -0.226802397 | 0.061627153 | 7.33E-01 |
534 | -0.538757855 | 0.357631728 | -0.75177997 | 1.230110188 | -7.93E-01 |
542 | -4.240137391 | -0.198342043 | 0.084267495 | -0.121931988 | 1.67E-01 |
544 | -4.408450288 | -0.131917052 | 0.06491616 | -0.057198457 | 4.36E-02 |
렌즈면 No. | E | F | G | H | J |
512 | -1.66E-01 | -6.71E-01 | 0.023523736 | 1.105339413 | -0.788563946 |
514 | -2.04E+00 | 4.21E-01 | 4.049936296 | -3.57899275 | -0.089521334 |
522 | -2.24E+00 | 4.97E+00 | 4.489829967 | -8.818463239 | 0.147639819 |
524 | 4.32E+00 | 3.48E+00 | -1.793175975 | -4.416217225 | 2.940788272 |
532 | 2.96E-01 | -4.93E+00 | 2.902464898 | 4.451085694 | -3.63E+00 |
534 | -2.43E-01 | 5.60E-01 | -0.049451544 | -0.259467354 | 0.120890047 |
542 | -1.10E-01 | 2.34E-02 | -0.003296859 | 0.005097161 | -0.001505302 |
544 | -1.85E-02 | 3.22E-04 | 0.002361321 | -0.000716073 | 6.76E-05 |
도 6 내지 10은 제1 내지 제5 실시예에 따른 광학계의 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 측정한 그래프이다. 도 6a는 제1 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 구면수차를 측정한 그래프이고, 도 6b는 제1 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 비점수차를 측정한 그래프이고, 도 6c는 제1 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 7a는 제2 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 구면수차를 측정한 그래프이고, 도 7b는 제2 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 비점수차를 측정한 그래프이고, 도 7c는 제2 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 8a는 제3 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 구면수차를 측정한 그래프이고, 도 8b는 제3 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 비점수차를 측정한 그래프이고, 도 8c는 제3 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 9a는 제4 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 구면수차를 측정한 그래프이고, 도 9b는 제4 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 비점수차를 측정한 그래프이고, 도 9c는 제4 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 10a는 제5 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 구면수차를 측정한 그래프이고, 도 10b는 제5 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 비점수차를 측정한 그래프이고, 도 10c는 제5 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
구면수차는 각 파장에 따른 구면수차를 나타내고, 비점수차는 상면의 높이에 따른 탄젠셜면(tangential plane)과 새지털면(sagital plane)의 수차특성을 나타내며, 왜곡수차는 상면의 높이에 따른 왜곡도를 나타낸다. 도 6 내지 10을 참조하면, 구면수차가 파장에 관계없이 -0.08mm 내지 0.08mm이내에 있음을 알 수 있고, 비점수차가 파장에 관계없이 -0.2mm 내지 0.2mm이내에 있음을 알 수 있으며, 왜곡수차가 파장에 관계없이 -2% 내지 2% 이내에 있음을 알 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 수차 특성이 우수함을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 카메라 모듈에 적용될 수 있다. 도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 광학계가 적용되는 카메라 모듈의 단면도이다.
도 11을 참조하면, 카메라 모듈(1100)은 렌즈 어셈블리(1110), 이미지 센서(1120) 및 인쇄회로기판(1130)을 포함한다. 여기서, 렌즈 어셈블리(1110)는 광학계(1112), 렌즈 배럴(1114), 렌즈 홀더(1116) 및 IR 필터(1118)를 포함할 수 있다. 광학계(1112)는 도 1 내지 5의 본 발명의 실시예에 따른 광학계에 대응할 수 있고, IR 필터(1118)는 도 1 내지 5의 필터(20)에 대응할 수 있다. 이미지 센서(1120)는 도 1내지 5의 이미지 센서(10)에 대응할 수 있다.
광학계(1112)를 구성하는 복수 매의 렌즈들은 중심축을 기준으로 정렬될 수 있다. 여기서, 중심축은 광학계의 광축(Optical axis)과 동일할 수 있다.
렌즈 배럴(1114)은 렌즈 홀더(1116)와 결합되며, 내부에 렌즈를 수용할 수 있는 공간이 마련될 수 있다. 렌즈 배럴(1114)은 광학계(1112)를 구성하는 복수 매의 렌즈들과 회전 결합될 수 있으나, 이는 예시적인 것이며, 접착제(예를 들어, 에폭시(epoxy) 등의 접착용 수지)를 이용한 방식 등 다른 방식으로 결합될 수 있다.
렌즈 홀더(1116)는 렌즈 배럴(1114)과 결합되어 렌즈 배럴(1114)을 지지하고, 이미지 센서(1120)가 탑재된 인쇄회로기판(1130)에 결합될 수 있다. 렌즈 홀더(1116)에 의하여 렌즈 배럴(1114) 하부에 IR 필터(1118)가 부착될 수 있는 공간이 형성될 수 있다. 렌즈 홀더(1116)외 내주면에는 나선형 패턴이 형성될 수 있고, 이와 마찬가지로 외주면에 나선형 패턴이 형성된 렌즈 배럴(1114)과 회전 결합할 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것이며, 렌즈 홀더(1116)와 렌즈 배럴(1114)은 접착제를 통해 결합되거나, 렌즈 홀더(1116)와 렌즈 배럴(1114)이 일체형으로 형성될 수도 있다.
렌즈 홀더(1116)는 렌즈 배럴(1114)과 결합되는 상부 홀더(1116-1) 및 이미지 센서(1120)가 탑재된 인쇄회로기판(1130)과 결합되는 하부 홀더(1116-2)로 구분될 수 있으며, 상부 홀더(1116-1) 및 하부 홀더(1116-2)는 일체형으로 형성되거나, 서로 분리된 구조로 형성된 후 체결 또는 결합되거나, 서로 분리되어 이격된 구조를 가질 수도 있다. 이때, 상부 홀더(1116-1)의 직경은 하부 홀더(1116-2)의 직경보다 작게 형성될 수 있다.
이러한 카메라 모듈은 깊이 정보를 추출하는 카메라 모듈일 수도 있다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 깊이 정보를 추출하는 카메라 모듈의 블록도를 나타낸다.
도 12를 참조하면, 카메라 모듈(1200)은 광출력부(1210), 렌즈부(1220), 이미지 센서(1230), 틸팅부(1240) 및 영상 처리부(1250)를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈(1200)은 ToF 기능을 이용하여 깊이 정보를 추출하므로, 본 명세서에서 ToF 카메라 장치 또는 ToF 카메라 모듈과 혼용될 수 있다.
광출력부(1210)는 출력광 신호를 생성한 후 객체에 조사한다. 이때, 광출력부(1210)는 펄스파(pulse wave)의 형태나 지속파(continuous wave)의 형태로 출력광 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 지속파는 사인파(sinusoid wave)나 사각파(squared wave)의 형태일 수 있다. 출력광 신호를 펄스파나 지속파 형태로 생성함으로써, 카메라 모듈(1200)은 광출력부(1210)로부터 출력된 출력광 신호와 객체로부터 반사된 후 카메라 모듈(1200)로 입력된 입력광 신호 사이의 위상 차를 검출할 수 있다. 본 명세서에서, 출력광은 광출력부(1210)로부터 출력되어 객체에 입사되는 광을 의미하고, 입력광은 광출력부(1210)로부터 출력되어 객체에 도달하여 객체로부터 반사된 후 카메라 장치(1200)로 입력되는 광을 의미할 수 있다. 객체의 입장에서 출력광은 입사광이 될 수 있고, 입력광은 반사광이 될 수 있다.
광출력부(1210)는 생성된 출력광 신호를 소정의 노출주기 동안 객체에 조사한다. 여기서, 노출주기란 1개의 프레임 주기를 의미한다. 복수의 프레임을 생성하는 경우, 설정된 노출주기가 반복된다. 예를 들어, 카메라 장치(1200)가 20 FPS로 객체를 촬영하는 경우, 노출주기는 1/20[sec]가 된다. 그리고 100개의 프레임을 생성하는 경우, 노출주기는 100번 반복될 수 있다.
광출력부(1210)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 출력광 신호를 생성할 수 있다. 광출력부(1210)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 출력광 신호를 순차적으로 반복하여 생성할 수 있다. 또는, 광출력부(1210)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 출력광 신호를 동시에 생성할 수도 있다.
이를 위하여, 광출력부(1210)는 빛을 생성하는 광원(1212)과 빛을 변조하는 광변조부(1214)를 포함할 수 있다.
우선, 광원(1212)은 빛을 생성한다. 광원(1212)이 생성하는 빛은 파장이 770 내지 3000nm인 적외선 일 수 있으며, 파장이 380 내지 770 nm인 가시광선 일 수도 있다. 광원(1212)은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 이용할 수 있으며, 복수의 발광 다이오드가 일정한 패턴에 따라 배열된 형태를 가질 수 있다. 뿐만 아니라, 광원(1212)은 유기 발광 다이오드(Organic light emitting diode, OLED)나 레이저 다이오드(Laser diode, LD)를 포함할 수도 있다. 또는, 광원(1212)은 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)일 수도 있다. VCSEL은 전기 신호를 광 신호로 바꾸어 주는 레이저 다이오드 중 하나이며, 약 800 내지 1000nm인 파장, 예를 들어 약 850nm 또는 약 940nm 파장을 사용할 수 있다.
광원(1212)은 일정 시간 간격으로 점멸(on/off)을 반복하여 펄스파 형태나 지속파 형태의 출력광 신호를 생성한다. 일정 시간 간격은 출력광 신호의 주파수일 수 있다. 광원의 점멸은 광변조부(1214)에 의해 제어될 수 있다.
광변조부(1214)는 광원(1212)의 점멸을 제어하여 광원(1212)이 지속파나 펄스파 형태의 출력광 신호를 생성하도록 제어한다. 광변조부(1214)는 주파수 변조(frequency modulation)나 펄스 변조(pulse modulation) 등을 통해 광원(1212)이 지속파나 펄스파 형태의 출력광 신호를 생성하도록 제어할 수 있다.
한편, 렌즈부(1220)는 객체로부터 반사된 입력광 신호를 집광하여 이미지 센서(1230)에 전달한다. 여기서, 렌즈부(1220)는 도 11의 렌즈 어셈블리(1110)에 대응할 수 있고, 광학계 및 IR 필터를 포함할 수 있다. 여기서, 광학계는 도 1 내지 5에서 예시하는 본 발명의 실시예에 따른 광학계일 수 있고, IR 필터는 도 1 내지 5에서 도시된 필터(20)일 수 있다.
이미지 센서(1230)는 렌즈부(1220)를 통해 집광된 입력광 신호를 이용하여 전기 신호를 생성한다.
이미지 센서(1230)는 광출력부(1210)의 점멸 주기와 동기화되어 입력광 신호를 검출할 수 있다. 구체적으로 이미지 센서(1230)는 광출력부(1210)로부터 출력된 출력광 신호와 동상(in phase) 및 이상(out phase)에서 각각 빛을 검출할 수 있다. 즉, 이미지 센서(1230)는 광원이 켜져 있는 시간에 입사광 신호를 흡수하는 단계와 광원이 꺼져 있는 시간에 입사광 신호를 흡수하는 단계를 반복 수행할 수 있다.
다음으로, 이미지 센서(1230)는 서로 다른 위상차를 가지는 복수의 참조 신호(reference signal)를 이용하여 각 참조 신호에 대응하는 전기 신호를 생성할 수 있다. 참조 신호의 주파수는 광출력부(1210)로부터 출력된 출력광 신호의 주파수와 동일하게 설정될 수 있다. 따라서, 광출력부(1210)가 복수의 주파수로 출력광 신호를 생성하는 경우, 이미지 센서(1230)는 각 주파수에 대응하는 복수의 참조 신호를 이용하여 전기 신호를 생성한다. 전기 신호는 각 참조 신호에 대응하는 전하량이나 전압에 관한 정보를 포함할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 전기 신호 생성 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 13에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 참조 신호는 4개(C1 내지 C4)일 수 있다. 각 참조 신호(C1 내지 C4)는 출력광 신호, 즉 객체의 입장에서 입사광 신호와 동일한 주파수를 가지되, 서로 90도 위상차를 가질 수 있다. 4개의 참조 신호 중 하나(C1)는 출력광 신호와 동일한 위상을 가질 수 있다. 입력광 신호, 즉 객체의 입장에서 반사광 신호는 출력광 신호가 객체에 입사된 후 반사되어 돌아오는 거리만큼 위상이 지연된다. 이미지 센서(1230)는 입력광 신호와 각 참조 신호를 각각 믹싱(mixing)한다. 그러면, 이미지 센서(1230)는 도 13의 음영 부분에 대응하는 전기 신호를 각 참조 신호별로 생성할 수 있다.
다른 실시예로, 노출 시간 동안 복수의 주파수로 출력광 신호가 생성된 경우, 이미지 센서(1230)는 복수의 주파수에 따른 입력광 신호를 흡수한다. 예를 들어, 주파수 f1과 f2로 출력광 신호가 생성되고, 복수의 참조 신호는 90도의 위상차를 가진다고 가정한다. 그러면, 입력광 신호 역시 주파수 f1과 f2를 가지므로, 주파수가 f1인 입력광 신호와 이에 대응하는 4개의 참조 신호를 통해 4개의 전기 신호가 생성될 수 있다. 그리고 주파수가 f2인 입력광 신호와 이에 대응하는 4개의 참조 신호를 통해 4개의 전기 신호가 생성될 수 있다. 따라서, 전기 신호는 총 8개가 생성될 수 있다.
이미지 센서(1230)는 복수의 픽셀이 그리드 형태로 배열된 구조로 구성될 수 있다. 이미지 센서(1230)는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서일 수 있으며, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서일 수도 있다. 또한, 이미지 센서(1230)는 피사체에 반사되는 적외선 광을 받아들여 시간 또는 위상 차를 이용해 거리를 측정하는 ToF 센서를 포함할 수 있다.
영상 처리부(1250)는 이미지 센서(1230)로부터 수신한 전기신호를 이용하여 출력광과 입력광 사이의 위상차를 계산하고, 위상차를 이용하여 객체와 카메라 모듈(1200) 사이의 거리를 계산한다.
구체적으로, 영상 처리부(1250)는 전기신호의 전하량 정보를 이용하여 출력광과 입력광 사이의 위상차를 계산할 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 출력광 신호의 주파수마다 전기신호는 4개가 생성될 수 있다. 따라서, 영상 처리부(1250)는 아래의 수학식 1을 이용하여 출력광 신호와 입력광 신호 사이의 위상차(td)를 계산할 수 있다.
여기서, Q1 내지 Q4는 4개의 전기 신호 각각의 전하 충전량이다. Q1은 출력광 신호와 동일한 위상의 기준신호에 대응하는 전기신호의 전하량이다. Q2는 출력광 신호보다 위상이 180도 느린 기준신호에 대응하는 전기신호의 전하량이다. Q3는 출력광 신호보다 위상이 90도 느린 기준신호에 대응하는 전기신호의 전하량이다. Q4는 출력광 신호보다 위상이 270도 느린 기준신호에 대응하는 전기신호의 전하량이다.
그러면, 영상 처리부(1250)는 출력광 신호와 입력광 신호의 위상차를 이용하여 객체와 카메라 모듈(1200) 사이의 거리를 계산할 수 있다. 이때, 영상 처리부(1250)는 아래의 수학식 2를 이용하여 객체와 카메라 모듈(1200) 사이의 거리(d)를 계산할 수 있다.
여기서, c는 빛의 속도이고, f는 출력광의 주파수이다.
도 14는 4개의 위상 영상을 이용하여 ToF IR 영상 또는 깊이 영상을 얻는 방법의 일 예를 간략하게 도시한다.
도 14를 참조하면, phase 0°에 대한 위상 영상(1), phase 90°에 대한 위상 영상(2), phase 180°에 대한 위상 영상(3) 및 phase 270°에 대한 위상 영상(4)을 순차적으로 추출하여 깊이 영상(depth image) 1을 획득하고, phase 0°에 대한 위상 영상(5), phase 90°에 대한 위상 영상(6), phase 180°에 대한 위상 영상(7) 및 phase 270°에 대한 위상 영상(8)을 다시 순차적으로 추출하여 깊이 영상(depth image) 2를 획득할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 깊이 영상의 해상도를 높이기 위하여, 슈퍼 레졸루션(Super Resolution, SR) 기법을 이용할 수도 있다. SR 기법은 복수의 저해상 영상으로부터 고해상 영상을 얻는 기법으로, SR 기법의 수학적 모델은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, 1≤k≤p이고, p는 저해상 영상의 개수이며, yk는 저해상 영상(=[yk,1, yk,2, ..., yk,M]T, 여기서, M=N1*N2)이고, Dk는 다운 샘플링(down sampling) 매트릭스이고, Bk는 광학 흐림(blur) 매트릭스, Mk는 영상 왜곡(warping) 매트릭스, x는 고해상 영상(=[x1, x2, ..., xN]T, 여기서, N=L1N1*L2N2), nk는 노이즈를 나타낸다. 즉, SR 기법에 따르면, yk에 추정된 해상도 열화 요소들의 역함수를 적용하여 x를 추정하는 기술을 의미한다. SR 기법은 크게 통계적 방식과 멀티프레임 방식으로 나뉠 수 있으며, 멀티프레임 방식은 크게 공간 분할 방식과 시간 분할 방식으로 나뉠 수 있다.
깊이 정보 추출에 SR 기법을 적용하기 위하여, 영상 처리부(1250)는 이미지 센서(1230)로부터 수신한 전기신호를 이용하여 복수의 저해상 서브프레임을 생성한 후, 복수의 저해상 서브프레임을 이용하여 복수의 저해상 깊이 정보를 추출할 수 있다. 그리고 복수의 저해상 깊이 정보의 픽셀값을 재배열하여 고해상 깊이 정보를 추출할 수 있다.
여기서, 고해상이라 함은 저해상보다 높은 해상도를 나타내는 상대적인 의미이다.
여기서, 서브프레임이란 어느 하나의 노출 주기 및 참조 신호에 대응한 전기 신호로부터 생성되는 이미지 데이터를 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 노출 주기, 즉 하나의 영상 프레임에서 8개의 참조 신호를 통해 전기 신호가 생성되는 경우, 8개의 서브프레임이 생성될 수 있으며, 시작 프레임(start of frame)이 1개 더 생성될 수 있다. 본 명세서에서, 서브프레임은 이미지 데이터, 서브프레임 이미지 데이터 등과 혼용될 수 있다.
또는, 깊이 정보 추출에 본 발명의 실시예에 따른 SR 기법을 적용하기 위하여, 영상 처리부(1250)는 이미지 센서(1230)로부터 수신한 전기신호를 이용하여 복수의 저해상 서브프레임을 생성한 후, 복수의 저해상 서브프레임의 픽셀값을 재배열하여 복수의 고해상 서브프레임을 생성할 수 있다. 그리고, 고해상 서브프레임을 이용하여 고해상 깊이 정보를 추출할 수 있다.
이를 위하여, 픽셀 쉬프트(pixel shift) 기술을 이용할 수 있다. 즉, 픽셀 쉬프트 기술을 이용하여 서브프레임 별로 서브픽셀만큼 쉬프트된 여러 장의 이미지 데이터를 획득한 후, 서브프레임 별로 SR 기법을 적용하여 복수의 고해상 서브프레임 이미지 데이터를 획득하며, 이들을 이용하여 고해상의 깊이 이미지를 추출할 수 있다. 픽셀 쉬프트를 위하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 장치(1200)는 틸팅부(1240)를 더 포함한다.
다시 도 12를 참조하면, 틸팅부(1240)는 출력광 신호 또는 입력광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 이미지 센서(1230)의 서브 픽셀 단위로 변경한다. 여기서, 서브 픽셀은 0 픽셀보다 크고 1 픽셀보다 작은 단위일 수 있다.
틸팅부(1240)는 영상 프레임 별로 출력광 신호 또는 입력광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 변경한다. 상기에서 설명한 바와 같이, 하나의 노출주기마다 1개의 영상 프레임이 생성될 수 있다. 따라서, 틸팅부(1240)는 하나의 노출주기가 종료되면 출력광 신호 또는 입력광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 변경한다.
틸팅부(1240)는 이미지 센서(1230)를 기준으로 서브 픽셀 단위만큼 출력광 신호 또는 입력광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 변경한다. 이때, 틸팅부(1240)는 현재 광경로를 기준으로 출력광 신호 또는 입력광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 상, 하, 좌, 우 중 어느 하나의 방향으로 변경한다.
도 15(a)는 틸팅부에 의한 입력광 신호의 광경로 변경을 설명하기 위한 도면이고, 도 15(b)는 이미지 센서 내에서 서브픽셀 단위로 픽셀을 이동시켜 입력광 데이터 보간을 설명하기 위한 도면이다.
도 15의 (a)에서 실선으로 표시된 부분은 입력광 신호의 현재 광경로를 나타내고, 점선으로 표시된 부분은 변경된 광경로를 나타낸다. 현재 광경로에 대응하는 노출주기가 종료되면, 틸팅부(1240)는 입력광 신호의 광경로를 점선과 같이 변경할 수 있다. 그러면, 입력광 신호의 경로는 현재 광경로에서 서브픽셀만큼 이동된다. 예를 들어, 도 15의 (a)에서와 같이, 틸팅부(1240)가 현재 광경로를 0.173도 우측으로 이동시키면, 이미지 센서(1230)에 입사되는 입력광 신호는 우측으로 서브 픽셀만큼 이동할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 틸팅부(1240)는 기준 위치에서 시계방향으로 입력광 신호의 광경로를 변경할 수 있다. 예를 들어, 도 15의 (b)에 나타난 바와 같이, 틸팅부(1240)는 제1 노출주기가 종료된 후, 제2 노출주기에 입력광 신호의 광경로를 이미지 센서(1230) 기준 서브 픽셀만큼 우측으로 이동시킨다. 그리고 틸팅부(1240)는 제3 노출주기에 입력광 신호의 광경로를 이미지 센서부(1230) 기준 서브 픽셀만큼 우측으로 이동시킨다. 그리고 틸팅부(1240)는 제4 노출주기에 입력광 신호의 광경로를 이미지 센서부(1230) 기준 서브 픽셀만큼 우측으로 이동시킨다. 그리고 틸팅부(1240)는 제5 노출주기에 입력광 신호의 광경로를 이미지 센서부(1230) 기준 서브 픽셀만큼 아래측으로 이동시킨다. 이러한 방법으로, 틸팅부(1240)는 복수의 노출주기로 입력광 신호의 광경로를 서브픽셀 단위로 이동시킬 수 있다. 이는 출력광 신호의 광경로를 이동시킬 때도 동일하게 적용될 수 있는 바, 상세한 설명은 생략하도록 한다. 또한 광경로의 변경 패턴이 시계방향인 것은 일례에 불과하며, 반시계 방향일 수도 있다. 이와 같이, 틸팅부(1240)가 서브픽셀 단위로 입력광 신호의 광경로를 이동시킬 경우, 서브픽셀 단위로 정보가 보간될 수 있으므로, 하나의 주기 내에 4개의 위상 신호를 동시에 수신하는 경우에도 높은 해상도를 유지하는 것이 가능하다.
여기서, 도 15(a)와 같이, 한 실시예에 따르면, 틸팅부(1240)는 IR 필터의 기울기를 제어하는 방법으로 입력광 신호를 쉬프트시키며, 이에 따라 서브픽셀만큼 쉬프트된 데이터를 얻을 수 있다. 이를 위하여, 틸팅부(1240)는 IR 필터와 직접 또는 간접으로 연결되는 액추에이터(actuator)를 포함할 수 있으며, 액추에이터는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems), VCM(Voice Coil Motor) 및 압전 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다만, 이로 제한되는 것은 아니며, 도 15(b)에서 설명하는 이미지 센서 내에서 서브픽셀 단위로 픽셀을 이동시켜 입력광 데이터 보간하는 방법은 소프트웨어적으로 구현될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 스마트폰, 태블릿 PC, 랩탑(laptop) 컴퓨터, PDA 등의 휴대 단말에 내장될 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (12)
- 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈를 포함하고,f값이 1.7 이하이고,상기 f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)가 2.1 내지 3인 광학계.
- 제1항에 있어서,상기 제1 렌즈 및 상기 제3 렌즈 각각은 양의 파워를 가지고, 상기 제4 렌즈는 음의 파워를 가지는 광학계.
- 제2항에 있어서,상기 제1 렌즈의 초점거리(f1)에 대한 상기 제3 렌즈의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)는 0.5 내지 1.5인 광학계.
- 제3항에 있어서,상기 제1 렌즈는 볼록한 물측면 및 오목한 상측면을 포함하고, 상기 제3 렌즈는 오목한 물측면 및 볼록한 상측면을 포함하고, 상기 제4 렌즈는 볼록한 물측면 및 오목한 상측면을 포함하는 광학계.
- 제1항에 있어서,상기 f값이 1.5 이하이고,상기 f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)가 2.4 내지 3인 광학계.
- 제5항에 있어서,상기 f값이 1.4 이하이고,상기 f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)가 2.6 내지 2.9인 광학계.
- 제1항에 있어서,상기 제1 렌즈의 상측면 및 상기 제2 렌즈의 물측면 간의 제1 거리, 상기 제2 렌즈의 상측면 및 상기 제3 렌즈의 물측면 간의 제2 거리 및 상기 제3 렌즈의 상측면 및 상기 제4 렌즈의 물측면 간의 제3 거리 중 상기 제3 거리가 가장 짧은 광학계.
- 제1항에 있어서,상기 제1 렌즈의 제1 굴절률, 상기 제2 렌즈의 제2 굴절률, 상기 제3 렌즈의 제3 굴절률 및 상기 제4 렌즈의 제4 굴절률 중 상기 제3 굴절률이 가장 큰 광학계.
- 제1항에 있어서,상기 제4 렌즈의 물측면 및 상측면 중 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함하는 광학계.
- 이미지 센서,상기 이미지 센서 상에 배치된 필터, 그리고상기 필터 상에 배치된 광학계를 포함하고,상기 광학계는 물체(object)측으로부터 상측(image)으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈를 포함하고,f값이 1.7 이하이고,상기 f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)가 2.1 내지 3인 카메라 모듈.
- 제10항에 있어서,객체로 광을 출력하는 광출력부,상기 광출력부에서 출력되고 상기 객체로부터 반사된 후, 상기 광학계 및 상기 필터를 통과하여, 상기 이미지 센서에 수신된 광을 이용하여 상기 객체의 깊이 정보를 추출하는 영상 처리부를 포함하며,상기 영상 처리부는 상기 광출력부에서 출력된 광 및 상기 이미지 센서에 수신된 광 간의 위상 차를 이용하여 상기 객체의 깊이 정보를 추출하는 카메라 모듈.
- 제11항에 있어서,상기 필터는 소정의 규칙으로 틸팅되며, 상기 필터의 틸팅에 따라 상기 이미지 센서에 수신되는 광의 경로는 소정의 규칙으로 시프트되는 카메라 모듈.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11782239B2 (en) | 2019-03-22 | 2023-10-10 | Largan Precision Co., Ltd. | Optical imaging system comprising four lenes of −−+−, +−+−, +++− or −++− refractive powers, image capturing unit and electronic device |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI717161B (zh) | 2019-12-20 | 2021-01-21 | 大立光電股份有限公司 | 光學鏡頭組、取像裝置及電子裝置 |
KR20220014717A (ko) * | 2020-07-29 | 2022-02-07 | 엘지이노텍 주식회사 | 거리 측정 카메라 |
KR102324807B1 (ko) * | 2020-07-31 | 2021-11-12 | 주식회사 나오텍 | 3D 센서용 ToF 렌즈 어셈블리 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007322844A (ja) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Nidec Copal Corp | 撮像レンズ |
US20140146401A1 (en) * | 2012-11-29 | 2014-05-29 | Largan Precision Co., Ltd. | Image capturing lens system |
JP2015138174A (ja) * | 2014-01-23 | 2015-07-30 | アウラディアス合同会社 | 撮像レンズ |
KR20170066005A (ko) * | 2015-12-04 | 2017-06-14 | 엘지이노텍 주식회사 | 촬상 렌즈, 이를 포함하는 카메라 모듈 및 디지털 기기 |
US20180172952A1 (en) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | Largan Precision Co., Ltd. | Optical photographing lens system, image capturing apparatus and electronic device |
Family Cites Families (28)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3255490B2 (ja) * | 1993-06-08 | 2002-02-12 | 富士写真光機株式会社 | レトロフォーカス型大口径レンズ |
JPH08166539A (ja) * | 1994-12-15 | 1996-06-25 | Nikon Corp | 赤外線用望遠レンズ |
JP4125179B2 (ja) | 2003-05-30 | 2008-07-30 | 株式会社タムロン | 可視光近赤外光用単焦点レンズ |
JP5074948B2 (ja) * | 2008-02-14 | 2012-11-14 | 富士フイルム株式会社 | 撮像レンズおよび撮像装置 |
JP2009300797A (ja) | 2008-06-13 | 2009-12-24 | Fujinon Corp | 撮像レンズ及びカプセル型内視鏡 |
KR101586024B1 (ko) * | 2009-07-21 | 2016-01-15 | 엘지이노텍 주식회사 | 촬상 렌즈 |
KR101158178B1 (ko) * | 2009-09-22 | 2012-06-19 | 삼성전기주식회사 | 카메라용 광학계 |
KR101218999B1 (ko) * | 2010-06-17 | 2013-01-04 | 삼성전기주식회사 | 촬상 광학계 |
US8422151B2 (en) * | 2011-09-01 | 2013-04-16 | Newmax Technology Co., Ltd. | Wide-angle imaging lens module |
KR101897028B1 (ko) * | 2011-12-19 | 2018-09-13 | 엘지이노텍 주식회사 | 광학계 |
US8675288B2 (en) * | 2012-06-12 | 2014-03-18 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Lens module |
KR102040152B1 (ko) * | 2013-04-08 | 2019-12-05 | 삼성전자주식회사 | 3차원 영상 획득 장치 및 3차원 영상 획득 장치에서의 깊이 영상 생성 방법 |
JP6252983B2 (ja) * | 2014-02-25 | 2017-12-27 | 株式会社リコー | ズームレンズ、カメラおよび携帯情報端末装置 |
KR101740766B1 (ko) * | 2014-08-28 | 2017-05-26 | 삼성전기주식회사 | 촬상 광학계 |
KR101709830B1 (ko) * | 2014-08-28 | 2017-02-23 | 삼성전기주식회사 | 촬상 광학계 |
US10260866B2 (en) * | 2015-03-06 | 2019-04-16 | Massachusetts Institute Of Technology | Methods and apparatus for enhancing depth maps with polarization cues |
KR101838988B1 (ko) | 2015-05-22 | 2018-03-16 | 주식회사 소모비전 | 광시야 비열화 적외선 렌즈모듈 |
US9746648B1 (en) | 2016-02-11 | 2017-08-29 | Newmax Technology Co., Ltd. | Four-piece infrared single wavelength lens system |
JP5953450B1 (ja) * | 2016-04-08 | 2016-07-20 | エーエーシー テクノロジーズ ピーティーイー リミテッドAac Technologies Pte.Ltd. | 撮像レンズ |
TWI628461B (zh) | 2016-10-19 | 2018-07-01 | 先進光電科技股份有限公司 | 光學成像系統 |
US10288851B2 (en) * | 2016-10-27 | 2019-05-14 | Newmax Technology Co., Ltd. | Four-piece infrared single wavelength lens system |
WO2018163831A1 (ja) | 2017-03-10 | 2018-09-13 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | レンズ系、交換レンズ装置及びカメラシステム |
TWI634360B (zh) * | 2017-09-29 | 2018-09-01 | 大立光電股份有限公司 | 電子裝置 |
US10921558B2 (en) * | 2017-10-26 | 2021-02-16 | Apple Inc. | Wide field of view five element lens system |
CN107807438B (zh) | 2017-12-11 | 2023-04-28 | 浙江舜宇光学有限公司 | 光学成像系统 |
CN110727085A (zh) | 2017-12-29 | 2020-01-24 | 玉晶光电(厦门)有限公司 | 光学成像镜头 |
TWI651565B (zh) * | 2018-02-22 | 2019-02-21 | Largan Precision Co.,Ltd. | 成像光學鏡頭、取像裝置及電子裝置 |
US11048067B2 (en) * | 2018-05-25 | 2021-06-29 | Anteryon International B.V. | Lens system |
-
2019
- 2019-01-04 KR KR1020190001216A patent/KR102326952B1/ko active IP Right Grant
- 2019-12-30 WO PCT/KR2019/018696 patent/WO2020141827A1/ko unknown
- 2019-12-30 EP EP19907479.0A patent/EP3907543A4/en active Pending
- 2019-12-30 CN CN201980087979.1A patent/CN113260892B/zh active Active
- 2019-12-30 US US17/420,648 patent/US20220086318A1/en active Pending
- 2019-12-30 JP JP2021539048A patent/JP7411664B2/ja active Active
-
2020
- 2020-01-03 TW TW109100196A patent/TW202034011A/zh unknown
-
2021
- 2021-11-10 KR KR1020210153859A patent/KR102661298B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007322844A (ja) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Nidec Copal Corp | 撮像レンズ |
US20140146401A1 (en) * | 2012-11-29 | 2014-05-29 | Largan Precision Co., Ltd. | Image capturing lens system |
JP2015138174A (ja) * | 2014-01-23 | 2015-07-30 | アウラディアス合同会社 | 撮像レンズ |
KR20170066005A (ko) * | 2015-12-04 | 2017-06-14 | 엘지이노텍 주식회사 | 촬상 렌즈, 이를 포함하는 카메라 모듈 및 디지털 기기 |
US20180172952A1 (en) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | Largan Precision Co., Ltd. | Optical photographing lens system, image capturing apparatus and electronic device |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
See also references of EP3907543A4 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11782239B2 (en) | 2019-03-22 | 2023-10-10 | Largan Precision Co., Ltd. | Optical imaging system comprising four lenes of −−+−, +−+−, +++− or −++− refractive powers, image capturing unit and electronic device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20220086318A1 (en) | 2022-03-17 |
KR102661298B1 (ko) | 2024-04-30 |
CN113260892B (zh) | 2023-12-01 |
TW202034011A (zh) | 2020-09-16 |
KR102326952B1 (ko) | 2021-11-16 |
EP3907543A4 (en) | 2022-10-12 |
JP7411664B2 (ja) | 2024-01-11 |
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EP3907543A1 (en) | 2021-11-10 |
KR20200085099A (ko) | 2020-07-14 |
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