WO2021201568A1 - 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈 - Google Patents

광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈 Download PDF

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WO2021201568A1
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zoom optical
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심주용
김태경
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LG Innotek Co Ltd
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LG Innotek Co Ltd
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    • G02B15/167—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a first movable lens or lens group and a second movable lens or lens group, both in front of a fixed lens or lens group having an additional fixed front lens or group of lenses

Definitions

  • the embodiment relates to an optical system and a camera module including the same.
  • an auto-focusing function is also required for the camera module in the portable terminal.
  • a magnification may be increased by digital processing in the process of converting external light into a digital image or a digital image. According to this, it is possible to zoom only at a predetermined magnification such as 1x, 3x, 5x, etc., and as the magnification increases, the resolution decreases and digital degradation occurs.
  • An object of the present invention is to provide a zoom optical system and a camera module including the same.
  • a zoom optical system includes a first lens group, a second lens group, a third lens group, and a fourth lens group sequentially arranged from an object side to an image side, and
  • Each of the first to fourth lens groups includes two lenses, the second lens group and the third lens group are movable, and the effective focal length (EFL) in telephoto is ) is defined by the following equation.
  • EFL tele means an effective focal length of the zoom optical system in telephoto
  • H imageD means half the diagonal length of the image sensor pixel area.
  • An effective focal length (EFL) at a wide angle may be defined by the following equation.
  • EFL wide means an effective focal length of the zoom optical system at a wide angle
  • H imageD means a half value of the diagonal length of the image sensor pixel area.
  • the movement stroke of the second lens group may be defined by the following equation.
  • TTL Total Track Length
  • STOKE 2 means the movement stroke of the second lens group
  • the movement stroke of the third lens group may be defined by the following equation.
  • TTL Total Track Length
  • STOKE 3 means the movement stroke of the third lens group
  • the first lens group and the second lens group may include at least one glass lens.
  • At least one of the lenses disposed on the image side of the two lenses included in the first lens group or the lenses disposed on the object side among the two lenses included in the second lens group may be a glass lens.
  • the two lenses included in the second lens group may have an Abbe's number defined by the following equation.
  • ABBE 3 denotes the Abbe number of the lens disposed on the water side among the two lenses included in the second lens group
  • ABBE 4 denotes the Abbe number of the lens disposed on the image side of the two lenses included in the second lens group. The Abbe number of the lens.
  • At least one of the lenses included in the first to fourth lens groups may be a D-cut lens.
  • the maximum diameter of the plurality of lenses included in the first lens group and the fourth lens group and the maximum diameter of the plurality of lenses included in the second lens group and the third lens group may be defined by the following equation have.
  • APER fix means the maximum diameter of the lenses included in the first lens group and the fourth lens group that are fixed groups
  • APER mov means the maximum diameter of the lenses included in the second lens group and the third lens group that are the moving group. can do.
  • the lens disposed on the object side has positive refractive power
  • the lens disposed on the image side of the two lenses included in the first lens group has negative refractive power
  • It may further include a right-angled prism disposed at the front end of the first lens group sequentially from the object side to the image side.
  • a zoom optical system includes a first lens group, a second lens group, a third lens group, and a fourth lens group sequentially arranged from an object side to an image side, and
  • Each of the first to fourth lens groups includes two lenses, the second lens group and the third lens group are movable, and an effective focal length (EFL) at a wide angle length) is defined by the following equation.
  • EFL wide means an effective focal length of the zoom optical system at a wide angle
  • H imageD means a half value of the diagonal length of the image sensor pixel area.
  • an optical system capable of zooming at a low magnification as well as a high magnification, and a camera module including the same.
  • the optical system according to an embodiment of the present invention can continuously adjust zoom, and can maintain high resolution even at high magnification.
  • FIG. 1 shows a zoom optical system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view at a wide angle of the zoom optical system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view in a middle mode of the zoom optical system according to the first embodiment of the present invention.
  • 2C is a cross-sectional view in a telephoto view of a zoom optical system according to a first embodiment of the present invention.
  • 3A is a view showing spherical aberration, astigmatic field curves, and distortion for light of wavelengths of 435 nm, 486 nm, 546 nm, 587 nm, and 656 nm at a wide angle of the optical system according to the first embodiment; This is the measured graph.
  • 3B is a graph of measuring spherical aberration, astigmatism, and distortion aberration for light having wavelengths of 435 nm, 486 nm, 546 nm, 587 nm, and 656 nm in the intermediate mode of the optical system according to the first embodiment.
  • FIG. 3C is a graph showing measurements of spherical aberration, astigmatism, and distortion for light having wavelengths of 435 nm, 486 nm, 546 nm, 587 nm, and 656 nm in the telephoto of the optical system according to the first embodiment.
  • 4A is a diffraction MTF graph at a wide angle of the optical system according to the first embodiment.
  • 4B is a diffraction MTF graph in the intermediate mode of the optical system according to the first embodiment.
  • 4C is a diffraction MTF graph in telephoto of the optical system according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a graph of measuring relative illumination of the zoom optical system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a zoom optical system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view at a wide angle of a zoom optical system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view in a middle mode of a zoom optical system according to a second embodiment of the present invention.
  • 7C is a cross-sectional view in a telephoto view of a zoom optical system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8a shows spherical aberration, astigmatic field curves, and distortion for light of wavelengths of 435 nm, 486 nm, 546 nm, 587 nm, and 656 nm at a wide angle of the optical system according to the second embodiment. This is the measured graph.
  • 8B is a graph of measuring spherical aberration, astigmatism, and distortion aberration for light having wavelengths of 435 nm, 486 nm, 546 nm, 587 nm, and 656 nm in the intermediate mode of the optical system according to the second embodiment.
  • FIG. 8c is a graph showing measurements of spherical aberration, astigmatism, and distortion for light having wavelengths of 435 nm, 486 nm, 546 nm, 587 nm, and 656 nm in the telephoto of the optical system according to the second embodiment.
  • 9A is a diffraction MTF graph at a wide angle of the optical system according to the second embodiment.
  • 9B is a diffraction MTF graph in the intermediate mode of the optical system according to the second embodiment.
  • 9C is a diffraction MTF graph in telephoto of the optical system according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a graph of measuring relative illumination of a zoom optical system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 shows a part of a mobile terminal to which a camera module according to an embodiment of the present invention is applied.
  • the singular form may also include the plural form unless otherwise specified in the phrase, and when it is described as "at least one (or one or more) of A and (and) B, C", it is combined with A, B, C It may include one or more of all possible combinations.
  • a component when it is described that a component is 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled or connected to the other component, but also with the component It may also include a case of 'connected', 'coupled' or 'connected' due to another element between the other elements.
  • a first lens group 100 , a second lens group 200 , and a second lens group are sequentially arranged from an object side to an image side. It includes a third lens group 300 and a fourth lens group 400 .
  • a right-angle prism may be further disposed at the front end of the first lens group 100 .
  • the first lens group 100 includes a plurality of lenses.
  • the first lens group 100 may include at least two or more lenses.
  • it may be difficult to correct the resolution at the maximum magnification, and when three or more lenses are included, the overall size of the zoom optical system may increase.
  • One lens group 100 may include two lenses 110 and 120 .
  • the first lens group 100 is fixed to the image side.
  • the first lens group 100 is fixed to the surface of the sensor 10 . That is, the plurality of lenses are fixed with respect to the image side.
  • the two lenses 110 and 120 may be fixed to the image side.
  • the second lens group 200 includes a plurality of lenses.
  • the second lens group 200 may include at least two or more lenses. When the second lens group 200 includes one lens, it may be difficult to correct the resolution at the maximum magnification, and when three or more lenses are included, the overall size of the zoom optical system may increase.
  • the two lens group 200 may include two lenses 210 and 220 .
  • the second lens group 200 is movable.
  • the plurality of lenses included in the second lens group 200 are movable together along the central axis of the lenses.
  • the two lenses 210 and 220 included in the second lens group 200 are movable together along the central axis of the lenses.
  • the second lens group 200 preferably includes two lenses 210 and 220 .
  • the focal length may be continuously adjusted according to the movement of the second lens group 200 .
  • the magnification may be continuously adjusted according to the movement of the second lens group 200 .
  • the second lens group 200 may serve as a zooming group.
  • the third lens group 300 includes a plurality of lenses.
  • the third lens group 300 may include at least two or more lenses in the first lens group 300 .
  • it may be difficult to correct the resolution at the maximum magnification, and when three or more lenses are included, the overall size of the zoom optical system may increase.
  • the three lens group 300 may include two lenses 310 and 320 .
  • the third lens group 300 is movable.
  • the plurality of lenses included in the third lens group 300 are movable together along the central axis of the lenses.
  • the two lenses 310 and 320 included in the third lens group 300 are movable together along the central axis of the lenses.
  • the third lens group 300 includes three or more lenses, the size and weight of the third lens group 300 may increase, and driving power may increase during movement.
  • the third lens group 300 preferably includes two lenses 310 and 320 .
  • the focus may be adjusted according to the movement of the third lens group 300 .
  • the third lens group 300 may serve as a focusing group.
  • the fourth lens group 400 includes a plurality of lenses.
  • the fourth lens group 400 may include at least two or more lenses in the first lens group 400 .
  • the four lens group 400 may include two lenses 410 and 420 .
  • the fourth lens group 400 is fixed to the image side.
  • the fourth lens group 400 is fixed to the surface of the sensor 10 . That is, the plurality of lenses are fixed with respect to the image side.
  • the fourth lens group 400 includes two lenses, the two lenses 410 and 420 may be fixed to the image side.
  • the filter 20 and the image sensor 10 may be sequentially disposed at the rear end of the fourth lens group 400 .
  • the filter 20 may be an IR (infrared) filter.
  • the filter 20 may block near-infrared rays, for example, light having a wavelength of 700 nm to 1100 nm from light incident into the camera module.
  • the image sensor 10 may be connected to the printed circuit board by a wire (wire).
  • the filter 20 may include a foreign object prevention filter and an IR filter sequentially arranged from the object side to the upper side.
  • a foreign material preventing filter it is possible to prevent foreign substances generated during the movement of the third lens group 300 from flowing into the IR filter or the image sensor 10 .
  • the magnification of the zoom optical system may be changed according to the movement of the second lens group 200 and the third lens group 300 .
  • the magnification of the zoom optical system may be continuously increased or decreased between 3 times and 7.5 times according to the movement of the second lens group 200 and the third lens group 300 .
  • the zoom optical system may have a magnification of 3 times in the wide angle, and may have a magnification of 7.5 times in the telephoto.
  • the meaning of continuously increasing or decreasing the magnification may mean that the magnification does not increase or decrease digitally intermittently, but linearly increase or decrease.
  • the second lens group 200 and the third lens group 300 may move independently, respectively. For example, when moving from a wide angle to a telephoto, the distance between the second lens group 200 and the third lens group 300 increases from a movement start point (wide angle) to a predetermined point, and then from a predetermined point to a movement end point You can gradually get closer to (telephoto).
  • the zoom optical system may represent an effective focal length in a telephoto as shown in Equation 1 below.
  • EFL tele means an effective focal length of the zoom optical system in telephoto
  • H imageD means half the diagonal length of the image sensor pixel area.
  • the unit may be [mm].
  • the image sensor pixel area may mean an area in which pixels receiving light from the image sensor are arranged.
  • the image sensor pixel area may be an area excluding a circuit area that converts light received from the entire area of the image sensor into an electric signal, a housing part according to packaging, and the like.
  • an effective focal length at a wide angle may be expressed by Equation 2 below.
  • EFL wide means an effective focal length of the zoom optical system at a wide angle
  • H imageD means a half value of the diagonal length of the image sensor pixel area.
  • the movement stroke may mean a distance that the lens group can move by the driving unit.
  • a movement stroke of the second lens group 200 may be expressed by Equation 3 below.
  • TTL Total Track Length
  • STOKE 2 may mean a movement stroke of the second lens group 200 .
  • the unit may be [mm].
  • a movement stroke of the third lens group 300 may be expressed by Equation 4 below.
  • TTL may mean a distance from the image sensor surface to the first surface of the zoom optical system.
  • STOKE 3 may mean a movement stroke of the third lens group 300 .
  • the unit may be [mm].
  • the size of the driving unit for moving the second lens group 200 and the third lens group 300 increases, there is a problem in that it is difficult to mount in the portable terminal.
  • the size of the driving unit can be reduced, so that the camera module can be miniaturized.
  • the Abbe number may refer to a value obtained by quantifying a property related to light dispersion of a lens.
  • the plurality of lenses included in the second lens group 200 may have different Abbe numbers.
  • the Abbe's number of the two lenses included in the second lens group 200 may be expressed as Equation 5 below.
  • ABBE 3 denotes an Abbe number of lenses disposed on the water side among the two lenses included in the second lens group 200
  • ABBE 4 denotes two lenses included in the second lens group 200 . It may mean the Abbe number of the lens disposed on the middle image side. According to the first embodiment, ABBE 3 may mean an Abbe number of the third lens 210 , and ABBE 4 may mean an Abbe number of the fourth lens 220 .
  • the zoom optical system according to the first embodiment of the present invention can remove chromatic aberration by disposing two lenses having an Abbe's number different from each other by a predetermined value or more in each of the second lens group 200 and the fourth lens group 400 .
  • the apertures of the second lens group 200 and the third lens group 300 are the apertures of the first lens group 100 and the fourth lens group 400 .
  • This can be expressed as Equation 6 below.
  • APER fix means the maximum diameter of the lenses included in the first lens group 100 and the fourth lens group 400, which are fixed groups
  • APER mov is the moving group, the second lens group 200 and the third lens group. It may mean the maximum diameter of the lens included in 300 .
  • APER fix is the diameter of the first lens 110 .
  • APER mov may mean the diameter of the third lens 210 . have.
  • the second lens group 200 and the third lens group ( 300) can be reduced. Accordingly, it is possible to reduce power consumption when the second lens group 200 and the third lens group 300, which are the moving groups, move.
  • the plurality of lenses 110, 120, 210. 220, 310, 320, 410, and 420 included in the first to fourth lens groups 100 to 400 are D-cut techniques. It may be a lens to which this is applied.
  • the plurality of lenses 110 , 120 , 210 , 220 , 310 , 320 , 410 and 420 included in the first to fourth lens groups 100 to 400 are D-cut lenses in which upper and lower portions are cut.
  • the upper and lower portions of the ribs and the effective diameter may be cut, or only the ribs may be cut without cutting the effective diameter.
  • the second lens group 200 and the third lens group may include lenses in which a value obtained by dividing the effective diameter major axis length by the effective diameter minor axis length is 1. That is, the major axis length of the effective diameter may be the same as the minor axis length of the effective diameter.
  • the fifth lens 220 , the sixth lens 310 , and the seventh lens 320 only the upper and lower ribs may be cut and the effective diameter may not be cut.
  • the volume of the lens increases due to the height in the vertical direction, but as in the first embodiment of the present invention, the By applying D-cut to the side and lower parts, the height in the vertical direction can be lowered, thereby reducing the volume of the lens.
  • the first lens group 100 may include a plurality of lenses having different refractive powers.
  • the first lens 110 and the second lens 120 included in the first lens group 100 may have different refractive powers.
  • the first lens 110 may have positive (+) refractive power
  • the second lens 120 may have negative (-) refractive power.
  • the first to fourth lens groups 100 to 400 may include plastic lenses.
  • the first lens group 100 and the second lens group 200 may include a glass lens.
  • At least one of the plurality of lenses included in the first lens group 100 and the second lens group 200 may be a glass lens.
  • the second lens 120 disposed on the upper side of the lenses included in the first lens group 100 may be a glass lens.
  • the third lens 210 disposed on the water side among the lenses included in the second lens group 200 may be a glass lens.
  • the second lens 120 disposed on the image side among the lenses included in the first lens group 100 and the third lens 210 disposed on the water side among the lenses included in the second lens group 200 . may be all glass lenses.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view at a wide angle of the zoom optical system according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2B is a cross-sectional view in the middle mode of the zoom optical system according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2C is a cross-sectional view of the zoom optical system according to the first embodiment of the present invention in a telephoto view.
  • Tables 1 and 2 below show the optical characteristics of the lenses included in the zoom optical system according to the first embodiment of the present invention
  • Tables 3 and 4 are the lenses included in the zoom optical system according to the first embodiment of the present invention. Conic constants and aspheric coefficients are shown.
  • Lens No. Lens surface No. radius of curvature (R, mm) Thickness (mm) matter refractive index
  • first lens 112 11.2473437342775 1.11893407672544 plastic 1.679496 19.24252 114 -25.3321228491665 0.450035891354176
  • second lens 122 17.5712218717361 1.427586206 glass 1.68893 31.1605 124 2.81204906268498 4.568275859 (2.407378747/0.214137931)
  • third lens 212 2.9893003584748 1.65265366370863 plastic 1.546502
  • 56.11613 214 -3.16765831362804 0.2141379309 4th lens 222 -3.60538229487752 1.73238451891378 plastic 1.679496 19.24252 224 -8.48345722809601 0.317025559 (0.214137931/0.676792894) 5th lens 312 6.9079449284
  • Lens No. Lens surface No. focal length shape refractive power semi-aperture first lens 112 11.6066113 convex + 2.45 114 concave 2.349369795 second lens 122 -5.021945796 convex - 2.066728059 124 convex 1.764342192 third lens 132 3.109076313 convex + 1.784482758 134 concave 1.784482758 4th lens 212 -10.77590758 concave - 1.685547108 214 concave 1.568389848 5th lens 222 -10.37880742 convex - 1.522009003 224 convex 1.337783866 6th lens 312 -6.677415682 convex - 1.315357634 314 concave 1.507402614 7th lens 322 14.06130053 concave + 2.096518844 324 concave 2.186531498 8th lens 412 4.640183154 concave + 2.332517646 414 concave
  • the first lens group 100, the second lens group 200, and the third are sequentially arranged from the object side to the image side.
  • It includes a lens group 300 and a fourth lens group 400 .
  • the first lens group 100 includes a first lens 110 and a second lens 120 sequentially arranged from the object side to the image side.
  • the second lens group 200 includes a third lens 210 and a fourth lens 220 sequentially arranged from the object side to the image side.
  • the third lens group 300 includes a fifth lens 310 and a sixth lens 320 sequentially arranged from the object side to the image side.
  • the fourth lens group 400 includes a seventh lens 410 and an eighth lens 420 sequentially arranged from the object side to the image side.
  • thickness (mm) represents the distance from each lens surface to the next lens surface.
  • the thickness described on the water side 112 of the first lens 110 represents the distance from the water side 112 to the image side 114 of the first lens 110 .
  • the thickness described on the water-side surface 112 of the first lens 110 represents a distance between the center of curvature of the water-side surface 112 and the center of curvature of the image-side surface 114 in the first lens 110 .
  • the thickness described on the image side surface 114 of the first lens 110 represents a distance from the image side surface 114 of the first lens 110 to the water side surface 122 of the second lens 120 . Specifically, the thickness described on the image side surface 114 of the first lens 110 is between the center of curvature of the image side surface 114 of the first lens 110 and the center of curvature of the water side surface 122 of the second lens 120 . indicates the distance.
  • the thickness described on the image side surface 124 of the second lens 120 represents a distance from the image side surface 124 of the second lens 120 to the water side surface 212 of the third lens 210 .
  • the thickness described on the image side surface 124 of the second lens 120 is between the center of curvature of the image side surface 124 of the second lens 120 and the center of curvature of the water side surface 212 of the third lens 210 . indicates the distance.
  • the thickness described on the image side surface 124 of the second lens 120 may change.
  • the thickness described on the image side surface 124 of the second lens 120 may have a value between the shortest distance and the longest distance. Referring to Table 1, the thickness described on the image side 124 of the second lens 120 may have the longest distance (4.5682758592) in the wide angle.
  • the thickness described on the image side 124 of the second lens 120 may have a value (2.407378747) between the shortest distance and the longest distance in the intermediate mode.
  • the thickness described on the image side 124 of the second lens 120 may have the shortest distance (0.2141379309) in the telephoto. This is the same as the thickness described on the upper surface 224 of the fourth lens 220 and the thickness described on the upper surface 324 of the sixth lens 320 .
  • the Abbe's number difference between the third lens 210 and the fourth lens 220 included in the second lens group 200 is 10 or more.
  • the Abbe's number of the third lens 210 is 56.11613
  • the Abbe's number of the fourth lens 220 is 19.24252
  • the Abbe's number difference between the two lenses is approximately 37, so that it has a difference value of 10 or more. Able to know.
  • any one of the first to fourth lenses 110 to 220 included in the first lens group 100 and the second lens group 200 is a glass lens.
  • the first lens 110 , the third lens 210 , and the fourth lens 220 are plastic lenses, and the second lens 120 is a glass lens.
  • each surface of the first to eighth lenses 110 to 420 may be implemented in a convex or concave shape.
  • the first lens 110 may be a lens in which the water side surface 112 is convex toward the object side.
  • the first lens 110 may be a lens in which the image side surface 114 is concave toward the object side.
  • the second lens 120 may be a lens in which the water side surface 122 is convex toward the object side.
  • the second lens 120 may be a lens in which the image side surface 124 is convex toward the object side.
  • the third lens 210 may be a lens in which the water side surface 212 is convex toward the object side.
  • the third lens 210 may be a lens in which the image side surface 214 is concave toward the object side.
  • the fourth lens 220 may be a lens in which the water side surface 222 is concave toward the object side.
  • the fourth lens 220 may be a lens in which the image side surface 224 is concave toward the object side.
  • the fifth lens 310 may be a lens in which the water side surface 312 is convex toward the object side.
  • the fifth lens 310 may be a lens in which the image side surface 314 is convex toward the object side.
  • the sixth lens 320 may be a lens in which the water side surface 322 is convex toward the object side.
  • the sixth lens 320 may be a lens in which the image side surface 324 is concave toward the object side.
  • the seventh lens 410 may be a lens in which the water side surface 412 is concave toward the object side.
  • the seventh lens 410 may be a lens in which the image side surface 414 is concave toward the object side.
  • the eighth lens 420 may be a lens in which the water side surface 422 is concave toward the object side.
  • the eighth lens 420 may be a lens in which the image side surface 424 is concave toward the object side.
  • the first to eighth lenses 110 to 420 may be lenses having positive refractive power or negative refractive power.
  • the first lens 110 may have positive refractive power.
  • the second lens 120 may have negative refractive power.
  • the third lens 210 may have positive refractive power.
  • the fourth lens 220 may have negative refractive power.
  • the fifth lens 310 may have negative refractive power.
  • the sixth lens 320 may have negative refractive power.
  • the seventh lens 410 may have positive refractive power.
  • the eighth lens 420 may have positive refractive power.
  • the zoom optical system may have a wide angle (eg, 3x magnification).
  • the zoom optical system may have an intermediate mode.
  • the zoom optical system may have a telephoto (eg, 7.5 ⁇ magnification).
  • the distance between adjacent lens groups may change.
  • the distance between the first lens group 100 and the second lens group 200 may be changed from d1a through d1b to d1c. In this case, the distance between the first lens group 100 and the second lens group 200 may gradually decrease (d1a>d1b>d1c).
  • the distance between the second lens group 200 and the third lens group 300 may be changed from d2a through d2b to d2c. In this case, the distance between the second lens group 200 and the third lens group 300 may decrease and then increase again (d2b ⁇ d2a ⁇ d2c).
  • the distance between the third lens group 300 and the fourth lens group 400 may be changed from d3a through d3b to d3c. In this case, the distance between the third lens group 300 and the fourth lens group 400 may gradually increase (d3a ⁇ d3b ⁇ d3c).
  • the second lens group 200 and the third lens group 300 may have different moving speeds.
  • the magnification of the zoom optical system may be continuously adjusted from 5x magnification to 7.5x magnification.
  • Spherical aberration represents spherical aberration according to each wavelength
  • astigmatism represents the aberration characteristics of tangential plane and sagital plane according to the height of the image plane
  • distortion aberration indicates the degree of distortion according to the height of the image plane. indicates.
  • 3A is a view showing spherical aberration, astigmatic field curves, and distortion for light of wavelengths of 435 nm, 486 nm, 546 nm, 587 nm, and 656 nm at a wide angle of the optical system according to the first embodiment; This is the measured graph.
  • 3B is a graph of measuring spherical aberration, astigmatism, and distortion aberration for light having wavelengths of 435 nm, 486 nm, 546 nm, 587 nm, and 656 nm in the intermediate mode of the optical system according to the first embodiment.
  • FIG. 3C is a graph showing measurements of spherical aberration, astigmatism, and distortion for light having wavelengths of 435 nm, 486 nm, 546 nm, 587 nm, and 656 nm in the telephoto of the optical system according to the first embodiment.
  • the spherical aberration is within -0.05 [mm] to 0.05 [mm] from the center to the end of the image sensor regardless of the wavelength. Specifically, it can be seen that the spherical aberration is within approximately -0.1 [mm] to 0.025 [mm] in the wide mode, and the spherical aberration is within the range of -0.02 [mm] to 0.05 [mm] in the intermediate mode. In telephoto, it can be seen that spherical aberration is within approximately -0.05 [mm] to 0.05 [mm], although some wavelengths are out of range near the center of the sensor.
  • the astigmatism is within -0.05 [mm] to 0.02 [mm] from the center to the end of the image sensor regardless of the wavelength. Specifically, it can be seen that the astigmatism is within approximately -0.01 [mm] to 0.02 [mm] in the wide mode, and the astigmatism is within the range of -0.01 [mm] to 0.02 [mm] in the middle mode. It can be seen that the astigmatism in telephoto is within approximately -0.05 [mm] to -0.02 [mm].
  • the distortion aberration is within -0.5 [mm] to 2.5 [mm] from the center to the end of the image sensor regardless of the wavelength. Specifically, it can be seen that the distortion aberration is within approximately -0.5 [mm] to 1.0 [mm] in the wide mode, and the astigmatism is within the range of 0 [mm] to 2.5 [mm] in the middle mode. It can be seen that the astigmatism in the telephoto is within approximately 0 [mm] to 0.5 [mm].
  • MTF Modulation Transfer Function
  • 4A is a diffraction MTF graph at a wide angle of the optical system according to the first embodiment.
  • 4B is a diffraction MTF graph in the intermediate mode of the optical system according to the first embodiment.
  • 4C is a diffraction MTF graph in telephoto of the optical system according to the first embodiment.
  • the zoom optical system according to the embodiment of the present invention has a value close to the diffraction limit, which is a limit value, near the defocusing position 0 in each of the wide angle, medium mode, and telephoto. Able to know.
  • FIG. 5 is a graph of measuring relative illumination of the zoom optical system according to the first embodiment of the present invention.
  • the zoom optical system according to the first embodiment of the present invention has a relative illuminance value of 50% or more in the wide angle (zoom position 1), the middle mode (zoom position 2), and the telephoto (zoom position 3). It can be seen that in the intermediate mode and telephoto, the relative illuminance value is over 80%.
  • the optical system according to the embodiment of the present invention has excellent aberration characteristics.
  • FIG. 6 shows a zoom optical system according to a second embodiment of the present invention.
  • a first lens group 100 , a second lens group 200 , and a second lens group are sequentially arranged from an object side to an image side. It includes a third lens group 300 and a fourth lens group 400 .
  • a right-angle prism may be further disposed at the front end of the first lens group 100 .
  • the first lens group 100 includes a plurality of lenses.
  • the first lens group 100 may include at least two or more lenses.
  • it may be difficult to correct the resolution at the maximum magnification, and when three or more lenses are included, the overall size of the zoom optical system may increase.
  • One lens group 100 may include two lenses 110 and 120 .
  • the first lens group 100 is fixed to the image side.
  • the first lens group 100 is fixed to the surface of the sensor 10 . That is, the plurality of lenses are fixed with respect to the image side.
  • the two lenses 110 and 120 may be fixed to the image side.
  • the second lens group 200 includes a plurality of lenses.
  • the second lens group 200 may include at least two or more lenses. When the second lens group 200 includes one lens, it may be difficult to correct the resolution at the maximum magnification, and when three or more lenses are included, the overall size of the zoom optical system may increase.
  • the two lens group 200 may include two lenses 210 and 220 .
  • the second lens group 200 is movable.
  • the plurality of lenses included in the second lens group 200 are movable together along the central axis of the lenses.
  • the two lenses 210 and 220 included in the second lens group 200 are movable together along the central axis of the lenses.
  • the second lens group 200 preferably includes two lenses 210 and 220 .
  • the focal length may be continuously adjusted according to the movement of the second lens group 200 .
  • the magnification may be continuously adjusted according to the movement of the second lens group 200 .
  • the second lens group 200 may serve as a zooming group.
  • the third lens group 300 includes a plurality of lenses.
  • the third lens group 300 may include at least two or more lenses in the first lens group 300 .
  • it may be difficult to correct the resolution at the maximum magnification, and when three or more lenses are included, the overall size of the zoom optical system may increase.
  • the three lens group 300 may include two lenses 310 and 320 .
  • the third lens group 300 is movable.
  • the plurality of lenses included in the third lens group 300 are movable together along the central axis of the lenses.
  • the two lenses 310 and 320 included in the third lens group 300 are movable together along the central axis of the lenses.
  • the third lens group 300 includes three or more lenses, the size and weight of the third lens group 300 may increase, and driving power may increase during movement.
  • the third lens group 300 preferably includes two lenses 310 and 320 .
  • the focus may be adjusted according to the movement of the third lens group 300 .
  • the third lens group 300 may serve as a focusing group.
  • the fourth lens group 400 includes a plurality of lenses.
  • the fourth lens group 400 may include at least two or more lenses in the first lens group 400 .
  • the four lens group 400 may include two lenses 410 and 420 .
  • the fourth lens group 400 is fixed to the image side.
  • the fourth lens group 400 is fixed to the surface of the sensor 10 . That is, the plurality of lenses are fixed with respect to the image side.
  • the fourth lens group 400 includes two lenses, the two lenses 410 and 420 may be fixed to the image side.
  • the filter 20 and the image sensor 10 may be sequentially disposed at the rear end of the fourth lens group 400 .
  • the filter 20 may be an IR (infrared) filter.
  • the filter 20 may block near-infrared rays, for example, light having a wavelength of 700 nm to 1100 nm from light incident into the camera module.
  • the image sensor 10 may be connected to the printed circuit board by a wire (wire).
  • the filter 20 may include a foreign object prevention filter and an IR filter sequentially arranged from the object side to the upper side.
  • a foreign material preventing filter it is possible to prevent foreign substances generated during the movement of the third lens group 300 from flowing into the IR filter or the image sensor 10 .
  • the magnification of the zoom optical system may be changed according to the movement of the second lens group 200 and the third lens group 300 .
  • the magnification of the zoom optical system may be continuously increased or decreased between 3 times and 7.5 times according to the movement of the second lens group 200 and the third lens group 300 .
  • the zoom optical system may have a magnification of 3 times in the wide angle, and may have a magnification of 7.5 times in the telephoto.
  • the meaning of continuously increasing or decreasing the magnification may mean that the magnification does not increase or decrease digitally intermittently, but linearly increase or decrease.
  • the second lens group 200 and the third lens group 300 may move independently, respectively. For example, when moving from a wide angle to a telephoto, the distance between the second lens group 200 and the third lens group 300 increases from a movement start point (wide angle) to a predetermined point, and then from a predetermined point to a movement end point You can gradually get closer to (telephoto).
  • an effective focal length in a telephoto may be expressed as in Equation 7 below.
  • EFL tele means an effective focal length of the zoom optical system in telephoto
  • H imageD means half the diagonal length of the image sensor pixel area.
  • the unit may be [mm].
  • the zoom optical system may represent an effective focal length at a wide angle as in Equation 8 below.
  • EFL wide means an effective focal length of the zoom optical system at a wide angle
  • H imageD means a half value of the diagonal length of the image sensor pixel area.
  • the movement stroke may mean a distance that the lens group can move by the driving unit.
  • a movement stroke of the second lens group 200 may be expressed by Equation 9 below.
  • TTL Total Track Length
  • STOKE 2 may mean a movement stroke of the second lens group 200 .
  • the unit may be [mm].
  • a movement stroke of the third lens group 300 may be expressed as in Equation 10 below.
  • TTL may mean a distance from the image sensor surface to the first surface of the zoom optical system.
  • STOKE 3 may mean a movement stroke of the third lens group 300 .
  • the unit may be [mm].
  • the size of the driving unit for moving the second lens group 200 and the third lens group 300 increases, there is a problem in that it is difficult to mount in the portable terminal.
  • the size of the driving unit can be reduced, so that the camera module can be miniaturized.
  • the Abbe number may refer to a value obtained by quantifying a property related to light dispersion of a lens.
  • the plurality of lenses included in the second lens group 200 may have different Abbe numbers.
  • the Abbe's number of the two lenses included in the second lens group 200 may be expressed as Equation 11 below.
  • ABBE 3 denotes an Abbe number of lenses disposed on the water side among the two lenses included in the second lens group 200
  • ABBE 4 denotes two lenses included in the second lens group 200 . It may mean the Abbe number of the lens disposed on the middle image side. According to the second embodiment, ABBE 3 may mean the Abbe's number of the third lens 210 , and ABBE 4 may mean the Abbe's number of the fourth lens 220 .
  • the zoom optical system according to the second embodiment of the present invention can remove chromatic aberration by disposing two lenses having an Abbe's number different from each other by a predetermined value or more in each of the second lens group 200 and the fourth lens group 400 .
  • the apertures of the second lens group 200 and the third lens group 300 are the apertures of the first lens group 100 and the fourth lens group 400 .
  • This can be expressed as Equation 12 below.
  • APER fix means the maximum diameter of the lenses included in the first lens group 100 and the fourth lens group 400, which are fixed groups
  • APER mov is the moving group, the second lens group 200 and the third lens group. It may mean the maximum diameter of the lens included in 300 .
  • APER fix is the diameter of the first lens 110 .
  • APER mov may mean the diameter of the third lens 210 . have.
  • the second lens group 200 and the third lens group ( 300) can be reduced. Accordingly, it is possible to reduce power consumption when the second lens group 200 and the third lens group 300, which are the moving groups, move.
  • the plurality of lenses 110, 120, 210. 220, 310, 320, 410, and 420 included in the first to fourth lens groups 100 to 400 are D-cut techniques. It may be a lens to which this is applied.
  • the plurality of lenses 110 , 120 , 210 , 220 , 310 , 320 , 410 and 420 included in the first to fourth lens groups 100 to 400 are D-cut lenses in which upper and lower portions are cut.
  • the upper and lower portions of the ribs and the effective diameter may be cut, or only the ribs may be cut without cutting the effective diameter.
  • the second lens group 200 and the third lens group may include lenses in which a value obtained by dividing the effective diameter major axis length by the effective diameter minor axis length is 1. That is, the major axis length of the effective diameter may be the same as the minor axis length of the effective diameter.
  • the fifth lens 220 , the sixth lens 310 , and the seventh lens 320 only the upper and lower ribs may be cut and the effective diameter may not be cut.
  • the volume of the lens increases due to the height in the vertical direction, but as in the second embodiment of the present invention, the By applying D-cut to the side and the lower part, the height in the vertical direction can be lowered, thereby reducing the volume of the lens.
  • the first lens group 100 may include a plurality of lenses having different refractive powers.
  • the first lens 110 and the second lens 120 included in the first lens group 100 may have different refractive powers.
  • the first lens 110 may have positive (+) refractive power
  • the second lens 120 may have negative (-) refractive power.
  • the first to fourth lens groups 100 to 400 may include plastic lenses.
  • the first lens group 100 and the second lens group 200 may include a glass lens.
  • At least one of the plurality of lenses included in the first lens group 100 and the second lens group 200 may be a glass lens.
  • the second lens 120 disposed on the upper side of the lenses included in the first lens group 100 may be a glass lens.
  • the third lens 210 disposed on the water side among the lenses included in the second lens group 200 may be a glass lens.
  • the second lens 120 disposed on the image side among the lenses included in the first lens group 100 and the third lens 210 disposed on the water side among the lenses included in the second lens group 200 . may be all glass lenses.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view at a wide angle of the zoom optical system according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 7B is a cross-sectional view in the middle mode of the zoom optical system according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 7C is a cross-sectional view of a zoom optical system according to a second embodiment of the present invention in a telephoto view.
  • Tables 5 and 6 below show optical characteristics of lenses included in the zoom optical system according to the second embodiment of the present invention
  • Tables 7 and 8 are lenses included in the zoom optical system according to the second embodiment of the present invention. represents the conic constant and the aspheric coefficient of .
  • Abbesu first lens 112 9.195921 1.504943618 plastic 1.621697 25.7998 114 -124.47 0.618865462 second lens 122 -13.6741 0.9 plastic 1.5706 37.5496 124 5.745781 6.8 (3.039444812/0.3) third lens 212 5.273882 2.466086193 glass 1.497103 81.5596 214 -7.40268 0.8 4th lens 222 13.16421 2.5 plastic 1.679496 19.2425 224 6.295382 2.208605591 (2.125178865/3.058152255) 5th lens 312 -6.10241 2.31355082 plastic 1.679496 19.2425 314 -4.25191 0.266859249 6th lens 322 -18.6613 0.9 plastic 1.5706 37.5496 324 3.920266 0.772759107 (4.61674102/6.4232
  • Lens No. Lens surface No. focal length shape refractive power semi-aperture first lens 112 13.83372 convex + 3.3 114 concave 3.040664614 second lens 122 -6.97298 concave - 2.914865392 124 convex 2.663267527 third lens 132 6.604808 convex + 2.55 134 concave 2.55 4th lens 212 -20.8222 convex - 2.42393948 214 convex 2.032574889 5th lens 222 13.70361 concave + 2.07658539 224 concave 2.240690242 6th lens 312 -5.59665 concave - 2.307293802 314 convex 2.585585619 7th lens 322 -15.8027 convex - 3.40453563 324 convex 3.347806799 8th lens 412 4.25382 convex + 3.192717643 414 concave 2.977659535 filter 22 2.982360669
  • the first lens group 100, the second lens group 200, and the third are sequentially arranged from the object side to the image side.
  • It includes a lens group 300 and a fourth lens group 400 .
  • the first lens group 100 includes a first lens 110 and a second lens 120 sequentially arranged from the object side to the image side.
  • the second lens group 200 includes a third lens 210 and a fourth lens 220 sequentially arranged from the object side to the image side.
  • the third lens group 300 includes a fifth lens 310 and a sixth lens 320 sequentially arranged from the object side to the image side.
  • the fourth lens group 400 includes a seventh lens 410 and an eighth lens 420 sequentially arranged from the object side to the image side.
  • the thickness (mm) represents the distance from each lens surface to the next lens surface.
  • the thickness described on the water side 112 of the first lens 110 represents the distance from the water side 112 to the image side 114 of the first lens 110 .
  • the thickness described on the water-side surface 112 of the first lens 110 represents a distance between the center of curvature of the water-side surface 112 and the center of curvature of the image-side surface 114 in the first lens 110 .
  • the thickness described on the image side surface 114 of the first lens 110 represents a distance from the image side surface 114 of the first lens 110 to the water side surface 122 of the second lens 120 . Specifically, the thickness described on the image side surface 114 of the first lens 110 is between the center of curvature of the image side surface 114 of the first lens 110 and the center of curvature of the water side surface 122 of the second lens 120 . indicates the distance.
  • the thickness described on the image side surface 124 of the second lens 120 represents a distance from the image side surface 124 of the second lens 120 to the water side surface 212 of the third lens 210 .
  • the thickness described on the image side surface 124 of the second lens 120 is between the center of curvature of the image side surface 124 of the second lens 120 and the center of curvature of the water side surface 212 of the third lens 210 . indicates the distance.
  • the thickness described on the image side surface 124 of the second lens 120 may change.
  • the thickness described on the image side surface 124 of the second lens 120 may have a value between the shortest distance and the longest distance. Referring to Table 5, the thickness described on the image side 124 of the second lens 120 may have the longest distance 6.8 in the wide angle.
  • the thickness described on the image side 124 of the second lens 120 may have a value (3.039444812) between the shortest distance and the longest distance in the intermediate mode.
  • the thickness described on the image side 124 of the second lens 120 may have the shortest distance (0.3) in the telephoto. This is the same as the thickness described on the upper surface 224 of the fourth lens 220 and the thickness described on the upper surface 324 of the sixth lens 320 .
  • the Abbe's number difference between the third lens 210 and the fourth lens 220 included in the second lens group 200 is 10 or more.
  • the Abbe's number of the third lens 210 is 81.5596
  • the Abbe's number of the fourth lens 220 is 19.2425
  • the Abbe's number difference between the two lenses is about 62, so it has a difference value of 10 or more. Able to know.
  • any one of the first to fourth lenses 110 to 220 included in the first lens group 100 and the second lens group 200 is a glass lens.
  • the first lens 110 , the second lens 120 , and the fourth lens 220 are plastic lenses, and the third lens 210 is a glass lens.
  • each surface of the first to eighth lenses 110 to 420 may be implemented in a convex or concave shape.
  • the first lens 110 may be a lens in which the water side surface 112 is convex toward the object side.
  • the first lens 110 may be a lens in which the image side surface 114 is concave toward the object side.
  • the second lens 120 may be a lens in which the water side surface 122 is convex toward the object side.
  • the second lens 120 may be a lens in which the image side surface 124 is convex toward the object side.
  • the third lens 210 may be a lens in which the water side surface 212 is convex toward the object side.
  • the third lens 210 may be a lens in which the image side surface 214 is concave toward the object side.
  • the fourth lens 220 may be a lens in which the water side surface 222 is concave toward the object side.
  • the fourth lens 220 may be a lens in which the image side surface 224 is convex toward the object side.
  • the fifth lens 310 may be a lens in which the water side surface 312 is convex toward the object side.
  • the fifth lens 310 may be a lens in which the image side surface 314 is convex toward the object side.
  • the sixth lens 320 may be a lens in which the water side surface 322 is convex toward the object side.
  • the sixth lens 320 may be a lens in which the image side surface 324 is concave toward the object side.
  • the seventh lens 410 may be a lens in which the water side surface 412 is concave toward the object side.
  • the seventh lens 410 may be a lens in which the image side surface 414 is concave toward the object side.
  • the eighth lens 420 may be a lens in which the water side surface 422 is concave toward the object side.
  • the eighth lens 420 may be a lens in which the image side surface 424 is convex toward the object side.
  • the first to eighth lenses 110 to 420 may be lenses having positive refractive power or negative refractive power.
  • the first lens 110 may have positive refractive power.
  • the second lens 120 may have negative refractive power.
  • the third lens 210 may have positive refractive power.
  • the fourth lens 220 may have negative refractive power.
  • the fifth lens 310 may have negative refractive power.
  • the sixth lens 320 may have negative refractive power.
  • the seventh lens 410 may have positive refractive power.
  • the eighth lens 420 may have positive refractive power.
  • the zoom optical system may have a wide angle (eg, 3x magnification).
  • the zoom optical system may have an intermediate mode.
  • the zoom optical system may have a telephoto (eg, 7.5 ⁇ magnification).
  • the distance between adjacent lens groups may change.
  • the distance between the first lens group 100 and the second lens group 200 may be changed from d1a through d1b to d1c. In this case, the distance between the first lens group 100 and the second lens group 200 may gradually decrease (d1a>d1b>d1c).
  • the distance between the second lens group 200 and the third lens group 300 may be changed from d2a through d2b to d2c. In this case, the distance between the second lens group 200 and the third lens group 300 may decrease and then increase again (d2b ⁇ d2a ⁇ d2c).
  • the distance between the third lens group 300 and the fourth lens group 400 may be changed from d3a through d3b to d3c. In this case, the distance between the third lens group 300 and the fourth lens group 400 may gradually increase (d3a ⁇ d3b ⁇ d3c).
  • the second lens group 200 and the third lens group 300 may have different moving speeds.
  • the magnification of the zoom optical system may be continuously adjusted from 5x magnification to 7.5x magnification.
  • Spherical aberration represents spherical aberration according to each wavelength
  • astigmatism represents the aberration characteristics of tangential plane and sagital plane according to the height of the image plane
  • distortion aberration indicates the degree of distortion according to the height of the image plane. indicates.
  • FIG. 8a shows spherical aberration, astigmatic field curves, and distortion for light of wavelengths of 435 nm, 486 nm, 546 nm, 587 nm, and 656 nm at a wide angle of the optical system according to the second embodiment. This is the measured graph.
  • 8B is a graph of measuring spherical aberration, astigmatism, and distortion aberration for light having wavelengths of 435 nm, 486 nm, 546 nm, 587 nm, and 656 nm in the intermediate mode of the optical system according to the second embodiment.
  • FIG. 8c is a graph showing measurements of spherical aberration, astigmatism, and distortion for light having wavelengths of 435 nm, 486 nm, 546 nm, 587 nm, and 656 nm in the telephoto of the optical system according to the second embodiment.
  • the spherical aberration is within -0.07 [mm] to 0.2 [mm] from the center to the end of the image sensor regardless of the wavelength. Specifically, it can be seen that the spherical aberration is within approximately -0.02 [mm] to 0.1 [mm] in the wide mode, and the spherical aberration is within the range of -0.05 [mm] to 0.2 [mm] in the intermediate mode. In telephoto, it can be seen that spherical aberration is within approximately -0.07 [mm] to 0.2 [mm], although some wavelengths are out of range near the center of the sensor.
  • the astigmatism is within 0 [mm] to 0.1 [mm] from the center to the end of the image sensor regardless of the wavelength. Specifically, it can be seen that the astigmatism is within approximately 0 [mm] to 0.05 [mm] in the wide mode, and the astigmatism is within the range of 0 [mm] to 0.1 [mm] in the middle mode. It can be seen that the astigmatism in telephoto is within approximately 0 [mm] to 0.1 [mm].
  • the distortion aberration is within 0 [mm] to 2.5 [mm] from the center to the end of the image sensor regardless of the wavelength. Specifically, it can be seen that the distortion aberration is within approximately 0 [mm] to 2.5 [mm] in the wide mode, and the astigmatism is within the range of 0 [mm] to 2.5 [mm] in the middle mode. It can be seen that the astigmatism in the telephoto is within approximately 0 [mm] to 2 [mm].
  • MTF Modulation Transfer Function
  • 9A is a diffraction MTF graph at a wide angle of the optical system according to the second embodiment.
  • 9B is a diffraction MTF graph in the intermediate mode of the optical system according to the second embodiment.
  • 9C is a diffraction MTF graph in telephoto of the optical system according to the second embodiment.
  • the zoom optical system according to an embodiment of the present invention has a value close to the diffraction limit, which is a limit value, near a defocusing position 0 in each of the wide angle, medium mode, and telephoto. Able to know.
  • FIG. 10 is a graph of measuring relative illumination of a zoom optical system according to a second embodiment of the present invention.
  • the zoom optical system according to the second embodiment of the present invention has a relative illuminance value of 60% or more in the wide angle (zoom position 1), the intermediate mode (zoom position 2), and the telephoto (zoom position 3). It can be seen that in the intermediate mode and telephoto, the relative illuminance value is over 80%.
  • the optical system according to the embodiment of the present invention has excellent aberration characteristics.
  • the zoom optical system according to an embodiment of the present invention may be applied to a camera module.
  • a camera module including a zoom optical system according to an embodiment of the present invention may be embedded in a portable terminal and may be applied together with a main camera module.
  • the camera module according to an embodiment of the present invention may include an image sensor, a filter disposed on the image sensor, and a zoom optical system disposed on the filter. It may include a lens group 100 , a second lens group 200 , a third lens group 300 , and a fourth lens group 400 .
  • the portable terminal in which the camera module including the zoom optical system according to the embodiment of the present invention is embedded may be a smartphone, a tablet PC, a laptop computer, a PDA, or the like.
  • the optical system according to an embodiment of the present invention may be applied to a camera module.
  • FIG. 11 shows a part of a mobile terminal to which a camera module according to an embodiment of the present invention is applied.
  • the camera module including the zoom optical system 1000 may be embedded in a portable terminal and may be applied together with the main camera module 1100 .
  • the zoom optical system 1000 includes the first lens group 100, the second lens group 200, the third lens group 300 and the fourth lens group 400 described above,
  • the first lens group 100 , the second lens group 200 , the third lens group 300 , and the fourth lens group 400 may be sequentially disposed in the lateral direction of the portable terminal due to thickness restrictions of the portable terminal. have.
  • a right-angle prism may be further disposed at the front end of the first lens group 100 .
  • the portable terminal in which the camera module including the zoom optical system according to the embodiment of the present invention is embedded may be a smartphone, a tablet PC, a laptop computer, a PDA, or the like.

Landscapes

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군, 제3 렌즈군 및 제4 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 렌즈군 내지 제4 렌즈군은 각각 2매의 렌즈를 포함하고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고, 텔레포토(telephoto)에서의 유효 초점 거리(EFL, effective focal length)는 아래의 수학식에 의해 정의된다. 여기서, EFLtele는 텔레포토에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, HimageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.

Description

광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈
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.
실시 예에서 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, 제2 렌즈군, 제3 렌즈군 및 제4 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 렌즈군 내지 제4 렌즈군은 각각 2매의 렌즈를 포함하고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고, 텔레포토(telephoto)에서의 유효 초점 거리(EFL, effective focal length)는 아래의 수학식에 의해 정의된다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000001
여기서, EFL tele는 텔레포토에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, H imageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.
와이드 앵글(wide angle)에서의 유효 초점 거리(EFL, effective focal length)는 아래의 수학식에 의해 정의될 수 있다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000002
여기서, EFL wide는 와이드 앵글에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, H imageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.
와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming) 시 상기 제2 렌즈군의 이동 스트로크는 아래의 수학식에 의해 정의될 수 있다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000003
여기서, TTL(Total Track Length)은 이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리를 의미하고, STOKE 2는 제2 렌즈군의 이동 스트로크를 의미한다.
와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming) 시 상기 제3 렌즈군의 이동 스트로크는 아래의 수학식에 의해 정의될 수 있다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000004
여기서, TTL(Total Track Length)은 이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리를 의미하고, STOKE 3는 제3 렌즈군의 이동 스트로크를 의미한다.
상기 제1 렌즈군 및 상기 제2 렌즈군은, 적어도 하나의 글래스(glass) 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈군에 포함된 2매의 렌즈 중 상측에 배치된 렌즈 또는 상기 제2 렌즈군에 포함된 2매의 렌즈 중 물체측에 배치된 렌즈 중 적어도 하나는 글래스 렌즈일 수 있다.
상기 제2 렌즈군에 포함된 2매의 렌즈는, 아래의 수학식에 의해 정의되는 아베수를 가질 수 있다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000005
여기서, ABBE 3는 제2 렌즈군에 포함된 2매의 렌즈 중 물측면에 배치된 렌즈의 아베수를 의미하고, ABBE 4는 제2 렌즈군에 포함된 2매의 렌즈 중 상측면에 배치된 렌즈의 아베수를 의미한다.
상기 제1 렌즈군 내지 제4 렌즈군에 포함된 렌즈 중 적어도 하나는 D-cut 렌즈일 수 있다.
상기 제1 렌즈군 및 제4 렌즈군에 포함된 복수의 렌즈의 최대 직경과 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군에 포한된 복수의 렌즈의 최대 직경은 아래의 수학식에 의해 정의될 수 있다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000006
여기서, APER fix는 고정군인 제1 렌즈군 및 제4 렌즈군에 포함된 렌즈의 최대 직경을 의미하고, APER mov는 이동군인 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군에 포함된 렌즈의 최대 직경을 의미할 수 있다.
상기 제1 렌즈군에 포함된 2매의 렌즈 중 물체측에 배치된 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 상기 제1 렌즈군에 포함된 2매의 렌즈 중 상측에 배치된 렌즈는 음의 굴절력을 가질 수 있다.
상기 물체(object)측으로부터 상기 상측(image)으로 순차적으로 상기 제1 렌즈군의 전단에 배치된 직각 프리즘을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군, 제3 렌즈군 및 제4 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 렌즈군 내지 제4 렌즈군은 각각 2매의 렌즈를 포함하고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고, 와이드 앵글(wide angle)에서의 유효 초점 거리(EFL, effective focal length)는 아래의 수학식에 의해 정의된다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000007
여기서, EFL wide는 와이드 앵글에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, H imageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 저배율뿐만 아니라, 고배율로 줌 기능이 가능한 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 얻을 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 연속적인 줌 조절이 가능하며, 고배율에서도 높은 해상도를 유지할 수 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계를 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 와이드 앵글(wide angle)에서의 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 중간 모드(middle mode)에서의 단면도이다.
도 2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 텔레포토(telephoto)에서의 단면도이다.
도 3a는 제1 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 측정한 그래프이다.
도 3b는 제1 실시예에 따른 광학계의 중간 모드에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 3c는 제1 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 4a는 제1 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서의 diffraction MTF 그래프이다.
도 4b는 제1 실시예에 따른 광학계의 중간 모드에서의 diffraction MTF 그래프이다.
도 4c는 제1 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서의 diffraction MTF 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 상대 조도(relative illumination)를 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계를 나타낸다.
도 7a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 와이드 앵글(wide angle)에서의 단면도이다.
도 7b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 중간 모드(middle mode)에서의 단면도이다.
도 7c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 텔레포토(telephoto)에서의 단면도이다.
도 8a는 제2 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 측정한 그래프이다.
도 8b는 제2 실시예에 따른 광학계의 중간 모드에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 8c는 제2 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 9a는 제2 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서의 diffraction MTF 그래프이다.
도 9b는 제2 실시예에 따른 광학계의 중간 모드에서의 diffraction MTF 그래프이다.
도 9c는 제2 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서의 diffraction MTF 그래프이다.
도 10는 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 상대 조도(relative illumination)를 측정한 그래프이다.
도 11은 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 제1 실시예에 따른 줌 광학계를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200), 제3 렌즈군(300) 및 제4 렌즈군(400)을 포함한다. 제1 렌즈군(100)의 전단에는 직각 프리즘이 더 배치될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 제1 렌즈군(100)은 복수 매의 렌즈를 포함한다. 제1 렌즈군(100)은 적어도 2매 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 제1 렌즈군(100)이 1매의 렌즈를 포함할 경우 최대 배율에서의 해상력 보정이 어려울 수 있고, 3매 이상의 렌즈를 포함할 경우 줌 광학계의 전체적인 사이즈가 커질 수 있는바, 바람직하게는 제1 렌즈군(100)은 2매의 렌즈(110, 120)를 포함할 수 있다.
제1 렌즈군(100)은 상측에 대해 고정된다. 제1 렌즈군(100)은 센서(10)면에 대해 고정된다. 즉, 복수 매의 렌즈는 상측에 대해 고정된다. 제1 렌즈군(100)이 2매의 렌즈를 포함하는 경우, 2매의 렌즈(110, 120)는 상측에 대해 고정될 수 있다.
제2 렌즈군(200)은 복수 매의 렌즈를 포함한다. 제2 렌즈군(200)은 적어도 2매 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 제2 렌즈군(200)이 1매의 렌즈를 포함할 경우 최대 배율에서의 해상력 보정이 어려울 수 있고, 3매 이상의 렌즈를 포함할 경우 줌 광학계의 전체적인 사이즈가 커질 수 있는바, 바람직하게는 제2 렌즈군(200)은 2매의 렌즈(210, 220)를 포함할 수 있다.
제2 렌즈군(200)은 이동 가능하다. 제2 렌즈군(200)에 포함된 복수 매의 렌즈는 렌즈의 중심축을 따라 함께 이동 가능하다. 제2 렌즈군(200)에 포함된 2매의 렌즈(210, 220)는 렌즈의 중심축을 따라 함께 이동 가능하다. 제2 렌즈군(200)이 3매 이상의 렌즈를 포함할 경우, 제2 렌즈군(200)의 사이즈 및 무게가 늘어나게 되며, 이동 시 구동 전력이 높아질 수 있다. 따라서, 제2 렌즈군(200)은 2매의 렌즈(210, 220)를 포함하는 것이 바람직하다. 제2 렌즈군(200)의 이동에 따라 초점거리가 연속적으로 조정될 수 있다. 제2 렌즈군(200)의 이동에 따라 배율이 연속적으로 조정될 수 있다. 이에 따라, 제2 렌즈군(200)은 줌밍(zooming)군의 역할을 수행할 수 있다.
제3 렌즈군(300)은 복수 매의 렌즈를 포함한다. 제3 렌즈군(300)은 제1 렌즈군(300)은 적어도 2매 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 제3 렌즈군(300)이 1매의 렌즈를 포함할 경우 최대 배율에서의 해상력 보정이 어려울 수 있고, 3매 이상의 렌즈를 포함할 경우 줌 광학계의 전체적인 사이즈가 커질 수 있는바, 바람직하게는 제3 렌즈군(300)은 2매의 렌즈(310, 320)를 포함할 수 있다.
제3 렌즈군(300)은 이동 가능하다. 제3 렌즈군(300)에 포함된 복수 매의 렌즈는 렌즈의 중심축을 따라 함께 이동 가능하다. 제3 렌즈군(300)에 포함된 2매의 렌즈(310, 320)는 렌즈의 중심축을 따라 함께 이동 가능하다. 제3 렌즈군(300)이 3매 이상의 렌즈를 포함할 경우, 제3 렌즈군(300)의 사이즈 및 무게가 늘어나게 되며, 이동 시 구동 전력이 높아질 수 있다. 따라서, 제3 렌즈군(300)은 2매의 렌즈(310, 320)를 포함하는 것이 바람직하다. 제3 렌즈군(300)의 이동에 따라 초점이 조정될 수 있다. 제3 렌즈군(300)은 포커싱(focusing)군의 역할을 수행할 수 있다.
제4 렌즈군(400)은 복수 매의 렌즈를 포함한다. 제4 렌즈군(400)은 제1 렌즈군(400)은 적어도 2매 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 제4 렌즈군(400)이 1매의 렌즈를 포함할 경우 최대 배율에서의 해상력 보정이 어려울 수 있고, 3매 이상의 렌즈를 포함할 경우 줌 광학계의 전체적인 사이즈가 커질 수 있는바, 바람직하게는 제4 렌즈군(400)은 2매의 렌즈(410, 420)를 포함할 수 있다.
제4 렌즈군(400)은 상측에 대해 고정된다. 제4 렌즈군(400)은 센서(10)면에 대해 고정된다. 즉, 복수 매의 렌즈는 상측에 대해 고정된다. 제4 렌즈군(400)이 2매의 렌즈를 포함하는 경우, 2매의 렌즈(410, 420)는 상측에 대해 고정될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 제4 렌즈군(400)의 후단에 필터(20) 및 이미지 센서(10)가 순차적으로 배치될 수 있다. 이때, 필터(20)는 IR(infrared) 필터일 수 있다. 이에 따라, 필터(20)는 카메라 모듈 내에 입사되는 광으로부터 근적외선, 예를 들면 파장이 700nm 내지 1100nm인 빛을 차단할 수 있다. 그리고, 이미지 센서(10)는 와이어(wire)에 의하여 인쇄회로기판과 연결될 수 있다.
필터(20)는 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배치되는 이물 방지용 필터 및 IR 필터를 포함할 수도 있다. 필터(20)가 이물 방지용 필터를 포함하는 경우, 제3 렌즈군(300)이 이동하는 과정에서 발생한 이물질이 IR 필터 또는 이미지 센서(10)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)의 이동에 따라 줌 광학계의 배율이 변할 수 있다. 예를 들어, 줌 광학계의 배율은 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)의 이동에 따라 3배 내지 7.5배 사이에서 연속적으로 증가하거나 감소할 수 있다. 제1 실시예에 따르면, 와이드 앵글에서 줌 광학계는 3배의 배율을 가질 수 있고, 텔레포토에서 7.5배의 배율을 가질 수 있다. 한편, 배율이 연속적으로 증가하거나 감소한다는 것의 의미는 배율이 디지털적으로 단속적으로 증가하거나 감소하는 것이 아니라, 선형적으로 증가하거나 감소한다는 것을 의미할 수 있다.
제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)은 각각 독립적으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 와이드 앵글에서 텔레포토로 이동시 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리는 이동 시작 지점(와이드 앵글)부터 소정의 지점까지는 멀어지다가 소정의 지점부터 이동 종료 지점(텔레포토)까지 점차 가까워질 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 유효 초점 거리(EFL, Effective Focal Length)에 대해 살펴보도록 한다.
줌 광학계는 텔레포토(telephoto)에서의 유효 초점 거리를 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000008
여기서, EFL tele는 텔레포토에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, H imageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다. 단위는 [mm]일 수 있다. 이미지 센서 픽셀 영역이란 이미지 센서에서 빛을 수광하는 픽셀이 어레이된 영역을 의미할 수 있다. 이미지 센서 픽셀 영역이란 이미지 센서의 전체 영역에서 수광한 빛을 전기 신호로 변환하는 회로 영역, 패키징에 따른 하우징 부분 등을 제외한 영역일 수 있다.
줌 광학계는 와이드 앵글(wide angle)에서의 유효 초점 거리를 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000009
여기서, EFL wide는 와이드 앵글에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, H imageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 이동 스트로크에 대해 살펴보도록 한다. 이동 스트로크는 구동부에 의하여 렌즈군이 이동 가능한 거리를 의미할 수 있다.
제2 렌즈군(200)의 이동 스트로크(stroke)는 아래의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000010
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. STOKE 2는 제2 렌즈군(200)의 이동 스트로크를 의미할 수 있다. 단위는 [mm]일 수 있다.
제3 렌즈군(300)의 이동 스트로크(stroke)는 아래의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000011
여기서, TTL은 이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리를 의미할 수 있다. STOKE 3은 제3 렌즈군(300)의 이동 스트로크를 의미할 수 있다. 단위는 [mm]일 수 있다.
이동 스트로크가 클 경우, 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)을 이동시키기 위한 구동부의 크기가 커지게 되므로 휴대 단말 내에 탑재하기 어려운 문제가 있다. 하지만, 이동 스트로크를 TTL 대비 1/4 내지 1/3로 구현함으로 구동부의 크기를 작게 구현할 수 있어 카메라 모듈의 소형화가 가능하다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 아베수에 대해 살펴보도록 한다. 아베수(abbe number)란 렌즈의 빛 분산에 관한 성질을 수치화한 값을 의미할 수 있다.
제2 렌즈군(200)에 포함된 복수의 렌즈는 아베수가 상이할 수 있다. 제2 렌즈군(200)이 2매의 렌즈를 포함하는 경우, 제2 렌즈군(200)에 포함된 2매의 렌즈의 아베수는 아래의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000012
여기서, ABBE 3는 제2 렌즈군(200)에 포함된 2매의 렌즈 중 물측면에 배치된 렌즈의 아베수를 의미하고, ABBE 4는 제2 렌즈군(200)에 포함된 2매의 렌즈 중 상측면에 배치된 렌즈의 아베수를 의미할 수 있다. 제1 실시예에 따르면, ABBE 3는 제3 렌즈(210)의 아베수를 의미하고, ABBE 4는 제4 렌즈(220)의 아베수를 의미할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계는 제2 렌즈군(200) 및 제4 렌즈군(400) 각각에서 아베수가 일정값 이상 차이나는 2매의 렌즈를 배치함으로써 색수차를 제거할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 렌즈의 구경(Aperture)에 대해 살펴보도록 한다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)의 구경(Aperture)은 제1 렌즈군(100) 및 제4 렌즈군(400)의 구경(Aperture)보다 작을 수 있다. 이는 아래의 수학식 6와 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000013
여기서, APER fix는 고정군인 제1 렌즈군(100) 및 제4 렌즈군(400)에 포함된 렌즈의 최대 직경을 의미하고, APER mov는 이동군인 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)에 포함된 렌즈의 최대 직경을 의미할 수 있다. 예를 들어, 고정군인 제1 렌즈군(100) 및 제4 렌즈군(400)에 포함된 렌즈 중 제1 렌즈(110)의 직경이 가장 큰 경우, APER fix는 제1 렌즈(110)의 직경을 의미할 수 있다. 이동군인 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)에 포함된 렌즈 중 제3 렌즈(210)의 직경이 가장 큰 경우, APER mov는 제3 렌즈(210)의 직경을 의미할 수 있다.
제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)의 구경을 제1 렌즈군(100) 및 제4 렌즈군(400)보다 작게 구현함으로써 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)의 무게를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 이동군인 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)의 이동시 소비전력을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 제1 내지 제4 렌즈군(100 내지 400)에 포함된 복수의 렌즈(110, 120, 210. 220, 310, 320, 410, 420)는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다. 제1 내지 제4 렌즈군(100 내지 400)에 포함된 복수의 렌즈(110, 120, 210, 220, 310, 320, 410, 420)는 상측부 및 하측부의 일부가 절단된 D-cut 렌즈일 수 있다. 이때, 복수의 렌즈(110, 120, 210, 220, 310, 320, 410, 420)는 상측부 및 하측부는 리브와 유효경의 일부가 절단되거나 유효경의 절단 없이 리브만이 절단될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 렌즈군(200) 및 제3 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, 제5 렌즈(220), 제6 렌즈(310) 및 제7 렌즈(320)의 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 제1 실시예와 같이 복수의 렌즈(110, 120, 210, 220, 310, 320, 410, 420) 상측부 및 하측부에 D-cut을 적용함으로써 세로 방향의 높이를 낮출 수 있어 렌즈의 부피를 줄일 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 제1 렌즈군(100)은 서로 다른 굴절력을 가진 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 제1 렌즈군(100)에 포함된 제1 렌즈(110) 및 제2 렌즈(120)는 서로 다른 굴절력을 가질 수 있다. 제1 실시예에 따르면, 제1 렌즈(110)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있고, 제2 렌즈(120)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 제1 내지 제4 렌즈군(100 내지 400)은 플라스틱 렌즈를 포함할 수 있다. 이때, 제1 렌즈군(100) 및 제2 렌즈군(200)은 글래스 렌즈를 포함할 수 있다. 제1 렌즈군(100) 및 제2 렌즈군(200)에 포함된 복수의 렌즈 중 적어도 하나는 글래스 렌즈일 수 있다.
실시예에 따르면, 제1 렌즈군(100)에 포함된 렌즈 중 상측에 배치된 제2 렌즈(120)는 글래스 렌즈일 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제2 렌즈군(200)에 포함된 렌즈 중 물측에 배치된 제3 렌즈(210)는 글래스 렌즈일 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제1 렌즈군(100)에 포함된 렌즈 중 상측에 배치된 제2 렌즈(120)와 제2 렌즈군(200)에 포함된 렌즈 중 물측에 배치된 제3 렌즈(210) 모두 글래스 렌즈일 수 있다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 와이드 앵글(wide angle)에서의 단면도이고, 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 중간 모드(middle mode)에서의 단면도이고, 도 2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 텔레포토(telephoto)에서의 단면도이다.
아래의 표 1 및 표 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계에 포함된 렌즈의 광학 특성을 나타내고, 표 3 및 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계에 포함된 렌즈의 코닉 상수 및 비구면 계수를 나타낸다.
렌즈 No.
렌즈면 No. 곡률반경(R, mm) 두께(mm)
물질
굴절률
아베수
제1 렌즈 112 11.2473437342775 1.11893407672544 플라스틱 1.679496 19.24252
114 -25.3321228491665 0.450035891354176
제2 렌즈 122 17.5712218717361 1.427586206 글래스 1.68893 31.1605
124 2.81204906268498 4.568275859(2.407378747/0.214137931)
제3 렌즈 212 2.9893003584748 1.65265366370863 플라스틱 1.546502 56.11613
214 -3.16765831362804 0.2141379309
제4 렌즈 222 -3.60538229487752 1.73238451891378 플라스틱 1.679496 19.24252
224 -8.48345722809601 0.317025559(0.214137931/0.676792894)
제5 렌즈 312 6.90794492849383 1.33016120525487 플라스틱 1.546502 56.11613
314 2.90270498039543 0.782488188955159
제6 렌즈 322 7.95385694888648 0.713793103 플라스틱 1.546502 56.11613
324 2.42219377334057 0.764785328(3.028570068/4.759155921)
제7 렌즈 412 -24.2623167623879 0.722494633366979 플라스틱 1.621697 25.79985
414 -6.49976069301166 0.2141379309
제8 렌즈 422 -7.16167700399636 1.3806368806132 글래스 1.821145 24.0583
424 -2.72160210570333 0.214137930900008
필터 글래스
센서
렌즈 No. 렌즈면 No. 초점거리 형상 굴절력 반구경(semi-aperture)
제1 렌즈 112 11.6066113 볼록 + 2.45
114 오목 2.349369795
제2 렌즈 122 -5.021945796 볼록 - 2.066728059
124 볼록 1.764342192
제3 렌즈 132 3.109076313 볼록 + 1.784482758
134 오목 1.784482758
제4 렌즈 212 -10.77590758 오목 - 1.685547108
214 오목 1.568389848
제5 렌즈 222 -10.37880742 볼록 - 1.522009003
224 볼록 1.337783866
제6 렌즈 312 -6.677415682 볼록 - 1.315357634
314 오목 1.507402614
제7 렌즈 322 14.06130053 오목 + 2.096518844
324 오목 2.186531498
제8 렌즈 412 4.640183154 오목 + 2.332517646
414 오목 2.333690989
필터 22 2.176299
24 0.3885 2.148564
센서 2.07113
렌즈면 No. 코닉상수(K) A B C D
112 0 -1.57E-03 5.90E-06 -4.92E-05 3.30E-06
114 0 -2.37E-03 -1.82E-04 -3.85E-06 4.77E-06
122 0 -1.06E-02 2.60E-04 1.07E-04 4.25E-06
124 0 -2.08E-02 7.65E-04 1.23E-04 -3.59E-05
212 0 -3.33E-03 -3.83E-04 -1.57E-04 -1.37E-06
214 0 0.017113028 -1.01E-03 -2.87E-05 1.17E-05
222 0 0.013190863 0.000949984 4.55E-05 -6.44E-05
224 0 0.007180495 1.37E-03 4.71E-04 -2.81E-04
312 0 -2.97E-04 -5.30E-04 2.91E-04 -9.65E-06
314 0 -0.027139264 -6.19E-04 -8.53E-04 4.41E-04
322 0 -0.097344614 0.009965488 -4.20E-03 9.00E-04
324 0 -0.093137087 2.27E-02 -5.31E-03 7.76E-04
412 0 -0.021962012 0.005962248 -1.06E-04 -1.31E-04
414 0 0.00723037 9.62E-05 2.10E-04 -6.57E-05
422 0 0.03258735 -4.08E-03 1.66E-04 -2.40E-05
424 0 0.035097071 -3.26E-03 3.25E-04 4.77E-06
렌즈면 No. E F G H J
112 2.68E-07 -6.35E-08 1.05E-09 6.04E-11 2.37E-11
114 -1.32E-07 -1.10E-07 6.82E-11 2.49E-09 -1.60E-10
122 -2.41E-06 -2.89E-07 2.13E-08 1.74E-08 -1.79E-09
124 -4.01E-06 1.13E-06 -2.61E-08 -4.82E-09 -2.43E-13
212 1.96E-06 -5.36E-07 -2.64E-07 -5.32E-08 3.22E-10
214 -2.79E-06 -2.63E-06 -5.56E-08 6.80E-08 -5.90E-10
222 1.57E-07 7.93E-07 2.93E-07 -2.40E-09 5.24E-11
224 7.06E-05 -6.50E-06 -7.83E-09 -1.77E-09 -6.11E-10
312 4.35E-06 1.04E-07 2.37E-08 -6.60E-09 -8.75E-19
314 -2.75E-06 -1.82E-06 -2.51E-16 -1.48E-17 -9.33E-19
322 2.82E-05 -3.26E-15 -2.26E-16 -1.46E-17 -9.32E-19
324 -4.97E-05 -4.89E-15 -2.35E-16 -1.46E-17 -9.32E-19
412 2.20E-05 -8.22E-07 -1.72E-08 -1.52E-08 -6.04E-19
414 -1.29E-05 9.18E-06 -9.15E-07 -1.55E-08 -1.07E-18
422 6.58E-06 -1.18E-06 4.42E-07 -5.18E-08 9.06E-10
424 -1.26E-05 1.86E-06 5.90E-08 -1.05E-08 2.68E-10
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), 제3 렌즈군(300) 및 제4 렌즈군(400)을 포함한다. 제1 렌즈군(100)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(110) 및 제2 렌즈(120)를 포함한다. 제2 렌즈군(200)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제3 렌즈(210) 및 제4 렌즈(220)를 포함한다. 제3 렌즈군(300)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제5 렌즈(310) 및 제6 렌즈(320)를 포함한다. 제4 렌즈군(400)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제7 렌즈(410) 및 제8 렌즈(420)를 포함한다.
표 1에서, 두께(mm)는 각 렌즈면에서 다음 렌즈면까지의 거리를 나타낸다.
예들 들어, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에서 상측면(114)까지의 거리를 나타낸다. 구체적으로, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)에서 물측면(112)의 곡률 중심과 상측면(114)의 곡률 중심 사이의 거리를 나타낸다.
제1 렌즈(110)의 상측면(114)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)의 상측면(114)에서 제2 렌즈(120)의 물측면(122)까지의 거리를 나타낸다. 구체적으로, 제1 렌즈(110)의 상측면(114)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110) 상측면(114)의 곡률 중심과 제2 렌즈(120) 물측면(122)의 곡률 중심 사이의 거리를 나타낸다.
제2 렌즈(120)의 상측면(124)에 기재된 두께는 제2 렌즈(120)의 상측면(124)에서 제3 렌즈(210)의 물측면(212)까지의 거리를 나타낸다. 구체적으로, 제2 렌즈(120)의 상측면(124)에 기재된 두께는 제2 렌즈(120) 상측면(124)의 곡률 중심과 제3 렌즈(210) 물측면(212)의 곡률 중심 사이의 거리를 나타낸다.
이때, 제2 렌즈군(200)이 와이드 앵글에서 텔레포토로 주밍(zooming)하는 과정에서 이동하므로, 제2 렌즈(120)의 상측면(124)에 기재된 두께는 변할 수 있다. 제2 렌즈(120)의 상측면(124)에 기재된 두께는 최단 거리에서 최장 거리 사이의 값을 가질 수 있다. 표 1을 참조하면, 제2 렌즈(120)의 상측면(124)에 기재된 두께는 와이드 앵글에서 최장 거리(4.5682758592)를 가질 수 있다. 제2 렌즈(120)의 상측면(124)에 기재된 두께는 중간 모드에서 최단 거리와 최장 거리 사이의 값(2.407378747)을 가질 수 있다. 제2 렌즈(120)의 상측면(124)에 기재된 두께는 텔레포토에서 최단 거리(0.2141379309)를 가질 수 있다. 이는 제4 렌즈(220)의 상측면(224)에 기재된 두께 및 제6 렌즈(320)의 상측면(324)에 기재된 두께 역시 동일하다.
표 1을 참조하면, 제2 렌즈군(200)에 포함된 제3 렌즈(210) 제4 렌즈(220)의 아베수 차이값은 10 이상임을 알 수 있다. 구체적으로, 제3 렌즈(210)의 아베수는 56.11613이고, 제4 렌즈(220)의 아베수는 19.24252인바, 두 렌즈의 아베수 차이값은 대략 37정도가 되므로, 10이상의 차이값을 가짐을 알 수 있다.
표 1을 참조하면, 제1 렌즈군(100) 및 제2 렌즈군(200)에 포함된 제1 내지 제4 렌즈(110 내지 220) 중 어느 하나는 글래스 렌즈임을 알 수 있다. 구체적으로 제1 렌즈(110), 제3 렌즈(210) 및 제4 렌즈(220)는 플라스틱 렌즈이고, 제2 렌즈(120)는 글래스 렌즈임을 알 수 있다.
표 2를 참조하면, 제1 내지 제8 렌즈(110 내지 420)의 각 면은 볼록 또는 오목한 형상으로 구현될 수 있다.
제1 렌즈(110)는 물측면(112)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제1 렌즈(110)는 상측면(114)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제2 렌즈(120)는 물측면(122)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제2 렌즈(120)는 상측면(124)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다.
제3 렌즈(210)는 물측면(212)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제3 렌즈(210)는 상측면(214)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제4 렌즈(220)는 물측면(222)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제4 렌즈(220)는 상측면(224)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다.
제5 렌즈(310)는 물측면(312)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제5 렌즈(310)는 상측면(314)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제6 렌즈(320)는 물측면(322)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제6 렌즈(320)는 상측면(324)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다.
제7 렌즈(410)는 물측면(412)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제7 렌즈(410)는 상측면(414)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제8 렌즈(420)는 물측면(422)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제8 렌즈(420)는 상측면(424)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다.
제1 내지 제8 렌즈(110 내지 420)는 양의 굴절력 또는 음의 굴절력을 가진 렌즈일 수 있다.
제1 렌즈(110)는 양의 굴절력을 가질 수 있다. 제2 렌즈(120)는 음의 굴절력을 가질 수 있다. 제3 렌즈(210)는 양의 굴절력을 가질 수 있다. 제4 렌즈(220)는 음의 굴절력을 가질 수 있다. 제5 렌즈(310)는 음의 굴절력을 가질 수 있다. 제6 렌즈(320)는 음의 굴절력을 가질 수 있다. 제7 렌즈(410)는 양의 굴절력을 가질 수 있다. 제8 렌즈(420)는 양의 굴절력을 가질 수 있다.
도 2a를 참조하면, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 간의 거리가 d1a이고, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리가 d2a이고, 제3 렌즈군(300)과 제4 렌즈군(400) 간의 거리가 d3a인 경우, 줌 광학계는 와이드 앵글(예를 들어, 3배 배율)을 가질 수 있다.
도 2b에서 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 간의 거리가 d1b이고, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리가 d2b이고, 제3 렌즈군(300)과 제4 렌즈군(400) 간의 거리가 d3b인 경우, 줌 광학계는 중간 모드를 가질 수 있다.
도 2c에서 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 간의 거리가 d1c이고, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리가 d2c이고, 제3 렌즈군(300)과 제4 렌즈군(400) 간의 거리가 d3c인 경우, 줌 광학계는 텔레포토(예를 들어, 7.5배 배율)을 가질 수 있다.
와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 인접한 렌즈군 사이의 거리가 변할 수 있다.
제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리는 d1a에서 d1b를 거쳐 d1c로 변할 수 있다. 이때, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리는 점차 감소할 수 있다(d1a>d1b>d1c).
제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리는 d2a에서 d2b를 거쳐 d2c로 변할 수 있다. 이때, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리는 줄어들다가 다시 증가할 수 있다(d2b<d2a<d2c).
제3 렌즈군(300)과 제4 렌즈군(400) 간의 거리는 d3a에서 d3b를 거쳐 d3c로 변할 수 있다. 이때, 제3 렌즈군(300)과 제4 렌즈군(400) 사이의 거리는 점차 증가할 수 있다(d3a<d3b<d3c).
이와 같이, 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)은 서로 이동하는 속도가 상이할 수 있다.
제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300)을 이동시킴에 따라 줌 광학계의 배율이 5배 배율로부터 7.5배 배율까지 연속적으로 조정될 수 있다.
다음으로, 도 3a 내지 도 3c를 통해 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 시뮬레이션 결과를 살펴보도록 한다. 구면수차는 각 파장에 따른 구면수차를 나타내고, 비점수차는 상면의 높이에 따른 탄젠셜면(tangential plane)과 새지털면(sagital plane)의 수차특성을 나타내며, 왜곡수차는 상면의 높이에 따른 왜곡도를 나타낸다.
도 3a는 제1 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 측정한 그래프이다.
도 3b는 제1 실시예에 따른 광학계의 중간 모드에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 3c는 제1 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 구면수차가 파장에 관계없이 이미지 센서의 중심에서 끝단까지 -0.05[mm] 내지 0.05[mm]이내에 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 와이드 모드에서 구면수차는 대략 -0.1[mm]에서 0.025[mm] 이내이고, 중간 모드에서 구면수차는 -0.02[mm] 내지 0.05[mm] 이내임을 알 수 있다. 텔레포토에서 구면수차는 센서의 중심 근처에서 일부 파장이 범위를 벗어나기는 하지만, 대략 -0.05[mm] 내지 0.05[mm] 이내에 있음을 알 수 있다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 비점수차가 파장에 관계없이 이미지 센서의 중심에서 끝단까지 -0.05[mm] 내지 0.02[mm]이내에 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 와이드 모드에서 비점수차는 대략 -0.01[mm]에서 0.02[mm] 이내이고, 중간 모드에서 비점수차는 -0.01[mm] 내지 0.02[mm] 이내임을 알 수 있다. 텔레포토에서 비점수차는 대략 -0.05[mm] 내지 -0.02[mm] 이내에 있음을 알 수 있다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 왜곡수차가 파장에 관계없이 이미지 센서의 중심에서 끝단까지 -0.5[mm] 내지 2.5[mm]이내에 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 와이드 모드에서 왜곡수차는 대략 -0.5[mm]에서 1.0[mm] 이내이고, 중간 모드에서 비점수차는 0[mm] 내지 2.5[mm] 이내임을 알 수 있다. 텔레포토에서 비점수차는 대략 0[mm] 내지 0.5[mm] 이내에 있음을 알 수 있다.
다음으로, 도 4a 내지 도 4c를 통해 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 MTF 시뮬레이션 결과를 살펴보도록 한다. MTF(Modulation Transfer Function)란 광학계의 성능 측정방법 중 하나를 의미한다.
도 4a는 제1 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서의 diffraction MTF 그래프이다. 도 4b는 제1 실시예에 따른 광학계의 중간 모드에서의 diffraction MTF 그래프이다. 도 4c는 제1 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서의 diffraction MTF 그래프이다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 와이드 앵글, 중간 모드 및 텔레포토 각각에서 디포커싱 위치(defocusing position) 0 근처에서는 한계값인 diffraction limit에 근접한 값을 가짐을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 상대 조도(relative illumination)를 측정한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계는 와이드 앵글(zoom position 1), 중간 모드(zoom position 2), 텔레포토(zoom position 3) 전체에서 50% 이상의 상대 조도 값을 보이고 있으며, 중간 모드와 텔레포토에서는 80% 이상의 상대 조도 값을 보임을 알 수 있다.
상기의 실시예들을 통해 살펴본 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 수차 특성이 우수함을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200), 제3 렌즈군(300) 및 제4 렌즈군(400)을 포함한다. 제1 렌즈군(100)의 전단에는 직각 프리즘이 더 배치될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 제1 렌즈군(100)은 복수 매의 렌즈를 포함한다. 제1 렌즈군(100)은 적어도 2매 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 제1 렌즈군(100)이 1매의 렌즈를 포함할 경우 최대 배율에서의 해상력 보정이 어려울 수 있고, 3매 이상의 렌즈를 포함할 경우 줌 광학계의 전체적인 사이즈가 커질 수 있는바, 바람직하게는 제1 렌즈군(100)은 2매의 렌즈(110, 120)를 포함할 수 있다.
제1 렌즈군(100)은 상측에 대해 고정된다. 제1 렌즈군(100)은 센서(10)면에 대해 고정된다. 즉, 복수 매의 렌즈는 상측에 대해 고정된다. 제1 렌즈군(100)이 2매의 렌즈를 포함하는 경우, 2매의 렌즈(110, 120)는 상측에 대해 고정될 수 있다.
제2 렌즈군(200)은 복수 매의 렌즈를 포함한다. 제2 렌즈군(200)은 적어도 2매 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 제2 렌즈군(200)이 1매의 렌즈를 포함할 경우 최대 배율에서의 해상력 보정이 어려울 수 있고, 3매 이상의 렌즈를 포함할 경우 줌 광학계의 전체적인 사이즈가 커질 수 있는바, 바람직하게는 제2 렌즈군(200)은 2매의 렌즈(210, 220)를 포함할 수 있다.
제2 렌즈군(200)은 이동 가능하다. 제2 렌즈군(200)에 포함된 복수 매의 렌즈는 렌즈의 중심축을 따라 함께 이동 가능하다. 제2 렌즈군(200)에 포함된 2매의 렌즈(210, 220)는 렌즈의 중심축을 따라 함께 이동 가능하다. 제2 렌즈군(200)이 3매 이상의 렌즈를 포함할 경우, 제2 렌즈군(200)의 사이즈 및 무게가 늘어나게 되며, 이동 시 구동 전력이 높아질 수 있다. 따라서, 제2 렌즈군(200)은 2매의 렌즈(210, 220)를 포함하는 것이 바람직하다. 제2 렌즈군(200)의 이동에 따라 초점거리가 연속적으로 조정될 수 있다. 제2 렌즈군(200)의 이동에 따라 배율이 연속적으로 조정될 수 있다. 이에 따라, 제2 렌즈군(200)은 줌밍(zooming)군의 역할을 수행할 수 있다.
제3 렌즈군(300)은 복수 매의 렌즈를 포함한다. 제3 렌즈군(300)은 제1 렌즈군(300)은 적어도 2매 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 제3 렌즈군(300)이 1매의 렌즈를 포함할 경우 최대 배율에서의 해상력 보정이 어려울 수 있고, 3매 이상의 렌즈를 포함할 경우 줌 광학계의 전체적인 사이즈가 커질 수 있는바, 바람직하게는 제3 렌즈군(300)은 2매의 렌즈(310, 320)를 포함할 수 있다.
제3 렌즈군(300)은 이동 가능하다. 제3 렌즈군(300)에 포함된 복수 매의 렌즈는 렌즈의 중심축을 따라 함께 이동 가능하다. 제3 렌즈군(300)에 포함된 2매의 렌즈(310, 320)는 렌즈의 중심축을 따라 함께 이동 가능하다. 제3 렌즈군(300)이 3매 이상의 렌즈를 포함할 경우, 제3 렌즈군(300)의 사이즈 및 무게가 늘어나게 되며, 이동 시 구동 전력이 높아질 수 있다. 따라서, 제3 렌즈군(300)은 2매의 렌즈(310, 320)를 포함하는 것이 바람직하다. 제3 렌즈군(300)의 이동에 따라 초점이 조정될 수 있다. 제3 렌즈군(300)은 포커싱(focusing)군의 역할을 수행할 수 있다.
제4 렌즈군(400)은 복수 매의 렌즈를 포함한다. 제4 렌즈군(400)은 제1 렌즈군(400)은 적어도 2매 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 제4 렌즈군(400)이 1매의 렌즈를 포함할 경우 최대 배율에서의 해상력 보정이 어려울 수 있고, 3매 이상의 렌즈를 포함할 경우 줌 광학계의 전체적인 사이즈가 커질 수 있는바, 바람직하게는 제4 렌즈군(400)은 2매의 렌즈(410, 420)를 포함할 수 있다.
제4 렌즈군(400)은 상측에 대해 고정된다. 제4 렌즈군(400)은 센서(10)면에 대해 고정된다. 즉, 복수 매의 렌즈는 상측에 대해 고정된다. 제4 렌즈군(400)이 2매의 렌즈를 포함하는 경우, 2매의 렌즈(410, 420)는 상측에 대해 고정될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 제4 렌즈군(400)의 후단에 필터(20) 및 이미지 센서(10)가 순차적으로 배치될 수 있다. 이때, 필터(20)는 IR(infrared) 필터일 수 있다. 이에 따라, 필터(20)는 카메라 모듈 내에 입사되는 광으로부터 근적외선, 예를 들면 파장이 700nm 내지 1100nm인 빛을 차단할 수 있다. 그리고, 이미지 센서(10)는 와이어(wire)에 의하여 인쇄회로기판과 연결될 수 있다.
필터(20)는 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배치되는 이물 방지용 필터 및 IR 필터를 포함할 수도 있다. 필터(20)가 이물 방지용 필터를 포함하는 경우, 제3 렌즈군(300)이 이동하는 과정에서 발생한 이물질이 IR 필터 또는 이미지 센서(10)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)의 이동에 따라 줌 광학계의 배율이 변할 수 있다. 예를 들어, 줌 광학계의 배율은 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)의 이동에 따라 3배 내지 7.5배 사이에서 연속적으로 증가하거나 감소할 수 있다. 제2 실시예에 따르면, 와이드 앵글에서 줌 광학계는 3배의 배율을 가질 수 있고, 텔레포토에서 7.5배의 배율을 가질 수 있다. 한편, 배율이 연속적으로 증가하거나 감소한다는 것의 의미는 배율이 디지털적으로 단속적으로 증가하거나 감소하는 것이 아니라, 선형적으로 증가하거나 감소한다는 것을 의미할 수 있다.
제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)은 각각 독립적으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 와이드 앵글에서 텔레포토로 이동시 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리는 이동 시작 지점(와이드 앵글)부터 소정의 지점까지는 멀어지다가 소정의 지점부터 이동 종료 지점(텔레포토)까지 점차 가까워질 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 유효 초점 거리(EFL, Effective Focal Length)에 대해 살펴보도록 한다.
줌 광학계는 텔레포토(telephoto)에서의 유효 초점 거리를 아래의 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000014
여기서, EFL tele는 텔레포토에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, H imageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다. 단위는 [mm]일 수 있다.
줌 광학계는 와이드 앵글(wide angle)에서의 유효 초점 거리를 아래의 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000015
여기서, EFL wide는 와이드 앵글에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, H imageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 이동 스트로크에 대해 살펴보도록 한다. 이동 스트로크는 구동부에 의하여 렌즈군이 이동 가능한 거리를 의미할 수 있다.
제2 렌즈군(200)의 이동 스트로크(stroke)는 아래의 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000016
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. STOKE 2는 제2 렌즈군(200)의 이동 스트로크를 의미할 수 있다. 단위는 [mm]일 수 있다.
제3 렌즈군(300)의 이동 스트로크(stroke)는 아래의 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000017
여기서, TTL은 이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리를 의미할 수 있다. STOKE 3은 제3 렌즈군(300)의 이동 스트로크를 의미할 수 있다. 단위는 [mm]일 수 있다.
이동 스트로크가 클 경우, 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)을 이동시키기 위한 구동부의 크기가 커지게 되므로 휴대 단말 내에 탑재하기 어려운 문제가 있다. 하지만, 이동 스트로크를 TTL 대비 1/4 내지 1/3로 구현함으로 구동부의 크기를 작게 구현할 수 있어 카메라 모듈의 소형화가 가능하다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 아베수에 대해 살펴보도록 한다. 아베수(abbe number)란 렌즈의 빛 분산에 관한 성질을 수치화한 값을 의미할 수 있다.
제2 렌즈군(200)에 포함된 복수의 렌즈는 아베수가 상이할 수 있다. 제2 렌즈군(200)이 2매의 렌즈를 포함하는 경우, 제2 렌즈군(200)에 포함된 2매의 렌즈의 아베수는 아래의 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000018
여기서, ABBE 3는 제2 렌즈군(200)에 포함된 2매의 렌즈 중 물측면에 배치된 렌즈의 아베수를 의미하고, ABBE 4는 제2 렌즈군(200)에 포함된 2매의 렌즈 중 상측면에 배치된 렌즈의 아베수를 의미할 수 있다. 제2 실시예에 따르면, ABBE 3는 제3 렌즈(210)의 아베수를 의미하고, ABBE 4는 제4 렌즈(220)의 아베수를 의미할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계는 제2 렌즈군(200) 및 제4 렌즈군(400) 각각에서 아베수가 일정값 이상 차이나는 2매의 렌즈를 배치함으로써 색수차를 제거할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 렌즈의 구경(Aperture)에 대해 살펴보도록 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)의 구경(Aperture)은 제1 렌즈군(100) 및 제4 렌즈군(400)의 구경(Aperture)보다 작을 수 있다. 이는 아래의 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2021003934-appb-img-000019
여기서, APER fix는 고정군인 제1 렌즈군(100) 및 제4 렌즈군(400)에 포함된 렌즈의 최대 직경을 의미하고, APER mov는 이동군인 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)에 포함된 렌즈의 최대 직경을 의미할 수 있다. 예를 들어, 고정군인 제1 렌즈군(100) 및 제4 렌즈군(400)에 포함된 렌즈 중 제1 렌즈(110)의 직경이 가장 큰 경우, APER fix는 제1 렌즈(110)의 직경을 의미할 수 있다. 이동군인 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)에 포함된 렌즈 중 제3 렌즈(210)의 직경이 가장 큰 경우, APER mov는 제3 렌즈(210)의 직경을 의미할 수 있다.
제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)의 구경을 제1 렌즈군(100) 및 제4 렌즈군(400)보다 작게 구현함으로써 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)의 무게를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 이동군인 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)의 이동시 소비전력을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 제1 내지 제4 렌즈군(100 내지 400)에 포함된 복수의 렌즈(110, 120, 210. 220, 310, 320, 410, 420)는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다. 제1 내지 제4 렌즈군(100 내지 400)에 포함된 복수의 렌즈(110, 120, 210, 220, 310, 320, 410, 420)는 상측부 및 하측부의 일부가 절단된 D-cut 렌즈일 수 있다. 이때, 복수의 렌즈(110, 120, 210, 220, 310, 320, 410, 420)는 상측부 및 하측부는 리브와 유효경의 일부가 절단되거나 유효경의 절단 없이 리브만이 절단될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 렌즈군(200) 및 제3 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, 제5 렌즈(220), 제6 렌즈(310) 및 제7 렌즈(320)의 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 제2 실시예와 같이 복수의 렌즈(110, 120, 210, 220, 310, 320, 410, 420) 상측부 및 하측부에 D-cut을 적용함으로써 세로 방향의 높이를 낮출 수 있어 렌즈의 부피를 줄일 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 제1 렌즈군(100)은 서로 다른 굴절력을 가진 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 제1 렌즈군(100)에 포함된 제1 렌즈(110) 및 제2 렌즈(120)는 서로 다른 굴절력을 가질 수 있다. 제2 실시예에 따르면, 제1 렌즈(110)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있고, 제2 렌즈(120)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 제1 내지 제4 렌즈군(100 내지 400)은 플라스틱 렌즈를 포함할 수 있다. 이때, 제1 렌즈군(100) 및 제2 렌즈군(200)은 글래스 렌즈를 포함할 수 있다. 제1 렌즈군(100) 및 제2 렌즈군(200)에 포함된 복수의 렌즈 중 적어도 하나는 글래스 렌즈일 수 있다.
실시예에 따르면, 제1 렌즈군(100)에 포함된 렌즈 중 상측에 배치된 제2 렌즈(120)는 글래스 렌즈일 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제2 렌즈군(200)에 포함된 렌즈 중 물측에 배치된 제3 렌즈(210)는 글래스 렌즈일 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제1 렌즈군(100)에 포함된 렌즈 중 상측에 배치된 제2 렌즈(120)와 제2 렌즈군(200)에 포함된 렌즈 중 물측에 배치된 제3 렌즈(210) 모두 글래스 렌즈일 수 있다.
도 7a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 와이드 앵글(wide angle)에서의 단면도이고, 도 7b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 중간 모드(middle mode)에서의 단면도이고, 도 7c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 텔레포토(telephoto)에서의 단면도이다.
아래의 표 5 및 표 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계에 포함된 렌즈의 광학 특성을 나타내고, 표 7 및 표 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계에 포함된 렌즈의 코닉 상수 및 비구면 계수를 나타낸다.
렌즈 No. 렌즈면 No. 곡률반경(R, mm) 두께(mm) 물질 굴절률 아베수
제1 렌즈 112 9.195921 1.504943618 플라스틱 1.621697 25.7998
114 -124.47 0.618865462
제2 렌즈 122 -13.6741 0.9 플라스틱 1.5706 37.5496
124 5.745781 6.8(3.039444812/0.3)
제3 렌즈 212 5.273882 2.466086193 글래스 1.497103 81.5596
214 -7.40268 0.8
제4 렌즈 222 13.16421 2.5 플라스틱 1.679496 19.2425
224 6.295382 2.208605591(2.125178865/3.058152255)
제5 렌즈 312 -6.10241 2.31355082 플라스틱 1.679496 19.2425
314 -4.25191 0.266859249
제6 렌즈 322 -18.6613 0.9 플라스틱 1.5706 37.5496
324 3.920266 0.772759107(4.61674102/6.423212443)
제7 렌즈 412 16.51064 1.493391983 플라스틱 1.658019 21.5228
414 6.15116 0.2
제8 렌즈 422 5.224501 1.463343382 글래스 1.851348 40.1045
424 -10.4788 0.3
필터 22 1.00E+18 0.21
24 1.00E+18 0.5
센서 1.00E+18 0.009
렌즈 No. 렌즈면 No. 초점거리 형상 굴절력 반구경(semi-aperture)
제1 렌즈 112 13.83372 볼록 + 3.3
114 오목 3.040664614
제2 렌즈 122 -6.97298 오목 - 2.914865392
124 볼록 2.663267527
제3 렌즈 132 6.604808 볼록 + 2.55
134 오목 2.55
제4 렌즈 212 -20.8222 볼록 - 2.42393948
214 볼록 2.032574889
제5 렌즈 222 13.70361 오목 + 2.07658539
224 오목 2.240690242
제6 렌즈 312 -5.59665 오목 - 2.307293802
314 볼록 2.585585619
제7 렌즈 322 -15.8027 볼록 - 3.40453563
324 볼록 3.347806799
제8 렌즈 412 4.25382 볼록 + 3.192717643
414 오목 2.977659535
필터 22 2.982360669
24 2.958767134
센서 2.876375019
렌즈면 No. 코닉상수(K) A B C D
112 -0.16994 -4.84E-04 2.62E-04 -1.41E-04 4.93E-05
114 -0.1102 -4.27E-05 4.74E-04 -2.95E-04 1.29E-04
122 -3.16628 1.42E-04 5.29E-05 6.43E-06 7.29E-06
124 -2.09007 1.25E-04 -7.10E-04 6.52E-04 -3.31E-04
212 -1.43325 -1.47E-04 8.32E-05 -1.38E-04 9.06E-05
214 -4.32845 0.000164 -1.74E-04 6.78E-05 -1.70E-05
222 8.929987 0.000107 0.000326 -3.99E-04 2.69E-04
224 4.250521 -0.00015 -1.89E-03 2.79E-03 -2.52E-03
312 -14.524 4.22E-03 2.60E-03 -4.70E-03 4.22E-03
314 -13.8097 0.012674 5.40E-03 -6.92E-03 3.99E-03
322 -45.3519 -0.00092 0.011311 -1.40E-02 8.78E-03
324 -17.5545 -0.00392 1.03E-03 -1.44E-03 8.95E-04
412 15.19664 -0.00531 0.000145 8.09E-05 4.68E-05
414 -51.3164 -0.00461 -5.05E-03 1.94E-03 -2.98E-04
422 -7.72885 0.00623 -6.01E-03 3.80E-03 -1.39E-03
424 -99 0.042797 -3.39E-02 2.11E-02 -8.24E-03
렌즈면 No. E F G H J
112 -1.02E-05 1.30E-06 -9.89E-08 4.17E-09 -7.54E-11
114 -3.43E-05 5.46E-06 -5.10E-07 2.60E-08 -5.64E-10
122 -8.92E-06 2.60E-06 -3.49E-07 2.30E-08 -6.08E-10
124 9.87E-05 -1.83E-05 2.08E-06 -1.33E-07 3.67E-09
212 -3.44E-05 7.89E-06 -1.08E-06 8.14E-08 -2.60E-09
214 1.71E-06 2.92E-07 -1.18E-07 1.44E-08 -6.42E-10
222 -1.06E-04 2.58E-05 -3.85E-06 3.22E-07 -1.17E-08
224 1.44E-03 -5.10E-04 1.09E-04 -1.28E-05 6.23E-07
312 -2.27E-03 7.62E-04 -1.56E-04 1.80E-05 -8.91E-07
314 -1.32E-03 2.43E-04 -1.85E-05 -4.50E-07 1.04E-07
322 -3.39E-03 8.10E-04 -1.15E-04 8.80E-06 -2.81E-07
324 -3.41E-04 7.96E-05 -1.10E-05 8.25E-07 -2.59E-08
412 -2.26E-05 3.91E-06 -3.41E-07 1.51E-08 -2.71E-10
414 1.72E-05 6.05E-07 -1.23E-07 5.06E-09 -5.52E-11
422 3.22E-04 -4.77E-05 4.32E-06 -2.16E-07 4.58E-09
424 2.03E-03 -3.18E-04 3.05E-05 -1.63E-06 3.74E-08
도 7a 내지 도 7c 및 표 5 내지 8을 참조하면, 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200), 제3 렌즈군(300) 및 제4 렌즈군(400)을 포함한다. 제1 렌즈군(100)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(110) 및 제2 렌즈(120)를 포함한다. 제2 렌즈군(200)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제3 렌즈(210) 및 제4 렌즈(220)를 포함한다. 제3 렌즈군(300)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제5 렌즈(310) 및 제6 렌즈(320)를 포함한다. 제4 렌즈군(400)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제7 렌즈(410) 및 제8 렌즈(420)를 포함한다.
표 5에서, 두께(mm)는 각 렌즈면에서 다음 렌즈면까지의 거리를 나타낸다.
예들 들어, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에서 상측면(114)까지의 거리를 나타낸다. 구체적으로, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)에서 물측면(112)의 곡률 중심과 상측면(114)의 곡률 중심 사이의 거리를 나타낸다.
제1 렌즈(110)의 상측면(114)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)의 상측면(114)에서 제2 렌즈(120)의 물측면(122)까지의 거리를 나타낸다. 구체적으로, 제1 렌즈(110)의 상측면(114)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110) 상측면(114)의 곡률 중심과 제2 렌즈(120) 물측면(122)의 곡률 중심 사이의 거리를 나타낸다.
제2 렌즈(120)의 상측면(124)에 기재된 두께는 제2 렌즈(120)의 상측면(124)에서 제3 렌즈(210)의 물측면(212)까지의 거리를 나타낸다. 구체적으로, 제2 렌즈(120)의 상측면(124)에 기재된 두께는 제2 렌즈(120) 상측면(124)의 곡률 중심과 제3 렌즈(210) 물측면(212)의 곡률 중심 사이의 거리를 나타낸다.
이때, 제2 렌즈군(200)이 와이드 앵글에서 텔레포토로 주밍(zooming)하는 과정에서 이동하므로, 제2 렌즈(120)의 상측면(124)에 기재된 두께는 변할 수 있다. 제2 렌즈(120)의 상측면(124)에 기재된 두께는 최단 거리에서 최장 거리 사이의 값을 가질 수 있다. 표 5을 참조하면, 제2 렌즈(120)의 상측면(124)에 기재된 두께는 와이드 앵글에서 최장 거리(6.8)를 가질 수 있다. 제2 렌즈(120)의 상측면(124)에 기재된 두께는 중간 모드에서 최단 거리와 최장 거리 사이의 값(3.039444812)을 가질 수 있다. 제2 렌즈(120)의 상측면(124)에 기재된 두께는 텔레포토에서 최단 거리(0.3))를 가질 수 있다. 이는 제4 렌즈(220)의 상측면(224)에 기재된 두께 및 제6 렌즈(320)의 상측면(324)에 기재된 두께 역시 동일하다.
표 5을 참조하면, 제2 렌즈군(200)에 포함된 제3 렌즈(210) 제4 렌즈(220)의 아베수 차이값은 10 이상임을 알 수 있다. 구체적으로, 제3 렌즈(210)의 아베수는 81.5596이고, 제4 렌즈(220)의 아베수는 19.2425인바, 두 렌즈의 아베수 차이값은 대략 62정도가 되므로, 10이상의 차이값을 가짐을 알 수 있다.
표 5을 참조하면, 제1 렌즈군(100) 및 제2 렌즈군(200)에 포함된 제1 내지 제4 렌즈(110 내지 220) 중 어느 하나는 글래스 렌즈임을 알 수 있다. 구체적으로 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120) 및 제4 렌즈(220)는 플라스틱 렌즈이고, 제3 렌즈(210)는 글래스 렌즈임을 알 수 있다.
표 6를 참조하면, 제1 내지 제8 렌즈(110 내지 420)의 각 면은 볼록 또는 오목한 형상으로 구현될 수 있다.
제1 렌즈(110)는 물측면(112)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제1 렌즈(110)는 상측면(114)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제2 렌즈(120)는 물측면(122)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제2 렌즈(120)는 상측면(124)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다.
제3 렌즈(210)는 물측면(212)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제3 렌즈(210)는 상측면(214)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제4 렌즈(220)는 물측면(222)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제4 렌즈(220)는 상측면(224)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다.
제5 렌즈(310)는 물측면(312)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제5 렌즈(310)는 상측면(314)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제6 렌즈(320)는 물측면(322)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제6 렌즈(320)는 상측면(324)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다.
제7 렌즈(410)는 물측면(412)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제7 렌즈(410)는 상측면(414)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제8 렌즈(420)는 물측면(422)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제8 렌즈(420)는 상측면(424)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다.
제1 내지 제8 렌즈(110 내지 420)는 양의 굴절력 또는 음의 굴절력을 가진 렌즈일 수 있다.
제1 렌즈(110)는 양의 굴절력을 가질 수 있다. 제2 렌즈(120)는 음의 굴절력을 가질 수 있다. 제3 렌즈(210)는 양의 굴절력을 가질 수 있다. 제4 렌즈(220)는 음의 굴절력을 가질 수 있다. 제5 렌즈(310)는 음의 굴절력을 가질 수 있다. 제6 렌즈(320)는 음의 굴절력을 가질 수 있다. 제7 렌즈(410)는 양의 굴절력을 가질 수 있다. 제8 렌즈(420)는 양의 굴절력을 가질 수 있다.
도 7a를 참조하면, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 간의 거리가 d1a이고, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리가 d2a이고, 제3 렌즈군(300)과 제4 렌즈군(400) 간의 거리가 d3a인 경우, 줌 광학계는 와이드 앵글(예를 들어, 3배 배율)을 가질 수 있다.
도 7b에서 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 간의 거리가 d1b이고, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리가 d2b이고, 제3 렌즈군(300)과 제4 렌즈군(400) 간의 거리가 d3b인 경우, 줌 광학계는 중간 모드를 가질 수 있다.
도 7c에서 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 간의 거리가 d1c이고, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리가 d2c이고, 제3 렌즈군(300)과 제4 렌즈군(400) 간의 거리가 d3c인 경우, 줌 광학계는 텔레포토(예를 들어, 7.5배 배율)을 가질 수 있다.
와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 인접한 렌즈군 사이의 거리가 변할 수 있다.
제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리는 d1a에서 d1b를 거쳐 d1c로 변할 수 있다. 이때, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리는 점차 감소할 수 있다(d1a>d1b>d1c).
제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리는 d2a에서 d2b를 거쳐 d2c로 변할 수 있다. 이때, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리는 줄어들다가 다시 증가할 수 있다(d2b<d2a<d2c).
제3 렌즈군(300)과 제4 렌즈군(400) 간의 거리는 d3a에서 d3b를 거쳐 d3c로 변할 수 있다. 이때, 제3 렌즈군(300)과 제4 렌즈군(400) 사이의 거리는 점차 증가할 수 있다(d3a<d3b<d3c).
이와 같이, 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)은 서로 이동하는 속도가 상이할 수 있다.
제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300)을 이동시킴에 따라 줌 광학계의 배율이 5배 배율로부터 7.5배 배율까지 연속적으로 조정될 수 있다.
다음으로, 도 8a 내지 도 8c를 통해 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 시뮬레이션 결과를 살펴보도록 한다. 구면수차는 각 파장에 따른 구면수차를 나타내고, 비점수차는 상면의 높이에 따른 탄젠셜면(tangential plane)과 새지털면(sagital plane)의 수차특성을 나타내며, 왜곡수차는 상면의 높이에 따른 왜곡도를 나타낸다.
도 8a는 제2 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 측정한 그래프이다.
도 8b는 제2 실시예에 따른 광학계의 중간 모드에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 8c는 제2 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 구면수차가 파장에 관계없이 이미지 센서의 중심에서 끝단까지 -0.07[mm] 내지 0.2[mm]이내에 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 와이드 모드에서 구면수차는 대략 -0.02[mm]에서 0.1[mm] 이내이고, 중간 모드에서 구면수차는 -0.05[mm] 내지 0.2[mm] 이내임을 알 수 있다. 텔레포토에서 구면수차는 센서의 중심 근처에서 일부 파장이 범위를 벗어나기는 하지만, 대략 -0.07[mm] 내지 0.2[mm] 이내에 있음을 알 수 있다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 비점수차가 파장에 관계없이 이미지 센서의 중심에서 끝단까지 0[mm] 내지 0.1[mm]이내에 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 와이드 모드에서 비점수차는 대략 0[mm]에서 0.05[mm] 이내이고, 중간 모드에서 비점수차는 0[mm] 내지 0.1[mm] 이내임을 알 수 있다. 텔레포토에서 비점수차는 대략 0[mm] 내지 0.1[mm] 이내에 있음을 알 수 있다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 왜곡수차가 파장에 관계없이 이미지 센서의 중심에서 끝단까지 0[mm] 내지 2.5[mm]이내에 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 와이드 모드에서 왜곡수차는 대략 0[mm]에서 2.5[mm] 이내이고, 중간 모드에서 비점수차는 0[mm] 내지 2.5[mm] 이내임을 알 수 있다. 텔레포토에서 비점수차는 대략 0[mm] 내지 2[mm] 이내에 있음을 알 수 있다.
다음으로, 도 9a 내지 도 9c를 통해 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 MTF 시뮬레이션 결과를 살펴보도록 한다. MTF(Modulation Transfer Function)란 광학계의 성능 측정방법 중 하나를 의미한다.
도 9a는 제2 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서의 diffraction MTF 그래프이다. 도 9b는 제2 실시예에 따른 광학계의 중간 모드에서의 diffraction MTF 그래프이다. 도 9c는 제2 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서의 diffraction MTF 그래프이다.
도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 와이드 앵글, 중간 모드 및 텔레포토 각각에서 디포커싱 위치(defocusing position) 0 근처에서는 한계값인 diffraction limit에 근접한 값을 가짐을 알 수 있다.
도 10는 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 상대 조도(relative illumination)를 측정한 그래프이다.
도 10를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계는 와이드 앵글(zoom position 1), 중간 모드(zoom position 2), 텔레포토(zoom position 3) 전체에서 60% 이상의 상대 조도 값을 보이고 있으며, 중간 모드와 텔레포토에서는 80% 이상의 상대 조도 값을 보임을 알 수 있다.
상기의 실시예들을 통해 살펴본 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 수차 특성이 우수함을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 카메라 모듈에 적용될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따른 줌 광학계를 포함하는 카메라 모듈은 휴대 단말 내에 내장될 수 있으며, 메인 카메라 모듈과 함께 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 이미지 센서, 이미지 센서 상에 배치된 필터, 그리고 필터 상에 배치된 줌 광학계를 포함할 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 상기에서 설명한 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200), 제3 렌즈군(300) 및 제4 렌즈군(400)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계를 포함하는 카메라 모듈이 내장된 휴대 단말은 스마트폰, 태블릿 PC, 랩탑(laptop) 컴퓨터, PDA 등일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 카메라 모듈에 적용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 모듈이 적용되는 휴대 단말의 일부를 나타낸다.
도 11을 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), 제3 렌즈군(300) 및 제4 렌즈군(400)을 포함하며, 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200), 제3 렌즈군(300) 및 제4 렌즈군(400)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 프리즘이 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 (10)

  1. 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군, 제3 렌즈군 및 제4 렌즈군을 포함하고,
    상기 제1 렌즈군 내지 제4 렌즈군은 각각 2매의 렌즈를 포함하고,
    상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고,
    텔레포토(telephoto)에서의 유효 초점 거리(EFL, effective focal length)는 아래의 수학식에 의해 정의되는 줌 광학계;
    Figure PCTKR2021003934-appb-img-000020
    여기서, EFL tele는 텔레포토에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, H imageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.
  2. 제1항에 있어서,
    와이드 앵글(wide angle)에서의 유효 초점 거리(EFL, effective focal length)는 아래의 수학식에 의해 정의되는 줌 광학계;
    Figure PCTKR2021003934-appb-img-000021
    여기서, EFL wide는 와이드 앵글에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, H imageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.
  3. 제1항에 있어서,
    와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming) 시 상기 제2 렌즈군의 이동 스트로크는 아래의 수학식에 의해 정의되는 줌 광학계;
    Figure PCTKR2021003934-appb-img-000022
    여기서, TTL(Total Track Length)은 이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리를 의미하고, STOKE 2는 제2 렌즈군의 이동 스트로크를 의미한다.
  4. 제1항에 있어서,
    와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming) 시 상기 제3 렌즈군의 이동 스트로크는 아래의 수학식에 의해 정의되는 줌 광학계;
    Figure PCTKR2021003934-appb-img-000023
    여기서, TTL(Total Track Length)은 이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리를 의미하고, STOKE 3는 제3 렌즈군의 이동 스트로크를 의미한다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군 및 상기 제2 렌즈군은,
    적어도 하나의 글래스(glass) 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 렌즈군에 포함된 2매의 렌즈 중 상측에 배치된 렌즈 또는 상기 제2 렌즈군에 포함된 2매의 렌즈 중 물체측에 배치된 렌즈 중 적어도 하나는 글래스 렌즈인 줌 광학계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 렌즈군에 포함된 2매의 렌즈는,
    아래의 수학식에 의해 정의되는 아베수를 가지는 줌 광학계;
    Figure PCTKR2021003934-appb-img-000024
    여기서, ABBE 3는 제2 렌즈군에 포함된 2매의 렌즈 중 물측면에 배치된 렌즈의 아베수를 의미하고, ABBE 4는 제2 렌즈군에 포함된 2매의 렌즈 중 상측면에 배치된 렌즈의 아베수를 의미한다.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군 내지 제4 렌즈군에 포함된 렌즈 중 적어도 하나는 D-cut 렌즈인 줌 광학계.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군 및 제4 렌즈군에 포함된 복수의 렌즈의 최대 직경과 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군에 포한된 복수의 렌즈의 최대 직경은 아래의 수학식에 의해 정의되는 줌 광학계;
    Figure PCTKR2021003934-appb-img-000025
    여기서, APER fix는 고정군인 제1 렌즈군 및 제4 렌즈군에 포함된 렌즈의 최대 직경을 의미하고, APER mov는 이동군인 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군에 포함된 렌즈의 최대 직경을 의미할 수 있다.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군에 포함된 2매의 렌즈 중 물체측에 배치된 렌즈는 양의 굴절력을 가지고,
    상기 제1 렌즈군에 포함된 2매의 렌즈 중 상측에 배치된 렌즈는 음의 굴절력을 가지는 줌 광학계.
  10. 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군, 제3 렌즈군 및 제4 렌즈군을 포함하고,
    상기 제1 렌즈군 내지 제4 렌즈군은 각각 2매의 렌즈를 포함하고,
    상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고,
    와이드 앵글(wide angle)에서의 유효 초점 거리(EFL, effective focal length)는 아래의 수학식에 의해 정의되는 줌 광학계;
    Figure PCTKR2021003934-appb-img-000026
    여기서, EFL wide는 와이드 앵글에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, H imageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.
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