KR101532146B1

KR101532146B1 - 렌즈 모듈

Info

Publication number: KR101532146B1
Application number: KR1020130132758A
Authority: KR
Inventors: 정진화; 조용주; 박일용
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2013-11-04
Filing date: 2013-11-04
Publication date: 2015-06-26
Also published as: KR20130132709A

Abstract

본 발명의 렌즈 모듈은 양의 굴절력을 갖는 제1렌즈; 양의 굴절력을 갖는 제2렌즈; 및 음의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 오목한 형상인 제3렌즈; 를 포함하고, 상기 제1렌즈는 조건식 1을 만족하고, 상기 제3렌즈는 조건식 2를 만족하며, 상기 제2렌즈의 광축 중심의 두께는 상기 제1렌즈의 광축 중심의 두께보다 클 수 있다.
[조건식 1]

[조건식 2]

(조건식 1에서 Nd1는 제1렌즈의 굴절률이고, Nd2는 제2렌즈의 굴절률이고, 조건식 2에서 R5는 제3렌즈에서 물체측면의 곡률 반지름이고, R6S는 제3렌즈에서 상측면의 유효구경(clear aperture)에서의 스윕 각도(sweep angle)이다)

Description

렌즈 모듈{Lens module}

본 발명은 렌즈 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고해상도의 광학계와 소형 광학계를 형성할 수 있는 렌즈 모듈에 관한 것이다.

최근 들어, 모든 전자기기들이 소형화 및 경량화되고 있으며, 전자기기에 탑재되는 부품들도 소형화되고 있다. 휴대용 전화기는 이러한 추세에 따른 대표적인 전자기기의 한 예이다.

근래에 사용되는 휴대용 전화기는 대부분 카메라를 구비하고 있다. 그러나 근래의 카메라는 해상도 향상을 위해 복수의 렌즈를 포함한 렌즈 모듈을 구비하므로, 그 무게와 크기를 경량화하는 한계가 있다.

때문에 최근에는 렌즈 모듈을 구성하는 일부 렌즈를 유리보다 가벼운 플라스틱 재질로 제작하고 있다.

그러나 플라스틱 재질의 렌즈는 유리 재질의 렌즈에 비해 색수차 개선이 어려우므로, 플라스틱 재질의 렌즈를 이용하여 고해상도의 렌즈 모듈을 제작하기 어렵다.

또한, 플라스틱 재질의 렌즈는 대량 생산을 위해 소정의 두께를 가져야 하므로, 고해상도의 광학계를 설계함에 있어서 많은 제약이 따른다.

JP

2010-060833

A

JP

2005-017358

A

KR

2008-039094

A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고해상도의 광학계를 플라스틱 재질의 렌즈들로 구성할 수 있는 렌즈 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 렌즈 모듈은 양의 굴절력을 갖는 제1렌즈; 양의 굴절력을 갖는 제2렌즈; 및 음의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 오목한 형상인 제3렌즈;를 포함하고, 상기 제1렌즈는 조건식 1을 만족하고, 상기 제3렌즈는 조건식 2를 만족하며, 상기 제2렌즈의 광축 중심의 두께는 상기 제1렌즈의 광축 중심의 두께보다 클 수 있다.

[조건식 1]

삭제

[조건식 2]

(조건식 1에서 Nd1는 제1렌즈의 굴절률이고, Nd2는 제2렌즈의 굴절률이고, 조건식 2에서 R5는 제3렌즈의 물체측면이고, R6S는 제3렌즈의 스윕 각도(sweep angle)이다)

삭제

본 발명의 일 실시 예에 따른 렌즈 모듈에서 상기 제1렌즈의 물체측면은 물체측으로 볼록한 형상이고, 상기 제1렌즈의 상측면은 상측에 대해 오목한 형상일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 렌즈 모듈에서 상기 제1렌즈는 조건식 3을 만족할 수 있다.

[조건식 3]

(조건식 3에서 t1은 제1렌즈에서 가장자리 부분의 두께이고, T1은 제1렌즈에서 광축이 지나는 중심 부분의 두께이다)

본 발명의 일 실시 예에 따른 렌즈 모듈에서 상기 제1렌즈, 상기 제2렌즈 및 상기 제3렌즈는 모두 플라스틱 재질일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 렌즈 모듈에서 상기 제1렌즈, 상기 제2렌즈 및 상기 제3렌즈는 모두 동일한 크기의 아베값을 가질 수 있다.

본 발명은 고해상도의 광학계를 플라스틱 렌즈로 구성할 수 있으므로, 렌즈 모듈의 대량 생산이 용이하다.

도 1은 본 발명의 한 실시 예에 따른 렌즈 모듈의 구성도이고,
도 2는 도 1에 도시된 렌즈 모듈의 MTF 특성을 나타낸 그래프이고,
도 3은 도 1에 도시된 렌즈 모듈의 수차 특성을 나타낸 그래프이고,
도 4 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 특성을 나타낸 그래프들이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

아울러, 명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

제1실시 예에 따른 렌즈 모듈(100)은 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30)를 포함하고, 선택적으로 필터 부재(40)와 조리개(50)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1렌즈(10)로부터 제3렌즈(30)는 물체 측으로부터 상측으로 순서대로 배치될 수 있다.

제1렌즈(10), 제2렌즈(20) 및 제3렌즈(30)는 모두 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 이처럼 모든 렌즈 모듈(100)을 구성하는 모든 렌즈들(10, 20, 30)이 플라스틱 재질로 제작되면, 렌즈 모듈(100)의 제조비용을 경감시킬 수 있으며, 렌즈 모듈(100)의 대량 생산에 유리할 수 있다.

제1렌즈(10)는 렌즈 모듈(100)에서 물체 측에 가장 가깝게 배치될 수 있다. 제1렌즈(10)는 전체적으로 양의 굴절력을 가질 수 있다. 부연 설명하면, 제1렌즈(10)에서 제1면(12, 물체측면)은 물체측으로 볼록한 형상일 수 있고, 제2면(14, 상측면)은 상측에 대해 오목한 형상일 수 있다.

이 같이 형성된 제1렌즈(10)는 전체적으로 물체측으로 볼록한 매니스커스 형상일 수 있다. 아울러, 제1렌즈(10)의 제1면(12)과 제2면(14) 중 적어도 하나는 비구면일 수 있다. 그러나 필요에 따라 제1면(12)과 제2면(14) 모두가 비구면일 수 있다.

한편, 제1렌즈(10)는 가장자리 부분(정확하게는 제1렌즈(10)의 제1면(12)에서 유효광이 통과하는 최외각 부분)의 두께(t1)와 중심 부분(광축이 지나는 부분)의 두께(T1)가 상이할 수 있다. 구체적으로는 제1렌즈(10)의 두께는 수학식 1을 만족할 수 있다.

이와 같은 수학식 1은 제1렌즈(10)의 유효 두께를 한정하는 수치범위로 사용될 수 있다. 즉, 제1렌즈(10)를 플라스틱 재질로 제작함에 있어서, 제1렌즈(10)가 상대적으로 너무 얇으면 정밀한 성형이 불가능할 수 있다. 반면, 제1렌즈(10)가 상대적으로 너무 두꺼우면 렌즈 모듈(100)을 구성하는 광학계의 길이(제1렌즈부터 제3렌즈까지의 거리)가 커지므로, 소형 렌즈 모듈(100)의 제작에 방해될 수 있다.

본 출원인은 이러한 점을 인지하여, 제1렌즈(10)의 두께를 수학식 1과 같은 수식을 통해 한정한 것이다.

제2렌즈(20)는 제1렌즈(10)의 뒤쪽(상측 방향)에 배치될 수 있다. 제2렌즈(20)는 전체적으로 양의 굴절력을 가질 수 있으며, 제1렌즈(10)와 마찬가지로 플라스틱 재질로 제작될 수 있다.

제2렌즈(20)의 제1면(22, 물체측면)은 오목 형상일 수 있고, 제2면(24, 상측면)은 상측으로 볼록한 형상일 수 있다. 아울러, 제2렌즈(20)의 제1면(22)과 제2면(24) 중 적어도 하나는 비구면일 수 있으며, 필요에 따라 제1면(22)과 제2면(24) 모두가 비구면일 수 있다.

제2렌즈(20)는 제1렌즈(10)와 대체로 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 부연 설명하면, 제2렌즈(20)는 수학식 2를 만족하는 굴절률을 가질 수 있으며, 제1렌즈(10)와 동일한 아베값을 가질 수 있다.

(Nd1는 제1렌즈의 굴절률이고, Nd2는 제2렌즈의 굴절률이다)

이처럼 제2렌즈(20)의 굴절률(Nd2)과 제1렌즈(10)의 굴절률(Nd1)이 수학식 2를 만족하면, 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20)를 제작하는데 용이할 수 있다.

즉, 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20)가 수학식 2의 조건을 만족하면 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20)를 동일 재질로 제작할 수 있으므로, 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20)의 일괄생산이 가능하고 이에 따라 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20)의 생산비용을 절감시킬 수 있다.

아울러, 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20)의 굴절률 및 아베값이 동일 또는 유사하면, 렌즈 모듈(100)의 광학 설계가 용이하므로 렌즈 모듈(100)의 생산단가를 효과적으로 낮출 수 있다.

제3렌즈(30)는 제2렌즈(20)와 이미지 센서(60) 사이에 배치될 수 있다. 제3렌즈(30)는 전체적으로 음의 굴절력을 가질 수 있으며, 제작이 용이하도록 플라스틱 재질로 제작될 수 있다.

제3렌즈(30)의 제1면(32, 물체측면)은 대체로 평면이거나 또는 오목한 형상일 수 있다. 제3렌즈(30)의 제2면(34, 상측면)은 광축 부분에서 오목하다가 가장자리 부근에서 볼록한 형상일 수 있다. 즉, 제3렌즈(30)의 제2면(34)은 하나 이상의 변곡점을 가질 수 있다.

아울러, 제3렌즈(30)는 수학식 3을 만족할 수 있다. 즉, 제3렌즈(30)의 제1면(32)과 제2면(34)은 수학식 3을 만족하는 형상일 수 있다. 여기서, 제3렌즈(30)의 형상이 수학식 3을 만족하지 않으면, 제3렌즈(30)에 입사되는 빛이 제3렌즈(30)의 제2면(34)에서 제3렌즈(30)의 제1면(32)으로 반사될 수 있다.

(R5는 제3렌즈에서 제1면의 곡률 반지름이고, R6S는 제3렌즈에서 제2면의 유효구경(clear aperture)에서의 스윕 각도(sweep angle)임)

즉, 수학식 3은 제3렌즈(30)의 내면반사를 최소화하기 위한 조건식이다.

렌즈 모듈에 입사되는 광은 렌즈를 통과하면서 굴절되어 이미지 센서에 상을 맺히는 것이 이상적이지만, 렌즈의 재질에 따라 내면반사가 발생할 수 있다. 예를 들어, 3매의 렌즈로 구성된 렌즈 모듈에서 제1렌즈 및 제2렌즈를 통과한 입사광은 변곡점을 갖는 제3렌즈의 가장자리 부근에서 물체측으로 반사되는 내면반사를 일으키기 쉽다.

본 발명은 이러한 내면반사를 최소화하기 위한 것으로서, 제3렌즈(30)의 형상을 수학식 3으로 한정하여 내면반사 문제를 해소할 수 있다.

필터 부재(40)는 제3렌즈(30)와 이미지 센서(60) 사이에 배치될 수 있다.

필터 부재(40)는 적외선을 차단하는 IR 필터일 수 있으며, 유리 재질로 제작될 수 있다. 또한, 필터 부재(40)는 이미지 센서(60)에 일체로 형성될 수 있으며, 이 경우 렌즈 모듈(100)에서 생략될 수 있다.

조리개(50)는 제1렌즈(10)의 전방(물체측 방향)에 배치될 수 있다. 조리개(50)는 렌즈 모듈(100)로 입사되는 광량을 조절하여 이미지 센서(60)의 해상도를 향상시킬 수 있다.

조리개(50)는 제1렌즈(10)와 일체로 형성될 수 있다. 이 경우 조리개(50)는 제1렌즈(10)의 성형 시 일체로 형성되는 차광막일 수 있다.

한편, 본 실시 예에서는 조리개(50)가 제1렌즈(10)의 전방에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20) 사이 또는 제2렌즈(20)와 제3렌즈(30) 사이에 배치될 수 있다.

아래의 표 1 내지 표 8은 위와 같은 구성을 갖는 렌즈 모듈(100)의 여러 실시 예들에 대한 수치를 나타낸 표이다.

(실시 예 1)

실시 예 1은 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20)의 굴절률이 1.544로 동일하였고, 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20)의 아베값이 56으로 동일하였다. 아울러, 제3렌즈(30)의 굴절률과 아베값도 1.544와 56으로 제1렌즈(10) 및 제2렌즈(20)와 동일하였다.

이와 같이 구성된 본 실시 예는 제1렌즈(10)의 형상이 수학식 1을 만족하였고, 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20)의 굴절률이 수학식 2를 만족하였으며, 제3렌즈(30)가 수학식 3을 만족하였다.

따라서, 본 실시 예는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 비교적 우수한 MTF 특성과 색수차 곡선을 나타내었다.

(실시 예 2)

실시 예 2는 실시 예 1과 마찬가지로 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20)와 제3렌즈(30)의 굴절률 및 아베값이 1.544 및 56으로 모두 동일하였으며, 수학식 1 내지 3의 조건을 모두 만족하였다.

다만, 본 실시 예는 제3렌즈(30)의 형상을 변화시키고, 그에 따른 특성을 실시 예와 비교해 보았다. 즉, 본 실시 예에서 제1렌즈(30)의 제1면(32)은 실시 예 1보다 상대적으로 큰 곡률 반지름(-15.1353)을 가졌으며, 제3렌즈(30)의 제2면(34)은 실시 예1보다 큰 스윕 각도(35.8077)를 가졌다.

그러나 이와 같이 구성된 본 실시 예의 MTF 특성과 색수차 곡선은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 실시 예 1과 비교하여 큰 차이가 없었다.

(실시 예 3 및 4)

실시 예 3 및 4는 제3렌즈(30)의 제1면(32)의 곡률 반지름을 점차 축소하는 대신 제2면(34)에서의 스윕 각도를 증가시키는 광학계에 대하여 실험하였다.

이에 따라 실시 예 3 및 4의 R5/R6S 값은 각각 -0.2853 및 -0.2583으로, 수학식 3에서 제시한 한정 수치에 근접하였다.

그러나 도 9 내지 도 12에서 알 수 있듯이 이들 실시 예들의 MTF 특성 및 색수차 곡선도 다른 실시 예와 유사한 형태를 가질 수 있었다.

표 9는 수학식 1 내지 3과 관련된 실시 예들의 주요 수치를 나타낸 표이다.

본 발명의 따른 실시 예들은 표 9에 나타난 바와 같이 본 발명에서 제시한 수치 조건(수학식 1 내지 3)을 모두 만족하였으며, 이에 따라 도 1 내지 도 12에 도시된 바와 같이 상대적으로 우수한 MTF 특성과 색수차 곡선을 나타내었다.

따라서, 본 발명에 따르면 제작이 간편한 플라스틱 렌즈를 이용하여 높은 해상도를 갖는 렌즈 모듈을 구현할 수 있으며, 이를 통해 렌즈 모듈의 제작 단가를 낮출 수 있다.

아울러, 이와 같은 특성을 갖는 본 발명의 렌즈 모듈은 2.9 [㎜]미만의 TTL(제1렌즈의 제1면으로부터 상면까지의 거리; 면 번호 2부터 면 번호 10까지의 거리)을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3실시 예에 따른 렌즈 모듈은 2.887, 2.832, 2.884의 TTL을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 렌즈 모듈은 소형화에 유리할 수 있다.

본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다. 예를 들어, 전술된 실시형태에 기재된 다양한 특징사항은 그와 반대되는 설명이 명시적으로 기재되지 않는 한 다른 실시형태에 결합하여 적용될 수 있다.

100 렌즈 모듈
10 제1렌즈
20 제2렌즈
30 제3렌즈
40 필터 부재(또는 커버 글라스)
50 조리개
60 이미지 센서

Claims

양의 굴절력을 갖는 제1렌즈;
양의 굴절력을 갖는 제2렌즈; 및
음의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 오목한 형상인 제3렌즈;
를 포함하고,
상기 제1렌즈는 조건식 1을 만족하고, 상기 제3렌즈는 조건식 2를 만족하며,
상기 제2렌즈의 광축 중심의 두께는 상기 제1렌즈의 광축 중심의 두께보다 큰 렌즈 모듈.
[조건식 1]

[조건식 2]

(조건식 1에서 Nd1는 제1렌즈의 굴절률이고, Nd2는 제2렌즈의 굴절률이고, 조건식 2에서 R5는 제3렌즈에서 물체측면의 곡률 반지름이고, R6S는 제3렌즈에서 상측면의 유효구경(clear aperture)에서의 스윕 각도(sweep angle)이다)
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1렌즈의 물체측면은 물체측으로 볼록한 형상이고, 상기 제1렌즈의 상측면은 상측에 대해 오목한 형상인 렌즈 모듈.
제4항에 있어서,
상기 제1렌즈는 조건식 3을 만족하는 렌즈 모듈.
[조건식 3]

(조건식 3에서 t1은 제1렌즈에서 가장자리 부분의 두께이고, T1은 제1렌즈에서 광축이 지나는 중심 부분의 두께이다)
제1항에 있어서,
상기 제1렌즈, 상기 제2렌즈 및 상기 제3렌즈는 모두 플라스틱 재질인 렌즈 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1렌즈, 상기 제2렌즈 및 상기 제3렌즈는 모두 동일한 크기의 아베값을 갖는 렌즈 모듈.