KR100760544B1 - 기계적 조리개 및 셔터를 구비한 초소형 카메라 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기계식 조리개 및 셔터를 구비하여, 기존의 전자식 셔터와는 달리 이미지 센서에 들어가는 빛의 양을 기계적 셔터와 조리개에 의해 조절함으로써 화질의 개선을 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 전자력을 이용하여 구현하므로, 전체 시스템의 부피를 현저히 감소시키고 휴대용 단말기 등을 비롯한 초소형 카메라 모듈을 필요로 하는 다양한 응용에 적용이 가능한 초소형 카메라 모듈에 관한 것으로, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 대상물의 영상을 획득하기 위한 하나 이상의 렌즈들로 이루어진 렌즈 조립체와, 상기 렌즈들을 통과한 상기 영상을 전기적 신호로 변환하기 위한 이미지센서와, 상기 이미지센서와 연결되는 주변회로부를 가지는 초소형 카메라 모듈에 있어서, 상기 렌즈 조립체를 통하여 이미지센서에 도달하는 영상 광량을 입사면적과 입사시간의 제어를 통해 조절할 수 있는 광량조절장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 카메라 모듈이다.

카메라 모듈, 조리개, 셔터, 영상 광량 제어

Description

기계적 조리개 및 셔터를 구비한 초소형 카메라 모듈{Small Form Factor Camera module with a Mechanical Iris and Shutter}

도 1은 일반적인 초소형 카메라 모듈의 구조도를 나타내는 모식도

도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 광량조절기구의 사시도

도 3은 도 2의 광량조절기구의 분해사시도

도 4는 본 발명의 실시예1의 작동방법을 설명하기 위한 개념도

도 5는 본 발명의 실시예2의 작동방법을 설명하기 위한 개념도

도 6은 본 발명의 실시예1 및 실시예3 내지 실시예5의 셔터슬릿의 형상을 도시한 개념도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1,2: 렌즈군 조립체 3,4: 광학부품

10: 케이스 20: 커버플레이트

21: 구동코일 22: 복원자석

23: 관통공 24: 조리개부

25: 개방홀 26: 셔터구동부

27: 링크슬릿 28: 베이스플레이트

29: 체결공 30: 체결링크

31: 구동자석 32: 셔터링크

33: 복원스프링 34,35,36: 링크슬릿

100: 이미지 센서 101: 주변회로부

102: 이미지 센서

본 발명은 초소형 카메라 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기계식 조리개 및 셔터를 구비하여, 기존의 전자식 셔터와는 달리 이미지 센서에 들어가는 빛의 양을 기계적 셔터와 조리개에 의해 조절함으로써 화질의 개선을 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 전자력을 이용하여 구현하므로, 전체 시스템의 부피를 현저히 감소시키고 휴대용 단말기 등을 비롯한 초소형 카메라 모듈을 필요로 하는 다양한 응용에 적용이 가능한 초소형 카메라 모듈에 관한 것이다.

최근 통신 기술 및 디지털 정보 처리 기술의 발전과 더불어 정보 처리 및 연산, 통신, 화상 정보 입출력 등 다양한 기능이 집적된 휴대용 단말기 기술이 새롭게 대두되고 있다.

디지털 카메라와 통신 기능이 장착된 PDA, 디지털 카메라와 PDA 기능이 장착 된 핸드폰 등을 그 예로 들 수 있는데, 디지털 카메라 기술 및 정보 저장 능력의 발달로 인하여 높은 사양의 디지털 카메라 모듈(digital camera module)의 장착이 점차 보편화하고 있는 추세이다.

이를 뒷받침하는 제반 기술의 발달로 휴대용 단말기 등에 장착되는 디지털 카메라 모듈에 메가 픽셀(mega pixel)급 이미지 센서(image sensor)가 사용되면서, 광학 줌(optical zoom), 자동 초점 조절 (Auto focus) 기능과 더불어 기계식 셔터(mechanical shutter)와 기계식 조리개(mechanical iris) 기능의 중요성은 더욱 부각되고 있다.

CCD의 동작 방식은 인터레이스드 스캔(interlaced scan)과 프로그레시브 스캔(progressive scan)의 두 가지 스캔 방식이 사용된다.

인터레이스드 방식은 기존의 비디오용 CCD에서 사용되던 방식으로 화상을 두 번에 걸쳐 나누어 스캔하는데, 두 번에 나누어 스캔하게 되면 한 번의 스캔이 이루어진 후 두 번째 스캔하기까지 빛이 계속 들어와 버려 영상 화질이 저하되게 된다.

따라서, 고화질의 영상을 획득하기 위해서는 기계식 셔터를 이용하여 완전히 두 번의 스캔 단계에서 빛을 차단해주는 과정이 필수적으로 고려되어야한다.

이와는 달리, 35만화소급 디지털 카메라가 주류를 이루던 시절에는 모든 화소를 한 번에 스캔하는 프로그레시브 스캔이라는 방식이 사용되었는데, 이 방식은, 시간 간격으로 인한 오차가 없는 장점이 있었고 따라서 기계셔터가 없이 전자셔터만으로 제어가 가능했다.

하지만, 최근의 3백만 화소 이상의 디지털 카메라에서는 같은 CCD 크기에서 더 많은 빛을 얻을 수 있어 보다 나은 화질을 기대할 수 있는 인터레이스드 스캔 방식이 다시 채용되고 있다.

이 경우, 전술한 바와 같이, 전자식 셔터만으로는 기대한 화질을 얻을 수가 없으므로 기계식 셔터를 채용하고자 하는 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

기계식 셔터는 사람이 눈을 깜박이듯이 사진이 찍히는 순간 차단막이 실제로 깜박여 불필요한 빛을 차단하고 화질을 한 단계 업그레이드해주는 기능이며, 이에 따라 전등이나 태양 등 강한 반사광을 촬영할 때 화면에 수직으로 한줄기 선이 나타나는 스미어(Smear) 현상을 소프트웨어가 아닌 하드웨어적으로 차단해, 보다 선명한 화질의 사진을 얻을 수 있게 된다.

기계식 조리개를 채용하게 되면, 들어오는 빛의 양을 조절하여 기계적 셔터와 함께 적절한 노출값을 이용하여 선명한 화질의 사진을 얻는데 유용하게 사용될 수 있으며, 피사계 심도를 조절할 수 있게 되어, 일반적인 카메라와 같은 사진사의 주관을 반영하는 다양한 분위기의 사진을 초소형 카메라 모듈에서도 취득할 수 있게 된다.

또한, 기계식 조리개 구조가 채택된 카메라에서는 렌즈의 중심부를 통해 들어오는 빛과 주변부를 통해 들어오는 빛의 차이로 인해 발생하는 수차를 적게 하는 기능을 가지고 있어, 조리개를 조임으로써 렌즈의 주변부에서 들어오는 빛을 막고, 렌즈 중심부의 빛을 영상에 주로 활용하여 수차가 적은 선명한 화질의 사진을 얻을 수 있게 된다.

그러므로, 기계식 조리개의 채용은 고화질을 지향하는 메가 픽셀 카메라에서 반드시 필요한 부품으로 연구되어 지고 있다.

초소형 디지털 카메라 모듈에 기계식 셔터 및 조리개 기능을 적용하기 위해서는 상대적으로 적은 부피를 차지하면서 빠른 기동 속도, 저전력 소모, 큰 변위 등의 성능을 충족시킬 수 있는 구동기가 필요하다.

특히 이미지의 크기가 커짐에 따른 필요 변위의 증가에 대응할 수 있는 구동기가 요구되는데, 종래의 일반적인 전자력 구동기(magnetic actuator)의 경우 많은 수의 부품을 사용하므로 단가 및 크기에 있어서 제한이 있으며, 변위를 증가시키는 데 한계가 있으며, 온/오프 구동만을 이용하므로 기존의 기계식 조리개와 동일한 기능을 구현하는데에 부족함이 있다.

또한, 스텝 모터(stepping motor) 등 회전 운동을 하는 구동기로 가동부를 움직이는 경우, 동력 전달 과정에서 기어들을 사용하고 있으므로 부품수가 많고 그 구조가 복잡하다.

또한, 응답속도가 늦으며, 기어부의 마찰 및 소음 등의 단점이 있다. 전술한 방식을 채용한 기계식 셔터 및 조리개 구동기의 경우 복잡한 구조로 인하여 저가의 구동기를 제작하는데 어려움이 있으며, 소형화하는데 있어서 크기의 제한이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 미세 정밀 가공 기술 또는 마이크로머시닝 공정으로 제작되는 VCM(Voice Coil Motor)방식의 선형 구동기를 사용한 기계식 셔터 및 조리개를 장착시켜, 개선된 화질을 제공하며, 셔터 및 조리개와 광학 모듈의 배치 방법에 따라 다양한 구조로 제작이 가능한 카메라 모듈을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 초소형 기계식 셔터 및 조리개를 집적하여 카메라의 경량화 및 소형화를 기하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 대상물의 영상을 획득하기 위한 하나 이상의 렌즈들로 이루어진 렌즈 조립체와, 상기 렌즈들을 통과한 상기 영상을 전기적 신호로 변환하기 위한 이미지센서와, 상기 이미지센서와 연결되는 주변회로부를 가지는 초소형 카메라 모듈에 있어서, 상기 렌즈 조립체를 통하여 이미지센서에 도달하는 영상 광량을 입사면적과 입사시간의 제어를 통해 조절할 수 있는 광량조절장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 카메라 모듈이다.

상기 광량조절기구는 관통공이 형성된 베이스플레이트; 상기 베이스플레이트 위에 설치되고, 상기 관통공보다 넓은 영역의 개방홀을 가지며, 상기 개방홀의 일측에 형성되는 구동자석을 가지고, 상기 개방홀 양측으로 한쌍 이상의 셔터링크가 설치되는 셔터구동부; 상기 셔터링크와 연결되는 링크슬릿을 가지는 한쌍 이상의 조리개플레이트로 구성되어 상기 셔터링크의 조작에 의해 관통공을 개폐하는 조리개부; 상기 베이스 플레이트와 체결수단에 의해 조립되고, 상기 베이스플레이트와 동일한 위치와 크기의 관통공이 형성되며, 전원에서 전기를 공급받아 상기 구동자석에 자기력을 발생시켜 상기 셔터구동부를 변위시키는 구동코일이 설치되는 커버 플레이트; 및 상기 셔터구동부를 최초위치로 복원시키도록 상기 커버플레이트 또는 상기 베이스플레이트에 설치되는 복원수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 구동코일에 공급되는 전류의 양 및 공급시간을 조절하여 상기 관통공의 개폐정도 및 개폐시간을 조절하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 복원수단은 상기 구동자석에 자기력을 부여하는 영구자석 또는 상기 셔터구동부와 연결되어 직접 복원력을 부여하는 스프링인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 링크슬릿의 형상은 상기 관통공의 개폐정도 및 개폐시간을 조절할 수 있도록 소정의 기울기를 가지는 직선형상, 또는 오목형상 또는 볼록형상의 곡선형상, 또는 상기 직선과 곡선의 조합형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 실시예 및 도면을 통하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 초소형 카메라 모듈의 구조도를 나타내는 모식도이다.

일반적인 CMOS 또는 CCD 이미지센서를 채용한 카메라는 이미지 센서(100)와 주변 회로부(101) 이외에 한 개 이상의 렌즈로 구성된 렌즈군 조립체(1)로 구성되어 있다.

따라서, 도 1의 좌측에 도시한 바와 같이, 렌즈군 조립체(1)와, 상기 렌즈군 조립체(1)를 수용하는 케이스(10)와, 상기 렌즈군 조립체(1)의 하부에 설치되어 상기 렌즈군 조립체(1)로부터 받은 영상을 받는 이미지 센서(100)와, 상기 이미지센서(100)와 연결되어 이미지 센서(100)의 정보를 파악하는 주변회로부(101)를 포함하여 구성된다.

최근, 휴대용 단말기 등에 장착되는 디지털 카메라 모듈에 메가 픽셀(mega pixel)급 이미지 센서(image sensor)가 사용되면서, 고화질의 영상 획득 및 부가적인 편의 기능을 부가하기 위하여, 다수의 렌즈군 조립체 및 광학 줌(optical zoom), 자동 초점 조절 (Auto focus) 기능을 일체화한 다수 광학부품의 채용 여부가 더욱 부각되고 있다.

따라서, 도 1의 우측에 도시된 바와 같이, 상기 렌즈군 조립체(2) 외에, 또 다른 렌즈군 조립체 및/또는 조리개 및 셔터 등을 포함하는 광학부품(3,4)을 하나 이상 포함하고 있으며, 최하단에는 이미지 센서(102)가 설치된다.

하지만, 초소형 디지털 카메라 모듈에 있어서 카메라 모듈이 차지하는 부피는 전체 기기의 크기에 비해 상대적으로 최소의 부피를 차지하면서도, 빠른 기동 속도, 저전력 소모, 큰 변위 등의 성능을 충족시켜야 하므로, 종래의 스텝 모터(stepping motor) 등 회전 운동을 하는 구동기로 가동부를 움직이는 경우, 부품수가 많고 그 구조가 복잡하며, 모터의 크기로 인하여 부피가 커지는 단점이 있다.

도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 광량조절기구의 사시도이고, 도 3은 도 2의 광량조절기구의 분해사시도이다.

본 발명에 의한 광량조절기구는 도 1의 렌즈군 조립체의 일부 또는 초소형 카메라 모듈 구조의 일부로 채용되어 영상 광량을 조절하는 역할을 수행할 수 있으며, 기존의 모터를 사용한 기계적 셔터 및 조리개 구조물에 비해 보다 적은 수의 부품을 사용하고, 적은 부피를 차지하는 장점이 있다.

상기 광량조절기구는 관통공(23) 및 체결공(29)이 형성된 베이스플레이트 (28), 구동자석(31)이 설치되는 개방홀(25)과 셔터링크(32)를 가지는 셔터구동부(26), 링크슬릿(27)을 가지는 조리개부(24), 상기 베이스 플레이트(28)와 조립되도록 형성된 체결링크(30)와 관통공(23)과 구동코일(21)과 복원자석(22)을 가지는 커버플레이트(20)를 포함하여 이루어진다.

상기 관통공(23)은 베이스플레이트(28), 조리개부(24), 베이스플레이트(28)에 같은 위치에 일치하도록 형성되며, 상기 셔터구동부(26)에는 상기 관통공(23)보다 큰 면적의 직사각형 형태의 개방홀(25)이 형성되어 있으며, 상기 개방홀(25)의 아랫부분에는 구동자석(31)이 설치된다.

상기 베이스플레이트(23)의 체결공(29)은 커버플레이트(20)의 체결링크(30)와 결합되며, 상기 체결공(29)이 상기 커버플레이트(20)에 형성되고, 체결링크(30)가 상기 베이스플레이트(23)에 형성되는 것도 가능하다.

물론, 체결링크(30) 이외의 체결수단, 예를 들어 리벳 등으로 체결하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예1에서는 체결공(29)과 체결링크(30)가 상기 베이스플레이트(23)와 커버플레이트(20)의 상부 양측 및 상기 관통공(23)의 아래에 형성되어 있다.

상기 셔터구동부(26)와 상기 조리개부(24)의 상부 양측은 상기 체결링크(30)에 의해 방해되지 않도록 모따기가 되어 있다.

상기 셔터구동부(26)는 셔터링크(32)를 가지며, 이는 상기 조리개부(24)의 링크슬릿(24)에 구속된다.

상기 셔터구동부(26)에 설치된 구동자석(31)은 상기 커버플레이트(20)의 구동코일(21)과의 사이에서 자기력이 가장 크게 작용할 수 있는 위치에 설치된다.

상기 조리개부(24)는 상호 대칭인 2개의 조리개플레이트가 포개어 형성된 것으로, 상기 2개의 조리개플레이트 사이의 간격이 최대가 됐을 때가 상기 관통공(23)이 완전개방되는 상태이고, 상기 2개의 조리개플레이트 사이의 간격이 최소가 됐을 때가 상기 관통공(23)이 폐쇄되는 상태이다.

상기 2개의 조리개플레이트 사이의 간격의 조절은 상기 2개의 조리개플레이트에 각각 형성된 링크슬릿(27)에 연결되는 상기 셔터구동부(26)의 셔터링크(32)의 수직이동에 의해 이루어진다.

상기 조리개플레이트는 실시예1과 같이 1쌍뿐 아니라 2쌍 이상으로 구성하는 것도 가능하다.

상기 셔터링크(32)의 수직이동은 구동자석(31)과 구동코일(21) 및 복원자석(22)에 의해 이루어진다.

상기 커버플레이트(20)는 상부에는 관통홀(23)이 형성되고, 하부에는 구동코일(21)이 설치되며, 상기 구동코일(21)의 아래로는 영구자석인 복원자석(22)이 설치된다.

상기 복원자석(22)은 상기 베이스플레이트(28)에 설치되는 것도 가능하다.

도 4는 본 발명의 실시예1의 작동방법을 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명의 광량조절기구는 구동 코일(21)과 구동자석(31) 사이에 발생하는 전자기력을 이용하여 관통공(23) 주변에 위치한 조리개부(24)가 상기 관통공(23)을 개폐한다.

즉, 상기 구동코일(21)에 전류를 공급하면, 상기 구동코일(21)과 구동자석(31) 간에 발생하는 전자기력에 의하여 셔터구동부(26)가 상하로 직선 운동을 하며, 이 셔터 구동부(26)와 축조립되어 있는 셔터링크(32)와 링크슬릿(27)에 의해 관통공(23) 주변에 위치한 조리개부(24)의 2개의 조리개플레이트가 관통공(23)을 폐쇄하고, 반대로 상기 구동코일(21)에 전류를 공급하지 않으면, 상기 구동자석(31)과 복원자석(22) 사이에 발생하는 전자기력에 의하여 구동자석(31)이 최초의 위치로 복귀하고, 상기 셔터링크(32)의 작용에 의해 상기 조리개부(24)의 2개의 조리개플레이트가 상기 관통공(23)을 개방한다.

따라서, 상기 광량조절기구는 상기 구동코일(21)에 전류를 단속시킴으로써, 영상 광량을 조절하고, 영상이 이미지 센서에 노출되는 시간을 조절하여 셔터 및 조리개의 역할을 수행할 수 있다.

도 5는 복원수단으로써 복원자석(22) 대신 복원스프링(33)을 설치한 경우의 본 발명의 실시예2의 작동모습이다.

도 6은 상기 셔터슬릿의 여러 가지 모양을 도시한 것으로, 가장 위의 것이 실시예1의 셔터슬릿(27)이고, 그 아래로 실시예3, 실시예4, 실시예5의 셔터슬릿(34,35,36)가 차례로 도시되었다.

먼저 실시예1의 셔터슬릿(27)은 셔터구동부(26)의 움직임과 광통로개폐를 위한 조리개부(24)의 수평움직임이 1:1이다.

그리고, 실시예3의 셔터슬릿(34)은 셔터구동부(26)의 움직임과 광통로개폐를 위한 조리개부(24)의 수평움직임이 1:2이다.

실시예4의 셔터슬릿(35)은 셔터구동부(26)의 움직임이 커질수록 광통로개폐를 위한 조리개부(24)의 수평움직임이 점점 작아지도록 볼록하게 형성된다.

그리고, 실시예5의 셔터슬릿(36)은 실시예4의 반대로 오목하게 형성되며, 셔터구동부(26)의 움직임이 커질수록 광통로개폐를 위한 조리개부(24)의 수평움직임이 점점 커지도록 오목하게 형성된다.

또한, 상기 셔터슬릿(27)은 직선형상과 곡선형상의 조합으로 형성하는 것도 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

본 발명에 의한 초소형 카메라 모듈은 기존의 전자식 셔터와는 달리 이미지 센서에 들어가는 빛의 양을 기계적 셔터와 조리개에 의해 조절함으로써 화질의 개선을 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 전자력을 이용하여 구현하므로, 전체 시스템의 부피를 현저히 감소시키고 휴대용 단말기 등을 비롯한 초소형 카메라 모듈을 필요로 하는 다양한 응용에 적용이 가능하다.

Claims (5)

1. 대상물의 영상을 획득하기 위한 하나 이상의 렌즈들로 이루어진 렌즈 조립체와, 상기 렌즈들을 통과한 상기 영상을 전기적 신호로 변환하기 위한 이미지센서와, 상기 이미지센서와 연결되는 주변회로부를 가지는 초소형 카메라 모듈에 있어서,

   상기 렌즈 조립체를 통하여 이미지센서에 도달하는 영상 광량을 입사면적과 입사시간의 제어를 통해 조절할 수 있는 광량조절장치를 포함하고,

   상기 광량조절기구는 관통공이 형성된 베이스플레이트;

   상기 베이스플레이트 위에 설치되고, 상기 관통공보다 넓은 영역의 개방홀을 가지며, 상기 개방홀의 일측에 형성되는 구동자석을 가지고, 상기 개방홀 양측으로 한쌍 이상의 셔터링크가 설치되는 셔터구동부;

   상기 셔터링크와 연결되는 링크슬릿을 가지는 한쌍 이상의 조리개플레이트로 구성되어 상기 셔터링크의 조작에 의해 관통공을 개폐하는 조리개부;

   상기 베이스 플레이트와 체결수단에 의해 조립되고, 상기 베이스플레이트와 동일한 위치와 크기의 관통공이 형성되며, 전원에서 전기를 공급받아 상기 구동자석에 자기력을 발생시켜 상기 셔터구동부를 변위시키는 구동코일이 설치되는 커버플레이트; 및

   상기 셔터구동부를 최초위치로 복원시키도록 상기 커버플레이트 또는 상기 베이스플레이트에 설치되는 복원수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 카메라 모듈.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 구동코일에 공급되는 전류의 양 및 공급시간을 조절하여 상기 관통공의 개폐정도 및 개폐시간을 조절하는 것을 특징으로 하는 초소형 카메라 모듈.
4. 제1항에 있어서, 복원수단은 상기 구동자석에 자기력을 부여하는 영구자석 또는 상기 셔터구동부와 연결되어 직접 복원력을 부여하는 스프링인 것을 특징으로 하는 초소형 카메라 모듈.
5. 제1항에 있어서, 상기 링크슬릿의 형상은 상기 관통공의 개폐정도 및 개폐시간을 조절할 수 있도록 소정의 기울기를 가지는 직선형상, 또는 오목형상 또는 볼록형상의 곡선형상, 또는 상기 직선과 곡선의 조합형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초소형 카메라 모듈.

Images