WO2021261615A1 - 촬상 렌즈, 이를 포함하는 카메라 모듈 및 전자기기 - Google Patents

촬상 렌즈, 이를 포함하는 카메라 모듈 및 전자기기 Download PDF

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WO2021261615A1
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mirror surface
imaging lens
light
incident
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김관형
오상걸
이자용
강형주
조선호
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엘지전자 주식회사
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    • G03B30/00—Camera modules comprising integrated lens units and imaging units, specially adapted for being embedded in other devices, e.g. mobile phones or vehicles

Definitions

  • the present invention relates to an imaging lens, a camera module and an electronic device including the same, and more particularly, all lenses are positioned in a space formed in a catadioptric lens including two mirror surfaces to increase the brightness of the lens and , an imaging lens capable of reducing tolerance due to mirror assembly, and a camera module and electronic device including the same
  • the telephoto camera has a longer focal length due to its geometrical structure and longer overall length compared to the aperture, making it difficult to use in a camera that requires a thin thickness, such as a smartphone.
  • a periscope type telephoto camera that uses a prism to bend the path of incident light by 90 degrees has recently started to be used.
  • FIG. 1 shows the structure of a lens module including a conventional telephoto lens of the periscope type.
  • the lens module is disposed in the mobile terminal in a direction perpendicular to the thickness direction of the mobile terminal. Accordingly, when the aperture H1 of the incident light of the lens module is increased, the thickness of the mobile terminal should increase in proportion to it.
  • the aperture of the incident light is an important factor affecting the brightness and resolution of the lens.
  • increasing the aperture of the incident light increases the brightness (Fno) of the lens. Therefore, when the periscope-type lens module is included in the mobile terminal, there is a limit in increasing the incident light aperture of the lens module.
  • the brightness of the lens of the telephoto camera of the subliminal type applied to the mobile terminal is 3.6 or higher, which is relatively low compared to the brightness of general camera lenses.
  • the telescope uses a catadioptric optical system using two reflecting mirrors.
  • a typical telescope is designed to have a lens brightness (Fno) of 8.0. Therefore, when a telescope lens is applied to a small optical system with a sensor size of 1 ⁇ m, there is a problem in that the brightness is too low and the resolution is deteriorated.
  • the catadioptric lens since the catadioptric lens has a very long overall length compared to the aperture, it is difficult to be applied to a mobile terminal requiring a thin thickness.
  • a catadioptric optical system using two reflecting mirrors in order to produce an optical system device, two reflecting mirrors and lenses must be assembled. In this case, each component included in the optical system requires distance and center adjustment. Accordingly, a catadioptric optical system using two reflective mirrors has a problem in that optical performance may be deteriorated due to assembly tolerances during assembly. In addition, since the two reflective mirrors are assembled to be spaced apart, when an external impact is applied to the optical system, the reflective mirror is displaced from its original position and the optical performance of the optical system may be deteriorated.
  • An object of the present invention is to provide an imaging lens capable of suppressing an increase in thickness of a lens by locating all lenses in a space formed in a catadioptric lens including two mirror surfaces in order to solve the above problems.
  • an object of the present invention is to provide an imaging lens in which two mirror surfaces are formed on a catadioptric lens to reduce tolerance due to mirror assembly.
  • an object of the present invention is to provide an imaging lens in which two mirror surfaces are formed on a catadioptric lens to minimize deterioration in optical performance of an optical system due to an external impact.
  • an object of the present invention is to provide an imaging lens capable of increasing the brightness performance of the lens by increasing the entrance pupil diameter compared to the lens thickness.
  • an object of the present invention is to provide an imaging lens capable of increasing the resolution of the lens and removing image noise.
  • an imaging lens transmits light emitted from a catadioptric lens and a catadioptric lens through which light is incident from an object side and is reflected and emitted from the inside to an image surface.
  • the lens group may be disposed between the first mirror surface and the second mirror surface with respect to the optical axis.
  • the emission surface may be formed in a flat or aspherical shape.
  • a stop surface may be located between the lens located closest to the image side among the plurality of lenses on the optical axis and the emitting surface.
  • the emitting surface is formed between the first mirror surface and the second mirror surface with respect to the optical axis, the second mirror surface is centered on the optical axis and a circular transmission region to can be placed.
  • an absorption film may be coated on the side surface or a diffuse reflection pattern may be formed.
  • the center point of the transmission region is located between the image side surface and the image surface of the lens located closest to the image side among the plurality of lenses on the optical axis.
  • the catadioptric lens may be formed of a material having an Abbe number of 50 or more.
  • the catadioptric lens may be formed of a material having a thermal expansion coefficient of 7 x 10 -6 /°C or less or a material having a mass per unit volume of 3 g/cm 3 or less.
  • the lens group includes a first lens, a second lens, and a third lens, and the first lens and the second lens are aspherical lenses , and the third lens may be an image-side convex meniscus lens.
  • the radius of curvature of the first mirror surface may be greater than the radius of curvature of the second mirror surface.
  • the aperture D1 of the first mirror surface may be smaller than the aperture D2 of the transmission area of the second mirror surface.
  • the lens group includes a first lens located closest to the object side, and the aperture (D L1 ) of the first lens is in the lens group It is the smallest among the apertures of the included lenses, and may be smaller than the aperture D1 of the first mirror surface.
  • the imaging lens according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, when the aperture of the incident surface is D0 and the distance from the incident surface to the image surface is TTL,
  • conditional expression of 0 ⁇ TTL/D0 ⁇ 0.7 may be satisfied.
  • the imaging lens according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, when the entrance pupil aperture of the imaging lens is EPD and the aperture of the transmission area of the second mirror surface is D2,
  • conditional expression of D2/EPD ⁇ 0.8 may be satisfied.
  • the shape of the second mirror surface may be the shape of the surface of the flannel lens.
  • a camera module for achieving the above object includes an imaging lens and a filter that selectively transmits light that has passed through the imaging lens according to a wavelength, and an image sensor that receives the light that has passed through the filter.
  • all lenses are located in a space formed in a catadioptric lens including two mirror surfaces, so that an increase in the thickness of the lens can be suppressed.
  • two mirror surfaces are formed on the catadioptric lens, thereby reducing tolerance due to mirror assembly.
  • the imaging lens according to an embodiment of the present invention since two mirror surfaces are formed on the catadioptric lens, it is possible to minimize deterioration in optical performance of the optical system due to external impact.
  • the imaging lens according to an embodiment of the present invention has the effect of increasing the brightness performance of the lens by increasing the entrance pupil diameter compared to the lens thickness.
  • a stop surface exists on the object-side surface of the first lens of the lens group, and the aperture of the transmission area of the second mirror surface is larger than that of the first mirror surface. This has the effect of increasing the resolution of the lens and removing noise from the image.
  • FIG. 1 is a view showing the structure of a conventional periscope type telephoto lens.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an imaging lens according to an embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 show a mobile terminal including an imaging lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a path through which light is incident in an imaging lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 illustrates various examples of a lens group included in the imaging lens of FIG. 2 .
  • FIG. 7 is a view showing various examples of the shape of the exit surface included in the imaging lens of FIG.
  • FIG. 8 illustrates an entrance pupil aperture and a shielding area of the imaging lens of FIG. 2 .
  • FIG. 9 illustrates a phenomenon in which stray light appears according to apertures of the first mirror surface and the second mirror surface in the imaging lens of FIG. 2 .
  • FIG. 10 shows various examples of the shape of the second mirror surface in the imaging lens of FIG. 2 .
  • FIG. 11 illustrates various examples of a transmission region in the imaging lens of FIG. 2 .
  • FIG. 12 shows each side of the imaging lens of FIG. 2 .
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an MTF chart according to an incident angle of light in the imaging lens of FIG. 2 .
  • FIG. 14 is a graph illustrating distortion aberration of the imaging lens of FIG. 2 .
  • FIG. 15 shows a result of comparing an image photographed using the imaging lens of FIG. 2 with an image photographed using a conventional lens.
  • module and “part” for components used in the following description are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles by themselves. Accordingly, the terms “module” and “unit” may be used interchangeably.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an imaging lens 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the spherical or aspherical shape of the mirror and the lens in FIG. 2 is provided as an example and is not limited thereto.
  • the term 'target surface' refers to the surface of the lens facing the object side with respect to the optical axis
  • the term 'image-forming surface' refers to the surface of the lens facing the image side with respect to the optical axis.
  • the 'target surface' may be defined with the same meaning as the 'object side surface'
  • the 'image surface' may be defined with the same meaning as the 'upper side surface'.
  • the term 'upper surface' means a surface on which light passing through the lens is focused on the image.
  • the light receiving surface of the image sensor may be located on the 'upper surface'. Accordingly, in the description of the camera module or the electronic device including the camera module of the present invention, 'top surface' and 'image sensor surface' may be interpreted as the same meaning.
  • positive power of a mirror or lens indicates a converging mirror or converging lens that converges parallel light
  • negative power of a mirror or lens indicates a diverging mirror or diverging lens that diverges parallel light
  • the imaging lens 200 may include a catadioptric lens 220 and a lens group 230 .
  • the catadioptric lens 220 may include a first mirror surface 221 , an incident surface 222 , a second mirror surface 223 , an exit surface 224 , and a side surface 225 .
  • the incident surface 222 is a surface on which light enters the imaging lens 200 from the object side.
  • the incident surface 222 may be planar.
  • the second mirror surface 223 is a surface that reflects the light incident on the incident surface 222 to the first mirror surface 221 on the object side.
  • the second mirror surface 223 may be a surface that has positive power and is concave toward the object (convex upwards).
  • the first mirror surface 221 is a surface that reflects the light reflected by the second mirror surface 223 upward.
  • the first mirror surface 221 may have a negative power, and may be a surface formed to be upwardly convex (concave toward the object side) in the central portion of the incident surface 222 .
  • a reflective layer may be formed on the mirror surfaces (reflecting surfaces) of the first mirror surface 221 and the second mirror surface 223 to reflect light.
  • the reflective layer may be formed of a material having excellent reflection properties, for example, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, and a material composed of a selective combination thereof.
  • the size (diameter) of the first mirror surface 221 may be changed by adjusting the refractive power of the second mirror surface 223 .
  • the refractive power of the second mirror surface 223 is increased (increased)
  • the aperture of the first mirror surface 221 may be decreased.
  • the emission surface 224 is a surface from which the light reflected by the first mirror surface 221 is emitted.
  • the exit surface 224 may be flat, but the shape of the exit surface 224 is not limited thereto.
  • the lens group 230 may include a plurality of lenses that transmit the light reflected from the first mirror surface 221 to the image plane, and the second mirror surface 223 and the first mirror surface 221 based on the optical axis. ) can be placed between Although the drawing illustrates that three lenses are included in the lens group 230 , the number of lenses included in the lens group 230 is not limited thereto.
  • the lens group 230 may focus the light reflected from the first mirror surface 221 , and may suppress aberration and the like through a plurality of lenses included in the lens group.
  • At least one of the plurality of lenses included in the lens group 230 may include an aspherical lens, and all of the plurality of lenses may have a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis.
  • the catadioptric lens 220 and the lens group 230 may be made of a glass material or a plastic material.
  • the lens is made of a plastic material, the manufacturing cost can be greatly reduced.
  • the imaging lens 200 having such a structure, light incident through the incident surface 222 of the catadioptric lens 220 is converged while being reflected from the second mirror surface 223 toward the object, and the second mirror surface ( The light reflected from the 223 may be reflected back to the upper side on the first mirror surface 221 , and the light reflected from the first mirror surface 221 may pass through the lens group 230 to proceed to the image sensor 300 . .
  • the path of the light incident on the imaging lens 200 is overlapped by the first mirror surface 221 and the second mirror surface 223 . Accordingly, the length of the imaging lens 200 may be reduced.
  • the two mirror surfaces 221 and 223 are formed on the catadioptric lens 220 , it is possible to prevent deterioration of optical performance due to an external impact, compared to an optical system including two reflective mirrors spaced apart from each other.
  • the mirror assembly process of the imaging lens 200 is not required. Therefore, the tolerance due to the mirror assembly can be eliminated.
  • the brightness Fno of the lens may be increased, and resolution may be increased.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an external appearance of a mobile terminal 100 including an imaging lens 200 according to an embodiment of the present invention.
  • (a) is a front view of the mobile terminal 100
  • (b) is a side view
  • (c) is a rear view
  • (d) is a bottom view.
  • the case constituting the exterior of the mobile terminal 100 is formed by the front case 100 - 1 and the rear case 100 - 2 .
  • Various electronic components may be embedded in the space formed by the front case 100-1 and the rear case 100-2.
  • the display 180, the first camera device 195a, the first sound output module 153a, and the like may be disposed on the front case 100-1.
  • first to second user input units 130a and 130b may be disposed on a side surface of the rear case 100 - 2 .
  • the display 180 may operate as a touch screen by overlapping touch pads in a layered structure.
  • the first sound output module 153a may be implemented in the form of a receiver or a speaker.
  • the first camera device 195a may be implemented in a form suitable for capturing an image or a moving picture of a user or the like.
  • the microphone 123 may be implemented in a form suitable for receiving a user's voice, other sounds, and the like.
  • the first to second user input units 130a and 130b and a third user input unit 130c to be described later may be collectively referred to as a user input unit 130 .
  • the first microphone (not shown) may be disposed on the upper side of the rear case 100-2, that is, on the upper side of the mobile terminal 100, for audio signal collection, the lower side of the rear case 100-2, That is, the second microphone 123 may be disposed under the mobile terminal 100 to collect audio signals.
  • a second camera device 195b , a third camera device 195c , a flash 196 , and a third user input unit 130c may be disposed on the rear side of the rear case 100 - 2 .
  • the second and third camera devices 195b and 195c may have a photographing direction substantially opposite to that of the first camera device 195a, and may have different pixels from the first camera device 195a.
  • the second camera device 195b and the third camera device 195c may have different angles of view to expand the shooting range.
  • a mirror (not shown) may be additionally disposed adjacent to the third camera device 195c.
  • another camera device may be further installed adjacent to the third camera device 195c and used to capture a 3D stereoscopic image, or may be used to capture another additional angle of view.
  • the second camera device 195b or the third camera device 195c may include the imaging lens 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the camera device including the imaging lens 200 has an angle of view. It can work as a telephoto lens camera that shoots these narrow, distant subjects.
  • the flash 196 may be disposed adjacent to the second camera device 195b or the third camera 195c.
  • the flash 196 illuminates the subject when the subject is photographed by the two-camera device 195b or the third camera 195c.
  • a second sound output module 153b may be additionally disposed on the rear case 100 - 2 .
  • the second sound output module may implement a stereo function together with the first sound output module 153a, and may be used for a call in a speakerphone mode.
  • a power supply unit 190 for supplying power to the mobile terminal 100 may be mounted on the rear case 100 - 2 side.
  • the power supply unit 190 is, for example, a rechargeable battery, and may be configured integrally with the rear case 100-2, or may be detachably coupled to the rear case 100-2 for charging or the like.
  • FIG. 4 is a block diagram of the mobile terminal 100 of FIG.
  • the mobile terminal 100 includes a wireless communication unit 110 , an A/V (Audio/Video) input unit 120 , a user input unit 130 , a sensing unit 140 , an output unit 150 , and a memory. 160 , an interface unit 175 , a terminal control unit 170 , and a power supply unit 190 may be included.
  • A/V Audio/Video
  • the mobile terminal 100 includes a wireless communication unit 110 , an A/V (Audio/Video) input unit 120 , a user input unit 130 , a sensing unit 140 , an output unit 150 , and a memory. 160 , an interface unit 175 , a terminal control unit 170 , and a power supply unit 190 may be included.
  • A/V Audio/Video
  • the wireless communication unit 110 may include a broadcast reception module 111 , a mobile communication module 113 , a wireless Internet module 115 , a short-range communication module 117 , and a GPS module 119 .
  • the broadcast reception module 111 may receive at least one of a broadcast signal and broadcast-related information from an external broadcast management server through a broadcast channel.
  • a broadcast signal and/or broadcast-related information received through the broadcast reception module 111 may be stored in the memory 160 .
  • the mobile communication module 113 may transmit/receive a wireless signal to/from at least one of a base station, an external terminal, and a server on a mobile communication network.
  • the wireless signal may include various types of data according to transmission/reception of a voice call signal, a video call signal, or a text/multimedia message.
  • the wireless Internet module 115 refers to a module for wireless Internet access, and the wireless Internet module 115 may be built-in or external to the mobile terminal 100 .
  • the short-range communication module 117 refers to a module for short-range communication.
  • Bluetooth, RFID (Radio Frequency Identification), infrared data association (IrDA), UWB (Ultra Wideband), ZigBee, NFC (Near Field Communication), etc. may be used as short-range communication technologies.
  • the Global Position System (GPS) module 119 receives location information from a plurality of GPS satellites.
  • the A/V (Audio/Video) input unit 120 is for inputting an audio signal or a video signal, and may include a camera device 195 , a microphone 123 , and the like.
  • the camera device 195 may process an image frame such as a still image or a moving image obtained by an image sensor in a video call mode or a photographing mode. Then, the processed image frame may be displayed on the display 180 .
  • the camera device 195 may include an imaging lens 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the image frame processed by the camera device 195 may be stored in the memory 160 or transmitted to the outside through the wireless communication unit 110 .
  • Two or more camera devices 195 may be provided according to the configuration of the electronic device.
  • the microphone 123 may receive an external audio signal by a microphone in a display off mode, for example, a call mode, a recording mode, or a voice recognition mode, and process it as electrical voice data.
  • a display off mode for example, a call mode, a recording mode, or a voice recognition mode
  • the microphones 123 may be disposed as a plurality at different positions.
  • the audio signal received from each microphone may be processed by the terminal controller 170 or the like.
  • the user input unit 130 generates key input data input by the user to control the operation of the electronic device.
  • the user input unit 130 may include a keypad, a dome switch, a touch pad (static pressure/capacitance), and the like, through which a command or information can be input by a user's pressing or touch manipulation.
  • a touch pad static pressure/capacitance
  • the touch pad forms a layer structure with the display 180 to be described later, it may be referred to as a touch screen.
  • the sensing unit 140 is for controlling the operation of the mobile terminal 100 by sensing the current state of the mobile terminal 100 such as the open/closed state of the mobile terminal 100 , the location of the mobile terminal 100 , the presence or absence of user contact, etc. A sensing signal can be generated.
  • the sensing unit 140 may include a proximity sensor 141 , a pressure sensor 143 , a motion sensor 145 , a touch sensor 146 , and the like.
  • the proximity sensor 141 may detect an object approaching the mobile terminal 100 or the presence or absence of an object existing in the vicinity of the mobile terminal 100 without mechanical contact.
  • the proximity sensor 141 may detect a proximity object by using a change in an alternating current or static magnetic field, or a change in capacitance, or the like.
  • the pressure sensor 143 may detect whether pressure is applied to the mobile terminal 100 and the magnitude of the pressure.
  • the motion sensor 145 may detect a position or movement of the mobile terminal 100 using an acceleration sensor, a gyro sensor, or the like.
  • the touch sensor 146 may detect a touch input by a user's finger or a touch input by a specific pen.
  • the touch screen panel may include a touch sensor 146 for detecting location information and intensity information of a touch input.
  • the sensing signal sensed by the touch sensor 146 may be transmitted to the terminal control unit 170 .
  • the output unit 150 is for outputting an audio signal, a video signal, or an alarm signal.
  • the output unit 150 may include a display 180 , a sound output module 153 , an alarm unit 155 , and a haptic module 157 .
  • the display 180 displays and outputs information processed by the mobile terminal 100 .
  • a user interface (UI) or graphic user interface (GUI) related to a call is displayed.
  • the captured or received images may be displayed individually or simultaneously, and a UI and a GUI may be displayed.
  • the display 180 and the touchpad form a mutually layered structure and are configured as a touch screen
  • the display 180 may be used as an input device capable of inputting information by a user's touch in addition to an output device.
  • the sound output module 153 may output audio data received from the wireless communication unit 110 or stored in the memory 160 in a call signal reception, a call mode or a recording mode, a voice recognition mode, a broadcast reception mode, and the like. Also, the sound output module 153 outputs an audio signal related to a function performed in the mobile terminal 100 , for example, a call signal reception sound, a message reception sound, and the like.
  • the sound output module 153 may include a speaker, a buzzer, and the like.
  • the alarm unit 155 outputs a signal for notifying the occurrence of an event in the mobile terminal 100 .
  • the alarm unit 155 outputs a signal for notifying the occurrence of an event in a form other than an audio signal or a video signal.
  • the signal may be output in the form of vibration.
  • the haptic module 157 generates various tactile effects that the user can feel.
  • a representative example of the tactile effect generated by the haptic module 157 is a vibration effect.
  • the haptic module 157 When the haptic module 157 generates vibration as a tactile effect, the intensity and pattern of vibration generated by the haptic module 157 may be converted, and different vibrations may be synthesized and outputted or output sequentially.
  • the memory 160 may store a program for processing and control of the terminal control unit 170, and a function for temporary storage of input or output data (eg, phone book, message, still image, video, etc.) can also be performed.
  • input or output data eg, phone book, message, still image, video, etc.
  • the interface unit 175 functions as an interface with all external devices connected to the mobile terminal 100 .
  • the interface unit 175 may receive data or receive power from an external device and transmit it to each component inside the mobile terminal 100 , and may allow data inside the mobile terminal 100 to be transmitted to an external device.
  • the mobile terminal 100 may be provided with a fingerprint recognition sensor for recognizing a user's fingerprint, and the terminal control unit 170 may use fingerprint information detected through the fingerprint recognition sensor as an authentication means.
  • the fingerprint recognition sensor may be built in the display 180 or the user input unit 130 .
  • the terminal control unit 170 controls the overall operation of the mobile terminal 100 by generally controlling the operation of each unit. For example, it may perform related control and processing for voice calls, data communications, video calls, and the like.
  • the terminal control unit 170 may include a multimedia playback module 181 for multimedia playback.
  • the multimedia playback module 181 may be configured as hardware within the terminal control unit 170 , or may be configured as software separately from the terminal control unit 170 .
  • the terminal control unit 170 may include an application processor (not shown) for driving an application.
  • the application processor (not shown) may be provided separately from the terminal control unit 170 .
  • the power supply unit 190 may receive external power and internal power under the control of the terminal control unit 170 to supply power necessary for the operation of each component.
  • the power supply unit 190 may include a connection port, and the connection port may be electrically connected to an external charger that supplies power for charging the battery. Meanwhile, the power supply unit 190 may be configured to charge the battery in a wireless manner without using the connection port.
  • FIG 5 is a diagram illustrating a path through which light is incident from the imaging lens 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the exit surface 224 may be formed between the first mirror surface 221 and the second mirror surface 223 with respect to the optical axis.
  • the emission surface 224 may be a circular surface perpendicular to the optical axis with respect to the optical axis.
  • the catadioptric lens 220 may further include a side surface 225 and a transmission region 226 .
  • a hole having a circular cross-section perpendicular to the optical axis may be formed with respect to the optical axis.
  • Such a circular hole may be defined as the transmission region 226 .
  • the transmission region 226 is a region in which the light passing through the lens group 230 travels to the image sensor 300 .
  • the second mirror surface 223 and the transmission region 226 may have a circular shape when viewed in a plane perpendicular to the optical axis, and the center of the transmission region 226 may coincide with the center of the second mirror surface 223 . have.
  • the side surface 225 may be a surface connecting the boundary of the hole of the transmission region 226 and the boundary of the circle of the emission surface 224 . That is, by the side surface 225 and the emitting surface 224 , the catadioptric lens 220 may have a space concave toward the image side. In this space, a cross section parallel to the optical axis may be a trapezoid, and a cross section perpendicular to the optical axis may be a circle. That is, this space may have a frustum of cone shape. In the present invention, the space is called a lens accommodating part.
  • the shape of the side surface 225 is not limited thereto, and the shape of the lens accommodating part may also be formed in a shape other than the truncated cone shape depending on the shape of the side surface 225 and the emission surface 224 .
  • an absorption layer may be coated or a diffuse pattern may be formed.
  • the absorbing film may include an acrylic or vinyl resin containing light absorbing pigments.
  • the diffuse reflection pattern may be a rough or porous surface pattern. Meanwhile, a diffuse reflection film may be attached to the side surface 224 .
  • a ghost image generated while some of the light incident on the catadioptric lens 220 is reflected from the side surface 224 may be suppressed.
  • the radius of curvature of the first mirror surface 221 may be greater than the radius of curvature of the second mirror surface 223 .
  • the size (diameter) of the first mirror surface 221 may be changed by adjusting the refractive power of the second mirror surface 223 .
  • the refractive power of the second mirror surface 223 is increased (increased)
  • the aperture of the first mirror surface 221 may be decreased.
  • the radius of curvature of the second mirror surface 223 may be smaller than the radius of curvature of the first mirror surface 221 . Accordingly, the angle of light reflected from the second mirror surface 223 may be increased. Accordingly, the aperture of the first mirror surface 221 may be reduced, and the size of the shielding area may be minimized.
  • the catadioptric lens 220 may be formed of a glass or plastic material.
  • the catadioptric lens 220 may be formed of a glass material.
  • the material forming the catadioptric lens 220 may have a thermal expansion coefficient of 7 x 10 -6 /°C or less.
  • the thermal expansion coefficient is 7 x 10 -6 /°C or more, the catadioptric lens 220 may change in shape according to a change in temperature, and thus, optical performance of the catadioptric lens 220 may decrease.
  • the catadioptric lens 220 may be formed of a material having an Abbe Number of 50 or more. The higher the Abbe number, the less variance occurs. When the Abbe number of the material forming the catadioptric lens 220 is less than 50, chromatic aberration generated in the catadioptric lens 220 may increase.
  • the material forming the catadioptric lens 220 may have a mass (density) per unit volume of 3 g/cm 3 or less.
  • mass per unit volume exceeds 3 g/cm 3 , the weight of the catadioptric lens 220 is excessively heavy, and thus it may be difficult to move the catadioptric lens 220 for focus.
  • the catadioptric lens 220 may be easily damaged by impact.
  • the lens group 230 may include a plurality of lenses disposed along the optical axis from the object-side surface to the image-side surface. It is assumed that the lenses included in the lens group 230 are first to N-th lenses (N is a natural number greater than or equal to 2) sequentially from the object-side surface to the image-side surface. Although three lenses are illustrated in the drawing, the number of lenses included in the lens group 230 is not limited thereto.
  • All of the plurality of lenses included in the lens group 230 may be positioned between the first mirror surface 221 and the second mirror surface 223 .
  • all of the plurality of lenses included in the lens group 230 may be located in the lens accommodating part formed by the side surface 225 and the exit surface 224 .
  • the object-side surface of the first lens 231 closest to the object side may be spaced apart from the exit surface 224 and located above the exit surface 224 .
  • the N-th lens closest to the image side may be located farther from the image sensor 300 than the second mirror surface 223 .
  • the transmission region 226 has a circular shape existing on a plane perpendicular to the optical axis. Accordingly, the central point (CP of FIG. 2 ) of the transmission region 226 may be located between the image plane and the image side surface of the N-th lens on the optical axis.
  • the image sensor 300 may be located in the transmission region 226 .
  • the central point CP of the transmissive region 226 may coincide with the image plane on the optical axis, and the image side surface of the N-th lens is the image plane or the central point CP of the transmissive region 226 on the optical axis rather than the object. may be located on the side.
  • the image sensor 300 is an element that forms an image of a subject that has passed through the imaging lens 200 .
  • the image sensor 300 may include a plurality of pixels arranged in a matrix form.
  • the image sensor 300 may include at least one photoelectric conversion element capable of converting an optical signal into an electrical signal.
  • the image sensor 300 may be a charge-coupled device (CCD) or a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS).
  • CCD charge-coupled device
  • CMOS complementary metal-oxide semiconductor
  • the image sensor 300 may be divided into a first area 310 at the center of the sensor and a second area 320 at the periphery of the sensor.
  • the first region 310 may include a plurality of pixels, and the corresponding pixels may have a first pixel density.
  • the second region 320 may include a plurality of pixels, and the corresponding pixels may have a first pixel density.
  • the pixel density may be defined as the number of pixels per unit area.
  • the first pixel density may be greater than the second pixel density.
  • the image sensor 300 since the image sensor 300 has a higher resolution of the first region 310 , which is the central region of the sensor, the resolution of capturing a subject positioned at the center of the angle of view of the imaging lens 200 may be increased.
  • the second pixel density may be greater than the first pixel density.
  • the image sensor 300 increases the resolution of the second region 320 , which is a region surrounding the sensor, the imaging resolution of a subject positioned at the periphery of the angle of view of the imaging lens 200 may be increased. Accordingly, deterioration of image quality due to the peripheral portion of the imaging lens 200 may be suppressed through the image sensor 300 .
  • the aperture D L1 of the first lens of the lens group 230 may be the smallest among apertures of the lenses included in the lens group 230 . Also, the aperture D L1 of the first lens may be smaller than the aperture D1 of the first mirror surface 221 and the aperture D2 of the transmission region 226 of the second mirror surface 223 .
  • the stop surface (Fig. ST of 2) is positioned between the emitting surface 224 and the object-side surface of the first lens 231 .
  • the stop means the aperture stop, and it means the physical aperture that determines the size of the light entering the lens.
  • the stop surface may be the surface of the optical lens or the iris, but it always exists as a physical surface.
  • the stop surface of the imaging lens 200 is positioned between the exit surface 224 and the object-side surface of the first lens 231 , and is incident on the shielding area of the imaging lens 200 (the imaging lens 200 ). Since some of the light emitted is shielded, it is possible to reduce the size of an area that cannot reach the image sensor). Accordingly, it is possible to minimize the amount of light that is shielded among the light incident on the imaging lens 200 , and it is possible to reduce the Fno (F-number) of the imaging lens 200 .
  • the stop surface of the imaging lens 200 may include a diaphragm device.
  • the diaphragm device may adjust the amount of light incident to the lens of the lens group 230 among the light reflected from the second mirror surface 223 and the first mirror surface 221 .
  • the diaphragm may have a mechanical structure that can gradually increase or decrease the size of the opening so that the amount of incident light can be adjusted. As the aperture of the diaphragm device becomes larger, the amount of incident light increases, and as the aperture becomes smaller, the amount of incident light decreases.
  • the processor (not shown) of the camera module may control the driving circuit (not shown) so that the opening of the diaphragm device is variable to adjust the amount of light incident to the image sensor 300 .
  • an absorption film or the like may be coated on the object-side surface of the first mirror surface 221 .
  • the absorption film unnecessary reflection of light incident to the shielding area of the incident surface 222 can be suppressed.
  • the reflective layer since the reflective layer is formed on the first mirror surface 221 , the absorption layer may be additionally formed on the reflective layer formed on the first mirror surface 221 .
  • the distance from the incident surface 222 to the image surface may be referred to as the thickness (TTL, Total Top Length, or Total Track Length) of the imaging lens 200 .
  • the thickness of the imaging lens 200 may be relatively small compared to the aperture D0 of the incident surface 222 .
  • the aperture of the incident surface 222 may be the same as the aperture of the imaging lens 200 .
  • the thickness of the imaging lens 200 may be designed to be 0.7 times or less of the aperture D0 of the incident surface 222 .
  • the thickness of the imaging lens 200 and the aperture D0 of the incident surface 222 are the same. That is, the thickness of the imaging lens 200 and the aperture D0 of the incident surface 222 are the same.
  • conditional expression of 0 ⁇ TTL/D0 ⁇ 0.7 may be satisfied.
  • the TTL/D0 value is greater than 0.7, when the aperture of the entrance pupil is increased to increase the lens brightness, the thickness of the imaging lens 200 is increased, so that it may be difficult to mount on a mobile terminal or the like.
  • the imaging lens 200 according to an embodiment of the present invention may satisfy the following conditional expression.
  • Fno is a constant indicating the brightness of the imaging lens 200 . As Fno increases, the brightness of the imaging lens 200 becomes darker, and the amount of light received by the imaging lens 200 decreases in the same environment.
  • the aperture of the entrance pupil can be increased through the structure of two mirrors and a lens group positioned between the mirrors, and Fno can be less than or equal to 3.5.
  • the aperture of the entrance pupil cannot be increased by more than a certain size. Therefore, it is difficult for the Fno to be 3.5 or less in the conventional lens having a perimeter structure.
  • the imaging lens 200 according to an embodiment of the present invention may satisfy the following conditional expression.
  • ANG is a numerical value representing a half-angle of view of the imaging lens 200 .
  • the half angle of view means 1/2 of the entire angle of view of the imaging lens 200 .
  • the imaging lens 200 of the present invention may be designed such that the ANG is 6 degrees or less, and thus, as a telephoto lens, it is possible to take an image including a subject at a distance.
  • FIG. 6 illustrates various examples of the lens group 230 included in the imaging lens 200 of FIG. 2 .
  • the lens group 230 may include a plurality of lenses. In this example, three lenses are included in the lens group 230 , but the number of lenses included in the lens group 230 is not limited thereto.
  • At least one of the first lens 231 to the third lens 233 may include an aspherical lens, and all of the lenses may have a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis.
  • the first lens 231 to the third lens 233 may be formed of a glass material or a plastic material.
  • the manufacturing cost can be greatly reduced.
  • the first lens 231 may be disposed closest to the object side, the target surface may be convex toward the object side, and the imaging surface may be concave toward the image side.
  • the first lens 231 may have the smallest aperture among all lenses included in the lens group 230 .
  • At least one inflection point may be formed on at least one of the target surface and the imaging surface of the first lens 231 .
  • the target surface may be convex in the paraxial region and concave toward the edge
  • the imaging plane may be concave in the paraxial region and convex toward the edge.
  • the shape of the first lens 231 is not limited thereto.
  • the second lens 232 may be disposed to be spaced apart from the imaging plane of the first lens 231 , and the target plane may be convex toward the object side and the imaging plane may be convex toward the image side.
  • the second lens 232 may have the thickest thickness in the optical axis direction among all the lenses included in the lens group 230 .
  • the aperture of the second lens 232 may be equal to or larger than that of the first lens 231 .
  • At least one inflection point may be formed on at least one of the target surface and the imaging surface of the second lens 232 .
  • the target surface may be convex in the paraxial region and concave toward the edge
  • the imaging plane may be convex in the paraxial region and concave toward the edge.
  • the shape of the second lens 232 is not limited thereto.
  • the third lens 233 may be disposed to be spaced apart from the imaging plane of the second lens 232 , and the target plane may be concave toward the object side and the imaging plane may be convex toward the image side. That is, the third lens 233 may have a meniscus shape convex toward the image side.
  • the shape of the third lens 233 is not limited thereto.
  • the third lens 233 may be disposed closest to the image side among all lenses included in the lens group 230 .
  • the diameter of the third lens 233 may be the same as or greater than that of the second lens 232 .
  • At least one of the first lens 231 to the third lens 233 includes an aspherical lens, so that it is possible to reduce astigmatism, spherical aberration, coma and distortion aberration occurring on the off-axis.
  • the surface of the first lens 231 to the third lens 233 may be coated to prevent reflection or to improve surface hardness.
  • the aperture of each lens may be the same or larger from the first lens located on the object side to the Nth lens located on the image side.
  • At least one of the first lens 231 to the third lens 233 may include an aspherical lens, and all of the lenses may have a rotationally symmetric shape with respect to the optical axis. have.
  • the first lens 231 to the third lens 233 may be formed of a glass material or a plastic material.
  • the manufacturing cost can be greatly reduced.
  • the first lens 231 may be disposed closest to the object side, the object surface may be convex toward the object side, and the imaging surface may have a planar shape or an image-side convex shape.
  • the first lens 231 may have the smallest aperture among all lenses included in the lens group 230 .
  • At least one inflection point may be formed on at least one of the target surface and the imaging surface of the first lens 231 .
  • the target surface may be convex in the paraxial region and concave toward the edge
  • the imaging plane may be flat in the paraxial region and convex toward the edge.
  • the shape of the first lens 231 is not limited thereto.
  • the second lens 232 may be disposed to be spaced apart from the imaging plane of the first lens 231 , the target plane may be concave toward the object side, and the imaging plane may be convex toward the image side.
  • the second lens 232 may have the thickest thickness in the optical axis direction among all the lenses included in the lens group 230 .
  • the aperture of the second lens 232 may be equal to or larger than that of the first lens 231 .
  • At least one inflection point may be formed on at least one of the target surface and the imaging surface of the second lens 232 .
  • the target surface may be concave in the paraxial region and convex toward the edge
  • the imaging plane may be convex in the paraxial region and concave toward the edge.
  • the shape of the second lens 232 is not limited thereto.
  • the third lens 233 may be disposed to be spaced apart from the imaging plane of the second lens 232 , and the target plane may be concave toward the object side and the imaging plane may be convex toward the image side. That is, the third lens 233 may have a meniscus shape convex toward the image side.
  • the radius of curvature of the target surface of the third lens 233 may be different from the radius of curvature of the imaging surface. For example, the radius of curvature of the target surface may be greater than the radius of curvature of the imaging surface.
  • the shape of the third lens 233 is not limited thereto.
  • the third lens 233 may be disposed closest to the image side among all lenses included in the lens group 230 .
  • At least one of the first lens 231 to the third lens 233 includes an aspherical lens, so that it is possible to reduce astigmatism, spherical aberration, coma and distortion aberration occurring on the off-axis.
  • the surface of the first lens 231 to the third lens 233 may be coated to prevent reflection or to improve surface hardness.
  • the image sensor 300 may focus by moving in the object-side direction or the upward direction on the optical axis.
  • the catadioptric lens 220 and the lens group 230 excluding the image sensor 300 may move in the object-side direction or the image-side direction on the optical axis to focus.
  • the optical device may include a driving circuit for movement of the image sensor 300 on the optical axis or a driving circuit for movement of the catadioptric lens 220 and the lens group 230 on the optical axis.
  • FIG. 7 illustrates various examples of the shape of the emission surface 224 included in the imaging lens 200 of FIG. 2 .
  • the emission surface 224 may be formed in a flat or aspherical shape.
  • the aspherical surface may have an upwardly concave shape or an upwardly convex shape.
  • the exit surface 224 when the exit surface 224 has an aspherical shape, an inflection point may be formed on the exit surface 224 .
  • the exit surface 224 may be convex upwardly in the paraxial region and concave toward the edge (FIG. 7(b)), and may be concave upward in the paraxial region and convex toward the edge. (FIG. 7(c)).
  • the shape of the exit surface 224 is not limited thereto.
  • FIG. 8 shows an entrance pupil diameter (EPD) and a shielding area of the imaging lens 200 of FIG. 2 .
  • the imaging lens 200 according to an embodiment of the present invention may satisfy the following conditional expression.
  • EPD is the entrance pupil aperture of the imaging lens 200
  • D2 is the aperture of the transmission region 226 of the second mirror surface 223
  • the entrance pupil aperture of the imaging lens 200 may be defined as an area through which light that is vertically incident on the imaging lens 200 and incident on the image sensor 300 passes through the imaging lens 200 .
  • Fno may be determined by the entrance pupil aperture and the size of the shielding area.
  • the size of the shielding area may be determined by the aperture of the transmission area 226 of the second mirror surface 223 .
  • the diameter of the shielding area may be proportional to the aperture of the transmissive area 226 of the second mirror surface 223 .
  • the diameter of the shielding area may be the same as the aperture of the transmission area 226 of the second mirror surface 223 .
  • a region in which light is vertically incident to the imaging lens 200 may have a circular shape having an entrance pupil aperture (EPD).
  • the incident light may be shielded in proportion to the size of the transmission area 226 of the second mirror surface 223 in the central portion of the area where the light is incident.
  • the shielding area may be formed in a circular shape at a central portion where light is incident.
  • the area S0 of the shielding area is about 25% of the total area S1 of the area where light is incident. Accordingly, in this case, about 75% of the total light incident on the imaging lens 200 may be incident on the image sensor 300 . Accordingly, the imaging lens 200 designed so that the entrance pupil aperture (EPD) satisfies Fno 2.0 may actually have a brightness performance of about Fno 2.4 level.
  • the imaging lens 200 designed so that the entrance pupil aperture EPD satisfies Fno 2.0 may actually have a brightness performance of about Fno 3.5 level.
  • the D2/EPD value is greater than 0.8, the amount of light blocked by the shielding area increases. Therefore, even if the imaging lens 200 is designed so that the entrance pupil aperture satisfies Fno 2.0, it is difficult to actually implement the brightness performance of Fno 3.5 or less. it's difficult.
  • FIG. 9 illustrates a phenomenon in which stray light appears according to apertures of the first mirror surface 221 and the second mirror surface 223 in the imaging lens 200 of FIG. 2 .
  • FIG. 9(a) shows a part of an incident light path when the aperture of the first mirror surface 221 and the aperture of the second mirror surface 223 are the same
  • FIG. 9(b) is In this case, it indicates the stray light that may appear in the photographed image.
  • Stray light refers to light that causes an unnecessary noise shape in the image sensor 300 among light incident to the imaging lens 200 . Accordingly, when the imaging lens 200 is not designed correctly, a noise component due to stray light may occur in an image photographed using the imaging lens 200 .
  • the aperture D1 of the first mirror surface 221 may be smaller than the aperture D2 of the transmission region 226 of the second mirror surface 223 . .
  • the imaging lens A portion of the light incident to 200 is reflected by the second mirror surface 223, is reflected by the first mirror surface 221, and then is reflected again by the second mirror surface 223 and the first mirror surface 221. , may be incident to the lens group 230 .
  • such light may be referred to as a stray light.
  • the stray light may be incident on the sensor surface of the image sensor 300 in a half-moon shape.
  • x and y axes represent a horizontal axis and a vertical axis of the image sensor 300 , respectively.
  • the image sensor 300 It can be seen that the stray light (901) is incident in the form of a half moon into the lower area of .
  • the image sensor 300 It can be formed larger on the top.
  • the aperture D1 of the first mirror surface 221 is smaller than the aperture D2 of the transmission area 226 of the second mirror surface 223, so that the stray light in the photographed image can be prevented from forming. Accordingly, it is possible to prevent deterioration of the image quality of the captured image.
  • FIG. 10 shows various examples of the second mirror surface 223 in the imaging lens 200 of FIG. 2 .
  • the second mirror surface 223 may be a mirror having a positive power and having an object-side surface concave.
  • the second mirror surface 223 may be a spherical mirror or an aspherical mirror. Since the concave-shaped aspherical mirror is a structure widely known in the related art, a detailed description thereof will be omitted.
  • the second mirror surface 223 may be formed in the same shape as the surface of the diffraction element.
  • the second mirror surface 223 may be formed in the same shape as the surface of a diffractive element such as a flannel lens.
  • the second mirror surface 223 has a concave shape, and the surface may be formed in the shape of a flannel lens 221A.
  • a reflective coating layer 221B capable of reflecting light may be formed on the second mirror surface 223 .
  • the second mirror surface 223 may be formed in the same shape as the surface of a diffractive optical element (DOE).
  • DOE diffractive optical element
  • the second mirror surface 223 has a concave shape, and the surface may be formed in the shape of a diffractive optical element.
  • a reflective coating layer capable of reflecting light may be formed on the second mirror surface 223 .
  • an angle at which light is reflected from the second mirror surface 223 may increase.
  • the optical path P1 and the second mirror surface 223 have a flannel lens shape 221A or a diffractive optical element shape.
  • the optical path P2 in the case where it is formed is shown.
  • the second mirror surface 223 when the second mirror surface 223 is formed in the form of a flannel lens 221A or a diffractive optical element, light reflected from the second mirror surface 223 may be further refracted in the optical axis direction. Accordingly, the aperture of the first mirror surface 221 may be reduced, and the diameter or area of the shielding area of the imaging lens 220 may be reduced.
  • FIG. 11 shows various examples of the transmission region 226 of the second mirror surface 223 in the imaging lens 200 of FIG. 2 .
  • the second mirror surface 223 includes a transmissive region 226 .
  • the transmission region 226 is a region in which the light passing through the lens group 230 travels to the image sensor 300 , and is formed in the central portion of the second mirror surface 223 .
  • the transmission region 226 may be an empty space.
  • an optical element may be included in the transmission region 226 .
  • a cover glass, a lens, a blue filter, an infrared filter, or a polarization filter may be positioned in the transmission region 226 .
  • At least one lens may be included in the transmissive region 226 .
  • the lens may refract incident light due to a difference in refractive index with respect to a shape of the lens and an external material.
  • the lens may include a spherical lens or an aspherical lens.
  • the lens may be implemented as an aspherical lens.
  • At least one of the target surface and the imaging surface of the lens may have a convex shape, but the shape of the lens is not limited thereto.
  • the material of the lens may be the same as that of the first lens 231 to the third lens 233 included in the lens group 230 .
  • the aberration or distortion of the image may be corrected by the lens included in the transmission region 226 .
  • a blue filter, an infrared filter, or a polarization filter may be included in the transmission region 226 .
  • the amount of blue light incident to the image sensor 300 may be reduced by the blue filter, and light incident to the image sensor 300 may be polarized by the polarization filter.
  • various types of filters may be included in the transmission region 226 according to the purpose of use of the imaging lens 200 .
  • the transmission region 226 may include a cover glass.
  • the cover glass may protect the imaging surface of the image sensor 300 .
  • Table 1 shows the radius of curvature, thickness, or distance of each lens included in the imaging lens 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the unit of the radius of curvature and the thickness or distance is millimeter (mm).
  • the curvature of the incident surface 222 on the optical axis is infinite, the curvature of the first mirror surface 221 is -14, and the curvature of the second mirror surface 223 is -5.2. .
  • the incident surface S1 is arranged on the optical axis at a distance of 5.700 mm up to the point S4 where the second mirror surface intersects the optical axis, and the first mirror surface S2 is spaced 1.600 mm apart from the exit surface S3 on the optical axis. is disposed, and the exit surface (S3) is arranged on the optical axis at a distance of 3.65 mm up to the second mirror surface (S4).
  • the distance (thickness) from the target surface S51 of the first lens to the imaging plane S52 on the optical axis is 0.380 mm
  • the distance (thickness) from the target surface S61 of the second lens to the imaging plane S62 is 0.830 mm
  • the distance (thickness) from the target surface S71 of the third lens to the imaging plane S72 is 0.380 mm
  • the distance (thickness) from the target surface S81 of the filter to the imaging plane S82 is 0.110mm.
  • the imaging plane S52 of the first lens is arranged on the optical axis at a distance of 0.230 mm up to the target plane S61 of the second lens, and the imaging plane S62 of the second lens is the target plane S71 of the third lens.
  • the imaging plane S72 of the third lens is arranged on the optical axis by 0.300 mm to the target plane S81 of the filter, and the imaging plane S82 of the filter is the image sensor It may be disposed on the optical axis at a distance of 0.410 mm up to the upper surface S9 of the .
  • the target surface S51 may be convex toward the object side and the imaging surface S52 may be concave toward the image side.
  • the target surface S61 may be convex toward the object and the imaging surface S62 may be convex toward the image.
  • the target surface S71 may be concave toward the object and the imaging surface S72 may be convex toward the image side.
  • Table 2 shows the conic constant (k) and the aspheric coefficient of the lens surface of each lens included in the imaging lens 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the first mirror surface 221 and the second mirror surface 223 are aspherical surfaces, and the first lenses 231 to 233 are aspherical lenses.
  • at least one of the first mirror surface 221 and the second mirror surface 223 may be a spherical surface, and at least one of the first lens 231 to the third lens 233 may be a spherical lens, It is not limited to the example described in 2.
  • the imaging lens 200 satisfies the above-described characteristics and conditional expressions. It can be seen that the imaging lens 200 is designed so that the entrance pupil aperture (EPD) satisfies Fno 2.0, and actually has a brightness performance of about Fno 2.4 level (effective Fno 2.4).
  • EPD entrance pupil aperture
  • the imaging lens 200 has improved optical performance, can be applied to electronic devices such as the mobile terminal 100 with a compact size, and can capture high-quality images in a dark environment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a modulation transfer function (MTF) chart 1300 of the imaging lens 200 of FIG. 2 .
  • MTF modulation transfer function
  • each curve is an MTF curve of the diffraction limit (TS Diff. Limit in FIG. 13) and an MTF curve according to the incident angle of light incident to the imaging lens 200 (TS_0.0000 (deg in FIG. 13) ) to TS_5.1800 (deg)).
  • the X-axis is spatial frequency, and spatial frequency means the number of lines existing within 1 mm, and the unit is lp/mm (line pair per millimeter).
  • the Y-axis represents contrast.
  • the diffraction limit represents the absolute limit of lens performance.
  • the MTF curve cannot go above the diffraction limit, and the closer the MTF curve is to the diffraction limit curve, the better the optical performance.
  • the imaging lens 200 As the angle of view increases, the effect of shielding incident light by the transmission region 226 of the second mirror surface 223 is different, so the MTF exceeding the diffraction limit The phenomenon of having a value appears. In addition, due to the effect of shielding incident light by the transmission region 226 of the second mirror surface 223, the diffraction limit is lower than that of a general optical system without shielding.
  • the MTF curves according to the incident angle are all located near the MTF curve of the diffraction limit. That is, it can be seen that the optical performance of the imaging lens 200 according to an embodiment of the present invention is excellent.
  • FIG. 14 is a graph 1300 illustrating distortion aberration of the imaging lens 200 of FIG. 2 .
  • the Y-axis means the size of an image
  • the X-axis means a focal length (in mm) and distortion (in %).
  • the aberration correction function of the imaging lens 200 may be improved.
  • the imaging lens 200 according to an embodiment of the present invention has a maximum distortion aberration of 5% or less, showing an excellent level of distortion.
  • All of the lens groups 230 are positioned between the first mirror surface 221 and the second mirror surface 223 to suppress an increase in the thickness of the imaging lens 220 , and at the same time, aberration occurring in the imaging lens 220 . It can be seen that the maximum suppression of
  • 15 shows a result of comparing an image photographed using the imaging lens 200 of FIG. 2 with an image photographed using a conventional lens.
  • Fig. 15 (a) shows an image 1501 taken with a conventional imaging lens
  • Fig. 15 (b) shows an image 1502 taken with an imaging lens 200 according to an embodiment of the present invention. it has been shown
  • an image 1501 taken with a conventional general imaging lens was taken under the conditions of Fno 3.6, ISO 200, and a shutter speed of 1/15sec. As can be seen from the image 1501 , it can be confirmed that a building, a road, a car, and a flower bed are darkly photographed because the amount of light required for photographing the image is insufficient.
  • an image 1502 taken with the imaging lens 200 according to an embodiment of the present invention has the same ISO value and shutter as compared to the shooting condition of FIG. 15 (a). It was filmed under conditions of speed. As can be seen from the image 1502 , it can be confirmed that buildings, roads, flower beds, etc. are photographed brighter than the image 1501 photographed with a conventional imaging lens.
  • the imaging lens 200 of the present invention has an effective F number (effective F number) of 2.4, and the amount of light received by the lens is about twice (one step) greater than that of the conventional lens Fno 3.6. This is because, in the imaging lens 200 of the present invention, all lenses are arranged inside the catadioptric lens 220 including two mirror surfaces and the aperture of the entrance pupil is increased compared to the thickness of the lens, so that the brightness performance of the lens can be improved. Because.
  • the imaging lens 200 of the present invention can receive a larger amount of light and obtain a brighter and clearer image.

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Abstract

본 발명은 촬상 렌즈, 이를 포함하는 카메라 모듈 및 전자기기에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈는, 물체측으로부터 광이 입사하고, 내부에서 광이 반사되어 출사되는 반사 굴절 렌즈 및 반사 굴절 렌즈에서 출사된 광을 상면으로 투과시키는 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈군을 포함하고, 반사 굴절 렌즈는, 물체측으로부터 광이 입사하는 입사면, 물체측으로 오목하게 형성되고 입사면으로 입사한 광을 물체 측의 제1 미러면으로 반사시키는 제2 미러면, 입사면의 중앙부에 상측으로 볼록하게 형성되고 제2 미러면에서 반사된 광을 상 측으로 반사시키는 제1 미러면 및 제1 미러면에서 반사된 광이 출사하는 출사면을 포함하고, 렌즈군은 광축을 기준으로 제1 미러면과 제2 미러면 사이에 모두 배치될 수 있다. 이에 따라, 렌즈의 밝기를 증가시키고, 해상력을 높이며, 두께 증가를 억제하고, 미러 조립에 의한 공차를 감소시킬 수 있게 된다.

Description

촬상 렌즈, 이를 포함하는 카메라 모듈 및 전자기기
본 발명은 촬상 렌즈, 이를 포함하는 카메라 모듈 및 전자기기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 2개의 미러면을 포함하는 반사 굴절 렌즈에 형성되는 공간에 모든 렌즈가 위치하여, 렌즈의 밝기를 증가시키고, 미러 조립에 의한 공차를 감소시킬 수 있는 촬상 렌즈, 이를 포함하는 카메라 모듈 및 전자기기에 관한 것이다
최근 이동 단말기의 기능이 다양화되고 크기가 슬림해짐에 따라, 이동 단말기에 장착되는 카메라 모듈에 대해서도 높은 성능과 얇은 두께 등이 요구되고 있다. 그러나, 밝고 높은 망원 성능을 갖는 카메라를 구현하기 위해서는 카메라의 모듈의 높이 또는 두께가 커져야 하므로 소형화에 한계가 있다.
망원 카메라는 기하학적인 구조에 의하여 초점 길이가 길어지며, 구경 대비 전장길이가 길어져 스마트폰과 같이 얇은 두께를 요구하는 카메라에서 사용하기 어려웠다. 망원 카메라의 두께 문제를 해결하기 위하여, 최근에는 프리즘을 이용하여 입사되는 빛의 경로를 90도 꺾는 방식의 잠만경 타입(periscope type)의 망원 카메라가 사용되기 시작하였다.
도 1에 종래의 잠만경 타입의 망원 렌즈를 포함하는 렌즈 모듈의 구조를 나타내었다. 도면에 도시된 바와 같이, 이러한 잠만경 타입의 구조에서, 렌즈 모듈은 이동 단말기의 두께 방향과 수직한 방향으로 이동 단말기 내에 배치된다. 따라서, 렌즈 모듈의 입사광의 구경(H1)을 증가시키는 경우, 이동 단말기의 두께가 이에 비례하여 증가해야 한다.
입사광의 구경은 렌즈의 밝기 및 해상도에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 일반적으로, 입사광의 구경을 증가시키면 렌즈의 밝기(Fno)가 증가한다. 따라서 잠만경 타입의 렌즈 모듈이 이동 단말기에 포함되는 경우, 렌즈 모듈의 입사광 구경을 증가시키는데 한계가 있다.
이에 따라, 이동 단말기에 적용된 잠만경 타입의 망원 카메라는 렌즈의 밝기가 3.6 이상으로, 일반적인 카메라 렌즈들의 밝기에 비해 상대적으로 밝기가 어두운 수준이다.
한편, 망원경에서는 2장의 반사 미러를 사용한 반사 굴절식 광학계를 사용하고 있다. 일반적인 망원경은 렌즈의 밝기(Fno)가 8.0 수준으로 설계되고 있다. 따라서 센서 크기가 1μm 수준인 소형 광학계에 망원경 렌즈를 적용할 경우, 밝기가 지나치게 낮은 문제점이 있으며, 해상력이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 반사 굴절식 렌즈도 구경 대비 전장 길이가 매우 긴 구조이므로, 얇은 두께를 요구하는 이동 단말기에는 적용되기 어려운 문제점이 있다.
한편, 2장의 반사 미러를 사용한 반사 굴절식 광학계에서는, 광학계 장치를 생산하기 위해서, 2장의 반사 미러 및 렌즈들을 조립해야 한다. 이 경우, 광학계에 포함되는 각 부품은 거리 및 중심 조정이 필요하다. 따라서, 2장의 반사 미러를 사용한 반사 굴절식 광학계는, 조립 과정에서 조립 공차에 의해 광학 성능이 저하될 수 있는 문제점이 있다. 또한, 2장의 반사 미러가 이격되어 조립되므로, 광학계에 외부 충격이 가해지는 경우, 반사 미러가 원래의 위치에서 틀어지면서 광학계의 광학 성능이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 2개의 미러면을 포함하는 반사 굴절 렌즈에 형성되는 공간에 모든 렌즈가 위치하여, 렌즈의 두께 증가를 억제할 수 있는 촬상 렌즈를 제공하는데 목적이 있다.
한편, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 반사 굴절 렌즈에 2개의 미러면이 형성되어, 미러 조립에 의한 공차를 감소시킬 수 있는 촬상 렌즈를 제공하는데 목적이 있다.
한편, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 반사 굴절 렌즈에 2개의 미러면이 형성되어, 외부 충격에 의한 광학 계의 광학 성능 저하를 최소화할 수 있는 촬상 렌즈를 제공하는데 목적이 있다.
한편, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 렌즈 두께 대비 입사동 구경을 증가시켜, 렌즈의 밝기 성능을 높일 수 있는 촬상 렌즈를 제공하는데 목적이 있다.
한편, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 렌즈군의 첫번째 렌즈의 물체측 면에 stop면이 존재하도록 하고, 제1 미러면의 구경보다 제2 미러면의 투과 영역의 구경이 더 크도록 하여, 렌즈의 해상력을 높이고 이미지의 노이즈를 제거할 수 있는 촬상 렌즈를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈는, 물체측으로부터 광이 입사하고, 내부에서 광이 반사되어 출사되는 반사 굴절 렌즈 및 반사 굴절 렌즈에서 출사된 광을 상면으로 투과시키는 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈군을 포함하고, 반사 굴절 렌즈는, 물체측으로부터 광이 입사하는 입사면, 물체측으로 오목하게 형성되고 입사면으로 입사한 광을 물체 측의 제1 미러면으로 반사시키는 제2 미러면, 입사면의 중앙부에 상측으로 볼록하게 형성되고 제2 미러면에서 반사된 광을 상 측으로 반사시키는 제1 미러면 및 제1 미러면에서 반사된 광이 출사하는 출사면을 포함하고, 렌즈군은 광축을 기준으로 제1 미러면과 제2 미러면 사이에 모두 배치될 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈에서, 출사면은 평면 또는 비구면 형태로 형성될 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈에서, 광축 상에서 복수의 렌즈 중 상측에 가장 가깝게 위치하는 렌즈와 출사면 사이에 stop면이 위치할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈에서, 출사면은 광축을 기준으로 제1 미러면과 제2 미러면 사이에 형성되고, 제2 미러면은 광축을 중심으로 하는 원형의 투과 영역을 포함하며, 반사 굴절 렌즈는 투과 영역의 경계와 출사면의 경계를 연결하는 측면을 더 포함하며, 렌즈군은 출사면, 측면에 의해 형성되는 상측으로 오목한 형태의 공간 내에 모두 배치될 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈에서, 측면에는 흡수막이 코팅되거나, 난반사 패턴이 형성될 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈에서, 투과 영역의 중심점은, 광축 상에서, 복수의 렌즈 중 상 측에 가장 가깝게 위치하는 렌즈의 상측 면과 상면 사이에 위치할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈에서, 반사 굴절 렌즈는 아베 수(Abbe number)가 50 이상인 물질로 형성될 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈에서, 반사 굴절 렌즈는 열팽창 계수가 7 x 10-6/℃ 이하인 물질 또는 단위 부피당 질량이 3g/cm3 이하인 물질로 형성될 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈에서, 렌즈군은 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈를 포함하고, 제1 렌즈 및 제2 렌즈는 비구면 형상의 렌즈이며, 제3 렌즈는 상측으로 볼록한 메니스커스 렌즈(Meniscus Lens)일 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈에서, 제1 미러면의 곡률 반경은 제2 미러면의 곡률 반경보다 더 클 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈에서, 제1 미러면의 구경(D1)은 제2 미러면의 투과 영역의 구경(D2)보다 작을 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈에서, 렌즈군은 물체측에 가장 가깝게 위치하는 제1 렌즈를 포함하고, 제1 렌즈의 구경(DL1)은 렌즈군에 포함되는 렌즈들의 구경 중 가장 작고, 제1 미러면의 구경(D1)보다 작을 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈에서, 입사면의 구경을 D0, 입사면으로부터 상면까지의 거리를 TTL이라 할 때,
0 < TTL/D0 ≤ 0.7 의 조건식을 만족할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈에서, 촬상 렌즈의 입사동 구경을 EPD, 제2 미러면의 투과 영역의 구경을 D2라 할 때,
D2/EPD ≤ 0.8 의 조건식을 만족할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈에서, 제2 미러면의 형상은 플라넬 렌즈 표면의 형상일 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈은, 촬상 렌즈 및 촬상 렌즈를 통과한 광을 파장에 따라 선택적으로 투과하는 필터 및 필터를 투과한 빛을 수용하는 이미지 센서를 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈는, 2개의 미러면을 포함하는 반사 굴절 렌즈에 형성되는 공간에 모든 렌즈가 위치하여, 렌즈의 두께 증가를 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈는, 반사 굴절 렌즈에 2개의 미러면이 형성되어, 미러 조립에 의한 공차를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈는, 반사 굴절 렌즈에 2개의 미러면이 형성되어, 외부 충격에 의한 광학 계의 광학 성능 저하를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈는, 렌즈 두께 대비 입사동 구경을 증가시켜, 렌즈의 밝기 성능을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈는, 렌즈군의 첫번째 렌즈의 물체측 면에 stop면이 존재하도록 하고, 제1 미러면의 구경보다 제2 미러면의 투과 영역의 구경이 더 크도록 하여, 렌즈의 해상력을 높이고 이미지의 노이즈를 제거할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 잠망경 방식의 망원 렌즈의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈를 포함하는 이동 단말기를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈에서 광이 입사하는 경로를 도시한 도면이다.
도 6은 도 2의 촬상 렌즈에 포함되는 렌즈군의 다양한 예를 도시한 것이다.
도 7은 도 2의 촬상 렌즈에 포함되는 출사면 형태의 다양한 예를 도시한 것이다.
도 8은 도 2의 촬상 렌즈의 입사동 구경과 차폐 영역을 도시한 것이다.
도 9는 도 2의 촬상 렌즈에서 제1 미러면과 제2 미러면의 구경에 따른 stray light가 나타나는 현상을 나타낸 것이다.
도 10은 도 2의 촬상 렌즈에서 제2 미러면 형태의 다양한 예를 나타낸 것이다.
도 11은 도 2의 촬상 렌즈에서 투과 영역의 다양한 예를 나타낸 것이다.
도 12는 도 2의 촬상 렌즈의 각 면을 나타낸 것이다.
도 13은 도 2의 촬상 렌즈에서 광의 입사각에 따른 MTF 차트를 나타낸 것이다.
도 14는 도 2의 촬상 렌즈의 왜곡수차를 나타내는 그래프이다.
도 15는 도 2의 촬상 렌즈를 사용하여 촬영한 이미지를 종래의 렌즈를 사용하여 촬영한 이미지와 비교한 결과를 나타낸 것이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈(200)를 도시한 도면이다. 도 2에서 미러와 렌즈의 구면 또는 비구면 형상은 일 실시 예로 제시되었을 뿐 이 형상에 한정되지 않는다.
본 발명에서 '대상면'이라 함은 광축을 기준으로 물체측(object side)을 향하는 렌즈의 면을 의미하며, '결상면'이라 함은 광축을 기준으로 상측(image side)을 향하는 렌즈의 면을 의미한다. '대상면'은 '물체측 면'과 동일한 의미로 정의될 수 있고, '결상면'은 '상측 면'과 동일한 의미로 정의될 수 있다.
또한, 본 발명에서 '상면'이라 함은 렌즈를 투과한 광이 상으로 맺히는 면을 의미한다. 본 발명에서 '상면'에는 이미지 센서의 수광면이 위치할 수 있다. 따라서, 본 발명의 카메라 모듈 또는 카메라 모듈을 포함하는 전자기기에 대한 설명에서는, '상면'과 '이미지 센서 면'은 동일한 의미로 해석될 수 있다.
또한, 본 발명에서 미러 또는 렌즈의 "양의 파워"는 평행광을 수렴시키는 수렴 미러 또는 수렴 렌즈를 나타내며, 미러 또는 렌즈의 "음의 파워"는 평행광을 발산시키는 발산 미러 또는 발산 렌즈를 나타낸다.
도면을 참조하면, 촬상 렌즈(200)는 반사 굴절 렌즈(220) 및 렌즈군(230)을 포함할 수 있다.
반사 굴절렌즈(220)는, 제1 미러면(221), 입사면(222), 제2 미러면(223), 출사면(224), 측면(225)을 포함할 수 있다.
입사면(222)은, 물체측으로부터 촬상 렌즈(200)로 광이 입사하는 면이다. 입사면(222)은 평면일 수 있다.
제2 미러면(223)은, 입사면(222)으로 입사한 광을 물체 측의 제1 미러면(221)으로 반사시키는 면이다. 이를 위해, 제2 미러면(223)은 양의 파워를 가지며, 물체측으로 오목하게(상측으로 볼록하게) 형성되는 면일 수 있다.
제1 미러면(221)은, 제2 미러면(223)에서 반사된 광을 상측으로 반사시키는 면이다. 이를 위해, 제1 미러면(221)은, 음의 파워를 가지며, 입사면(222)의 중앙부에 상측으로 볼록하게(물체측으로 오목하게) 형성되는 면일 수 있다.
제1 미러면(221)과 제2 미러면(223)의 거울면(반사면)은 광을 반사시킬 수 있도록 반사층이 형성될 수 있다. 반사층은, 반사특성이 우수한 물질, 예를 들어 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 및 이들의 선택적인 조합으로 구성된 물질 중에서 형성될 수 있다.
제1 미러면(221)의 크기(구경)는, 제2 미러면(223)의 굴절력을 조절하여 변경할 수 있다. 예를 들어, 제2 미러면(223)의 굴절력이 높아질 수록(커질 수록), 제1 미러면(221)의 구경이 작아질 수 있다.
출사면(224)은, 제1 미러면(221)에서 반사된 광이 출사하는 면이다. 출사면(224)은 평면일 수 있으나, 출사면(224)의 형태는 이에 제한되지 않는다.
렌즈군(230)은, 제1 미러면(221)에서 반사된 광을 상면으로 투과시키는 복수의 렌즈를 포함할 수 있고, 광축을 기준으로 제2 미러면(223)과 제1 미러면(221) 사이에 모두 배치될 수 있다. 도면에서는 렌즈군(230)에 3개의 렌즈가 포함되는 것을 예시하나, 렌즈군(230)에 포함되는 렌즈의 개수는 이에 제한되지 않는다.
렌즈군(230)은, 제1 미러면(221)에서 반사된 광을 포커싱할 수 있고, 렌즈군에 포함되는 복수의 렌즈를 통해 수차 등을 억제할 수 있다.
렌즈군(230)에 포함되는 복수의 렌즈들 중 적어도 하나는 비구면 렌즈를 포함할 수 있고, 복수의 렌즈들은 모두 광축을 기준으로 회전 대칭 형상을 가질 수 있다.
한편, 반사 굴절 렌즈(220) 및 렌즈군(230)은 유리 재질 또는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다. 렌즈가 플라스틱 재질로 제작되는 경우, 제조비용이 크게 절감될 수 있다.
이러한 구조를 갖는 촬상 렌즈(200)에서, 반사 굴절 렌즈(220)의 입사면(222)을 통해 입사한 광은, 제2 미러면(223)에서 물체측으로 반사되면서 수렴되고, 제2 미러면(223)에서 반사된 광이 제1 미러면(221)에서 상측으로 다시 반사되며, 제1 미러면(221)에서 반사된 광이 렌즈군(230)을 투과하여 이미지 센서(300)로 진행할 수 있다.
이에 따라, 촬상 렌즈(200)로 입사한 광의 경로는 제1 미러면(221)과 제2 미러면(223)에 의해 중복된다. 따라서, 촬상 렌즈(200)의 길이가 감소될 수 있다.
또한, 렌즈군(230)이 모두 제1 미러면(221)과 제2 미러면(223) 사이에 위치하여, 촬상 렌즈(200)의 길이가 증가하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 반사 굴절 렌즈(220)에 2개의 미러면(221, 223)이 형성되므로, 이격된 2개의 반사 미러를 포함하는 광학계에 비해, 외부 충격에 의한 광학 성능 저하를 막을 수 있다.
또한, 반사 굴절 렌즈(220)에 2개의 미러면(221, 223)이 형성되므로, 촬상 렌즈(200)의 미러 조립 공정이 필요 없게 된다. 따라서, 미러 조립에 의한 공차를 없앨 수 있다.
또한, 촬상 렌즈(200)의 입사동 구경(Entrance Pupil Diameter)을 증가시켜 렌즈의 밝기(Fno)를 증가시키고, 해상력을 높일 수 있게 된다.
본 발명의 촬상 렌즈(200)의 상세 구조에 대해서는, 하기 도 5 내지 도 11과 관련한 내용에서 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈(200)를 포함하는 이동 단말기(100)의 외관을 도시한 도면이다. (a)는 이동 단말기(100)의 정면도, (b)는 측면도, (c)는 배면도, (d)는 저면도이다.
도 3은 참조하면, 이동 단말기(100)의 외관을 이루는 케이스는, 프론트 케이스(100-1)와 리어 케이스(100-2)에 의해 형성된다. 프론트 케이스(100-1)와 리어 케이스(100-2)에 의해 형성된 공간에는 각종 전자부품들이 내장될 수 있다.
구체적으로, 프론트 케이스(100-1)에는 디스플레이(180), 제1 카메라 장치(195a), 제1 음향출력 모듈(153a) 등이 배치될 수 있다. 그리고, 리어 케이스(100-2)의 측면에는 제1 내지 제2 사용자 입력부(130a, 130b) 등이 배치될 수 있다.
디스플레이(180)는 터치패드가 레이어 구조로 중첩됨으로써, 디스플레이(180)가 터치스크린으로 동작할 수 있다.
제1 음향출력 모듈(153a)은 리시버 또는 스피커의 형태로 구현될 수 있다. 제1 카메라 장치(195a)는 사용자 등에 대한 이미지 또는 동영상을 촬영하기에 적절한 형태로 구현될 수 있다. 그리고, 마이크(123)는 사용자의 음성, 기타 소리 등을 입력받기 적절한 형태로 구현될 수 있다.
제1 내지 제2 사용자 입력부(130a, 130b)와 후술하는 제3 사용자 입력부(130c)는 사용자 입력부(130)라 통칭할 수 있다.
제1 마이크(미도시)는, 리어 케이스(100-2)의 상측, 즉, 이동 단말기(100)의 상측에, 오디오 신호 수집을 위해 배치될 수 있으며, 리어 케이스(100-2)의 하측, 즉, 이동 단말기(100)의 하측에, 제2 마이크(123)가 오디오 신호 수집을 위해 배치될 수 있다.
리어 케이스(100-2)의 후면에는 제2 카메라 장치(195b), 제3 카메라 장치(195c), 플래시(196), 및 제3 사용자 입력부(130c)가 배치될 수 있다.
제2 및 제3 카메라 장치(195b, 195c)는 제1 카메라 장치(195a)와 실질적으로 반대되는 촬영 방향을 가지며, 제1 카메라 장치(195a)와 서로 다른 화소를 가질 수 있다. 제2 카메라 장치(195b)와 제3 카메라 장치(195c)는 촬영 범위 확대를 위해 서로 다른 화각을 가질 수 있다. 제3 카메라 장치(195c)에 인접하게는 거울(미도시)이 추가로 배치될 수도 있다. 또한, 제3 카메라 장치(195c) 인접하게 다른 카메라 장치를 더 설치하여 3차원 입체 영상의 촬영을 위해 사용하거나, 추가적인 다른 화각 촬영을 위해 사용할 수도 있다.
제2 카메라 장치(195b) 또는 제3 카메라 장치(195c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈(200)를 포함할 수 있고, 이 경우, 촬상 렌즈(200)를 포함하는 카메라 장치는 화각이 좁고 원거리 피사체를 촬영하는 망원 렌즈 카메라로 작동할 수 있다.
플래시(196)는 제2 카메라 장치(195b) 또는 제3 카메라(195c)에 인접하게 배치될 수 있다. 플래시(196)는 2 카메라 장치(195b) 또는 제3 카메라(195c)로 피사체를 촬영하는 경우에 피사체를 향하여 빛을 비추게 된다.
리어 케이스(100-2)에는 제2 음향출력 모듈(153b)가 추가로 배치될 수도 있다. 제2 음향출력 모듈은 제1 음향출력 모듈(153a)와 함께 스테레오 기능을 구현할 수 있으며, 스피커폰 모드로 통화를 위해 사용될 수도 있다.
리어 케이스(100-2) 측에는 이동 단말기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원공급부(190)가 장착될 수 있다. 전원공급부(190)는, 예를 들어 충전 가능한 배터리로서, 리어 케이스(100-2)에 일체형으로 구성되거나, 충전 등을 위하여 리어 케이스(100-2)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
도 4는 도 3의 이동 단말기(100)의 블럭도이다.
도 4를 참조하면, 이동 단말기(100)는 무선 통신부(110), A/V(Audio/Video) 입력부(120), 사용자 입력부(130), 센싱부(140), 출력부(150), 메모리(160), 인터페이스부(175), 단말 제어부(170), 및 전원 공급부(190)를 포함할 수 있다. 이와 같은 구성요소들은 실제 응용에서 구현될 때 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다.
무선 통신부(110)는 방송수신 모듈(111), 이동통신 모듈(113), 무선 인터넷 모듈(115), 근거리 통신 모듈(117), 및 GPS 모듈(119) 등을 포함할 수 있다.
방송수신 모듈(111)은 방송 채널을 통하여 외부의 방송관리 서버로부터 방송 신호 및 방송관련 정보 중 적어도 하나를 수신할 수 있다. 방송수신 모듈(111)을 통해 수신된 방송 신호 및/또는 방송 관련 정보는 메모리(160)에 저장될 수 있다.
이동통신 모듈(113)은, 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신할 수 있다. 여기서, 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호, 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
무선 인터넷 모듈(115)은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 무선 인터넷 모듈(115)은 이동 단말기(100)에 내장되거나 외장될 수 있다.
근거리 통신 모듈(117)은 근거리 통신을 위한 모듈을 말한다. 근거리 통신 기술로 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), 지그비(ZigBee), NFC(Near Field Communication) 등이 이용될 수 있다.
GPS(Global Position System) 모듈(119)은 복수 개의 GPS 인공위성으로부터 위치 정보를 수신한다.
A/V(Audio/Video) 입력부(120)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 입력을 위한 것으로, 이에는 카메라 장치(195)와 마이크(123) 등이 포함될 수 있다.
카메라 장치(195)는 화상 통화모드 또는 촬영 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상 등의 화상 프레임을 처리할 수 있다. 그리고, 처리된 화상 프레임은 디스플레이(180)에 표시될 수 있다.
카메라 장치(195)는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈(200)를 포함할 수 있다.
카메라 장치(195)에서 처리된 화상 프레임은 메모리(160)에 저장되거나 무선 통신부(110)를 통하여 외부로 전송될 수 있다. 카메라 장치(195)는 전자 기기의 구성 태양에 따라 2개 이상이 구비될 수도 있다.
마이크(123)는, 디스플레이 오프 모드, 예를 들어, 통화모드, 녹음모드, 또는 음성인식 모드 등에서 마이크로폰(Microphone)에 의해 외부의 오디오 신호를 입력받아 전기적인 음성 데이터로 처리할 수 있다.
한편, 마이크(123)는, 서로 다른 위치에, 복수개로서 배치될 수 있다. 각 마이크에서 수신되는 오디오 신호는 단말 제어부(170) 등에서 오디오 신호 처리될 수 있다.
사용자 입력부(130)는 사용자가 전자 기기의 동작 제어를 위하여 입력하는 키 입력 데이터를 발생시킨다. 사용자 입력부(130)는 사용자의 누름 또는 터치 조작에 의해 명령 또는 정보를 입력받을 수 있는 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(정압/정전) 등으로 구성될 수 있다. 특히, 터치 패드가 후술하는 디스플레이(180)와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치스크린(touch screen)이라 부를 수 있다.
센싱부(140)는 이동 단말기(100)의 개폐 상태, 이동 단말기(100)의 위치, 사용자 접촉 유무 등과 같이 이동 단말기(100)의 현 상태를 감지하여 이동 단말기(100)의 동작을 제어하기 위한 센싱 신호를 발생시킬 수 있다.
센싱부(140)는 근접센서(141), 압력센서(143), 및 모션 센서(145), 터치 센서(146) 등을 포함할 수 있다.
근접센서(141)는 이동 단말기(100)로 접근하는 물체나, 이동 단말기(100)의 근방에 존재하는 물체의 유무 등을 기계적 접촉이 없이 검출할 수 있다. 특히, 근접센서(141)는, 교류자계의 변화나 정자계의 변화를 이용하거나, 혹은 정전용량의 변화율 등을 이용하여 근접물체를 검출할 수 있다.
압력센서(143)는 이동 단말기(100)에 압력이 가해지는지 여부와, 그 압력의 크기 등을 검출할 수 있다.
모션 센서(145)는 가속도 센서, 자이로 센서 등을 이용하여 이동 단말기(100)의 위치나 움직임 등을 감지할 수 있다.
터치 센서(146)는, 사용자의 손가락에 의한 터치 입력 또는 특정 펜에 의한 터치 입력을 감지할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(180) 상에 터치 스크린 패널이 배치되는 경우, 터치 스크린 패널은, 터치 입력의 위치 정보, 세기 정보 등을 감지하기 위한 터치 센서(146)를 구비할 수 있다. 터치 센서(146)에서 감지된 센싱 신호는, 단말 제어부(170)로 전달될 수 있다.
출력부(150)는 오디오 신호 또는 비디오 신호 또는 알람(alarm) 신호의 출력을 위한 것이다. 출력부(150)에는 디스플레이(180), 음향출력 모듈(153), 알람부(155), 및 햅틱 모듈(157) 등이 포함될 수 있다.
디스플레이(180)는 이동 단말기(100)에서 처리되는 정보를 표시 출력한다. 예를 들어 이동 단말기(100)가 통화 모드인 경우 통화와 관련된 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphic User Interface)를 표시한다. 그리고 이동 단말기(100)가 화상 통화 모드 또는 촬영 모드인 경우, 촬영되거나 수신된 영상을 각각 혹은 동시에 표시할 수 있으며, UI, GUI를 표시한다.
한편, 전술한 바와 같이, 디스플레이(180)와 터치패드가 상호 레이어 구조를 이루어 터치스크린으로 구성되는 경우, 디스플레이(180)는 출력 장치 이외에 사용자의 터치에 의한 정보의 입력이 가능한 입력 장치로도 사용될 수 있다.
음향출력 모듈(153)은 호 신호 수신, 통화 모드 또는 녹음 모드, 음성인식 모드, 방송수신 모드 등에서 무선 통신부(110)로부터 수신되거나 메모리(160)에 저장된 오디오 데이터를 출력할 수 있다. 또한, 음향출력 모듈(153)은 이동 단말기(100)에서 수행되는 기능, 예를 들어, 호 신호 수신음, 메시지 수신음 등과 관련된 오디오 신호를 출력한다. 이러한 음향출력 모듈(153)에는 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등이 포함될 수 있다.
알람부(155)는 이동 단말기(100)의 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다. 알람부(155)는 오디오 신호나 비디오 신호 이외에 다른 형태로 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다. 예를 들면, 진동 형태로 신호를 출력할 수 있다.
햅틱 모듈(haptic module)(157)은 사용자가 느낄 수 있는 다양한 촉각 효과를 발생시킨다. 햅틱 모듈(157)이 발생시키는 촉각 효과의 대표적인 예로는 진동 효과가 있다. 햅틱 모듈(157)이 촉각 효과로 진동을 발생시키는 경우, 햅택 모듈(157)이 발생하는 진동의 세기와 패턴 등은 변환가능하며, 서로 다른 진동을 합성하여 출력하거나 순차적으로 출력할 수도 있다.
메모리(160)는 단말 제어부(170)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입력되거나 출력되는 데이터들(예를 들어, 폰북, 메시지, 정지영상, 동영상 등)의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다.
인터페이스부(175)는 이동 단말기(100)에 연결되는 모든 외부기기와의 인터페이스 역할을 수행한다. 인터페이스부(175)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나 전원을 공급받아 이동 단말기(100) 내부의 각 구성 요소에 전달할 수 있고, 이동 단말기(100) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 할 수 있다.
이동 단말기(100)에는 사용자의 지문을 인식하는 지문 인식 센서가 구비될 수 있으며, 단말 제어부(170)는 지문 인식 센서를 통하여 감지되는 지문정보를 인증 수단으로 이용할 수 있다. 상기 지문 인식 센서는 디스플레이(180) 또는 사용자 입력부(130)에 내장될 수 있다.
단말 제어부(170)는 통상적으로 상기 각부의 동작을 제어하여 이동 단말기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어 음성 통화, 데이터 통신, 화상 통화 등을 위한 관련된 제어 및 처리를 수행할 수 있다. 또한, 단말 제어부(170)는 멀티 미디어 재생을 위한 멀티미디어 재생 모듈(181)을 구비할 수도 있다. 멀티미디어 재생 모듈(181)은 단말 제어부(170) 내에 하드웨어로 구성될 수도 있고, 단말 제어부(170)와 별도로 소프트웨어로 구성될 수도 있다.
한편, 단말 제어부(170)는, 애플리케이션 구동을 위한 애플리케이션 프로세서(미도시)를 구비할 수 있다. 또는 애플리케이션 프로세서(미도시)는 단말 제어부(170)와 별도로 마련되는 것도 가능하다.
그리고, 전원 공급부(190)는 단말 제어부(170)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
전원 공급부(190)는 연결 포트를 구비할 수 있으며, 연결 포트는 배터리의 충전을 위하여 전원을 공급하는 외부 충전기가 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 전원 공급부(190)는 상기 연결 포트를 이용하지 않고 무선 방식으로 배터리를 충전하도록 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈(200)에서 광이 입사하는 경로를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 5를 함께 참조하면, 반사 굴절 렌즈(220)에서, 출사면(224)은, 광축을 기준으로 제1 미러면(221)과 제2 미러면(223) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 출사면(224)은 광축을 중심으로, 광축에 수직한 원 형상의 면일 수 있다.
한편, 반사 굴절 렌즈(220)는, 측면(225)과 투과영역(226)을 더 포함할 수 있다.
제2 미러면(223)에는, 광축을 중심으로, 광축에 수직한 단면이 원형의 홀이 형성될 수 있다. 이러한 원형의 홀을 투과영역(226)으로 정의할 수 있다.
투과 영역(226)은 렌즈군(230)을 투과한 광이 이미지 센서(300)로 진행하는 영역이다.
제2 미러면(223)과 투과 영역(226)은 광축에 수직한 평면에서 봤을 때 그 형태가 원일 수 있고, 투과 영역(226)의 중심은 제2 미러면(223)의 중심과 일치할 수 있다.
측면(225)은, 투과영역(226)의 홀의 경계와 출사면(224)의 원형의 경계를 연결하는 면일 수 있다. 즉, 측면(225)과 출사면(224)에 의해, 반사 굴절 렌즈(220)에는 상측으로 오목하게 파여진 형태의 공간이 형성될 수 있다. 이러한 공간은, 광축에 평행한 단면이 사다리꼴이 되고, 광축에 수직한 단면이 원이 될 수 있다. 즉, 이러한 공간은, 원뿔대(frustum of cone) 형상일 수 있다. 본 발명에서는, 해당 공간을 렌즈 수용부로 명명한다.
다만, 측면(225)의 형태는 이에 제한되지 않으며, 측면(225) 및 출사면(224)의 형태에 따라, 렌즈 수용부의 형상도 원뿔대 형상이 아닌 다른 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 측면(225)에는, 흡수막이 코팅되거나, 난반사 패턴(Diffuse pattern)이 형성될 수 있다.
흡수막은, 광 흡수 색소들을 포함하는 아크릴 또는 비닐 수지를 포함할 수 있다. 난반사 패턴은, 거칠거나 다공성인 표면 패턴일 수 있다. 한편, 측면(224)에는, 난반사 필름이 부착될 수 있다.
이에 따라, 반사 굴절 렌즈 (220)로 입사한 광 중 일부가 측면(224)에서 반사되면서 발생되는 고스트 이미지를 억제할 수 있다.
한편, 제1 미러면(221)의 곡률 반경은 제2 미러면(223)의 곡률 반경보다 더 클 수 있다.
제1 미러면(221)의 크기(구경)는, 제2 미러면(223)의 굴절력을 조절하여 변경할 수 있다. 예를 들어, 제2 미러면(223)의 굴절력이 높아질 수록(커질 수록), 제1 미러면(221)의 구경이 작아질 수 있다.
따라서, 제2 미러면(223)의 곡률 반경이 제1 미러면(221)의 곡률 반경보다 더 작게 형성함으로써, 제2 미러면(223)에서 반사되는 광의 각도를 더 크게 할 수 있다. 이에 따라, 제1 미러면(221)의 구경이 작아질 수 있고, 차폐 영역의 크기를 최소화할 수 있게 된다.
한편, 반사 굴절 렌즈(220)는 유리 또는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 반사 굴절 렌즈(220)는 유리 재질로 형성될 수 있다.
반사 굴절 렌즈(220)를 형성하는 물질은, 열팽창 계수가 7 x 10-6/℃ 이하일 수 있다. 열팽창 계수가 7 x 10-6/℃ 이상인 경우, 반사 굴절 렌즈(220)는 온도 변화에 따라 형상 변화가 발생할 수 있고, 이에 따라, 반사 굴절 렌즈(220)의 광학 성능이 감소할 수 있다.
한편, 반사 굴절 렌즈(220)는, 아베 수(Abbe Number)가 50이상인 물질로 형성될 수 있다. 아베 수가 높을수록 분산이 적게 발생한다. 반사 굴절 렌즈(220)를 형성하는 물질의 아베 수가 50 미만인 경우, 반사 굴절 렌즈(220)에서 발생하는 색수차가 커질 수 있다.
한편, 반사 굴절 렌즈(220)를 형성하는 물질은, 단위 부피당 질량(밀도)이 3g/cm3 이하일 수 있다. 단위 부피당 질량이 3g/cm3 초과일 경우, 반사 굴절 렌즈(220)의 무게가 지나치게 무거워, 초점을 위한 반사 굴절 렌즈(220)의 이동이 어려울 수 있다. 또한, 광학 장치가 낙하하는 경우 충격에 의해 반사 굴절 렌즈(220)가 쉽게 파손될 수 있다.
도 2 및 도 5를 함께 참조하면, 렌즈군(230)은, 물체측 면으로부터 상측 면까지 광축을 따라 배치되는 복수 개의 렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈군(230)에 포함되는 렌즈를 물체측 면으로부터 상측 면까지 차례대로 제1 렌즈 내지 제N 렌즈(N은 2이상의 자연수)라 가정한다. 도면에는 3개의 렌즈가 도시되었으나, 렌즈군(230)에 포함되는 렌즈의 개수는 이에 제한되지 않는다.
렌즈군(230)에 포함되는 복수의 렌즈는 모두 제1 미러면(221)과 제2 미러면(223) 사이에 위치할 수 있다. 구체적으로, 렌즈군(230)에 포함되는 복수의 렌즈는 모두 측면(225)과 출사면(224)에 의해 형성되는 렌즈 수용부 내에 위치할 수 있다.
렌즈군(230)에서, 물체측에 가장 가깝게 위치하는 제1 렌즈(231)의 물체측 면은, 출사면(224)에서 이격되어 위치하고, 출사면(224)보다 상측에 위치할 수 있다.
또한, 렌즈군(230)에서, 상측에 가장 가깝게 위치하는 제N 렌즈는, 제2 미러면(223)보다 이미지 센서(300)와 더 멀리 위치할 수 있다. 투과 영역(226)은 광축과 수직한 평면 상에 존재하는 원 형태이다. 따라서, 투과 영역(226)의 중심점(도 2의 CP)은, 광축 상에서, 상면과 제N 렌즈의 상측 면 사이에 위치할 수 있다.
한편, 이미지 센서(300)는, 투과 영역(226) 내에 위치할 수 있다. 이 경우, 투과 영역(226)의 중심점(CP)은, 광축 상에서, 상면과 일치할 수 있으며, 제N 렌즈의 상측 면은, 광축상에서, 상면 또는 투과 영역(226)의 중심점(CP) 보다 물체 측에 위치할 수 있다.
이에 따라, 렌즈군(230)이 모두 제1 미러면(221)과 제2 미러면(223) 사이에 위치하여, 촬상 렌즈(200)의 길이가 증가하는 것을 억제할 수 있다.
이미지 센서(300)는 촬상 렌즈(200)를 통과한 피사체의 상이 결상되는 소자이다. 이미지 센서(300)는 매트릭스 형태로 배치된 복수의 픽셀을 포함할 수 있다. 이미지 센서(300)는, 광신호를 전기적 신호로 변환할 수 있는 광전 변환 소자를 적어도 하나 포함할 수 있다. 예를 들면, 이미지 센서(300)는 CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(complimentary metal-oxide semiconductor)일 수 있다.
한편, 이미지 센서(300)는, 센서의 중앙부의 제1 영역(310)과 센서의 주변부의 제2 영역(320)으로 구분될 수 있다.
제1 영역(310)은 복수의 픽셀을 포함하고, 해당 픽셀은 제1 픽셀 밀도를 가질 수 있다. 제2 영역(320)은 복수의 픽셀을 포함하고, 해당 픽셀은 제1 픽셀 밀도를 가질 수 있다. 여기서, 픽셀 밀도는 단위 면적당 픽셀의 개수로 정의될 수 있다.
제1 픽셀 밀도는 제2 픽셀 밀도보다 클 수 있다. 이 경우, 이미지 센서(300)는 센서 중앙 영역인 제1 영역(310)의 해상도가 높아지므로, 촬상 렌즈(200)의 화각의 중앙부에 위치하는 피사체의 촬영 해상도를 높일 수 있다.
한편, 제2 픽셀 밀도는 제1 픽셀 밀도보다 클 수 있다. 이 경우, 이미지 센서(300)는 센서 주변 영역인 제2 영역(320)의 해상도가 높아지므로, 촬상 렌즈(200)의 화각의 주변부에 위치하는 피사체의 촬영 해상도를 높일 수 있다. 이에 따라, 촬상 렌즈(200)의 주변부에 의한 화질 저하를 이미지 센서(300)를 통해 억제할 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 렌즈군(230)의 제1 렌즈의 구경(DL1)은 렌즈군(230)에 포함되는 렌즈들의 구경 중 가장 작을 수 있다. 또한, 제1 렌즈의 구경(DL1)은, 제1 미러면(221)의 구경(D1) 및 제2 미러면(223)의 투과 영역(226)의 구경(D2)보다 더 작을 수 있다.
제1 렌즈의 구경(DL1)을 다른 렌즈의 구경, 제1 미러면(221)의 구경 및 투과 영역(226)의 구경보다 더 작게 함으로써, 본 발명의 촬상 렌즈(200)의 stop면(도 2의 ST)은 출사면(224)과 제1 렌즈(231)의 물체측 면 사이에 위치하게 된다.
여기서, stop은 aperture stop을 의미하며, 렌즈에 들어오는 광의 크기를 결정하는 물리적인 조리개를 의미한다. Stop면은 광학 렌즈의 면 또는 Iris가 될 수 있으나, 항상 물리적 표면(Physical surface)으로 존재한다.
이와 같이, 촬상 렌즈(200)의 stop면이 출사면(224)과 제1 렌즈(231)의 물체측 면 사이에 위치하도록 하여, 촬상 렌즈(200)의 차폐 영역(촬상 렌즈(200)로 입사하는 광 중 일부가 차폐되어 이미지 센서로 도달하지 못하는 영역)의 크기를 감소시킬 수 있게 된다. 이에 따라, 촬상 렌즈(200)로 입사하는 광 중 차폐되는 광량을 최소화할 수 있고, 촬상 렌즈(200)의 Fno(F-number)를 감소시킬 수 있게 된다.
한편, 촬상 렌즈(200)의 stop면에는, 조리개 장치가 포함될 수 있다. 조리개 장치는, 제2 미러면(223)과 제1 미러면(221)에서 반사된 광 중에서 렌즈군(230)의 렌즈로 입사하는 광의 양을 조절할 수 있다.
조리개는 입사되는 광량을 조정할 수 있도록 개구부의 크기를 점진적으로 증가시키거나 감소시킬 수 있는 기계적인 구조를 가질 수 있다. 조리개 장치의 개구부가 커질 수록 입사하는 광량이 증가하고, 개구부가 작아질 수록 입사하는 광량이 감소한다.
이 경우, 카메라 모듈의 프로세서(미도시)는, 조리개 장치의 개구부가 가변되도록 구동 회로(미도시)를 제어하여, 이미지 센서(300)로 입사하는 광량을 조절할 수 있다.
한편, 제1 미러면(221)의 물체측 면에는, 흡수막 등이 코팅될 수 있다. 흡수막에 의해, 입사면(222) 중 차폐 영역으로 입사하는 광의 불필요한 반사를 억제할 수 있다. 한편, 제1 미러면(221)에는 반사층이 형성되므로, 흡수막은, 제1 미러면(221)에 형성된 반사층 위에 추가적으로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에서, 입사면(222)으로부터 상면 까지의 거리를 촬상 렌즈(200)의 두께(TTL, Total Top Length 또는 Total Track Length)로 명명할 수 있다.
촬상 렌즈(200)의 두께는, 입사면(222)의 구경(D0)에 비해, 상대적으로 작을 수 있다. 여기서, 입사면(222)의 구경은, 촬상 렌즈(200)의 구경과 동일할 수 있다. 구체적으로, 촬상 렌즈(200)의 두께는, 입사면(222)의 구경(D0)의 0.7배 이하가 되도록 설계될 수 있다.
즉, 촬상 렌즈(200)의 두께와 입사면(222)의 구경(D0)은
0 < TTL/D0 ≤ 0.7 의 조건식을 만족할 수 있다.
TTL/D0 값이 0.7보다 크면, 렌즈 밝기를 증가시키기 위하여 입사동의 구경을 증가시키는 경우, 촬상 렌즈(200)의 두께가 두꺼워지므로, 이동 단말기 등에 장착이 어려울 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈(200)는 아래와 같은 조건식을 만족할 수 있다.
0 < Fno ≤ 3.5
여기서, Fno는 촬상 렌즈(200)의 밝기를 나타내는 상수이다. Fno가 클수록 촬상 렌즈(200)의 밝기는 어두워지며, 동일한 환경에서 촬상 렌즈(200)가 받아들이는 광량이 감소한다.
Fno가 3.5 보다 커지면, 촬상 렌즈(200)가 어두운 곳에서 획득한 이미지의 화질이 떨어지게 된다. 따라서, 본 발명의 촬상 렌즈(200)는, 2개의 미러 및 미러 사이에 위치하는 렌즈군의 구조를 통해 입사동의 구경을 증가시킬 수 있고, Fno가 3.5 이하가 될 수 있다.
종래의 잠만경 구조의 렌즈에서는, 이동 단말기의 두께를 증가시키지 않기 위해, 입사동의 구경을 일정 크기 이상 증가시킬 수 없다. 따라서 종래의 잠만경 구조의 렌즈에서는 Fno가 3.5 이하가 되기 어렵다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈(200)는 아래와 같은 조건식을 만족할 수 있다.
ANG ≤ 6°
여기서, ANG는 촬상 렌즈(200)의 반화각을 나타내는 수치이다. 반화각은 촬상 렌즈(200)의 전체 화각의 1/2을 의미한다.
본 발명의 촬상 렌즈(200)는, ANG가 6도 이하가 되도록 설계될 수 있고, 이에 따라 망원 렌즈로써, 원거리에 있는 피사체를 포함하는 이미지 촬영이 가능하도록 한다.
도 6은 도 2의 촬상 렌즈(200)에 포함되는 렌즈군(230)의 다양한 예를 도시한 것이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 렌즈군(230)은 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 본 예에서는 렌즈군(230)에 3개의 렌즈가 포함되는 것을 예시하나, 렌즈군(230)에 포함되는 렌즈의 개수는 이에 제한되지 않는다.
제1 렌즈(231) 내지 제3 렌즈(233) 중 적어도 하나는 비구면 렌즈를 포함할 수 있고, 렌즈는 모두 광축을 기준으로 회전 대칭 형상을 가질 수 있다.
또한, 제1 렌즈(231) 내지 제3 렌즈(233)는 유리 재질 또는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다. 렌즈가 플라스틱 재질로 제작되는 경우, 제조비용이 크게 절감될 수 있다.
제1 렌즈(231)는 물체측에 가장 가깝게 배치되고, 대상면이 물체측으로 볼록하고 결상면이 상측으로 오목할 수 있다. 제1 렌즈(231)는 렌즈군(230)에 포함되는 모든 렌즈 중에서 구경이 가장 작을 수 있다.
제1 렌즈(231)의 대상면과 결상면 중 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점이 형성될 수 있다. 예를 들어, 대상면은 근축 영역에서 볼록하다가 가장자리로 갈수록 오목한 형상일 수 있고, 결상면은 근축 영역에서 오목하다가 가장자리로 갈수록 볼록한 형상일 수 있다. 그러나 제1 렌즈(231)의 형상이 이에 제한되지는 않는다.
제2 렌즈(232)는 제1 렌즈(231)의 결상면으로부터 이격되어 배치될 수 있고, 대상면이 물체측으로 볼록하고 결상면이 상측으로 볼록할 수 있다. 제2 렌즈(232)는 렌즈군(230)에 포함되는 모든 렌즈 중에서 광축에서 광축 방향으로의 두께가 가장 두꺼울 수 있다. 제2 렌즈(232)의 구경은 제1 렌즈(231)의 구경보다 같거나 클 수 있다.
제2 렌즈(232)의 대상면과 결상면 중 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점이 형성될 수 있다. 예를 들어, 대상면은 근축 영역에서 볼록하다가 가장자리로 갈수록 오목한 형상일 수 있고, 결상면은 근축 영역에서 볼록하다가 가장자리로 갈수록 오목한 형상일 수 있다. 그러나 제2 렌즈(232)의 형상이 이에 제한되지는 않는다.
제3 렌즈(233)는 제2 렌즈(232)의 결상면으로부터 이격되어 배치될 수 있고, 대상면이 물체측으로 오목하고 결상면이 상측으로 볼록할 수 있다. 즉, 제3 렌즈(233)는 상측으로 볼록한 메니스커스(meniscus) 형상일 수 있다. 그러나 제3 렌즈(233)의 형상이 이에 제한되지는 않는다.
제3 렌즈(233)는 렌즈군(230)에 포함되는 모든 렌즈 중에서 상측에 가장 가깝게 배치될 수 있다. 제3 렌즈(233)의 구경은 제2 렌즈(232)의 구경보다 같거나 클 수 있다.
제1 렌즈(231) 내지 제3 렌즈(233) 중 적어도 하나는 비구면 렌즈를 포함하며, 이로 인하여, 비축 상에서 발생하는 비점 수차, 구면 수차, 코마 수차 및 왜곡 수차 등을 감소시킬 수 있다.
한편, 제1 렌즈(231) 내지 제3 렌즈(233)는 반사 방지나 표면 경도 향상을 위해 표면이 코팅처리 될 수 있다.
한편, 렌즈군(230)에 포함되는 복수의 렌즈에서, 각각의 렌즈의 구경은, 물체측에 위치한 제1 렌즈에서 상측에 위치한 제N 렌즈로 갈수록, 같거나 커질 수 있다.
구체적으로, 제1 렌즈 내지 제N 렌즈의 구경을 각각 DL1 내지 DLN이라 할 때,
DL1 ≤ DL2 ≤ ... ≤ DLN-1 ≤ DLN 의 조건식을 만족할 수 있다.
물체측에 위치한 렌즈의 직경보다 상측에 위치한 렌즈의 직경이 더 작은 경우(상기 조건식을 만족하지 않는 경우), 렌즈군(230)으로 입사한 광 중 일부가 이미지 센서(300)에 수광되지 못할 수 있다.
한편, 도 6의 (b)를 참조하면, 제1 렌즈(231) 내지 제3 렌즈(233) 중 적어도 하나는 비구면 렌즈를 포함할 수 있고, 렌즈는 모두 광축을 기준으로 회전 대칭 형상을 가질 수 있다.
또한, 제1 렌즈(231) 내지 제3 렌즈(233)는 유리 재질 또는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다. 렌즈가 플라스틱 재질로 제작되는 경우, 제조비용이 크게 절감될 수 있다.
제1 렌즈(231)는 물체측에 가장 가깝게 배치되고, 대상면이 물체측으로 볼록하고 결상면은 평면 형태 또는 상측으로 볼록한 형태일 수 있다. 제1 렌즈(231)는 렌즈군(230)에 포함되는 모든 렌즈 중에서 구경이 가장 작을 수 있다.
제1 렌즈(231)의 대상면과 결상면 중 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점이 형성될 수 있다. 예를 들어, 대상면은 근축 영역에서 볼록하다가 가장자리로 갈수록 오목한 형상일 수 있고, 결상면은 근축 영역에서 평평하다가 가장자리로 갈수록 볼록한 형상일 수 있다. 그러나 제1 렌즈(231)의 형상이 이에 제한되지는 않는다.
제2 렌즈(232)는 제1 렌즈(231)의 결상면으로부터 이격되어 배치될 수 있고, 대상면이 물체측으로 오목하고 결상면이 상측으로 볼록할 수 있다. 제2 렌즈(232)는 렌즈군(230)에 포함되는 모든 렌즈 중에서 광축에서 광축 방향으로의 두께가 가장 두꺼울 수 있다. 제2 렌즈(232)의 구경은 제1 렌즈(231)의 구경보다 같거나 클 수 있다.
제2 렌즈(232)의 대상면과 결상면 중 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점이 형성될 수 있다. 예를 들어, 대상면은 근축 영역에서 오목하다가 가장자리로 갈수록 볼록한 형상일 수 있고, 결상면은 근축 영역에서 볼록하다가 가장자리로 갈수록 오목한 형상일 수 있다. 그러나 제2 렌즈(232)의 형상이 이에 제한되지는 않는다.
제3 렌즈(233)는 제2 렌즈(232)의 결상면으로부터 이격되어 배치될 수 있고, 대상면이 물체측으로 오목하고 결상면이 상측으로 볼록할 수 있다. 즉, 제3 렌즈(233)는 상측으로 볼록한 메니스커스(meniscus) 형상일 수 있다. 제3 렌즈(233)의 대상면의 곡률 반경은 결상면의 곡률 반경과 상이할 수 있다. 예를 들어, 대상면의 곡률 반경은 결상면의 곡률 반경보다 더 클 수 있다. 그러나 제3 렌즈(233)의 형상이 이에 제한되지는 않는다.
제3 렌즈(233)는 렌즈군(230)에 포함되는 모든 렌즈 중에서 상측에 가장 가깝게 배치될 수 있다.
제1 렌즈(231) 내지 제3 렌즈(233) 중 적어도 하나는 비구면 렌즈를 포함하며, 이로 인하여, 비축 상에서 발생하는 비점 수차, 구면 수차, 코마 수차 및 왜곡 수차 등을 감소시킬 수 있다.
한편, 제1 렌즈(231) 내지 제3 렌즈(233)는 반사 방지나 표면 경도 향상을 위해 표면이 코팅처리 될 수 있다.
한편, 도 6의 (a) 및 (b)를 참조하면, 반사 굴절 렌즈(220) 및 렌즈군(230)은 광축 상에서, 상대적인 위치가 고정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치에서, 초점을 조절하는 경우, 이미지 센서(300)가 광축 상에서 물체측 방향 또는 상측 방향으로 이동하여 초점을 맞출 수 있다. 또는, 이미지 센서(300)를 제외한 반사 굴절 렌즈(220) 및 렌즈군(230)이 광축 상에서 물체측 방향 또는 상측 방향으로 이동하여 초점을 맞출 수 있다. 이 경우, 광학 장치는, 이미지 센서(300)의 광축상의 이동을 위한 구동 회로를 포함하거나, 반사 굴절 렌즈(220) 및 렌즈군(230)의 광축상의 이동을 위한 구동 회로를 포함할 수 있다.
도 7은 도 2의 촬상 렌즈(200)에 포함되는 출사면(224) 형태의 다양한 예를 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 출사면(224)은 평면 또는 비구면 형태로 형성될 수 있다.
출사면(224)이 비구면 형태인 경우, 비구면은 상측으로 오목한 형태 또는 상층으로 볼록한 형태일 수 있다.
한편, 출사면(224)이 비구면 형태인 경우, 출사면(224)에는 변곡점이 형성될 수 있다. 예를 들어, 출사면(224)은, 근축 영역에서 상측으로 볼록하다가 가장자리로 갈수록 오목한 형상일 수 있고(도 7의 (b)), 근축 영역에서 상측으로 오목하다가 가장자리로 갈수록 볼록한 형상일 수 있다(도 7의 (c)). 그러나 출사면(224)의 형상이 이에 제한되지는 않는다.
이에 따라, 비축 상에서 발생하는 비점 수차, 구면 수차, 코마 수차 및 왜곡 수차 등을 감소시킬 수 있다.
도 8은 도 2의 촬상 렌즈(200)의 입사동 구경(EPD, Entrance Pupil Diameter)과 차폐 영역을 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈(200)는 아래와 같은 조건식을 만족할 수 있다.
D2/EPD ≤ 0.8
여기서 EPD는 촬상 렌즈(200)의 입사동 구경이고, D2는 제2 미러면(223)의 투과 영역(226)의 구경이다. 촬상 렌즈(200)의 입사동 구경은, 촬상 렌즈(200)로 수직하게 입사하여 이미지 센서(300)로 입사하는 광이, 촬상 렌즈(200)를 투과하는 면적으로 정의될 수 있다.
본 발명의 촬상 렌즈(200)는, 입사동 구경과 차폐 영역의 크기에 의해 Fno가 결정될 수 있다. 차폐 영역의 크기는 제2 미러면(223)의 투과 영역(226)의 구경에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 차폐 영역의 직경은 제2 미러면(223)의 투과 영역(226)의 구경에 비례할 수 있다. 예를 들어, 차폐 영역의 직경은 제2 미러면(223)의 투과 영역(226)의 구경과 동일할 수 있다.
도면을 참조하면, 촬상 렌즈(200)로 광이 수직하게 입사하는 영역은 입사동 구경(EPD)을 갖는 원 형태일 수 있다. 입사 광은, 광이 입사하는 영역의 중앙부분에서, 제2 미러면(223)의 투과 영역(226)의 크기에 비례하여, 차폐될 수 있다. 이 경우, 차폐 영역은 광이 입사하는 중앙부분에 원 형태로 형성될 수 있다.
투과 영역(226)의 구경(D2)이 입사동 구경(EPD)의 1/2배인 경우, 차폐 영역의 면적(S0)은 광이 입사하는 영역의 전체 면적(S1)의 25% 정도이다. 따라서, 이 경우, 촬상 렌즈(200)로 입사하는 전체 광 중 75% 정도의 광이 이미지 센서(300)로 입사할 수 있다. 이에 따라, 입사동 구경(EPD)이 Fno 2.0을 만족하도록 설계된 촬상 렌즈(200)는, 실제로 대략 Fno 2.4 수준의 밝기 성능을 가질 수 있다.
한편, 투과 영역(226)의 구경(D2)이 입사동 구경(EPD)의 0.8배인 경우, 차폐 영역의 면적(S0)은 광이 입사하는 영역의 전체 면적(S1)의 64% 정도이다. 따라서, 이 경우, 촬상 렌즈(200)로 입사하는 전체 광 중 36% 정도의 광이 이미지 센서(300)로 입사할 수 있다. 이에 따라, 입사동 구경(EPD)이 Fno 2.0을 만족하도록 설계된 촬상 렌즈(200)는, 실제로 대략 Fno 3.5 수준의 밝기 성능을 가질 수 있다.
D2/EPD 값이 0.8 초과인 경우, 차폐 영역에 의해 차단되는 광량이 커지게되므로, 입사동 구경이 Fno 2.0을 만족하도록 촬상 렌즈(200)를 설계하더라도, 실제로 Fno 3.5 이하의 밝기 성능을 구현하기 어렵다.
도 9는 도 2의 촬상 렌즈(200)에서 제1 미러면(221)과 제2 미러면(223)의 구경에 따른 stray light가 나타나는 현상을 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 9의 (a)는 제1 미러면(221)의 구경과 제2 미러면(223)의 구경이 같은 경우에 입사하는 광 경로의 일부를 나타낸 것이고, 도 9의 (b)는 이러한 경우 촬영 이미지에 나타날 수 있는 stray light를 나타낸 것이다.
Stray light는, 촬상 렌즈(200)로 입사한 광 중, 이미지 센서(300)에서 불필요한 노이즈 형태의 형상을 유발하는 광을 의미한다. 따라서, 촬상 렌즈(200)가 올바르게 설계되지 못한 경우, 촬상 렌즈(200)를 사용하여 촬영한 이미지에서 stray light에 의한 노이즈 성분이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈(200)에서, 제1 미러면(221)의 구경(D1)은 제2 미러면(223)의 투과 영역(226)의 구경(D2)보다 작을 수 있다.
도 9의 (a)를 참조하면, 제1 미러면(221)의 구경(D1)이 제2 미러면(223)의 투과 영역(226)의 구경(D2)과 같거나 큰 경우, 촬상 렌즈(200)로 입사하는 광의 일부는, 제2 미러면(223)에서 반사되고 제1 미러면(221)에서 반사된 후, 다시 제2 미러면(223)과 제1 미러면(221)에서 반사되어, 렌즈군(230)으로 입사할 수 있다. 본 발명의 촬상 렌즈(200)에서 이러한 광은 stray light로 명명될 수 있다.
이 경우, 이미지 센서(300)의 센서 면에는, stray light가 반달 모양 형태로 입사할 수 있다.
도 9의 (b)에서, x, y축은 각각 이미지 센서(300)의 가로축과 세로축을 나타낸다. 도 9의 (b)를 참조하면, 제1 미러면(221)의 구경(D1)과 제2 미러면(223)의 투과 영역(226)의 구경(D2)이 같은 경우, 이미지 센서(300)의 하단 영역으로 stray light(901)가 반달 형태로 입사하는 것을 확인할 수 있다.
반달 형태의 stray light(901)는, 제1 미러면(221)의 구경(D1)이 제2 미러면(223)의 투과 영역(226)의 구경(D2)보다 커질수록, 이미지 센서(300) 상에 더 크게 형성될 수 있다.
따라서, 촬상 렌즈(200)에서, 제1 미러면(221)의 구경(D1)이 제2 미러면(223)의 투과 영역(226)의 구경(D2)보다 작도록 하여, 촬영 이미지에서 stray light가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 촬영 이미지의 화질 저하를 방지할 수 있다.
도 10은 도 2의 촬상 렌즈(200)에서 제2 미러면(223)의 다양한 예를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 제2 미러면(223)은, 양의 파워를 갖고, 물체측 면이 오목한 형태의 거울일 수 있다. 제2 미러면(223)은, 구면 거울 또는 비구면 거울일 수 있다. 오목한 형태의 비구면 거울은 관련 기술분야에서 널리 알려진 구조이므로, 구체적인 설명을 생략한다.
한편, 도 10을 참조하면, 제2 미러면(223)은, 회절 소자의 표면과 같은 형태로 형성될 수 있다.
도 10의 (b) 참조하면, 제2 미러면(223)은, 플라넬 렌즈와 같은 회절 소자의 표면과 같은 형태로 형성될 수 있다. 제2 미러면(223)은 오목한 형태로써, 표면이 플라넬 렌즈의 형태(221A)로 형성될 수 있다. 제2 미러면(223)에는 광을 반사할 수 있는 반사 코팅층(221B)이 형성될 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 제2 미러면(223)은, 회절 광학 소자(DOE, Diffractive optical element)의 표면과 같은 형태로 형성될 수 있다. 제2 미러면(223)은 오목한 형태로써, 표면이 회절 광학 소자의 형태로 형성될 수 있다. 제2 미러면(223)에는 광을 반사할 수 있는 반사 코팅층이 형성될 수 있다.
제2 미러면(223)이 플라넬 렌즈 형태(221A) 또는 회절 광학 소자 형태인 경우, 제2 미러면(223)에서 광이 반사되는 각도가 증가할 수 있다.
도 10의 (a)에는, 제2 미러면(223)이 일반적인 구면 또는 비구면 형태인 경우의 광 경로(P1)와 제2 미러면(223)이 플라넬 렌즈 형태(221A) 또는 회절 광학 소자 형태로 형성된 경우의 광 경로(P2)가 도시된다.
도면을 참조하면, 제2 미러면(223)이 플라넬 렌즈 형태(221A) 또는 회절 광학 소자 형태로 형성된 경우, 제2 미러면(223)에서 반사된 광은, 광축 방향으로 더 굴절될 수 있다. 이에 따라, 제1 미러면(221)의 구경을 감소시킬 수 있고, 촬상 렌즈(220)의 차폐 영역의 직경 또는 면적을 감소시킬 수 있다.
도 11은 도 2의 촬상 렌즈(200)에서 제2 미러면(223)의 투과 영역(226)의 다양한 예를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 제2 미러면(223)은 투과 영역(226)을 포함한다. 투과 영역(226)은 렌즈군(230)을 투과한 광이 이미지 센서(300)로 진행하는 영역으로, 제2 미러면(223)의 중앙부에 형성된다. 투과 영역(226)은 빈 공간일 수 있다.
한편, 도 11을 참조하면, 투과 영역(226)에는 광학 소자가 포함될 수 있다. 예를 들어, 투과 영역(226)에는, 커버 유리, 렌즈, 블루 필터, 적외선 필터 또는 편광 필터 중 적어도 하나가 위치할 수 있다.
투과 영역(226)에 적어도 하나의 렌즈가 포함될 수 있다. 렌즈는, 렌즈의 형상 및 외부 물질과의 굴절률 차이로 입사되는 광을 굴절시킬 수 있다. 렌즈는 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 렌즈는 비구면 렌즈로 구현될 수 있다. 렌즈의 대상면과 결상면 중 적어도 하나는 볼록한 형태일 수 있으나, 렌즈의 형태는 이에 제한되지 않는다.
렌즈의 재질은 렌즈군(230)에 포함되는 제1 렌즈(231) 내지 제3 렌즈(233)의 재질과 동일한 재질을 가질 수 있다.
이에 따라, 투과 영역(226)에 포함되는 렌즈에 의해, 이미지의 수차가 보정되거나 왜곡이 보정될 수 있다.
한편, 투과 영역(226)에 블루 필터, 적외선 필터 또는 편광 필터가 포함될 수 있다. 이 경우, 블루 필터에 의해 이미지 센서(300)로 입사하는 청색광의 광량을 감소시킬 수 있고, 편광 필터에 의해 이미지 센서(300)로 입사하는 광을 편광시킬 수 있다. 다만, 투과 영역(226)에는 블루필터, 적외선 필터, 편광 필터 이외에도 촬상 렌즈(200)의 사용 목적에 따라 다양한 종류의 필터가 포함될 수 있다.
한편, 투과 영역(226)에는 커버 유리(cover glass)가 포함될 수 있다. 커버 유리는 이미지 센서(300)의 촬상면을 보호할 수 있다.
이하, 본 발명의 촬상 렌즈(200)의 실시예에 대하여 설명한다.
도 12의 촬상 렌즈(200)의 설계 데이터를 아래의 표 1에 나타내었다. 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈(200)에 포함되는 각 렌즈들의 곡률 반경, 두께 또는 거리를 나타낸다. 여기서, 곡률 반경과 두께 또는 거리의 단위는 밀리미터(mm)이다.
Surface 곡률 반경 (R) 두께 또는 거리 (d) 소자
S1 Infinity 5.700 (S1-S4) 입사면
S2 -14.00 1.600 (S2-S3) 제1 미러면
S3 Infinity 3.650 (S3-S4) 출사면
S4 -5.200 - 제2 미러면
S9 Infinity - 상면
Surface 곡률 반경 (R) 두께 또는 거리 (d) 소자
S51 10.70 0.380 제1 렌즈
S52 2.600 0.230
S61 27.30 0.830 제2 렌즈
S62 -11.80 0.800
S71 -2.800 0.380 제3 렌즈
S72 -10.00 0.300
S81 Infinity 0.110 필터
S82 Infinity 0.410
표 1에서 입사면(222), 제1 미러면(221), 출사면(224), 제2 미러면(223) 및 이미지 센서(300)의 곡률(S1, S2, S3, S4, S9) 및 거리(S1-S4, S2-S3, S3-S4)가 기재되어 있고, 렌즈군(230)의 제1 렌즈(231) 내지 제3 렌즈(233) 및 필터의 대상면 및 결상면의 곡률(S51~S82) 및 두께 또는 거리가 기재되어 있다.
표에서, 곡률이 양(+)인 경우 물체 측으로 볼록하게 휘어진 경우이며, 곡률이 음(-)인 경우 물체 측으로 오목하게 휘어진 경우이다. 곡률이 무한(infinity)인 경우는 표면이 플랫(flat)한 경우이다.
표 1과 도 12를 함께 참조하면, 광축 상에서 입사면(222)의 곡률은 무한대이고, 제1 미러면(221)의 곡률은 -14이며, 제2 미러면(223)의 곡률은 -5.2이다. 입사면(S1)은 제2 미러면이 광축과 교차하는 지점(S4)까지 5.700mm 이격되어 광축 상에 배치되고, 제1 미러면(S2)은 출사면(S3)까지 1.600mm 이격되어 광축 상에 배치되며, 출사면(S3)은 제2 미러면(S4)까지 3.65mm 이격되어 광축 상에 배치된다.
광축 상에서 제1 렌즈의 대상면(S51)으로부터 결상면(S52)까지의 거리(두께)는 0.380mm이고, 제2 렌즈의 대상면(S61)으로부터 결상면(S62)까지의 거리(두께)는 0.830mm이며, 제3 렌즈의 대상면(S71)으로부터 결상면(S72)까지의 거리(두께)는 0.380mm이고, 필터의 대상면(S81)으로부터 결상면(S82)까지의 거리(두께)는 0.110mm이다.
한편, 제1 렌즈의 결상면(S52)은 제2 렌즈의 대상면(S61)까지 0.230mm 이격되어 광축상에 배치되고, 제2 렌즈의 결상면(S62)은 제3 렌즈의 대상면(S71)까지 0.800mm 이격되어 광축상에 배치되며, 제3 렌즈의 결상면(S72)은 필터의 대상면(S81)까지 0.300mm 이격되어 광축상에 배치되고, 필터의 결상면(S82)은 이미지 센서의 상면(S9)까지 0.410mm 이격되어 광축상에 배치될 수 있다.
제1 렌즈(231)는 대상면(S51)이 물체측으로 볼록하고 결상면(S52)이 상측으로 오목할 수 있다. 제2 렌즈(232)는 대상면(S61)이 물체측으로 볼록하고 결상면(S62)이 상측으로 볼록할 수 있다. 제3 렌즈(233)은 대상면(S71)이 물체측으로 오목하고 결상면(S72)이 상측으로 볼록할 수 있다.
표 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈(200)에 포함되는 각 렌즈들의 렌즈면의 코닉상수(k) 및 비구면 계수를 나타낸다.
Surface k r4 r6
S2 -1.40 0 0
S4 -11.6 0 0
S51 -60.0 -0.200 0.090
S52 -17.5 -0.240 0.030
S61 0.00 -0.220 -0.020
S62 -1000 -0.090 0.060
S71 1.00 -0.080 0.040
S72 -9.30 -0.130 0.030
표 2를 참조하면, 제1 미러면(221)과 제2 미러면(223)은 비구면이며, 제1 렌즈(231) 내지 제3 렌즈(233)는 비구면 렌즈이다. 다만, 제1 미러면(221)과 제2 미러면(223) 중 적어도 하나는 구면일 수 있고, 제1 렌즈(231) 내지 제3 렌즈(233) 중 적어도 하나는 구면 렌즈일 수 있으며, 표 2에 기재된 예에 제한되지 않는다.
한편, 표 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈(200)는 앞서 설명한 특성들과 조건식들을 만족함을 확인할 수 있다. 촬상 렌즈(200)는 입사동 구경(EPD)이 Fno 2.0을 만족하도록 설계되었으며, 실제로 대략 Fno 2.4 수준(effective Fno 2.4)의 밝기 성능을 가짐을 확인할 수 있다.
이에 따라 촬상 렌즈(200)는 광학 성능이 향상되고, 컴팩트한 크기로 이동 단말기(100)와 같은 전자기기에 적용이 가능하며, 어두운 환경에서 고화질의 이미지를 촬영할 수 있다.
EFL 19.8mm
Fno 2.0 (effective 2.4 @25% blocking)
EPD 9.9mm
TTL 6.5mm
ICD(image circle diameter) 4.0mm
도 13은 도 2의 촬상 렌즈(200)의 MTF(Modulation Transfer Function) 차트(1300)를 나타낸 것이다.
도면에서, 각각의 곡선은, 회절한계(Diffraction Limit)의 MTF 곡선(도 13의 TS Diff. Limit) 및 촬상 렌즈(200)로 입사하는 광의 입사각에 따른 MTF 곡선(도 13의 TS_0.0000(deg) 내지 TS_5.1800(deg))을 나타낸다. 곡선에서 X축은 공간주파수(spatial frequency)이고, 공간주파수는 1mm 내에 존재하는 라인 수를 의미하며, 단위는 lp/mm(line pair per milimeter) 이다. Y축은 명암비(contrast)를 나타낸다.
여기서, 회절한계는 렌즈 성능의 절대 한계를 나타낸다. 일반적인 렌즈에서 MTF 곡선은 회절한계 위로 올라갈 수 없으며, MTF 곡선이 회절한계 곡선에 근접할 수록 광학적인 성능이 우수함을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촬상렌즈(200)의 경우, 화각이 커질수록 제2 미러면(223)의 투과 영역(226)에 의해 입사 광이 차폐되는 효과가 달라지므로, 회절한계를 넘어서는 MTF 값을 가지게 되는 현상이 나타난다. 또한, 제2 미러면(223)의 투과 영역(226)에 의한 입사광 차폐 효과로 인하여 차폐가 없는 일반 광학계 대비 회절한계가 낮게 나타난다.
MTF 차트(1300)에 나타나 있듯이, 본 발명의 촬상 렌즈(200)에서, 입사각에 따른 MTF 곡선들이 모두 회절 한계의 MTF 곡선 근방에 위치한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈(200)의 광학적 성능이 우수하다는 것을 알 수 있다.
도 14는 도 2의 촬상 렌즈(200)의 왜곡수차(Distortion)를 나타내는 그래프(1300)이다.
도 14에서, Y축은 이미지의 크기를 의미하고, X축은 초점거리(mm 단위) 및 왜곡도(% 단위)를 의미한다. 각 곡선들이 Y축에 근접할 수록 촬상 렌즈(200)의 수차 보정 기능이 향상될 수 있다. 도 14의 그래프(1400)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈(200)는, 최대 왜곡 수차가 5% 이하 수준으로, 우수한 왜곡수차 수준을 보여주고 있다.
렌즈군(230)은, 모두 제1 미러면(221)와 제2 미러면(223) 사이에 위치하여 촬상 렌즈(220)의 두께 증가를 억제하고, 동시에, 촬상 렌즈(220)에서 발생하는 수차를 최대한 억제함을 확인할 수 있다.
도 15는 도 2의 촬상 렌즈(200)를 사용하여 촬영한 이미지를 종래의 렌즈를 사용하여 촬영한 이미지와 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 15의 (a)는 종래의 촬상 렌즈로 촬영한 이미지(1501)를 나타낸 것이고, 도 15의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈(200)로 촬영한 이미지(1502)를 나타낸 것이다.
도 15의 (a)를 참조하면, 종래의 일반적인 촬상 렌즈로 촬영한 이미지(1501)는 Fno 3.6, ISO 200 및 셔터 속도 1/15sec의 조건에서 촬영되었다. 이미지(1501)에서 확인할 수 있듯이, 이미지 촬영에 필요한 광량이 부족하여, 건물, 도로, 자동차 및 화단 등이 어둡게 촬영된 것을 확인할 수 있다.
도 15의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈(200)로 촬영한 이미지(1502)는, 도 15의 (a)의 촬영 조건과 비교하여, 동일한 ISO 값 및 셔터 속도의 조건에서 촬영되었다. 이미지(1502)에서 확인할 수 있듯이, 종래의 촬상 렌즈로 촬영한 이미지(1501)와 비교하여, 건물, 도로 및 화단 등이 더 밝게 촬영된 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 촬상 렌즈(200)는 유효 Fno(effective F number)가 2.4로써, 종래의 렌즈의 Fno 3.6과 비교하여, 렌즈에서 수광하는 광량이 약 2배(1스텝)정도 많다. 이는, 본 발명의 촬상 렌즈(200)는, 2장의 미러면을 포함하는 반사 굴절 렌즈(220) 내부에 모든 렌즈를 배치하고 렌즈 두께 대비 입사동 구경을 증가시켜, 렌즈의 밝기 성능을 높일 수 있기 때문이다.
따라서, 동일한 광 조건 및 동일한 촬영 조건에서, 본 발명의 촬상 렌즈(200)는, 더 많은 량의 광을 수광할 수 있고, 더 밝고 선명한 이미지를 얻을 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (17)

  1. 물체측으로부터 광이 입사하고, 내부에서 광이 반사되어 출사되는 반사 굴절 렌즈; 및
    상기 반사 굴절 렌즈에서 출사된 광을 상면으로 투과시키는 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈군;을 포함하고,
    상기 반사 굴절 렌즈는,
    물체측으로부터 광이 입사하는 입사면;
    물체측으로 오목하게 형성되고 상기 입사면으로 입사한 광을 물체 측의 제1 미러면으로 반사시키는 제2 미러면;
    상기 입사면의 중앙부에 상측으로 볼록하게 형성되고 제2 미러면에서 반사된 광을 상 측으로 반사시키는 제1 미러면; 및
    상기 제1 미러면에서 반사된 광이 출사하는 출사면을 포함하고,
    상기 렌즈군은
    광축을 기준으로 상기 제1 미러면과 상기 제2 미러면 사이에 모두 배치되는 촬상 렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출사면은 평면 또는 비구면 형태로 형성되는 촬상 렌즈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광축 상에서, 상기 복수의 렌즈 중 상측에 가장 가깝게 위치하는 렌즈와 상기 출사면 사이에 stop면이 위치하는 촬상 렌즈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 출사면은 광축을 기준으로 상기 제1 미러면과 상기 제2 미러면 사이에 형성되고,
    상기 제2 미러면은 광축을 중심으로 하는 원형의 투과 영역을 포함하며,
    상기 반사 굴절 렌즈는
    상기 투과 영역의 경계와 상기 출사면의 경계를 연결하는 측면을 더 포함하며,
    상기 렌즈군은 상기 출사면, 상기 측면에 의해 형성되는 상측으로 오목한 형태의 공간 내에 모두 배치되는 촬상 렌즈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 측면에는 흡수막이 코팅되거나, 난반사 패턴이 형성되는 촬상 렌즈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 투과 영역의 중심점은, 상기 광축 상에서, 상기 복수의 렌즈 중 상 측에 가장 가깝게 위치하는 렌즈의 상측 면과 상기 상면 사이에 위치하는 촬상 렌즈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반사 굴절 렌즈는
    아베 수(Abbe number)가 50 이상인 물질로 형성되는 촬상 렌즈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반사 굴절 렌즈는
    열팽창 계수가 7 x 10-6/℃ 이하인 물질, 또는
    단위 부피당 질량이 3g/cm3 이하인 물질로 형성되는 촬상 렌즈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈군은 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈는 비구면 형상의 렌즈이며,
    상기 제3 렌즈는 상측으로 볼록한 메니스커스 렌즈(Meniscus Lens)인 촬상 렌즈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 미러면의 곡률 반경은 상기 제2 미러면의 곡률 반경보다 더 큰 촬상 렌즈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 미러면의 구경(D1)은 상기 제2 미러면의 투과 영역의 구경(D2)보다 작은 촬상 렌즈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈군은 상기 물체측에 가장 가깝게 위치하는 제1 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 렌즈의 구경(DL1)은 상기 렌즈군에 포함되는 렌즈들의 구경 중 가장 작고, 상기 제1 미러면의 구경(D1)보다 작은 촬상 렌즈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 입사면의 구경을 D0, 상기 입사면으로부터 상면까지의 거리를 TTL이라 할 때,
    0 < TTL/D0 ≤ 0.7
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 촬상 렌즈의 입사동 구경을 EPD, 상기 제2 미러면의 투과 영역의 구경을 D2라 할 때,
    D2/EPD ≤ 0.8
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2 미러면의 형상은,
    플라넬 렌즈 표면의 형상인 촬상 렌즈.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 촬상 렌즈;
    상기 촬상 렌즈를 통과한 광을 파장에 따라 선택적으로 투과하는 필터; 및
    상기 필터를 투과한 빛을 수용하는 이미지 센서;를 포함하는 카메라 모듈.
  17. 제16항의 카메라 모듈을 포함하는 전자기기.
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