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KR20240145712A - 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈 - Google Patents

광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈 Download PDF

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KR20240145712A
KR20240145712A KR1020230040496A KR20230040496A KR20240145712A KR 20240145712 A KR20240145712 A KR 20240145712A KR 1020230040496 A KR1020230040496 A KR 1020230040496A KR 20230040496 A KR20230040496 A KR 20230040496A KR 20240145712 A KR20240145712 A KR 20240145712A
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KR
South Korea
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lens group
lens
optical system
zoom optical
object side
Prior art date
Application number
KR1020230040496A
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English (en)
Inventor
김지성
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to PCT/KR2024/003813 priority patent/WO2024205212A1/ko
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Abstract

본 발명은 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 및 제2 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 렌즈군 및 상기 제2 렌즈군은 이동 가능하고, 유효 초점 거리(Effective Focal Length, EFL)가 13 mm 내지 30 mm이고, 상기 제1 렌즈군은 상기 제2 렌즈군이 상기 물체측으로 최대 이동 시 상기 상측으로 이동한 뒤 상기 물체측으로 이동하는 줌 광학계를 개시한다.

Description

광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈{OPTICAL SYSTEM AND CAMERA MODULE FOR COMPRISING THE SAME}
실시 예는 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈에 관한 것이다.
휴대 단말에 내장되는 카메라 모듈의 성능이 발달함에 따라, 휴대 단말 내 카메라 모듈에도 오토포커싱 기능이 요구되고 있다.
휴대 단말 내 카메라 모듈이 오토포커싱 기능을 가지기 위하여, 외부 광을 디지털 이미지 또는 디지털 영상으로 변경하는 과정에서 디지털 처리에 의하여 배율을 높일 수 있다. 이에 따르면, 1배, 3배, 5배 등과 같이 소정의 정해진 배율로만 줌이 가능하며, 배율이 높아짐에 따라 해상도가 떨어지고, 디지털 열화가 발생하는 문제가 있다.
한편, 휴대 단말 내 카메라 모듈이 오토포커싱 기능을 가지기 위하여, 렌즈를 이동시켜 렌즈와 이미지 센서 사이의 간격을 조절하는 기술이 시도되고 있다.
다만, 휴대 단말 내 좁은 공간 내에서 이동 가능한 광학계의 설계가 용이하지 않은 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 줌(zoom) 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예는 초슬림, 초소형 및 고해상 카메라에 적용 가능한 카메라 엑추에이터를 제공하는 것이다.
실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 및 제2 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 렌즈군 및 상기 제2 렌즈군은 이동 가능하고, 유효 초점 거리(Effective Focal Length, EFL)가 13 mm 내지 30 mm이고, 상기 제1 렌즈군은 상기 제2 렌즈군이 상기 물체측으로 최대 이동 시 상기 상측으로 이동한 뒤 상기 물체측으로 이동한다.
F수(F-number, Fno)가 2.5 내지 4.5일 수 있다.
상기 제1 렌즈군이 이동하여 오토 포커싱이 수행되고, 상기 제2 렌즈군이 이동하여 줌(zoom)이 수행될 수 있다.
와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming) 시 상기 제2 렌즈군은 상기 물체측으로 이동할 수 있다.
와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming) 시 상기 제1 렌즈군은 상기 상측으로 이동한 후 상기 물체측으로 이동할 수 있다.
상기 제2 렌즈군의 스트로크(stroke)는 상기 제1 렌즈군의 스트로크보다 2배 이상일 수 있다.
상기 제1 렌즈군 및 상기 제2 렌즈군 각각에서 상기 물체측에 최인접한 렌즈가 가장 큰 구경을 가질 수 있다.
상기 제1 렌즈군에서 상기 상측에 최인접한 렌즈가 양의 곡률을 가질 수 있다.
상기 제2 렌즈군에서 상기 상측에 최인접한 렌즈가 양의 곡률을 가질 수 있다.
상기 제1 렌즈군에서 렌즈의 개수는 상기 제2 렌즈군에서 렌즈의 개수보다 작을 수 있다.
상기 제1 렌즈군의 초점거리와 상기 제2 렌즈군의 초점거리의 비는 -1.5 내지 -3.5일 수 있다.
TTL(total track length)이 26mm 보다 크고 29보다 작을 수 있다.
상기 제1 렌즈군 내지 제2 렌즈군에 포함된 렌즈는 D-cut 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 물체(object)측으로부터 상기 상(image)측으로 순차적으로 상기 제1 렌즈군의 전단에 배치된 직각 프리즘을 더 포함할 수 있다.
TTL(total track length)은 와이드 앵글(wide angle)에서 미들 모드(middle mode)로 주밍하는 경우 감소하고, 미들 모드에서 텔레포토(telephoto)로 주밍하는 경우 증가할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 저배율뿐만 아니라, 고배율로 줌 기능이 가능한 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 연속적인 줌 조절이 가능하며, 고배율에서도 높은 해상도를 유지할 수 할 수 있고, 높은 초점거리에서도 낮은 F수를 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 컴팩트한 사이즈로 설계될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계를 도시한 도면이고,
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 와이드 앵글(wide angle)에서의 단면도이고,
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 중간 모드(middle mode)에서의 단면도이고,
도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 텔레포토(telephoto)에서의 단면도이고,
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 각 모드에 따른 이동을 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 배율에 따른 TTL 변화를 도시한 그래프이고,
도 5a는 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서의 diffraction MTF 그래프이고,
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 중간 모드(middle mode)에서의 diffraction MTF 그래프이고,
도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 텔레포토(telephoto)에서의 diffraction MTF 그래프이고,
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 모듈이 적용되는 휴대 단말의 일부를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200), 필터(20) 및 이미지 센서(10)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 렌즈군(100)은 적어도 하나의 렌즈(예, 복수 매의 렌즈)를 포함하며, 이동할 수 있다. 이하, 각 렌즈군은 광축을 따라 이동할 수 있다. 복수 매의 렌즈(110, 120, 130)는 이동할 수 있다. 이 때, 제1 렌즈군(100)은 적어도 3매 이상의 렌즈(110, 120, 130)를 포함할 수 있다. 제1 렌즈군(100)이 2매 이하의 렌즈를 포함할 경우 최대 배율에서의 해상력 보정이 어려울 수 있고, 4매 이상의 렌즈를 포함할 경우 줌 광학계의 전체적인 사이즈가 커질 수 있는바, 바람직하게는 제1 렌즈군(100)은 3매의 렌즈를 포함할 수 있다.
그리고 제1 렌즈군(100)의 이동에 따라 초점이 조정될 수 있다. 하고, 제1 렌즈군(100)은 포커싱(focusing)군의 역할을 수행할 수 있다.
예컨대, 제1 렌즈군(100)은 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120) 및 제3 렌즈(130)을 포함할 수 있다.
제2 렌즈군(200)은 최대 5매의 렌즈(210, 220, 230, 240, 250)를 포함하며, 이동 가능하다. 즉, 5매의 렌즈(210, 220, 230, 240, 250)는 렌즈의 중심축을 따라 함께 이동 가능하다. 추가적으로, 제2 렌즈군(200)은 후단의 필터(20)와 함께 이동할 수 있다. 다른 예로, 필터(20)는 제외하고 제2 렌즈군(200)와 광축을 따라 이동할 수도 있다. 제2 렌즈군(200)의 이동에 따라 초점거리가 연속적으로 조정될 수 있다. 실시예로, 제2 렌즈군(200)의 이동에 따라 배율이 연속적으로 조정될 수 있다. 이에 따라, 제2 렌즈군(200)은 줌밍(zooming)군의 역할을 수행할 수 있다. 예컨대, 제2 렌즈군(200)이 3매 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 렌즈군(200)은 제4 렌즈(210), 제5 렌즈(220), 제6 렌즈(230), 제7 렌즈(240) 및 제8 렌즈(250)을 포함할 수 있다.
제2 렌즈군(200)의 이동에 따라 줌 광학계의 배율이 예를 들어 4배 내지 9배 사이에서 연속적으로 증가하거나 감소할 수 있다. 여기서, 배율이 연속적으로 증가하거나 감소한다는 것의 의미는 배율이 디지털적으로 단속적으로 증가하거나 감소하는 것이 아니라, 선형적으로 증가하거나 감소한다는 것을 의미할 수 있다. 또는 제2 렌즈군(200)의 이동에 따라 줌 광학계의 배율이 고정된 상이한 레벨로 조정될 수도 있다.
제1 렌즈군(100) 및 제2 렌즈군(200)은 각각 독립적으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 와이드 앵글에서 텔레포토로 이동시 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리는 이동 시작 지점(와이드 앵글)부터 이동 종료 지점(텔레포토)까지 점차 가까워질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광학계에서 와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming)하는 경우, 제2 렌즈군(200)은 물체(object)측으로 이동할 수 있다. 그리고 제1 렌즈군(100)은 상(image)측으로 이동한 후, 물체(object)측으로 이동할 수 있다. 즉, 와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming)하는 경우, 제2 렌즈군(200)은 일방향으로 이동하고, 제1 렌즈군(100)은 양방향으로 이동할 수 있다.
실시예로, 광학계에서 와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming)하는 경우, 제2 렌즈군(200)와 제1 렌즈군(100) 간의 간격은 감소할 수 있다.
다만, 실시예에 따른 광학계에서 TTL(Total Track Length)은 와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming)하는 경우 감소하다가 증가할 수 있다. 예컨대, TTL(Total Track Length)은 와이드 앵글에서 미들 모드(middle mode)까지 감소하다가, 미들 모드에서 텔레포토까지 증가할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 렌즈군(200)의 후단에 필터(20) 및 이미지 센서(10)가 순차적으로 배치될 수 있다. 이 때, 필터(20)는 IR(infrared) 필터 등 다양한 밴드패스 또는 밴드스탑 필터를 포함할 수 있다. 예컨대, 필터(20)는 카메라 모듈 내에 입사되는 광으로부터 근적외선, 예를 들면 파장이 700nm 내지 1100nm인 빛을 차단할 수 있다. 그리고, 이미지 센서(10)는 연결부재(예, 와이어(wire))에 의하여 인쇄회로기판과 연결될 수 있다.
또는, 필터(20)는 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배치되는 이물 방지용 필터 및 IR 필터를 포함할 수도 있다. 필터(20)가 이물 방지용 필터를 포함하는 경우, 제2 렌즈군(200)이 이동하는 과정에서 발생한 이물질이 IR 필터 또는 이미지 센서(10)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 줌 광학계는 TTL(total track length)이 26mm 보다 크고 29보다 작을 수 있다. 여기서, TTL(Total Track Length)은 이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리를 의미할 수 있다. 예를 들어, TTL은 제1 렌즈군(100)에서 물측에 가장 가까운 일면부터 빛이 입사되는 이미지 센서(10)의 상부면까지의 거리를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 전장 거리와 혼용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 줌 광학계는 텔레포토(telephoto)에서의 유효 초점 거리(EFL, Effective Focal Length, f)가 13 mm 내지 30 mm일 수 있다.
줌 광학계는 텔레포토에서의 유효 초점 거리가 와이드 앵글에서의 유효 초점 거리의 1.5배보다 클 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 줌 광학계는 F수(F-number, Fno)가 2.5 내지 4.5일 수 있다. 예컨대, 텔로포토에서 F수(F-number, Fno)가 2.5 내지 4.5일 수 있다. 여기서, F수는 조리개의 유효 직경(D)에 대한 초점거리(f)의 비(f/D)를 의미할 수 있다. F수가 작아질수록 빛이 모이는 양이 많아 밝아질 수 있으며, F수가 커질수록 빛이 모이는 양이 적어 어두워질 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 원거리에서도 F수가 4.5보다 작으므로, 소정의 밝기가 유지될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 줌 광학계는 제1 렌즈군의 초점거리와 제2 렌즈군의 초점거리의 비(제1 렌즈군의 초점거리/제2 렌즈군의 초점거리)는 -1.5 내지 -3.5일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 렌즈군(200)의 이동 스트로크는 4mm mm보다 클 수 있다. 그리고 제1 렌즈군(100)의 이동 스트로크는 2mm이하일 수 있다. 여기서, 이동 스트로크는 구동부에 의하여 렌즈군이 이동 가능한 거리를 의미할 수 있다. 따라서, 제2 렌즈군(200)은 텔레포토에서 와이드 앵글로(와이드 앵글에서 텔레포토로) 변경시 4mm 보다 큰 범위에서 이동할 수 있다. 그리고 제1 렌즈군(100)은 텔레포토에서 와이드 앵글로(와이드 앵글에서 텔레포토로) 변경시 2mm 보다 작은 범위에서 이동할 수 있다.
제1 렌즈군의 경우, 이동 스트로크가 2mm 이상일 경우, 렌즈군을 이동시키기 위한 구동부의 크기가 커지게 되므로 휴대 단말 내에 탑재하기 어려운 문제가 있다. 하지만, 이동 스트로크를 2mm 이내로 구현함으로 소형화가 가능하다.
나아가, 제2 렌즈군(200)의 스트로크(stroke)는 제1 렌즈군(100)의 스트로크보다 2배 이상일 수 있다. 이로써, 정렬이 용이하면서 높은 배율을 성능을 제공할 수 있다.
또한, 실시예에서, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200)은 이동 가능하다. 특히, 제1 렌즈군(100)은 제2 렌즈군(200)이 물체측으로 최대 이동 시, 상측으로 이동한 뒤 물체측으로 이동할 수 있다.
나아가, 실시예에 따른 줌 광학계에서 제1 렌즈군(100) 및 제2 렌즈군(200) 각각에서 물체측에 최인접한 렌즈가 가장 큰 구경을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 렌즈군(100)에서 제1 렌즈(110)의 구경이 가장 클 수 있다. 그리고 제2 렌즈군(200)에서 제4 렌즈(210)의 구경이 가장 클 수 있다. 이에, 상술한 Fno범위를 가질 수 있다.
그리고, 제1 렌즈군(100)에서 상측에 최인접한 렌즈가 양의 곡률을 가질 수 있다. 또한, 제2 렌즈군(200)에서 상측에 최인접한 렌즈가 양의 곡률을 가질 수 있다.
예컨대, 제1 렌즈군(100)에서 제3 렌즈(130)가 양의 곡률을 가질 수 있다. 그리고 제2 렌즈군(200)에서 제8 렌즈(250)가 양의 곡률을 가질 수 있다.
제1 렌즈군(100)에서 렌즈의 개수는 제2 렌즈군(200)에서 렌즈의 개수보다 작을 수 있다. 이에, 주밍의 성능이 향상될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 광학계에서 제1 렌즈군(100) 내지 제2 렌즈군(200)에 포함된 적어도 하나의 렌즈는 D-cut 렌즈를 포함할 수 잇다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 내지 제2 렌즈군(100 내지 200)에 포함된 복수의 렌즈(110, 120, 130, 210. 220, 230, 240, 250)는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다. 제1 내지 제2 렌즈군(100 내지 200)에 포함된 복수의 렌즈(110, 120, 130, 210. 220, 230, 240, 250)는 상측부 및 하측부의 일부가 절단된 D-cut 렌즈일 수 있다. 이 때, 복수의 렌즈(110, 120, 130, 210. 220, 230, 240, 250)는 상측부 및 하측부는 리브와 유효경의 일부가 절단되거나 유효경의 절단 없이 리브만이 절단될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 렌즈군 및 제2 렌즈군은 유효경 장축 길이를 유효경 단축 길이로 나눈 값이 1인 렌즈를 포함할 수 있다. 즉, 유효경의 장축 길이와 유효경의 단축 길이가 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1,2 렌즈군의 적어도 하나의 렌즈의 경우, 상측부 및 하측부의 리브만 절단되고 유효경은 절단되지 않을 수 있다. 원형타입 렌즈의 경우 세로 방향의 높이로 인해 렌즈의 부피가 커지는 문제점이 있으나, 본 발명의 실시예와 같이 복수의 렌즈(110, 120, 130, 210. 220, 230, 240, 250)의 경우, 상측부 및 하측부에 D-cut을 적용함으로써 세로 방향의 높이를 낮출 수 있어 렌즈의 부피를 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 렌즈군(100) 및 제2 렌즈군(200)에 포함된 복수의 렌즈는 굴절률(refractive index)이 1.4보다 클 수 있다. 그리고 1 렌즈군(100) 및 제2 렌즈군(200)에 포함된 복수의 렌즈 중 적어도 하나는 아베수(Abbe number)가 60보다 클 수 있다. 즉, 제1 렌즈군(100) 또는 제2 렌즈군(200)에 포함된 복수의 렌즈 중 적어도 하나는 아베수가 60보다 클 수 있다. 특히, 제1 렌즈군(100)의 제1 렌즈(110)와 제2 렌즈군(200)의 제4 렌즈(210)은 아베수가 60보다 클 수 있다.
제1 렌즈군(100) 및 제2 렌즈군(200)에 포함된 복수의 렌즈 중 적어도 하나는 글래스(glass) 렌즈일 수 있다. 상기의 굴절률이 1.4보다 크거나 아베수가 60보다 큰 렌즈는 글래스 렌즈일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 글래스 렌즈를 이용함으로써 줌 광학계의 부피를 줄일 수 있으며, 이에 따라 제1 렌즈군(100) 및 제2 렌즈군(200)의 이동 가능 거리, 즉 스트로크를 줄일 수 있다. 또한, 글래스 렌즈를 이용함으로써 색수차를 줄이고 굴절률을 높일 수 있어 성능을 향상시킬 수 있다.
제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 간의 거리에 따라 배율이 달라질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 줌 광학계는 CRA(chief ray angle)가 10보다 작을 수 있다. 따라서, 이미지 센서(10)에 입사되는 광선의 각도가 작아 센서 선택의 자유도가 높아질 수 있으며, 더욱 컴팩트한 사이즈의 줌 광학계를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예를 예로 들어 더욱 상세하게 설명한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 와이드 앵글(wide angle)에서의 단면도이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 중간 모드(middle mode)에서의 단면도이고, 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 텔레포토(telephoto)에서의 단면도이다.
아래의 표 1 및 표 2는 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계에 포함된 렌즈의 광학 특성을 나타내고, 표 3 및 4는 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계에 포함된 렌즈의 코닉 상수 및 비구면 계수를 나타낸다. 나아가, 본 실시예에서 초점 거리, 광학 전장, 곡률 반경, 두께 또는 간격의 단위는 mm이다. 이하 거리 등에 대한 단위는 mm로 설명한다.
렌즈 No. 렌즈면 Y radius 두께(mm) 물질 굴절률 아베수
제1 렌즈(110) 물체측면 10.82017172 1 글래스(or 플라스틱) 1.497822 80.82
상측면 15.83725388 0.1
제2 렌즈(120) 물체측면 10.96252946 0.863929396 플라스틱(or 글라스) 1.68 18.4
상측면 48.27406281 1.618879421
제3 렌즈(130) 물체측면 -8.853991725 0.4 플라스틱(or 글라스) 1.586506 31.32
상측면 8.230808708 0.469426989
제4 렌즈(210) 물체측면 4.598389074 2.013830658 글래스(or 플라스틱) 1.496997 81.6
상측면 -8.981961381 1.060445093
제5 렌즈(220) 물체측면 -35.62012284 0.4 플라스틱(or 글라스) 1.639 25
상측면 13.5735454 1.436023857
제6 렌즈(230) 물체측면 -24.32542764 0.4 플라스틱(or 글라스) 1.541 37.5
상측면 22.68264375 0.1
제7 렌즈(240) 물체측면 16.93584288 0.749498737 플라스틱(or 글라스) 1.68 18.4
상측면 -23.95787332 2.324123945
제8 렌즈(250) 물체측면 -11.87796303 0.4 플라스틱(or 글라스) 1.5335 55.7
상측면 109.2372381 0.409255243
필터(20) 1E+18 0.2625 글래스 64.1983
센서(10) 1E+18 0
렌즈 No. 렌즈면 초점거리 굴절력
제1 렌즈(110) 물체측면 64.15 양, 0.01558846
상측면
제2 렌즈(120) 물체측면 20.402849 양, 0.04901276
상측면
제3 렌즈(130) 물체측면 -7.156 음,
-0.13974287
상측면
제4 렌즈(210) 물체측면 6.418176 양,
0.15580751
상측면
제5 렌즈(220) 물체측면 -15.16392 음,
-0.06594601
상측면
제6 렌즈(230) 물체측면 -21.51395 음,
-0.04648146
상측면
제7 렌즈(240) 물체측면 14.516 양,
0.0688895
상측면
제8 렌즈(250) 물체측면 -22.09197 음,
-0.04526531
상측면
여기서, 두께(mm)는 각 렌즈면에서 다음 렌즈면까지의 거리를 나타낸다. 예들 들어, 제1 렌즈(110)의 물측면에 기재된 두께는 제1 렌즈의 물측면(112)에서 상측면까지의 거리를 나타낸다. 그리고, 제1 렌즈(110)의 상측면에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)의 상측면에서 제2 렌즈(120)의 물측면까지의 거리를 나타낸다. 한편, 제3 렌즈(130)의 상측면에 기재된 두께는 제3 렌즈(130)의 상측면에서 제4 렌즈(210)의 물측면까지의 거리를 나타낸다. 이 때, 제4 렌즈(210)는 제2 렌즈군(200)에 포함된 렌즈로서 와이드 앵글에서 텔레포토로 주밍(zooming)하는 과정에서 이동하게 되므로, 제3 렌즈(130)의 상측면에 기재된 두께는 최단 거리에서 최장 거리 사이의 값을 가질 수 있다. 이는 제5 렌즈의 상측면에 기재된 두께 및 제8 렌즈의 상측면에 기재된 두께 역시 동일하다.
렌즈 No. 렌즈면 코닉상수(K) 4th Order Coefficient (A) 6th Order Coefficient (B) 8th Order Coefficient (C) 10th Order Coefficient (D)
제1 렌즈(110) 물체측면 0.04793 0.00024514 1.74E-06 2.52E-07 -1.62E-08
상측면 -23.7997 0.000513972 2.08E-06 -5.68E-07 -7.48E-08
제2 렌즈(120) 물체측면 -21.7583 0.000154762 6.32E-06 2.51E-07 -3.28E-08
상측면 231.1465 0.000651659 3.87E-06 2.13E-07 8.57E-08
제3 렌즈(130) 물체측면 34.89143 -0.000176928 1.47E-05 1.42E-06 -2.25E-08
상측면 -3.50824 -0.000314418 1.77E-05 1.96E-06 4.85E-08
제4 렌즈(210) 물체측면 -0.18938 7.77E-05 -2.23E-06 -5.15E-07 -1.90E-07
상측면 -19.1275 -1.02E-07 -1.72E-05 3.61E-07 -3.57E-08
제5 렌즈(220) 물체측면 -300 0.000537958 4.72E-05 3.47E-06 2.55E-06
상측면 33.89123 0.000598105 0.000146485 2.00E-05 -3.77E-07
제6 렌즈(230) 물체측면 87.23992 -0.005513797 6.83E-05 2.91E-05 -4.96E-06
상측면 -31.7457 -0.003759942 0.000132353 2.62E-05 -4.56E-06
제7 렌즈(240) 물체측면 6.93915 3.60E-17 -1.35E-16 1.98E-16 -1.48E-16
상측면 -10.4414 -1.95E-15 8.75E-15 -1.22E-14 8.33E-15
제8 렌즈(250) 물체측면 33.74344 -1.93E-15 5.87E-15 -6.87E-15 4.16E-15
상측면 -0.55355 4.25E-19 -1.67E-18 1.94E-18 -7.70E-19
렌즈 No. 렌즈면 12th Order Coefficient (E) 14th Order Coefficient (F) 16th Order Coefficient (G) 18th Order Coefficient (H) 20th Order Coefficient (J)
제1 렌즈(110) 물체측면 0 0 0 0 　
상측면 0 0 0 0 0
제2 렌즈(120) 물체측면 1.37E-09 1.92E-10 -8.04E-13 -1.00E-12 -9.43E-15
상측면 4.55E-09 3.49E-11 -3.63E-11 3.72E-13 -1.12E-13
제3 렌즈(130) 물체측면 5.37E-09 6.07E-10 -7.03E-11 -1.12E-11 4.35E-13
상측면 -1.76E-08 -1.35E-09 7.87E-11 4.33E-11 -3.63E-12
제4 렌즈(210) 물체측면 0 0 0 0 0
상측면 0 0 0 0 0
제5 렌즈(220) 물체측면 1.84E-07 -4.54E-08 -9.17E-09 2.08E-09 -1.04E-10
상측면 2.85E-07 1.30E-08 -4.78E-09 -7.32E-10 1.23E-10
제6 렌즈(230) 물체측면 7.55E-07 -8.54E-08 4.11E-09 8.66E-12 9.04E-15
상측면 5.08E-07 -3.24E-08 1.90E-10 6.29E-11 -1.26E-13
제7 렌즈(240) 물체측면 6.30E-17 -1.57E-17 2.30E-18 -1.80E-19 5.90E-21
상측면 -3.22E-15 7.39E-16 -1.00E-16 7.42E-18 -2.31E-19
제8 렌즈(250) 물체측면 -1.45E-15 3.02E-16 -3.71E-17 2.46E-18 -6.81E-20
상측면 -3.25E-20 1.05E-19 -2.96E-20 3.43E-21 -1.47E-22
도 2a 내지 도 2c 및 표 1 내지 4를 참조하면, 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200), 필터(20) 및 센서(10)를 포함한다. 제1 렌즈군(100)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120) 및 제3 렌즈(130)을 포함하고, 제2 렌즈군(200)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제4 렌즈(210), 제5 렌즈(220), 제6 렌즈(230), 제7 렌즈(240) 및 제8 렌즈(250)을 포함할 수 있다.여기서, 제1 렌즈(110)는 물체측으로 볼록한 물측면 및 상측으로 오목한 상측면을 포함하고, 제2 렌즈(120)는 물체측으로 볼록한 물측면 및 상측으로 오목한 상측면(124)을 포함하며, 제3 렌즈(130)는 물체측으로 오목한 물측면 및 상측으로 오목한 상측면을 포함할 수 있다. 여기서, 물체측으로 볼록한 형상은 상측으로 오목한 형상에 대응할 수 있다. 그리고 물체측으로 오목한 형상은 상측으로 볼록한 형상에 대응할 수 있다.
그리고, 제4 렌즈(210)는 물체측으로 볼록한 물측면 및 상측으로 볼록한 상측면을 포함하고, 제5 렌즈(220)는 물체측으로 오목한 물측면 및 상측으로 오목한 상측면을 포함할 수 있다.
그리고, 제6 렌즈(240)는 물체측으로 오목한 물측면 및 상측으로 오목한 상측면을 포함하고, 제7 렌즈(250)는 물체측으로 볼록한 물측면 및 상측으로 볼록한 상측면을 포함할 수 있다.
그리고, 제8 렌즈(260)는 물체측으로 오목한 물측면 및 상측으로 오목한 상측면을 포함할 수 있다.
제1 렌즈(110)는 양의 굴절력을 가질 수 있고, 제2 렌즈(120)는 양의 굴절력을 가질 수 있고, 제3 렌즈(130)는 음의 굴절력을 가질 수 있다. 제4 렌즈(210)는 양의 굴절력을 가질 수 있고, 제5 렌즈(220)는 음의 굴절력을 가질 수 있다. 제6 렌즈(230)는 음의 굴절력을 가질 수 있고, 제7 렌즈(240)는 양의 굴절력을 가질 수 있다. 제8 렌즈(250)는 음의 굴절력을 가질 수 있다.
그리고, 제4 렌즈(210)의 아베수는 81.6로서, 제1 렌즈(110) 내지 제8 렌즈(250) 중 가장 높은 아베수를 가질 수 있다. 제1 렌즈(110)의 초점거리(f)는 64.15mm로서, 제1 렌즈(110) 내지 제8 렌즈(250) 중 가장 높은 초점 거리를 가질 수 있다.
도 2a에서 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 간의 거리가 d1이고, 와이드 앵글, 예를 들어 4배 배율을 가질 수 있다. 그리고, 도 2b 를 거쳐 도 2c에 이르도록 제2 렌즈군(200)과 제1 렌즈군(100)이 서로 가까워지도록 제1,2 렌즈군을 이동시키면 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 간의 거리가 d2로 줄어들어, 미들 모드를 가질 수 있다. 그리고 제2 렌즈군을 물체측으로, 제1 렌즈군을 물체측으로 이동시켜, 제1 렌즈군과 제2 렌즈군 간의 거리를 d3로 줄어들게 하면 텔레포토, 예를 들어 9배 배율을 가질 수 있다. 이와 같이, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200)을 이동시킴에 따라 줌 광학계의 배율이 4배 배율로부터 9배 배율까지 연속적으로 조정될 수 있다.
여기서, 제2 렌즈군(200)의 이동량이 제1 렌즈군(100)의 이동량보다 큰 바, d1, d2, d3 순으로 작아질 수 있다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 각 모드에 따른 이동을 도시한 도면이다.
상술한 바와 같이, 와이드 앵글에서 텔레포토로 이동시 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리는 이동 시작 지점(와이드 앵글)부터 이동 종료 지점(텔레포토)까지 점차 가까워질 수 있다. 즉, 와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming)하는 경우, 제2 렌즈군(200)은 일방향으로 이동하고, 제1 렌즈군(100)은 양방향으로 이동할 수 있다. 다시 말해, 와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming) 시 제2 렌즈군은 물체측으로 이동하고, 제1 렌즈군은 상측으로 이동한 후, 물체측으로 이동할 수 있다. 이에, 제1 렌즈군(100)은 텔레포토와 와이드 앵글에서 위치가 동일하나, 제2 렌즈군(200)은 텔레포토에서 와이드 앵글에서 위치가 서로 상이할 수 있다. 예컨대, 제2 렌즈군은 와이드 앵글에서 텔레포토로 주밍하는 경우 물체측으로 이동할 수 있다. 이에, 와이드 앵글 및 텔레포토 대비 미들 모드에서 제1 렌즈군은 d4만큼 상측으로 이동할 수 있다. 이와 달리, 제2 렌즈군은 와이드 앵글에서 텔레포토로 주밍 시, 물체측으로 점차 이동할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 배율에 따른 TTL 변화를 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 상술한 바와 같이, 실시예에 따른 광학계에서 TTL(total track length)은 와이드 앵글(wide angle)에서 미들 모드(middle mode)로 주밍하는 경우 감소하고, 미들 모드에서 텔레포토(telephoto)로 주밍하는 경우 증가할 수 있다. 가로축(x축)은 배율에 대응하고, 세로축(y축)은 TTL에 대응할 수 있다. 나아가, 물체거리가 700mm, INF(infinite)에서 TTL이 오토포커싱에 따라 상이하게 변경될 수 있다. 다만, 물체거리와 무관하게 TTL(total track length)은 와이드 앵글(wide angle)에서 미들 모드(middle mode)로 주밍하는 경우 감소하고, 미들 모드에서 텔레포토(telephoto)로 주밍하는 경우 증가할 수 있다.
도 5a는 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서의 diffraction MTF 그래프이고, 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 중간 모드(middle mode)에서의 diffraction MTF 그래프이고, 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 텔레포토(telephoto)에서의 diffraction MTF 그래프이다.
다음으로, 도 5a 내지 도 5c를 통해 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 MTF 시뮬레이션 결과를 살펴보도록 한다. MTF(Modulation Transfer Function)란 광학계의 성능 측정방법 중 하나를 의미한다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 와이드 앵글, 미들 모드 및 텔레포토 각각에서 디포커싱 위치(defocusing position) 0[mm] 근처에서는 한계값인 diffraction limit에 근접한 값을 가짐을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 모듈이 적용되는 휴대 단말의 일부를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 줌 광학계(1000)를 포함하는 카메라 모듈은 휴대 단말 내에 내장될 수 있으며, 메인 카메라 모듈(1100)과 함께 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계(1000)는 앞서 설명한 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200)을 포함하며, 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200)은 휴대 단말의 두께 제약으로 인하여 휴대 단말의 측면 방향으로 순차적으로 배치될 수 있다. 이를 위하여, 전술한 바와 같이, 제1 렌즈군(100)의 전단에는 직각 프리즘 또는 반사부재가 더 배치될 수 있다. 줌 광학계가 휴대 단말기의 두께 방향으로 배치될 때, 즉 줌 광학계에 포함된 렌즈들의 렌즈면이 휴대 단말의 두께 방향으로 배치될 때, 줌 광학계에 포함된 렌즈들의 직경 사이즈를 줄임으로써, 휴대 단말의 두께를 줄일 수 있다. 이에 따라, 휴대 단말 내에도 렌즈가 이동하여 연속적으로 배율 조정이 가능한 줌 광학계가 내장될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계를 포함하는 카메라 모듈이 내장된 휴대 단말은 스마트폰, 태블릿 PC, 랩탑(laptop) 컴퓨터, PDA 등일 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 및 제2 렌즈군을 포함하고,
    상기 제1 렌즈군 및 상기 제2 렌즈군은 이동 가능하고,
    유효 초점 거리(Effective Focal Length, EFL)가 13 mm 내지 30 mm이고,
    상기 제1 렌즈군은 상기 제2 렌즈군이 상기 물체측으로 최대 이동 시 상기 상측으로 이동한 뒤 상기 물체측으로 이동하는 줌 광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    F수(F-number, Fno)가 2.5 내지 4.5인 줌 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군이 이동하여 오토 포커싱이 수행되고,
    상기 제2 렌즈군이 이동하여 줌(zoom)이 수행되는 줌 광학계.
  4. 제1항에 있어서,
    와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming) 시, 상기 제2 렌즈군은 상기 물체측으로 이동하는 줌 광학계.
  5. 제4항에 있어서,
    와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming) 시, 상기 제1 렌즈군은 상기 상측으로 이동한 후 상기 물체측으로 이동하는 줌 광학계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 렌즈군의 스트로크(stroke)는 상기 제1 렌즈군의 스트로크보다 2배 이상인 줌 광학계.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군 및 상기 제2 렌즈군 각각에서 상기 물체측에 최인접한 렌즈가 가장 큰 구경을 갖는 줌 광학계.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군에서 상기 상측에 최인접한 렌즈가 양의 곡률을 갖는 줌 광학계.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 렌즈군에서 상기 상측에 최인접한 렌즈가 양의 곡률을 갖는 줌 광학계.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군에서 렌즈의 개수는 상기 제2 렌즈군에서 렌즈의 개수보다 작은 줌 광학계.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군의 초점거리와 상기 제2 렌즈군의 초점거리의 비는 -1.5 내지 -3.5인 줌 광학계.
  12. 제1항에 있어서,
    TTL(total track length)이 26mm 보다 크고 29보다 작은 줌 광학계.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군 내지 제2 렌즈군에 포함된 렌즈는 D-cut 렌즈를 포함하는 줌 광학계.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 물체(object)측으로부터 상기 상(image)측으로 순차적으로 상기 제1 렌즈군의 전단에 배치된 직각 프리즘을 더 포함하는 줌 광학계.
  15. 제1항에 있어서,
    TTL(total track length)은 와이드 앵글(wide angle)에서 미들 모드(middle mode)로 주밍하는 경우 감소하고, 미들 모드에서 텔레포토(telephoto)로 주밍하는 경우 증가하는 줌 광학계.
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