KR20220089919A - 광학계 - Google Patents

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KR20220089919A
KR20220089919A KR1020200180578A KR20200180578A KR20220089919A KR 20220089919 A KR20220089919 A KR 20220089919A KR 1020200180578 A KR1020200180578 A KR 1020200180578A KR 20200180578 A KR20200180578 A KR 20200180578A KR 20220089919 A KR20220089919 A KR 20220089919A
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권덕근
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Abstract

실시예에 따른 광학계는 물체측으로부터 상측 방향으로 광축을 따라 순차적으로 배치되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈, 제6 렌즈, 제7 렌즈, 제8 렌즈 및 제9 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈는 물체측 면이 볼록하며, 상기 제2 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 물체측 면이 볼록하며, 상기 제3 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상측 면이 오목하며, 상기 제8 렌즈는 양의 굴절력을 가지며, 물체측 면 및 상측 면 중 적어도 하나가 적어도 하나의 변곡점을 가지며, 상기 제9 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 물체측 면 및 상측 면이 적어도 하나의 변곡점을 가질 수 있다.

Description

광학계{OPTICAL SYSTEM}
실시예는 고해상도를 위한 광학계에 관한 것이다.
카메라 모듈은 객체를 촬영하여 이미지 또는 동영상으로 저장하는 기능을 수행하며 다양한 어플리케이션에 장착되고 있다. 특히 카메라 모듈은 초소형으로 제작되어 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 등의 휴대용 디바이스뿐만 아니라 드론, 차량 등에 적용되어 다양한 기능을 제공하고 있다.
예를 들어, 카메라 모듈의 광학계는 상(image)를 결상하는 촬상 렌즈, 결상된 상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서를 포함할 수 있다. 이때, 상기 카메라 모듈은 이미지 센서와 촬상 렌즈 사이의 간격을 자동 조절하여 렌즈의 초점거리를 정렬하는 오토포커스(autofocus, AF) 기능을 수행할 수 있고, 줌 렌즈(zoom lens)를 통해 원거리의 객체의 배율을 증가 또는 감소시켜 촬영하는 줌 업(zoom up) 또는 줌 아웃(zoom out)의 주밍(zooming) 기능을 수행할 수 있다. 또한, 카메라 모듈은 영상 흔들림 방지(image stabilization, IS)기술을 채용하여 불안정한 고정장치 혹은 사용자의 움직임에 기인한 카메라의 움직임으로 인한 영상의 흔들림을 보정하거나 방지하는 기술이 채용되고 있다.
이러한 카메라 모듈이 상(image)을 얻기 위해 가장 중요한 요소는 상(image)를 결상하는 촬상 렌즈이다. 최근 고해상도에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이를 구현하기 위해 5매 또는 6매의 렌즈를 이용한 연구가 진행되고 있다. 또한, 고해상도 구현을 위해 양(+)의 굴절력 또는 음(-)의 굴절력을 가지는 복수의 촬상 렌즈를 이용한 연구가 진행되고 있다. 그러나, 복수의 렌즈를 배치할 경우 우수한 광학적 특성, 수차 특성을 도출하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 상술한 문제를 해결할 수 있는 새로운 광학계가 요구된다.
발명의 실시예는 광학 특성이 향상된 광학계를 제공하고자 한다.
발명의 실시예는 적어도 9매의 렌즈를 갖는 광학계를 제공하고자 한다.
발명의 실시 예는 적어도 9매의 렌즈 중에서 적어도 2매의 양(+)의 굴절력을 갖는 렌즈들과 적어도 2매의 음(-)의 굴절력을 갖는 렌즈들이 광축에 대해 정렬된 광학계를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 광학계는 발명의 실시예에 따른 광학계는 물체측으로부터 상측 방향으로 광축을 따라 순차적으로 배치되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈, 제6 렌즈, 제7 렌즈, 제8 렌즈 및 제9 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈는 물체측 면이 볼록하며, 상기 제2 렌즈는 물체측 면이 볼록하며, 상기 제3 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 물체측 면이 볼록하며, 상기 제4 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상측 면이 오목하며, 상기 제8 렌즈는 양의 굴절력을 가지며, 물체측 면 및 상측 면 중 적어도 하나가 적어도 하나의 변곡점을 가지며, 상기 제9 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 물체측 면 및 상측 면이 적어도 하나의 변곡점을 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제3렌즈의 중심 두께는 제1, 2, 제4 내지 제6렌즈의 중심 두께 각각보다 두꺼울 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제3, 5, 및 7 렌즈의 굴절률은 제1,2,4,6,8 및 9렌즈의 굴절률보다 클 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1, 2, 3, 5, 7 및 9 렌즈의 아베수는 50이상이며, 상기 제4 및 6 렌즈의 아베수는 30미만일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1, 2, 5, 6, 7 렌즈 중 적어도 하나는 양 또는 음의 굴절력을 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제9 렌즈의 상측에 이미지 센서; 및 상기 이미지 센서와 제9 렌즈 사이에 광학 필터를 포함하며, 상기 광학계는 수식 1 및 2를 만족하며, [수식 1] 0 < BFL/TTL < 0.3, [수식 2] 0 < BFL/Img < 0.3이며, 상기 BFL은 제9 렌즈의 상측 면의 정점으로부터 이미지 센서까지의 거리이며, TTL은 제1렌즈의 물체측 제1면의 정점에서 이미지 센서까지의 거리이며, Img는 이미지 센서에서 광축으로부터 대각선 끝인 1.0F까지 수직방향 거리일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제9 렌즈의 상측에 이미지 센서 및 상기 이미지 센서와 제9 렌즈 사이에 광학 필터를 포함하며, 상기 광학계는 수식 3, 4 및 5를 만족하며, [수식 3] 0.5 < F/TTL < 1.2, [수식 4] 0.5 < TTL/(Img×2) < 0.8, 및 [수식 5] 0.5 < TTL/(D92×2) < 1.2이며, 상기 TTL은 제1렌즈의 물체측 제1면의 정점에서 이미지 센서까지의 거리이며, 상기 F는 광학계의 전체 유효 초점 거리이며, 상기 Img는 이미지 센서에서 광축으로부터 대각선 끝인 1.0F까지 수직방향 거리이며, 상기 D92는 광축에서 상기 제9 렌즈의 상측면 정점으로부터 유효경까지의 거리일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제3 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경이 L3R1이고, 상기 제3 렌즈의 상측 면의 곡률 반경을 절대 값이 |L3R2|으로 정의할 때, 0 < L3R1/|L3R2| < 1를 만족할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제4 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경의 절대 값이 |L4R1|이며, 상기 제4 렌즈의 상측 면의 곡률 반경이 L4R2일 때, 0 < L4R2/|L4R1| < 1의 관계를 만족할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제3 렌즈의 587nm에서의 굴절률이 G3이며, 상기 제4 렌즈의 587nm에서의 굴절률이 G4일 때, 0.7 < G2/G3 < 1.2의 관계를 만족할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈의 중심부 두께는 T1이고, 상기 제2 렌즈의 중심 두께는 T2이고, 상기 제3 렌즈의 중심 두께는 T3일 때, 0.2 < T3/T2 < 1 및 0.2 < T1/T3 < 1 의 관계를 만족할 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 광학계는, 물체측으로부터 상측 방향으로 광축을 따라 순차적으로 배치되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈, 제6 렌즈, 제7 렌즈, 제8 렌즈 및 제9 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈는 양 또는 음의 굴절력을 가지며, 물체측 면이 볼록하며, 상측 면이 오목하며, 상기 제3 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 물체측 면이 볼록하며, 상측 면이 볼록하며, 상기 제4 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상측 면이 오목하며, 상기 제8 렌즈는 양의 굴절력을 가지며, 물체측 면 및 상측 면 중 적어도 하나가 적어도 하나의 변곡점을 가지며, 상기 제9 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 물체측 면 및 상측 면이 적어도 하나의 변곡점을 가지며, 상기 제3 렌즈의 중심 두께는 상기 제1, 2, 제3 내지 제6 렌즈 각각의 중심 두께들 보다 두껍고, 상기 제8 렌즈의 물측 면의 에지는 상기 제8 렌즈의 물측 면의 광축 상의 정점보다 상기 제1 렌즈를 향해 돌출되며, 상기 제8 렌즈의 물측 면의 에지들을 연결한 직선은 상기 제7 렌즈의 물측 면과 상측 면의 중간에서 광축과 직교하는 직선과 같거나 상기 제1 렌즈에 더 가깝게 위치될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제8 렌즈의 물측 면의 에지들을 연결한 직선은 상기 제7 렌즈의 물측 면의 정점에서 광축과 직교하는 직선보다 상기 제1 렌즈에 더 가깝게 위치될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 광축을 따라 상기 제4 렌즈와 상기 제5 렌즈 사이의 간격은 상기 제2 렌즈와 상기 제3 렌즈 사이의 제1간격보다 크며, 광축을 따라 상기 제8 렌즈와 상기 제9 렌즈 사이의 제2간격은 상기 제1간격보다 작을 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 간격 및 제2 간격은 0.7mm 이상일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제3 렌즈의 중심 두께는 상기 제4 렌즈의 중심 두께에 비해 2배 내지 4배의 범위일 수 있다.
실시예에 따른 광학계는 수차 특성을 보정할 수 있고 슬림한 광학계를 구현할 수 있다. 이에 따라, 광학계를 소형화할 수 있고 고화질 및 고해상도를 구현할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 광학계는 광학계에 들어오는 불필요한 광을 차단할 수 있다. 이에 따라, 수차를 감소시켜 광학계의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 구성도이다.
도 2는 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 구성도이다.
도 3은 발명의 제3 실시예에 따른 광학계의 구성도이다.
도 4는 발명의 제1 내지 제3실시 예에서 제8렌즈의 에지 측과 제7렌즈의 관계를 나타낸 설명한 도면이다.
도 5는 발명의 제1 내지 제3실시 예의 광학계의 입사측에 반사부재가 배치된 예이다.
도 6의 (A)(B)(C)는 도 1의 광학계에서 구면수차(Longitudinal spherical aberration), 비점수차(Astigmatic field curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 나타낸 그래프이다.
도 7는 도 1의 광학계에서의 왜곡 그리드(Distortion grid)을 나타낸 도면이다.
도 8의 (A)-(E)는 도 1의 광학계의 자오상면 (Tangential field curvature) 및 구결상면(Sagittal field curvature)에서 광축 상의 상대 필드 높이 (relative field height)가 0.0 내지 1.0인 영역에서의 횡수차를 나타내는 분석 그래프들이다.
도 9의 (A)(B)(C)는 도 2의 광학계에서 구면수차(Longitudinal spherical aberration), 비점수차(Astigmatic field curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 나타낸 그래프이다.
도 10는 도 2의 광학계에서의 왜곡 그리드(Distortion grid)을 나타낸 도면이다.
도 11의 (A)-(E)는 도 2의 광학계의 자오상면 (Tangential field curvature) 및 구결상면(Sagittal field curvature)에서 광축 상의 상대 필드 높이 (relative field height)가 0.0 내지 1.0인 영역에서의 횡수차를 나타내는 분석 그래프들이다.
도 12의 (A)(B)(C)는 도 3의 광학계에서 구면수차(Longitudinal spherical aberration), 비점수차(Astigmatic field curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 나타낸 그래프이다.
도 13는 도 3의 광학계에서의 왜곡 그리드(Distortion grid)을 나타낸 도면이다.
도 14의 (A)-(E)는 도 3의 광학계의 자오상면 (Tangential field curvature) 및 구결상면(Sagittal field curvature)에서 광축 상의 상대 필드 높이 (relative field height)가 0.0 내지 1.0인 영역에서의 횡수차를 나타내는 분석 그래프들이다.
도 15는 발명의 실시 예에 따른 광학계를 갖는 이동 단말의 사시도이다.
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, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 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 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐 만 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 방향 뿐 만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
발명의 설명에서 첫 번째 렌즈는 물체 측에 가장 가까운 렌즈를 의미하고, 마지막 렌즈는 상 측(또는 센서면)에 가장 가까운 렌즈를 의미한다. 발명의 설명에서 특별한 언급이 없는 한 렌즈의 반지름, 유효경, 두께, 거리, BFL(Back Focal Length), TTL(Total track length or Total Top Length) 등에 대한 단위는 모두 ㎜이다. 본 명세서에서 렌즈의 형상은 렌즈의 광축을 기준으로 나타낸 것이다. 일 예로, 렌즈의 물체 측면이 볼록하다는 의미는 해당 렌즈의 물체 측면에서 광축 부근이 볼록하다는 의미이지 광축 주변이 볼록하다는 의미는 아니다. 따라서, 렌즈의 물체 측면이 볼록하다고 설명된 경우라도, 해당 렌즈의 물체 측면에서 광축 주변 부분은 오목할 수 있다. 본 명세서에서 렌즈의 두께 및 곡률 반지름은 해당 렌즈의 광축을 기준으로 측정된 것임을 밝혀둔다. 또한, "물체측 면"은 광축을 기준으로 물체 측(Object side)을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있고, "상 측(Image side)"은 광축을 기준으로 촬상면을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있다.
발명의 실시예에 따른 광학계는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 자세하게, 제1 내지 제3실시예에 따른 광학계는 적어도 9매 렌즈를 포함할 수 있다. 고해상도로 진행할수록 이미지 센서의 크기도 더 커지게 되며, 이미지 센서의 해상도에 따라 렌즈들의 개수도 점차 증가하게 된다. 발명의 실시 예는 적어도 9매의 렌즈를 이용하여 고해상도 광학계를 제공하고자 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 내지 제3 실시 예의 광학계는, 예를 들어, 물체 측으로부터 상 측 방향으로 순차적으로 배치되는 제1 렌즈(111), 제2 렌즈(112), 제3 렌즈(113), 제4 렌즈(114), 제5 렌즈(115), 제6 렌즈(116), 제7 렌즈(117), 제8 렌즈(118) 및 제9 렌즈(119)를 포함할 수 있다. 상기 광학계는 광학필터(192) 및 이미지 센서(190)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 렌즈(111-119)를 갖는 광학계는 렌즈 광학계로 정의될 수 있고, 상기 렌즈(111-119)과 광학필터(192) 및 이미지 센서(192)를 더 포함하는 광학계는 카메라 모듈로 정의될 수 있다. 상기 카메라 모듈에는 회로기판 및 적어도 하나의 렌즈 또는 2 이상의 렌즈를 지지하는 적어도 하나의 렌즈 홀더를 구비할 수 있으며, 상기 렌즈 홀더를 광축 방향 또는/및 광축에 수직한 방향으로 이동하는 하나 또는 복수의 구동 부재가 배치될 수 있다.
상기 제1 내지 제9 렌즈들(111,112,113,114,115,116,117,118,119)은 상기 광학계의 광축(Lx)을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 물체의 영상 정보에 해당하는 광은 상기 제1 렌즈(111), 제2 렌즈(112), 제3 렌즈(113), 제4 렌즈(114), 제5 렌즈(115), 제6 렌즈(116), 제7 렌즈(117), 제8 렌즈(118) 및 제9 렌즈(119)를 통해 입사되고, 상기 광학필터(192)를 통과하여 상기 이미지 센서(190)에 초점 맺히고 전기적인 신호로 획득될 수 있다.
상기 제1 내지 제9 렌즈(111,112,113,114,115,116,117,118,119) 각각은 유효 영역 및 비유효 영역을 포함할 수 있다. 상기 유효 영역은 각 렌즈에 입사된 광이 통과하는 영역일 수 있다. 즉, 상기 유효 영역은 입사된 광이 굴절되어 광학 특성을 구현하는 영역일 수 있다. 상기 비유효 영역은 상기 유효 영역 둘레에 배치될 수 있다. 상기 비유효 영역은 상기 광이 입사되지 않는 영역일 수 있다. 즉, 상기 비유효 영역은 광학계의 광학 특성과 무관한 영역일 수 있다. 또한, 상기 비유효 영역은 상기 렌즈를 수용하는 배럴(미도시) 등에 고정되는 영역이거나 차광부 또는 스페이서에 의해 광이 차광되는 영역일 수 있다.
상기 제1 내지 제9 렌즈(111,112,113,114,115,116,117,118,119) 중에서 적어도 하나 또는 둘 이상이거나, 제5 내지 제9렌즈 중에서 적어도 하나 또는 둘 이상은 광축(Lx)과 직교하는 제1방향으로, 제2방향의 유효경 보다 작은 길이를 가질 수 있다. 이러한 렌즈(들)은 제2방향으로는 직경을 가지며, 제1방향은 상기 직경보다 작은 거리를 갖는 비 원형 형상으로 제공될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 따른 광학계는 입사되는 광량을 조절하기 위한 조리개(ST)를 포함할 수 있다. 상기 조리개(ST)는 상기 제1 내지 제9 렌즈(111,112,113,114,115,116,117,118,119) 중 선택되는 두 렌즈 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 조리개(ST)는 제2 렌즈(112) 및 제3 렌즈(113) 사이의 외측 둘레에 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)는 제4 렌즈(114)보다는 제2 렌즈(112)의 상측 (또는 출사면)에 더 인접하게 배치될 수 있다.
다른 예로서, 상기 제1 내지 제9 렌즈(111,112,113,114,115,116,117,118,119) 중 적어도 하나의 렌즈는 조리개 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제9 렌즈(111,112,113,114,115,116,117,118,119)의 렌즈 면 중 선택되는 하나의 면은 광량을 조절하는 조리개 역할을 수행할 수 있다. 예컨대, 제2 렌즈(112)의 상측 면의 둘레 또는 제3 렌즈(113)의 물체 측면의 둘레가 조리개 역할을 수행할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 광학계에서 제1 렌즈(111)는 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 물체측 면으로 정의되는 제1 면(S1) 및 상측 면으로 정의되는 제2 면(S2)을 포함할 수 있다. 상기 제1 면(S1)은 볼록할 수 있고 상기 제2 면(S2)은 오목할 수 있다. 즉, 상기 제1 렌즈(111)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 렌즈(111)에서 제1 면(S1) 및 상기 제2 면(S2) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제1 면(S1) 및 상기 제2 면(S2) 중 적어도 하나의 면은 변곡점을 가질 수 있다.
상기 제2 렌즈(112)는 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)는 플라스틱 또는 유리 재질을 포함할 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)는 물체측 면으로 정의되는 제3 면(S3) 및 상측 면으로 정의되는 제4 면(S4)을 포함할 수 있다. 상기 제3 면(S3)은 볼록할 수 있고 상기 제4 면(S4)은 오목할 수 있다. 즉, 상기 제2 렌즈(112)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.
상기 제3 면(S3) 및 상기 제4 면(S4) 중 적어도 하나의 면은 구면 또는 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 면(S3) 및 상기 제4 면(S4)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 제3 면(S3) 및 제4 면(S4)의 유효경의 크기는 상기 제1 렌즈(111), 제2 렌즈(112) 또는 제3 렌즈(113)의 물체측 면 또는 상측 면의 유효경의 크기보다 클 수 있다. 여기서, 상기 유효경은 빛이 입사되는 상측면 또는 물측 면의 유효 영역의 직경일 수 있다. 여기서, 상기 제2 렌즈(112)의 중심 두께는 상기 제1 렌즈(111)의 중심 두께보다 두꺼울 수 있다.
상기 제3 렌즈(113)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)는 플라스틱 또는 유리 재질을 포함할 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)는 물체측 면으로 정의되는 제5 면(S5) 및 상측 면으로 정의되는 제6 면(S6)을 포함할 수 있다. 상기 제5 면(S5)은 볼록할 수 있고 상기 제6 면(S6)은 볼록할 수 있다. 즉, 상기 제3 렌즈(113)는 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 다른 예로서, 상기 제5 면(S6)은 볼록할 수 있고 상기 제6 면(S6)은 평면(infinity)이거나 오목할 수 있다. 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6) 중 적어도 하나의 면은 구면 또는 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6)은 모두 비구면일 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)의 물측 면 또는 상측 면의 유효경의 크기는 상기 제4 렌즈(114)의 물측 면 또는 상측 면의 유효경의 크기보다 클 수 있다. 여기서, 상기 제3 렌즈(113)의 중심 두께는 상기 제1, 2, 및 4렌즈(111,112,114) 각각의 중심 두께에 비해 2배 내지 4배의 범위일 수 있으며, 1mm 이상일 수 있다.
상기 제4 렌즈(114)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(114)는 플라스틱 또는 유리 재질을 포함할 수 있다. 상기 제4 렌즈(114)는 물체측 면으로 정의되는 제7 면(S7) 및 상측 면으로 정의되는 제8 면(S8)을 포함할 수 있다. 상기 제7 면(S7)은 볼록할 수 있고 상기 제8 면(S8)은 오목할 수 있다. 즉, 상기 제4 렌즈(114)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 다른 예로서, 상기 제7 면(S7)은 평면이거나 오목할 수 있다. 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면(S8) 중 적어도 하나의 면은 구면 또는 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면(S8)은 모두 비구면일 수 있다.
상기 제5 렌즈(115)는 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(115)는 플라스틱 또는 유리 재질을 포함할 수 있다. 상기 제5 렌즈(115)는 물체측 면으로 정의되는 제9 면(S9) 및 상측 면으로 정의되는 제10 면(S10)을 포함할 수 있다. 상기 제9 면(S9)은 오목할 수 있고 상기 제10 면(S10)은 볼록할 수 있다. 즉, 상기 제5 렌즈(115)는 상 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제9 면(S9)은 평면일 수 있다. 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10) 중 적어도 하나의 면 또는 모두는 비구면일 수 있다.
상기 제6 렌즈(116)는 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(116)는 플라스틱 또는 유리 재질을 포함할 수 있다. 상기 제6 렌즈(116)는 물체측 면으로 정의되는 제11 면(S11) 및 상측 면으로 정의되는 제12 면(S12)을 포함할 수 있다. 상기 제11 면(S11)은 오목할 수 있고, 상기 제12 면(S12)은 볼록할 수 있다. 즉, 상기 제6 렌즈(116)는 상 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 또는 상기 제11 면(S11)은 평면일 수 있다. 상기 제11 면(S11) 및 상기 제12 면(S12) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제11 면(S11) 및 상기 제12 면(S12) 중 적어도 하나의 면은 변곡점을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(116)의 제11 면(S11)의 중심부에서 곡률 반경은 제7 렌즈(117)의 제13 면(S13)의 중심부에서의 곡률반경보다 클 수 있다. 여기서, 상기 제5 렌즈(115)의 물체측 면(S9) 또는 상측 면(S10)의 유효경은 제4 렌즈(114)의 물체측 면(S7) 또는 상측 면(S8)의 유효경보다 클 수 있으며, 제6 렌즈(116)의 물체측 면(S11) 또는 상측 면(S12)의 유효경보다 작을 수 있다.
상기 제7 렌즈(117)는 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)는 플라스틱 또는 유리 재질을 포함할 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)는 물체측 면으로 정의되는 제13 면(S13) 및 상측 면으로 정의되는 제14 면(S14)을 포함할 수 있다. 상기 제13 면(S13)은 오목할 수 있고 상기 제14 면(S14)은 볼록할 수 있다. 즉, 상기 제7 렌즈(117)는 상 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제13 면(S13) 및 상기 제14 면(S14) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제13 면(S13) 및 상기 제14 면(S14) 중 적어도 하나의 면은 변곡점을 가질 수 있다.
상기 제7 렌즈(117)의 제13 면(S13)의 중심부에서 곡률 반경은 제3,4 렌즈(113,114)의 물측 면(S5,S7)의 중심부에서의 곡률반경보다 작을 수 있다. 상기 제7 렌즈(117)의 제14 면(S14)의 중심부에서 곡률 반경은 제3,4 렌즈(113,114)의 상측 면(S6,S8)의 중심부에서의 곡률반경보다 작을 수 있다. 여기서, 상기 제7 렌즈(117)의 물체측 면(S13) 또는 상 측 면(S14)의 유효경은 제1 내지 제6 렌즈(111,112,113,114,115,116) 각각의 물체측 면 및 상측 면의 유효경보다 클 수 있다.
상기 제8 렌즈(118)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제8 렌즈(118)는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 상기 제8 렌즈(118)는 물체측 면으로 정의되는 제15 면(S15) 및 상측 면으로 정의되는 제16 면(S16)을 포함할 수 있다. 광축 상에서 상기 제15 면(S15)은 볼록할 수 있고 상기 제16 면(S16)은 오목할 수 있다. 상기 제15 면(S15) 및 상기 제16 면(S16)은 비구면일 수 있다. 상기 제15 면(S15) 및 상기 제16 면(S16) 중 적어도 하나 또는 모두는 적어도 하나의 변곡점을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제15 면(S15)은 중심부 주변에서 변곡점을 가질 수 있으며, 상기 광축(Lx)에서 변곡점 까지의 직선거리(inf81)는 상기 광축(Lx)을 기준으로 상기 제8 렌즈(118)의 에지를 끝점으로 할 때, 약 40% 내지 약 60%인 위치에 배치될 수 있다. 여기서 상기 제15 면(S15)에서의 변곡점까지의 직선거리(inf82)는 상기 광축(Lx)에 직교하는 방향을 기준으로 설정된 위치일 수 있다. 상기 제16 면(S16)의 변곡점까지의 위치는 상기 제15 면(S15)의 변곡점까지의 위치보다 에지에 더 가깝게 배치될 수 있다. 즉, 광축(Lx)을 기준으로 변곡점까지의 거리 inf82>inf81를 만족할 수 있어, 입사된 광을 외곽으로 굴절시켜 줄 수 있다.
상기 제9 렌즈(119)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제9 렌즈(119)는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 상기 제9 렌즈(119)는 물체측 면으로 정의되는 제17 면(S17) 및 상측 면으로 정의되는 제18 면(S18)을 포함할 수 있다. 광축 상에서 상기 제17 면(S17)은 볼록할 수 있고 상기 제18 면(S18)은 오목할 수 있다. 상기 제17 면(S17) 및 상기 제18 면(S18)은 비구면일 수 있다.
상기 제17 면(S17) 및 상기 제18 면(S18) 각각은 적어도 하나의 변곡점을 가질 수 있다. 상기 제17 면(S17) 및 상기 제18 면(S18) 중 적어도 하나 또는 모두는 변곡점을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제17 면(S17)은 중심부 주변에서 변곡점을 가질 수 있으며, 상기 변곡점은 상기 광축(Lx)을 시작점으로 하고 상기 제9 렌즈(119)의 에지를 끝점으로 할 때, 약 15% 내지 약 50%인 위치에 배치될 수 있다. 여기서 상기 제16 면(S16)에서 변곡점까지의 위치는 상기 광축(Lx)에 직교하는 방향을 기준으로 직선거리(inf92)에 위치될 수 있다. 상기 광축(Lx)에서 제18 면(S18)의 변곡점까지의 거리(inf92)는 제8 렌즈(118)의 변곡점까지의 거리(inf81, inf82)보다 더 클 수 있으며, 상기 제17 면(S17)의 변곡점 위치보다 에지에 더 가깝게 배치될 수 있다.
여기서, 상기 제8 렌즈(118)와 제9 렌즈(119)에서 광축(Lx)을 기준으로 유효경 까지의 직선 거리를 비교하면, D81<D82<D92의 조건을 만족할 수 있다. D81은 광축으로부터 제8 렌즈(118)의 제15 면(S15)의 유효경까지의 직선 거리이며, D82은 광축으로부터 제8 렌즈(118)의 제16 면(S16)의 유효경까지의 직선 거리이며, D92은 광축으로부터 제9 렌즈(119)의 제18 면(S18)의 유효경까지의 직선 거리이다. 이에 따라 제8 렌즈(118)로부터 입사된 광은 광축(Lx)을 기준으로 더 외측 방향으로 굴절될 수 있다. 상기 직선 거리(D92)는 광축에서 제1 렌즈(111)의 제1면(S1)의 유효경까지의 직선 거리(D11)보다 2배 이상일 수 있으며, 2배 내지 4배의 범위일 수 있다.
상기 제8 렌즈(118)와 제9 렌즈(119)에서 유효경 까지의 광축(Lx) 거리를 비교하면, T81<T82<D92<D91의 조건을 만족할 수 있다. T81은 제8 렌즈(118)의 제15 면(S15)의 정점(광축 위치)에서 유효경까지의 광축 방향의 거리이며, T82은 제16 면(S16)의 정점(광축 위치)에서 유효경까지의 광축 방향의 거리이며, T91은 제9 렌즈(119)의 제18 면(S18)의 정점(광축 위치)에서 광축 방향의 거리이며, T92은 제18 면(S18)의 정점(광축 위치)에서 유효경까지의 광축 방향의 거리이다.
상기 광학필터(192)는 적외선 필터, 커버 글래스 등의 광학적 필터 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 광학필터(192)는 설정된 파장 대역의 광을 통과시키고, 이와 다른 파장 대역의 광을 필터링할 수 있다. 상기 광학필터(192)가 적외선 필터를 포함할 경우 외부 광으로부터 방출되는 복사열이 상기 이미지 센서에 전달되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 상기 광학필터(192)는 이미지 센서(190)과 제9 렌즈(119) 사이에 배치되며, 가시광선을 투과할 수 있고 적외선을 반사시킬 수 있다.
상기 이미지 센서(190)는 광을 감지할 수 있다. 상기 이미지 센서(190)는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등을 포함할 수 있다.
광학계의 전체 길이(TTL)은 6.5mm 이상 예컨대, 6.5mm 내지 11.5mm 또는 7.6mm 내지 10.5mm의 범위로 제공될 수 있다. 상기 TTL은 제1 렌즈(111)의 물체측 면의 정점에서 이미지 센서(190)까지의 거리이다. 상기 제9 렌즈(119)의 상측 제18 면(S18)의 정점에서 이미지 센서(190)까지의 거리(BFL)는 1mm 이상 예컨대, 1mm 내지 2mm의 범위일 수 있다. 상기 이미지 센서(190)의 광축에서 1.0필드까지의 수직 방향의 거리(Img)는 6mm 이상 예컨대, 6mm 내지 10mm 또는 6.5mm 내지 9mm의 범위일 수 있다. 광학계의 전체 초점 거리(F)는 5mm 이상 예컨대, 5mm 내지 10mm 또는 6mm 내지 9mm의 범위일 수 있다.
제1 내지 제3실시 예의 광학계에서 제1내지 제9 렌즈(111,112,113,114,115,116,117,118,119)의 제1 내지 제18면(S1-S18)은 모두 비구면일 수 있다. 광축을 중심으로 제1 내지 제18면(S1-S18)의 각 곡률 반경(절대 값으로 변경)은 제9 면(S9)의 곡률 반경이 가장 클 수 있으며, 제18 면(S18)의 곡률 반경이 가장 작을 수 있다.
상기 제1내지 제9 렌즈(111,112,113,114,115,116,117,118,119)의 제1 내지 제18면(S1-S18) 중에서, 광축(Lx)을 기준으로 물체측 면이 볼록한 렌즈는 4매 이상이며, 물체측 면이 오목한 렌즈는 4매 이상이며, 상측 면이 볼록한 렌즈는 5매 이상이며, 상측 면이 오목한 렌즈는 4매 이상일 수 있다.
상기 제1 내지 제9 렌즈(111,112,113,114,115,116,117,118,119)의 아베수(Abbe number)를 보면, 아베수가 50 이상인 렌즈는 6매 이상이며, 50 미만인 렌즈는 3매 이하일 수 있다. 예를 들면, 아베수는 제1렌즈(111), 제2 렌즈(112), 제3 렌즈(113), 제5 렌즈(115), 제7 렌즈(117) 및 제9 렌즈(119)의 아베수는 50 이상이며, 제4 렌즈(114) 및 제6 렌즈(116)의 아베수는 30이하일 수 있으며, 제8 렌즈(118)의 아베수는 35보다 작고 20보다 클 수 있다.
상기 제1 내지 제9 렌즈(111,112,113,114,115,116,117,118,119)의 굴절률을 보면, 587nm에서의 굴절률이 1.6 이상인 렌즈는 3매 이상이며, 굴절률이 1.6미만인 렌즈들은 6매 이하일 수 있다. 예를 들면, 587nm에서의 제4 렌즈(114), 제6 렌즈(116), 제8렌즈(118)는 1.6 이상이며, 제1,2,3렌즈(111,112,113), 제5렌즈(115), 제7,9렌즈(117,119)는 1.6미만일 수 있다. 상기 제4 렌즈(114) 및 제6 렌즈(116)의 굴절률은 렌즈들의 굴절률 중에서 가장 큰 굴절률을 가지며, 1.65이상일 수 있다.
상기 제1 내지 제9 렌즈(111,112,113,114,115,116,117,118,119)의 중심부 두께를 보면, 중심부의 두께가 0.6mm 이상인 렌즈들은 3매 이상이며, 0.6mm 미만인 렌즈들은 6매 이하일 수 있다. 예를 들면, 제1 내지 제3 렌즈(11,112,113)의 중심부의 두께(T1,T2,T3)는 T1<T2<T3의 조건을 만족할 수 있으며, 제4 내지 제6 렌즈(114,115,116)의 중심부의 두께(T4,T5,T6)는 T6≤T1<T4<T5의 조건을 만족하며, 상기 제3,4렌즈(113,114)의 중심부 두께는 T4<T3를 만족하며, 상기 제7 렌즈 내지 제9 렌즈(117,118,119)의 중심부 두께(T7,T8,T9)는 T3≤T7<T8≤T9의 조건을 만족한다. 여기서, T1 내지 T9는 제1 내지 제9 렌즈(111-119)의 각 중심부 두께이다.
상기 제1 내지 제9 렌즈(111,112,113,114,115,116,117,118,119)의 중심부 두께가 1mm 이상인 렌즈는 3매 이상이며, 제3 렌즈(113), 제8 렌즈(118), 및 제9 렌즈(119)일 수 있다.
상기 제1 내지 제9 렌즈(111,112,113,114,115,116,117,118,119)에서 인접한 두 렌즈 간의 광축 상에서의 간격을 보면, T67≤T45<T89를 만족하며, T67은 인접한 제6,7 렌즈(116,117) 사이의 광축 간격이며, T45은 제4,5렌즈(114,115) 사이의 광축 간격이며, T89는 인접한 제8,9렌즈(118,119) 사이의 간격이다. 여기서, T45는 0.8mm 이상이며, 제2,3렌즈(112,113) 사이의 광축 간격보다 크며, T89는 제2렌즈(112)의 중심부 두께보다 두껍고 제1,6렌즈(111,116)의 중심부 두께들의 합보다 클 수 있으며, 0.7mm 이상 예컨대, 0.7mm 내지 1.2mm의 범위일 수 있다. 또한 제8 렌즈(118)와 제9 렌즈(119) 사이의 간격을 보면, 광축 상에서의 인접한 두 정점들 사이의 광축 간격이 인접한 두 주변부들 사이의 간격보다 클 수 있다.
도 5와 같이, 광학계는 제1 렌즈(111)의 입사측에 반사부재(101)이 배치될 수 있다. 상기 반사부재(101)는 제1 렌즈(111) 내지 제9 렌즈(119)의 광축(Lx)과 직교되는 광축(Ly)을 통해 입사된 광을 제1 렌즈(111)로 반사시켜 줄 수 있다. 상기 반사부재(101)는 프리즘 즉, 삼각 또는 직각 프리즘을 포함할 수 있다.
표 1은 제1실시 예의 각 렌즈의 표면의 곡률 반경, 두께, 간격, 굴절률, 아베수의 데이터를 나타낸 값이다.
렌즈 Surface Radius 두께/간격 Index Abbe #
제1 렌즈 S1 5.109 0.375 1.5441 56.115
S2 4.683 0.114 　 　
제2 렌즈 S3 5.028 0.530 1.5441 56.115
S4 5.933 0.453 　 　
조리개 Stop Infinity -0.176
제3 렌즈 S5 4.412 1.100 1.5441 56.115
S6 -34.243 0.088 　 　
제4 렌즈 S7 8.771 0.401 1.6714 19.238
S8 4.762 1.048 　 　
제5 렌즈 S9 -1345.830 0.541 1.5441 56.115
S10 -15.529 0.256 　 　
제6 렌즈 S11 -12.837 0.360 1.6714 19.238
S12 -22.805 0.484 　 　
제7 렌즈 S13 -11.935 0.484 1.5441 56.115
S14 38.092 0.115 　 　
제8 렌즈 S15 4.069 1.116 1.6142 25.592
S16 9.796 0.992 　 　
제9 렌즈 S17 7.208 1.179 1.5343 55.656
S18 2.981 0.923 　 　
광학필터 S19 Infinity 0.210 1.5168 64.198
S20 Infinity 0.608
표 1에서 두께는 각 렌즈의 중심부 두께(mm)이며, 간격은 인접한 두 렌즈 간의 광축 간격(mm)이다. S19은 광학필터의 입사측 면을 나타내며, S20의 광학필터의 출사면 면이다.
표 2는 도 1의 각 렌즈의 면들의 비구면 계수를 나타낸 값이다.
면 K A B C D E F G H J
S1 -3.73631625 -0.00349203 -1.46E-05 -0.00091096 0.000764164 -0.00032464 7.96E-05 -1.13E-05 8.73E-07 -2.84E-08
S2 -21.9373411 0.017960042 -0.01358408 0.002296169 0.001785936 -0.00132741 0.000409292 -6.80E-05 5.97E-06 -2.18E-07
S3 -4.82806387 0.000972049 -0.00489612 -0.00165178 0.003331635 -0.00178936 0.000505191 -8.10E-05 6.99E-06 -2.53E-07
S4 -27.2946133 0.01042508 -0.01001746 0.003072705 -6.58E-06 -0.00037176 0.000143965 -2.66E-05 2.51E-06 -9.75E-08
S5 -17.7223629 0.024913186 -0.01157453 0.003828548 -0.00052954 -0.00016232 9.95E-05 -2.18E-05 2.32E-06 -9.83E-08
S6 0 0.003897095 -0.00376908 0.001525124 -0.00021656 -0.00010372 6.24E-05 -1.43E-05 1.60E-06 -7.08E-08
S7 0 -0.00794072 -0.00197959 0.00243883 -0.00116305 0.000366463 -7.85E-05 1.09E-05 -8.93E-07 3.25E-08
S8 -7.07456584 -0.00264713 0.002115591 -0.00165867 0.001462115 -0.00077839 0.000249377 -4.74E-05 4.93E-06 -2.17E-07
S9 0 -0.01088077 0.009814701 -7.57E-03 0.003596104 -0.00111216 2.26E-04 -2.88E-05 2.09E-06 -6.62E-08
S13 0 -0.01905597 0.022897942 -0.01483811 0.005708634 -0.00140959 0.000227671 -2.32E-05 1.34E-06 -3.38E-08
S14 0 -0.00504494 0.009990015 -0.00644325 0.002222412 -0.00046193 5.99E-05 -4.73E-06 2.05E-07 -3.68E-09
S13 0 0.006274881 -0.00781405 0.003680245 -0.00113935 0.000246527 -3.60E-05 3.35E-06 -1.78E-07 4.10E-09
S13 8.881064865 0.010274068 -0.0157695 0.007967405 -0.00229339 0.00040919 -4.61E-05 3.22E-06 -1.30E-07 2.31E-09
S14 0 -0.04438022 0.014389246 -0.00333367 0.000575485 -8.35E-05 9.73E-06 -7.55E-07 3.25E-08 -5.80E-10
S15 -12.6810085 -0.02050428 0.010408361 -0.00347344 0.000713713 -9.91E-05 9.26E-06 -5.54E-07 1.90E-08 -2.82E-10
S16 -3.82893572 -0.00274562 0.000219047 -0.00019987 3.56E-05 -3.56E-06 2.30E-07 -9.33E-09 2.12E-10 -2.01E-12
S17 -3.84290426 -0.03141246 0.004398901 -0.00062866 6.94E-05 -4.82E-06 2.05E-07 -5.24E-09 7.41E-11 -4.47E-13
S18 -5.59985148 -0.01332077 0.001738185 -0.00019266 1.51E-05 -7.62E-07 2.43E-08 -4.75E-10 5.19E-12 -2.43E-14
도 6은 도 1의 광학계의 종구면수차, 비점수차 및 왜곡을 나타내는 분석 그래프이다. 제1실시 예에 따른 광학계에 의해, 도 6의 (A)와 같은 구면수차(spherical aberration)를 나타낼 수 있으며, 구면 수차는 렌즈의 서로 다른 부분(예: 중심부, 주변부)를 통과하는 광들의 초점을 맺는 위치가 달라지는 현상일 수 있다. 가로축은 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration)의 정도를 나타내고, 세로축은 광축의 중심으로부터의 거리를 규격화(normalization)하여 나타낸 것으로서, 빛의 파장에 따른 종방향 구면수차의 변화가 도시될 수 있다. 종방향 구면수차는, 예를 들면, 파장이 각각 대략 656.2725nm(nanometer), 대략 587.5618nm, 대략 546.0740nm, 대략 486.1327nm, 또는 대략 435.8343nm인 광에 대해 각각 나타낼 수 있다. 도 6의 (A)를 살펴보면, 광학계의 종방향 구면수차는 +0.025에서 -0.025 이내로 제한되어 안정적인 광학 특성을 보임을 확인할 수 있다.
도 6의 (B)은 제1실시예에 따른 광학계에서 비점수차(astigmatism)를 나타내는 그래프이다. 비점수차는 렌즈의 자오상면(tangential plane 또는 meridian plane)과 구결상면(sagittal plane)이 서로 다른 반경을 가질 때, 수직선 방향과 수평선 방향을 통과하는 광의 초점이 서로 어긋나는 것일 수 있다. 광학계의 비점수차는 대략 546.0740nm의 파장에서 얻어진 결과로서, 실선은 탄젠셜(tangential) 방향의 비점수차(예: 자오상면 만곡)를 나타내고, 점선은 시상(sagittal) 방향의 비점수차(예: 구결상면 만곡)를 의미할 수 있다. 도 6의 (b)을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 비점수차는 +0.050에서 -0.050 이내 또는 +0.030에서 -0.030로 제한되어 안정적인 광학 특성을 보임을 확인할 수 있다.
도 6의 (C)는 제1실시예의 광학계에 따른, 왜곡수차(distortion)를 나타내는 그래프이다. 왜곡수차는 광축(O-I)으로부터 거리에 따라 광학배율이 달라지게 되기 때문에 발생하는 것으로서, 이론적인 결상면에 맺히는 상에 비해, 실제 결상면(예: 도 1의 190)에 맺히는 상이 크거나 작게 보이는 것일 수 있다. 도 6의 (C)에서, 상기 광학계의 왜곡은 대략 546.0740nm의 파장에서 얻어진 결과로서, 광학계를 통해 촬영된 이미지(image)는, 상기 광축(O-I)에서 벗어난 지점에서 다소 왜곡이 발생할 수 있다. 다만, 이러한 왜곡은 렌즈를 이용하는 광학 장치에서 일반적으로 나타날 수 있는 정도의 것이며, 왜곡율이 대략 3% 미만으로서, 양호한 광학 특성을 제공할 수 있다.
도 7은 제1 실시예에 따른 광학계에서 빛을 출사되는 경우 발생하는 왜곡 그리드로, 여기서는 수평 방향(Horizontal FOV(Field of view))의 좌우 외곽으로 왜곡이 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 좌우 외곽의 왜곡은 수직 방향(vertical FOV)의 상하 외곽으로 발생된 왜곡보다 클 수 있다.
도 8의 (A)-(E)은 도 1에 도시된 광학계의 자오상면(Tangential field curvature) 및 구결상면(Sagittal field curvature)에서 광축 상의 상대 필드 높이(relative field height)가 0.0 내지 1.0인 영역에서의 횡수차를 나타내는 분석 그래프로서, 횡수차의 보정 상태가 양호한 광학계를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
제2실시 예는 도 2을 참조하기로 한다. 하기의 표 3은 도 2에 도시된, 제2실시 예의 각 렌즈의 표면의 곡률 반경, 두께, 간격, 굴절률, 아베수의 데이터를 나타낸 값이다.
렌즈 Surface Radius 두께/간격 Index Abbe #
제1 렌즈 S1 5.097 0.371 1.5441 56.115
S2 4.681 0.102 　 　
제2 렌즈 S3 4.942 0.536 1.5441 56.115
S4 5.885 0.460 　 　
조리개 Stop Infinity -0.176
제3 렌즈 S5 4.447 1.056 1.5441 56.115
S6 -40.453 0.050 　 　
제4 렌즈 S7 8.108 0.410 1.68061 18.453
S8 4.695 1.060 　 　
제5 렌즈 S9 321.194 0.533 1.5441 56.115
S10 -16.241 0.237 　 　
제6 렌즈 S11 -13.149 0.362 1.6714 19.238
S12 -24.207 0.460 　 　
제7 렌즈 S13 -12.231 0.463 1.5441 56.115
S14 64.492 0.094 　 　
제8 렌즈 S15 4.067 1.107 1.5843 28.227
S16 9.813 1.099 　 　
제9 렌즈 S17 7.776 1.155 1.5343 55.656
S18 2.977 0.951 　 　
광학필터 S19 Infinity 0.21 1.5168 64.198
S20 Infinity 0.459 　 　
표 3에서 두께는 도 2의 각 렌즈의 중심부 두께(mm)이며, 간격은 인접한 두 렌즈 간의 간격(mm)이다. S19은 광학필터의 입사측 면을 나타내며, S20의 광학필터의 출사면 면이다.
표 4는 도 2의 각 렌즈의 면들의 비구면 계수를 나타낸 값이다.
면 K A B C D E F G H J
S1 -3.73929569 -0.00324139 -5.83E-05 -0.00101695 0.000835432 -0.00034691 8.33E-05 -1.16E-05 8.69E-07 -2.73E-08
S2 -21.9236266 0.018277834 -0.01356274 0.001757179 0.002317528 -0.00158639 0.000482415 -8.02E-05 7.06E-06 -2.59E-07
S3 -4.81915361 0.000584374 -0.00442877 -0.00215866 0.003740432 -0.00198526 0.000560921 -9.04E-05 7.84E-06 -2.86E-07
S4 -27.6085424 0.009775604 -0.00933304 0.002685253 0.000168239 -0.00043554 0.000160189 -2.92E-05 2.75E-06 -1.07E-07
S5 -17.7589185 0.024286312 -0.01085488 0.003332238 -0.00024693 -0.00028676 0.000137128 -2.89E-05 3.06E-06 -1.32E-07
S6 0 0.005147401 -0.00557401 0.00323821 -0.00121981 0.000267597 -2.43E-05 -2.03E-06 6.30E-07 -3.90E-08
S7 0 -0.00756163 -0.0029935 0.003561486 -0.00192525 0.000695928 -0.0001694 2.65E-05 -2.39E-06 9.47E-08
S8 -7.06770972 -0.00275629 0.002394002 -0.00189499 0.001575236 -0.00081938 0.000261298 -4.98E-05 5.23E-06 -2.32E-07
S9 0 -0.01149469 0.010143262 -0.00775818 0.00366823 -0.0011265 0.000226395 -2.85E-05 2.05E-06 -6.38E-08
S13 0 -0.02046338 0.024718521 -0.01622401 0.00630992 -0.00156679 0.000253171 -2.57E-05 1.48E-06 -3.72E-08
S14 0 -0.00519751 0.011196214 -0.00755807 0.00272382 -0.00059328 8.10E-05 -6.75E-06 3.12E-07 -6.04E-09
S13 0 0.006462071 -0.00819803 0.003777172 -0.00111746 0.000230518 -3.26E-05 2.99E-06 -1.60E-07 3.77E-09
S13 8.954524623 0.012664422 -0.01880493 0.009380201 -0.00263113 0.000452428 -4.86E-05 3.22E-06 -1.22E-07 2.03E-09
S14 0 -0.03840225 0.010626537 -0.00183209 0.000201131 -2.45E-05 3.86E-06 -3.97E-07 2.03E-08 -4.01E-10
S15 -12.5444722 -0.02067041 0.010629179 -0.00359402 7.49E-04 -1.06E-04 1.01E-05 -6.23E-07 2.20E-08 -3.38E-10
S16 -4.26581531 -0.00298234 0.0002452 -0.00018101 2.90E-05 -2.49E-06 1.31E-07 -4.11E-09 6.78E-11 -3.92E-13
S17 -3.75547441 -0.03236047 0.004520248 -0.00064977 7.27E-05 -5.12E-06 2.21E-07 -5.71E-09 8.17E-11 -4.99E-13
S18 -5.80139299 -0.01318734 0.001725156 -0.00019078 1.47E-05 -7.34E-07 2.33E-08 -4.56E-10 5.03E-12 -2.39E-14
도 9은 도 2의 광학계의 종구면수차, 비점수차 및 왜곡을 나타내는 분석 그래프이다. 제2실시 예에 따른 광학계에 의해, 도 9의 (A)와 같은 구면수차(spherical aberration)를 나타낼 수 있으며, 구면 수차는 렌즈의 서로 다른 부분(예: 중심부, 주변부)를 통과하는 광들의 초점을 맺는 위치가 달라지는 현상일 수 있다. 가로축은 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration)의 정도를 나타내고, 세로축은 광축의 중심으로부터의 거리를 규격화(normalization)하여 나타낸 것으로서, 빛의 파장에 따른 종방향 구면수차의 변화가 도시될 수 있다. 종방향 구면수차는, 예를 들면, 파장이 각각 대략 656.2725nm(nanometer), 대략 587.5618nm, 대략 546.0740nm, 대략 486.1327nm, 또는 대략 435.8343nm인 광에 대해 각각 나타낼 수 있다. 도 6의 (A)를 살펴보면, 광학계의 종방향 구면수차는 +0.025에서 -0.025 이내로 제한되어 안정적인 광학 특성을 보임을 확인할 수 있다.
도 9의 (B)은 제2실시예에 따른 광학계에서 비점수차(astigmatism)를 나타내는 그래프이다. 비점수차는 렌즈의 자오상면(tangential plane 또는 meridian plane)과 구결상면(sagittal plane)이 서로 다른 반경을 가질 때, 수직선 방향과 수평선 방향을 통과하는 광의 초점이 서로 어긋나는 것일 수 있다. 광학계의 비점수차는 대략 546.0740nm의 파장에서 얻어진 결과로서, 실선은 탄젠셜(tangential) 방향의 비점수차(예: 자오상면 만곡)를 나타내고, 점선은 시상(sagittal) 방향의 비점수차(예: 구결상면 만곡)를 의미할 수 있다. 도 9의 (B)을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 비점수차는 +0.050에서 -0.050 이내 또는 +0.030에서 -0.030 이내로 제한되어 안정적인 광학 특성을 보임을 확인할 수 있다.
도 9의 (C)는 제2실시예의 광학계에 따른, 왜곡수차(distortion)를 나타내는 그래프이다. 왜곡수차는 광축(O-I)으로부터 거리에 따라 광학배율이 달라지게 되기 때문에 발생하는 것으로서, 이론적인 결상면에 맺히는 상에 비해, 실제 결상면(예: 도 1의 190)에 맺히는 상이 크거나 작게 보이는 것일 수 있다. 도 6의 (C)에서, 상기 광학계의 왜곡은 대략 546.0740nm의 파장에서 얻어진 결과로서, 광학계를 통해 촬영된 이미지(image)는, 상기 광축(O-I)에서 벗어난 지점에서 다소 왜곡이 발생할 수 있다. 다만, 이러한 왜곡은 렌즈를 이용하는 광학 장치에서 일반적으로 나타날 수 있는 정도의 것이며, 왜곡율이 대략 3% 미만으로서, 양호한 광학 특성을 제공할 수 있다.
도 10은 제2 실시예에 따른 광학계에서 빛을 출사되는 경우 발생하는 왜곡 그리드로, 여기서는 수평 방향(Horizontal FOV(Field of view))의 좌우 외곽으로 왜곡이 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 좌우 외곽의 왜곡은 수직 방향(vertical FOV)의 상하 외곽으로 발생된 왜곡보다 클 수 있다.
도 11의 (A)-(E)은 도 2에 도시된 광학계의 자오상면(Tangential field curvature) 및 구결상면(Sagittal field curvature)에서 광축 상의 상대 필드 높이(relative field height)가 0.0 내지 1.0인 영역에서의 횡수차를 나타내는 분석 그래프로서, 횡수차의 보정 상태가 양호한 광학계를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
제3실시 예는 도 3을 참조하며, 표 5은 도 3에 도시된, 제3실시 예의 각 렌즈의 표면의 곡률 반경, 두께, 간격, 굴절률, 아베수의 데이터를 나타낸 값이다.
렌즈 Surface Radius 두께/간격 Index Abbe #
제1 렌즈 S1 4.529 0.348 1.5343 55.656
S2 4.143 0.085 　 　
제2 렌즈 S3 4.178 0.486 1.5343 55.656
S4 5.274 0.424 　 　
조리개 Stop Infinity -0.158
제3 렌즈 S5 4.063 0.919 1.5343 55.656
S6 -26.381 0.079 　 　
제4 렌즈 S7 7.149 0.348 1.68061 18.453
S8 4.037 0.861 　 　
제5 렌즈 S9 52.820 0.368 1.5343 55.656
S10 -18.587 0.146 　 　
제6 렌즈 S11 -14.483 0.392 1.68061 18.453
S12 -25.428 0.405 　 　
제7 렌즈 S13 -11.702 0.450 1.5343 55.656
S14 45.773 0.101 　 　
제8 렌즈 S15 3.463 0.885 1.5843 28.227
S16 7.837 1.060 　 　
제9 렌즈 S17 6.621 0.893 1.5343 55.656
S18 2.502 0.500 　 　
광학필터 S19 Infinity 0.210 1.5168 64.198
S20 Infinity 0.698 　 　
표 5에서 두께는 도 3의 각 렌즈의 중심부 두께(mm)이며, 간격은 인접한 두 렌즈 간의 간격(mm)이다. S19은 광학필터의 입사측 면을 나타내며, S20의 광학필터의 출사면 면이다.
표 6는 도 3의 각 렌즈의 면들의 비구면 계수를 나타낸 값이다.
면 K A B C D E F G H J
S1 -3.84037338 -0.00404189 -0.00070798 -0.00179986 0.002079053 -0.00115324 0.000366878 -6.73E-05 6.65E-06 -2.76E-07
S2 -22.053192 0.027449722 -0.0290456 0.01031361 0.001942281 -0.00365768 0.001640285 -0.00037032 4.30E-05 -2.05E-06
S3 -4.79282863 0.001375276 -0.01063159 -0.00057867 0.007447198 -0.00582187 0.00224488 -0.00048238 5.52E-05 -2.63E-06
S4 -28.0957137 0.012966546 -0.01441963 0.003106589 0.003248378 -0.00336351 0.001467758 -3.50E-04 4.45E-05 -2.36E-06
S5 -17.9329346 0.032079812 -0.01638846 0.004643015 0.001697688 -0.00250337 0.001212475 -0.0003095 4.13E-05 -2.27E-06
S6 0 0.006176773 -0.007137 0.004096941 -0.00086847 -0.00061425 0.000542136 -0.00017901 2.81E-05 -1.74E-06
S7 0 -0.01248608 -0.00418107 0.00780412 -0.00606703 0.003029595 -0.00097012 0.00019184 -2.14E-05 1.04E-06
S8 -7.08632658 -0.00372859 0.00350981 -0.0029762 0.003239139 -0.00223261 0.000936559 -0.00023219 3.13E-05 -1.76E-06
S9 0 -0.01831639 0.017992967 -0.01378606 0.005979581 -0.00145664 1.69E-04 1.21E-06 -2.28E-06 1.55E-07
S13 0 -0.02936705 0.042858328 -0.03153932 0.012690771 -0.00290919 0.000355663 -1.40E-05 -1.32E-06 1.16E-07
S14 0 -0.0025544 0.010239141 -0.00721586 0.001954908 -3.23E-05 -0.00010342 2.50E-05 -2.52E-06 9.76E-08
S13 0 1.20E-02 -0.02172914 0.014821615 -0.00614483 0.001641367 -0.00028152 3.00E-05 -1.82E-06 4.82E-08
S13 9.712201242 0.01697292 -0.03125718 0.019503649 -0.00673996 0.001390118 -0.00017247 1.25E-05 -4.78E-07 7.26E-09
S14 0 -0.05377039 0.020010632 -0.00519171 0.001020128 -0.00018816 3.02E-05 -3.16E-06 1.78E-07 -4.08E-09
S15 -11.491129 -0.02609134 0.016559213 -0.00702728 1.82E-03 -3.19E-04 3.83E-05 -3.00E-06 1.38E-07 -2.77E-09
S16 -4.7133103 -0.00390099 0.000735229 -0.0005375 0.000103543 -9.75E-06 4.15E-07 1.65E-09 -7.71E-10 1.91E-11
S17 -3.88291073 -0.05274189 0.009982039 -0.00186233 0.000266239 -2.40E-05 1.33E-06 -4.40E-08 8.08E-10 -6.34E-12
S18 -5.93718329 -0.02064871 0.00351225 -0.00050318 4.98E-05 -3.23E-06 1.35E-07 -3.54E-09 5.30E-11 -3.46E-13
도 12은 도 3의 광학계의 종구면수차, 비점수차 및 왜곡을 나타내는 분석 그래프이다. 제2실시 예에 따른 광학계에 의해, 도 12의 (A)와 같은 구면수차(spherical aberration)를 나타낼 수 있으며, 구면 수차는 렌즈의 서로 다른 부분(예: 중심부, 주변부)를 통과하는 광들의 초점을 맺는 위치가 달라지는 현상일 수 있다. 가로축은 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration)의 정도를 나타내고, 세로축은 광축의 중심으로부터의 거리를 규격화(normalization)하여 나타낸 것으로서, 빛의 파장에 따른 종방향 구면수차의 변화가 도시될 수 있다. 종방향 구면수차는, 예를 들면, 파장이 각각 대략 656.2725nm(nanometer), 대략 587.5618nm, 대략 546.0740nm, 대략 486.1327nm, 또는 대략 435.8343nm인 광에 대해 각각 나타낼 수 있다. 도 12의 (A)를 살펴보면, 광학계의 종방향 구면수차는 +0.025에서 -0.025 이내로 제한되어 안정적인 광학 특성을 보임을 확인할 수 있다.
도 12의 (B)은 제2실시예에 따른 광학계에서 비점수차(astigmatism)를 나타내는 그래프이다. 비점수차는 렌즈의 자오상면(tangential plane 또는 meridian plane)과 구결상면(sagittal plane)이 서로 다른 반경을 가질 때, 수직선 방향과 수평선 방향을 통과하는 광의 초점이 서로 어긋나는 것일 수 있다. 광학계의 비점수차는 대략 546.0740nm의 파장에서 얻어진 결과로서, 실선은 탄젠셜(tangential) 방향의 비점수차(예: 자오상면 만곡)를 나타내고, 점선은 시상(sagittal) 방향의 비점수차(예: 구결상면 만곡)를 의미할 수 있다. 도 12의 (B)을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 비점수차는 +0.050에서 -0.050 이내 또는 +0.020에서 -0.020 이내로 제한되어 안정적인 광학 특성을 보임을 확인할 수 있다.
도 12의 (C)는 제2실시예의 광학계에 따른, 왜곡수차(distortion)를 나타내는 그래프이다. 왜곡수차는 광축(O-I)으로부터 거리에 따라 광학배율이 달라지게 되기 때문에 발생하는 것으로서, 이론적인 결상면에 맺히는 상에 비해, 실제 결상면(예: 도 1의 190)에 맺히는 상이 크거나 작게 보이는 것일 수 있다. 도 6의 (C)에서, 상기 광학계의 왜곡은 대략 546.0740nm의 파장에서 얻어진 결과로서, 광학계를 통해 촬영된 이미지(image)는, 상기 광축(O-I)에서 벗어난 지점에서 다소 왜곡이 발생할 수 있다. 다만, 이러한 왜곡은 렌즈를 이용하는 광학 장치에서 일반적으로 나타날 수 있는 정도의 것이며, 왜곡율이 대략 3% 미만으로서, 양호한 광학 특성을 제공할 수 있다.
도 13은 제3 실시예에 따른 광학계에서 빛을 출사되는 경우 발생하는 왜곡 그리드로, 여기서는 수평 방향(Horizontal FOV(Field of view))의 좌우 외곽으로 왜곡이 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 좌우 외곽의 왜곡은 수직 방향(vertical FOV)의 상하 외곽으로 발생된 왜곡보다 클 수 있다.
도 14의 (A)-(E)은 도 3에 도시된 광학계의 자오상면(Tangential field curvature) 및 구결상면(Sagittal field curvature)에서 광축 상의 상대 필드 높이(relative field height)가 0.0 내지 1.0인 영역에서의 횡수차를 나타내는 분석 그래프로서, 횡수차의 보정 상태가 양호한 광학계를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
이상의 제1 내지 제3실시 예와 같이, 각 렌즈(111-119)는 모두 플라스틱 렌즈로 구성될 수 있으며, 각 렌즈의 면들은 모두 비구면계수를 가짐을 알 수 있다.
발명의 제1 내지 제3실시 예에서 제3,8,9렌즈(113,118,119)의 중심 두께가 다른 렌즈들의 중심부 두께보다 두꺼우며, 예컨대 0.8mm 이상일 수 있다. 광축을 따라 상기 제4 렌즈(114)와 제5 렌즈(115) 사이의 제1간격과 제8 렌즈(118)와 제9 렌즈(119) 사이의 제2간격은 제2 렌즈(112)와 제3렌즈(113) 사이의 간격 또는 제6 렌즈(116)와 제7렌즈(117) 사이의 간격보다 클 수 있으며, 예컨대, 0.6mm 이상일 수 있다. 광축을 따라 상기 제4 렌즈(114)와 제5 렌즈(115) 사이의 제1간격은 제8 렌즈(118)와 제9 렌즈(119) 사이의 제2간격보다 클 수 있다.
발명의 실시 예는 9매 이상의 렌즈(111-119)들을 광축(Lx)을 따라 배열할 경우, 광학계의 전체 거리(TTL)가 증가되는 것을 방지하기 위해, 상대적으로 유효경이 큰 렌즈들 예컨대, 제7,8,9 렌즈(117,118,119)의 적층 구조를 다음의 조건으로 할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 제7,8,9 렌즈(117,118,119) 중에서 인접한 두 렌즈의 에지 측 간의 거리(광축 방향) 차이를 비교하면, (E81-E71) < (E91-E81)의 조건을 만족할 수 있다. 상기 E71은 제7 렌즈(117)의 제13 면(S13)의 에지에서 광축(Lx)과 직교되는 방향으로 연장된 직선이거나 물측 면의 에지를 연결한 직선이며, E81은 제8 렌즈(118)의 제15 면(S15)의 에지에서 광축(Lx)과 직교되는 방향으로 연장된 직선이거나 물측 면의 에지를 연결한 직선이며, E91은 제9 렌즈(119)의 제17 면(S17)의 에지에서 광축(Lx)과 직교되는 방향으로 연장된 직선이거나 물측 면의 에지들을 연결한 직선이다.
여기서, 광축 방향의 거리를 보면, 상기 제8 렌즈(118)의 제15 면(S15)의 에지를 따라 광축 방향과 직교되는 방향으로 연장되는 직선(E81)는 제7 렌즈(117)의 제14 면(S14)의 정점(C72)을 지나는 직선(예: 광축과 직교되는 직선)보다 직선(E71)에 더 가깝게 위치되거나 제1 렌즈(111)를 향해 돌출되며, 제7 렌즈(117)의 양측 정점(C71,C72)의 중간(C73)을 지나는 직선과 같거나 직선(E71) 또는 제1렌즈(111)에 더 가깝게 위치될 수 있다.
여기서, 제8 렌즈(118)의 물체측 에지를 지나는 직선(E81)은 제7 렌즈(117)의 물측 정점(C71)을 지나는 직선과 제1거리(B1)이며, 제7 렌즈(117)의 상측 제14면(S14)의 정점를 지나는 직선과 제2거리(B2)이며, 제9 렌즈(119)의 상측 제17 면(S17)의 에지측 직선(E91)과 제8 렌즈(118)의 물측 정점(C81)을 지나는 직선 사이는 제3거리(B3)일 수 있다. 거리 B2<B3<B1의 조건을 만족하며, 상기 B1은 제7 렌즈(117)의 두께(T7)의 1% 이상 예컨대, 1% 내지 50% 범위일 수 있다. 이에 따라 제8 렌즈(118)의 외측 상부는 제7 렌즈(117)의 물측 둘레를 감싸는 형태로 제공되며, 상기 제8 렌즈(118)의 입사측 제15 면(S15)은 상기 제7 렌즈(117)의 출사측 제14 면(S14)의 유효 영역을 통해 굴절된 광을 효과적으로 입사 받을 수 있어, 광 손실을 줄일 수 있고, 이미지 센서(190)의 모서리 영역까지 광을 제공할 수 있고, 해상도의 저하를 방지할 수 있다.
발명의 제1 내지 제3실시예에 따른 광학계는 이하에서 설명되는 수식 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 만족할 수 있다. 이에 따라, 제 1내지 제3실시예에 따른 광학계는 광학적으로 향상된 효과를 가질 수 있다.
표 7은 제1 내지 제3실시 예의 광학계에서의 다음의 조건을 만족할 수 있다.
명칭 실시예1 실시예2 실시예3
BFL 1.74 1.62 1.408
TTL 11.2 11 9.5
Img 8 8 7.15
F 8.987 8.807 7.615
f39 10.245 10.262 9.713
f13 7.03 7.119 6.161
f14 10.538 10.408 9.168
L3R1 4.412 4.447 4.063
L3R2 -34.243 -40.453 -26.381
L4R1 8.771 8.108 7.149
L4R2 4.762 4.695 4.037
G3 1.5441 1.5441 1.5343
G4 1.6714 1.68061 1.68061
T1 0.375 0.371 0.348
T2 0.53 0.536 0.486
T3 1.099 1.056 0.919
T4 0.401 0.41 0.348
f1 -149.377 -153.713 -132.72
f2 49.962 46.985 32.442
f3 7.225 7.393 6.631
f4 -15.979 -17 -14.099
f5 28.742 28.303 25.669
f6 -43.861 -42.931 -49.548
f7 -16.572 -18.772 -17.321
f8 10.447 11.003 9.794
f9 -10.496 -9.817 -8.107
Inf81 2.2 2.186 1.978
Inf82 2.252 2.254 2.1
Inf92 2.734 2.706 2.284
D11 2.35 2.35 2.1
D81 3.799 3.742 3.346
D82 4.545 4.566 4.068
D92 6.6 6.6 5.65
T81 0.741 0.738 0.655
T82 1.17 1.154 1.001
T91 1.63 1.708 1.577
T92 1.258 1.371 1.337
위의 표 7에서, F는 전체 초점 거리이며, f39는 제 3렌즈(113)부터 제9 렌즈(119)까지 합성 초점거리이며, f13는 제 1렌즈(111)와 제3 렌즈(113)의 합성 초점거리이며, f14은 제 1렌즈(111)와 제4 렌즈(114)의 합성 초점거리이며, L3R1은 제3렌즈(113)의 물체측 면(S5)의 곡률 반경이며, L3R2는 제3 렌즈(113)의 상측 면(S6)의 곡률 반경이며, L4R1은 제4 렌즈(114)의 물체측 면(S7)의 곡률 반경이며, L4R2는 제4 렌즈(114)의 상측 면(S8)의 곡률 반경이며, G3는 제3 렌즈(113)의 587nm에서의 굴절률이며, G4은 제4 렌즈(114)의 587nm에서의 굴절률이며, T1,T2,T3은 제1 렌즈(111), 제2렌즈(112) 및 제3 렌즈(113)의 중심부 두께이며, f1,f2,f3,f4,f5,f6,f7,f8,f9는 제1 내지 제9렌즈(111-119) 각각의 초점 거리이다. 상기 표 7로부터 각 수치 값을 기준으로 서로 다른 값과의 비교를 통해 크고, 작고, 0.1mm 이하의 차이를 갖는 경우 같거나 크고 또는 같거나 작은 것으로 설명할 수 있다. 또한 표 7에서, inf81은 광축으로부터 제 8렌즈(118)의 물체측 면의 변곡점까지의 직선거리이며, inf82는 광축으로부터 제 8렌즈(118)의 상측 면의 변곡점까지의 직선거리이며, D11은 광축으로부터 제1 렌즈(111)의 물체측면 유효경까지의 직선거리이며, D81은 광축으로부터 제8 렌즈(118)의 물체측면 유효경까지의 직선거리이며, D82는 광축으로부터 제8 렌즈(118)의 상측면 유효경까지의 직선거리이며, D92는 광축으로부터 제9 렌즈(119)의 상측면 유효경까지의 직선거리이다.
또한 표 7에서, T81은 제8 렌즈(118)의 물체측 면의 정점으로부터 유효경까지의 광축 거리이며, T82은 제8 렌즈(118)의 상측 면의 정점으로부터 유효경까지의 광축 거리이며, T91은 제9 렌즈(119)의 물체측 면의 정점으로부터 유효경까지의 광축 거리이며, T92은 제9 렌즈(119)의 상측 면의 정점으로부터 유효경까지의 광축 거리이다.
표 8은 광학계의 각 렌즈의 특징을 반영하여 수식 1(equation 1) 내지 수식 29로 나타낼 수 있다. 제1 내지 제3실시 예의 광학계는 다음의 수식 1 내지 수식 29 중에서 적어도 하나, 둘 이상 또는 모두의 범위를 만족할 수 있다.
수식 # 수식 범위
eq1. 0 < BFL/TTL < 0.3
eq2. 0 < BFL/Img < 0.3
eq3. 0.5 < F/TTL < 1.2
eq4. 0.5 < TTL/(Img x 2) < 0.8
eq5. 0.5 < TTL/(D92 x 2) < 1.2
eq6. 0 < f3/F < 2
eq7. -5 < f3/f4 < 0
eq8. 0 < f3/f39 < 2
eq9. 0.5 < f3/f13 < 5
eq10. 0.5 < f39/F < 5
eq11. 0.2 < f13/F < 5
eq12. 0 < f13/f14 < 2
eq13. 0 < f14/F < 5
eq14. 0 < L3R1/|L3R2| < 1
eq15. 0 < L4R2/|L4R1| < 1
eq16. 0.7 < G3/G4 < 1.2
eq17. 0.2 < T4/T3 < 1
eq18. 0.2 < T2/T3 < 1
eq19. 0.2 < T1/T3 < 1
eq20. 0.6 < Inf81/Inf82 < 1.2
eq21. 0.6 < Inf81/Inf92 < 1.2
eq22. 0.2 < Inf81/D81 < 0.8
eq23. 0.2 < Inf82/D82 < 0.8
eq24. 0.2 < Inf92/D92 < 0.8
eq25. 0.1 < T81/D81 < 0.5
eq26. 0.1 < T82/D82 < 0.5
eq27. 0.1 < T92/D92 < 0.5
eq28. 0.8 < T91/T92 < 1.5
eq29. 2 < D92/D11 < 5
표 9은 표 8을 기초로, 제1 내지 제3실시 예의 광학계에서 각 수식에 따른 상세한 수치 범위로 나타낼 수 있다.
수식 # 수식항 실시예1 실시예2 실시예3
eq1. BFL/TTL 0.155 0.147 0.148
eq2. BFL/Img 0.218 0.203 0.197
eq3. F/TTL 0.802 0.801 0.802
eq4. TTL/(Img x 2) 0.700 0.688 0.664
eq5. TTL/(D92 x 2) 0.848 0.833 0.841
eq6. f3/F 0.804 0.839 0.871
eq7. f3/f4 -0.452 -0.434 -0.470
eq8. f3/f39 0.705 0.720 0.683
eq9. f3/f13 1.027 1.039 1.076
eq10. f39/F 1.140 1.165 1.276
eq11. f13/F 0.782 0.808 0.809
eq12. f13/f14 0.667 0.684 0.672
eq13. f14/F 1.173 1.182 1.204
eq14. L3R1/|L3R2| 0.129 0.110 0.154
eq15. L4R2/|L4R1| 0.543 0.579 0.565
eq16. G3/G4 0.924 0.919 0.913
eq17. T4/T3 0.365 0.388 0.379
eq18. T2/T3 0.482 0.508 0.529
eq19. T1/T3 0.341 0.351 0.379
eq20. Inf81/Inf82 0.977 0.970 0.942
eq21. Inf81/Inf92 0.805 0.808 0.866
eq22. Inf81/D81 0.579 0.584 0.591
eq23. Inf82/D82 0.495 0.494 0.516
eq24. Inf92/D92 0.414 0.410 0.404
eq25. T81/D81 0.195 0.197 0.196
eq26. T82/D82 0.257 0.253 0.246
eq27. T92/D92 0.191 0.208 0.237
eq28. T91/T92 1.296 1.246 1.180
eq29. D92/D11 2.809 2.809 2.690
수식 1의 0 < BFL/TTL < 0.3은 TTL을 BFL에 비해 긴 길이로 제공함으로써, 고해상도 광학계를 제공할 수 있다.
수식 2의 0 < BFL/Img < 0.3은 제9 렌즈(119)의 상측 제18면(S18)의 정점으로부터 이미지 센서(190)까지의 거리와 광축(Lx)으로부터 1.0F까지의 거리의 관계를 나타낸 것으로, (BFL×2) < Img를 만족하여 고해상도와 크기가 큰 이미지 센서(190)를 제공할 수 있다.
수식 3의 0.5 < F/TTL < 1.2에 의해 광학계의 전체 길이와 유효 초점 거리의 관계를 한정하였다.
수식 4의 0.5 < TTL/(Img×2) < 0.8에 의해 전체 길이(TTL)가 이미지 센서(190)의 대각선 길이의 50% 내지 80%의 범위로 제공할 수 있다.
수식 14에서 |L3R2|은 제3 렌즈(113)의 상측 면(S6)의 곡률 반경의 절대 값을 나타내며 제3 렌즈(113)의 물측 면(S5)의 곡률 반경(L3R1)보다 클 수 있으며, 수식 15에서 |L4R1|은 제4 렌즈(114)의 물측 면(S7)의 곡률 반경의 절대 값을 나타내며, 제4 렌즈(114)의 상측 면(S8)의 곡률 반경(L4R2)보다 클 수 있다.
수식 17 내지 19의 제1 내지 제4 렌즈(111,112,113,114)의 중심부의 두께 관계에 의해 광학적 성능을 개선시켜 줄 수 있다.
수식 20 및 21에 의해 광축으로부터 제8 렌즈(118)의 물체측 면(S15)의 변곡점까지의 직선 거리(inf81), 제8 렌즈(118)의 상측 면(S16)의 변곡점 까지의 직선 거리(inf82), 제9 렌즈(119)의 상측 면(S18)의 변곡점 까지의 직선 거리(inf92) 관계를 통해 입사된 광의 굴절력을 개선시켜 줄 수 있다.
수식 22 내지 24에 의해, 광축으로부터 제8 렌즈(118)의 물체측 면(S15) 유효경까지의 직선거리(D81), 제8 렌즈(118)의 상측 면(S16)의 유효경까지의 직선 거리(D82), 제9 렌즈(119)의 상측 면(S18)의 유효경까지의 직선 거리(D92)들이 상기 제8,9렌즈(118,119)에서 변곡점까지의 직선 거리(inf81,inf82,inf92)보다 더 크게 제공될 수 있다. 이에 따라 변곡점보다 더 외측으로 유효경을 제공할 수 있어, 광의 굴절력을 개선시켜 줄 수 있다.
수식 25 내지 29에 의해, 제 8렌즈(118)의 물체측 면(S15) 및 상측 면(S16)의 정점으로부터 유효경까지의 거리 또는 광축 거리들과, 제9렌즈(119)의 물체측 면(S17) 및 상측 면(S18)의 정점으로부터 유효경까지의 거리들과, 광축에서의 유효경까지의 직선 거리의 관계를 통해, 제8 및 제9렌즈(118,119)에서의 광의 굴절력을 개선시켜 줄 수 있다. 또한 제1 렌즈(111)의 물측 면의 정점에서 유효경까지의 거리(D11)과 제9 렌즈(119)의 상측 면의 정점에서 유효경까지의 거리(D92) 관계를 한정할 수 있다.
발명의 제1 내지 제3실시예에 따른 광학계는 수식 1 내지 29 중 적어도 하나, 또는 둘 이상, 5개 이상 또는 모두를 만족할 수 있다. 이 경우, 상기 광학계는 고화질 및 고해상도의 촬상 렌즈계를 구현할 수 있다. 또한 수식 1 내지 29 중 적어도 하나의 수식에 의해 상기 광학계에 들어오는 불필요한 광을 차단할 수 있고, 수차를 보정시킬 수 있으며 광학계의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 15은 발명의 실시예(들)에 따른 광학계가 적용된 이동 장치의 예를 나타낸 사시도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 이동 단말기(1500)는 일면 또는 후면에 제공된 카메라 모듈(1520), 플래쉬 모듈(1530), 자동 초점 장치(1510)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 자동 초점 장치(1510)는 발광층으로서 표면발광 레이저소자 및 광 수신부를 포함할 수 있다.
상기 플래쉬 모듈(1530)은 그 내부에 광을 발광하는 이미터를 포함할 수 있다. 상기 플래쉬 모듈(1530)은 이동 단말기의 카메라 작동 또는 사용자의 제어에 의해 작동될 수 있다. 상기 카메라 모듈(1520)은 이미지 촬영 기능 및 자동 초점 기능을 포함할 수 있다. 예컨대 카메라 모듈(1520)은 이미지를 이용한 자동 초점 기능을 포함할 수 있다.
상기 자동 초점 장치(1510)는 레이저를 이용한 자동 초점 기능을 포함할 수 있다. 상기 자동 초점 장치(1510)는 카메라 모듈(1520)의 이미지를 이용한 자동 초점 기능이 저하되는 조건, 예컨대 10m 이하의 근접 또는 어두운 환경에서 주로 사용될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
제1 렌즈: 111 제2 렌즈: 112
제3 렌즈: 113 제4 렌즈: 114
제5 렌즈: 115 제6 렌즈: 116
제7 렌즈: 117 제8 렌즈: 118
제9 렌즈: 119 이미지 센서: 190
광학필터: 192 반사부재: 101

Claims (16)

  1. 물체측으로부터 상측 방향으로 광축을 따라 순차적으로 배치되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈, 제6 렌즈, 제7 렌즈, 제8 렌즈 및 제9 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 렌즈는 물체측 면이 볼록하며,
    상기 제2 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 물체측 면이 볼록하며,
    상기 제3 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상측 면이 오목하며,
    상기 제8 렌즈는 양의 굴절력을 가지며, 물체측 면 및 상측 면 중 적어도 하나가 적어도 하나의 변곡점을 가지며,
    상기 제9 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 물체측 면 및 상측 면이 적어도 하나의 변곡점을 가지는, 광학계.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2렌즈의 중심 두께는 제1, 제3 내지 제9렌즈의 중심 두께 각각보다 두꺼운, 광학계.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1, 2, 5, 7, 및 9 렌즈의 굴절률은 제3, 4, 6, 및 8렌즈의 굴절률보다 큰, 광학계.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1, 2, 5, 7 및 9 렌즈의 아베수는 50이상이며, 상기 제3 및 6 렌즈의 아베수는 30미만인, 광학계.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈, 상기 제4 렌즈, 상기 제5 렌즈, 상기 제6 렌즈 및 상기 제7 렌즈 중 적어도 하나는 양 또는 음의 굴절력을 가지는, 광학계.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한에 있어서,
    상기 제9 렌즈의 상측에 이미지 센서; 및 상기 이미지 센서와 제9 렌즈 사이에 광학 필터를 포함하며,
    상기 광학계는 수식 1 및 2를 만족하며,
    [수식 1]
    0 < BFL/TTL < 0.3
    [수식 2]
    0 < BFL/Img < 0.3
    상기 BFL은 제9 렌즈의 상측 면의 정점으로부터 이미지 센서까지의 거리이며, TTL은 제1렌즈의 물체측 제1면의 정점에서 이미지 센서까지의 거리이며, Img는 이미지 센서에서 광축으로부터 대각선 끝인 1.0F까지 수직방향 거리인, 광학계.
  7. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한에 있어서,
    상기 제9 렌즈의 상측에 이미지 센서 및 상기 이미지 센서와 제9 렌즈 사이에 광학 필터를 포함하며,
    상기 광학계는 수식 3, 4 및 5를 만족하며,
    [수식 3]
    0.5 < F/TTL < 1.2
    [수식 4]
    0.5 < TTL/(Img×2) < 0.8
    [수식 5]
    0.5 < TTL/(D92×2) < 1.2
    상기 TTL은 제1렌즈의 물체측 제1면의 정점에서 이미지 센서까지의 거리이며, 상기 F는 광학계의 전체 유효 초점 거리이며, 상기 Img는 이미지 센서에서 광축으로부터 대각선 끝인 1.0F까지 수직방향 거리이며, 상기 D92는 광축에서 상기 제9 렌즈의 상측면 정점으로부터 유효경까지의 거리인, 광학계.
  8. 제1 항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경이 L2R1이고, 상기 제2렌즈의 상측 면의 곡률 반경을 절대 값이 |L2R2|으로 정의할 때, 0 < L2R1/|L2R2| < 0.5를 만족하는, 광학계.
  9. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경의 절대 값이 |L3R1|이며, 상기 제2 렌즈의 상측 면의 곡률 반경이 L3R2일 때, 0.2 < L3R2/|L3R1| < 1의 관계를 만족하는, 광학계.
  10. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈의 587nm에서의 굴절률이 G2이며, 상기 제3 렌즈의 587nm에서의 굴절률이 G3일 때, 0.7 < G2/G3 < 1.2의 관계를 만족하는, 광학계.
  11. 제1 항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 중심부 두께는 T1이고, 상기 제2 렌즈의 중심 두께는 T2이고, 상기 제3 렌즈의 중심 두께는 T3일 때, 0.2 < T3/T2 < 1 및 0.2 < T1/T2 < 1 의 관계를 만족하는, 광학계.
  12. 물체측으로부터 상측 방향으로 광축을 따라 순차적으로 배치되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈, 제6 렌즈, 제7 렌즈, 제8 렌즈 및 제9 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 렌즈는 양 또는 음의 굴절력을 가지며, 물체측 면이 볼록하며, 상측 면이 오목하며,
    상기 제2 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 물체측 면이 볼록하며, 상측 면이 볼록하며,
    상기 제3 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상측 면이 오목하며,
    상기 제8 렌즈는 양의 굴절력을 가지며, 물체측 면 및 상측 면 중 적어도 하나가 적어도 하나의 변곡점을 가지며,
    상기 제9 렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 물체측 면 및 상측 면이 적어도 하나의 변곡점을 가지며,
    상기 제2 렌즈의 중심 두께는 상기 제1, 제3 내지 제9 렌즈 각각의 중심 두께들 보다 두껍고,
    상기 제8 렌즈의 물측 면의 에지는 상기 제8 렌즈의 물측 면의 광축 상의 정점보다 상기 제1 렌즈를 향해 돌출되며,
    상기 제8 렌즈의 물측 면의 에지들을 연결한 직선은 상기 제7 렌즈의 물측 면과 상측 면의 중간에서 광축과 직교하는 직선과 같거나 제1 렌즈에 더 가깝게 위치되는, 광학계.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제8 렌즈의 물측 면의 에지들을 연결한 직선은 상기 제7 렌즈의 물측 면의 정점에서 광축과 직교하는 직선보다 상기 제1 렌즈에 더 가깝게 위치되는, 광학계.
  14. 제12 항에 있어서,
    광축을 따라 상기 제3 렌즈와 상기 제4 렌즈 사이의 간격은 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 제1간격보다 크며,
    광축을 따라 상기 제8 렌즈와 상기 제9 렌즈 사이의 제2간격은 상기 제1간격보다 큰, 광학계.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 간격 및 제2 간격은 0.7mm 이상인, 광학계.
  16. 제13항 내지 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈의 중심 두께는 상기 제3 렌즈의 중심 두께에 비해 2배 내지 4배의 범위인, 광학계.
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