KR100912466B1 - 카메라 모듈의 자동초점조정장치 및 자동초점조정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라 모듈의 조립 생산시 카메라 모듈의 초점조정이 보다 신속하고 정확하며 편리하게 이루어지도록 함으로써 카메라 모듈의 생산성 및 신뢰성을 향상하기 위한 것이다.

이를 위해, 본 발명은, 광원; 상기 광원으로부터 발산되는 광이 입사되는 렌즈가 내장된 렌즈배럴을 포함하여 이루어진 카메라 모듈; 상기 카메라 모듈이 장착되고, 상기 카메라 모듈의 렌즈배럴을 광축 방향으로 이송시키는 구동부가 설치된 초점조정용 지그를 갖는 기판부; 상기 렌즈배럴의 이송시 상기 카메라 모듈을 통해 구현되는 상기 광원의 스폿(image spot) 사이즈를 측정하여 산출하는 수치연산부; 그리고 상기 수치연산부에서 산출된 상기 광원의 스폿 사이즈를 통해 상기 구동부를 제어하여 상기 카메라 모듈의 초점을 조정하는 구동제어부;를 포함하는 카메라 모듈의 자동초점조정장치 및 자동초점조정방법을 제공한다.

자동초점조정장치, 카메라 모듈, 광원, 콜리메이팅 렌즈부, 기판부, 수치 연산부, 구동제어부

Description

카메라 모듈의 자동초점조정장치 및 자동초점조정방법{Auto focusing apparatus of camera module and auto focusing method thereof}

본 발명은 카메라 모듈의 자동초점조정장치 및 자동초점조정방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 카메라 모듈의 조립 생산시 카메라 모듈의 초점조정이 보다 신속하고 정확하며 편리하게 이루어지도록 함으로써 카메라 모듈의 생산성 및 신뢰성을 향상할 수 있는 카메라 모듈의 자동초점조정장치 및 자동초점조정방법에 관한 것이다.

현재 휴대폰 및 PDA 등과 같은 휴대용 단말기는 최근 그 기술의 발전과 더불어 단순한 전화기능 뿐만 아니라, 음악, 영화, TV, 게임 등으로 멀티 컨버전스로 사용되고 있으며, 이러한 멀티 컨버전스로의 전개를 이끌어 가는 것 중의 하나로서 카메라 모듈(CAMERA MODULE)이 가장 대표적이라 할 수 있다. 이러한 카메라 모듈은 기존의 30만 화소(VGA급)에서 현재 700만 화소의 고화소 중심으로 변화됨과 동시에 오토포커싱(AF), 광학 줌(OPTICAL ZOOM) 등과 같은 다양한 부가 기능의 구현 으로 변화되고 있다.

일반적으로, 카메라 모듈(CCM:COMPACT CAMERA MOUDULE)은 소형으로써 카메라폰이나 PDA, 스마트폰을 비롯한 휴대용 이동통신 기기와 토이 카메라(TOY CAMERA) 등의 다양한 IT 기기에 적용되고 있는 바, 최근에 이르러서는 소비자의 다양한 취향에 맞추어 소형의 카메라 모듈이 장착된 기기의 출시가 점차 늘어나고 있는 실정이다.

이와 같은 카메라 모듈은, CCD나 CMOS 등의 이미지센서를 주요 부품으로 하여 제작되고 있으며 상기 이미지센서를 통하여 사물의 이미지를 집광시켜 기기내의 메모리상에 데이터로 저장되고, 저장된 데이터는 기기내의 LCD 또는 PC 모니터 등의 디스플레이 매체를 통해 영상으로 디스플레이된다.

통상의 카메라 모듈은 대표적으로 COB(CHIP ON BOARD), COF(CHIP ON FLEXIBLE) 등의 방식으로 제작되는 바, 그 중에서 COB 방식의 대표적인 구조를 아래 도시된 도면을 참조하여 그 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 COB 타입 카메라 모듈의 분해 사시도이고, 도 2는 COB 타입 카메라 모듈이 개략적으로 도시된 단면도로서, 종래 카메라 모듈(10)은 CCD나 CMOS의 이미지센서(12)가 와이어 본딩 방식에 의해서 장착된 프린트기판(11)이 플라스틱 재질의 하우징(13) 하부에 결합되고 상기 하우징(13) 상부로 연장된 경통(14)에 하부로 원통형 몸체(15)가 연장된 렌즈배럴(16)이 결합됨에 의해서 제작된다.

상기 카메라 모듈(10)은 경통(14) 내주면에 형성된 암나사부(14a)와 원통형 몸체(15)의 외주면에 형성된 숫나사부(15a)의 나사 결합으로 하우징(13)과 렌즈배럴(16)이 상호 결합된다.

이때, 상기 프린트기판(11)의 상면, 즉 렌즈배럴(16)의 하단부에 장착된 렌즈(L)와 상기 프린트기판(11)의 하면에 부착된 이미지센서(12) 사이에는 IR 필터(18)가 결합됨으로써, 이미지센서(12)로 유입되는 과도한 장파장의 적외선을 차단시키게 된다.

상기와 같이 조립된 카메라 모듈은, 특정한 사물로부터 유입되는 빛이 렌즈(L)를 통과하면서 상이 반전되어 이미지센서(12)의 표면에 포커싱되는 데, 이때 나사 결합에 의해서 하우징(13) 상단에 체결된 렌즈배럴(16)를 회전시키면서 최적의 포커스가 맞춰진 지점에서 하우징(13)과 렌즈배럴(16)의 유격 사이로 접착제를 주입하여 하우징(13)과 렌즈배럴(16)를 접착 고정시켜 최종적인 카메라 모듈 제품이 생산된다.

상기와 같은 구조의 카메라 모듈(10)은, 상기 하우징(13)의 저면에 장착된 이미지센서(12)와 대응되는 렌즈(L)가 장착된 렌즈배럴(16)을 좌, 우 회전시켜 상기 이미지센서(12)의 수광 영역에 렌즈(L)의 정확한 초점이 결정되도록 하기 위하여, 상기 이미지센서(12)에 촬상된 이미지를 작업자가 직접 육안으로 확인하고 촬상 이미지가 선명해질 때까지 상기 이미지센서(12)와 렌즈(L) 사이의 거리를 조절하게 되며, 상기 이미지센서(12)에 촬상된 이미지가 최대로 선명해졌을 때 렌즈(L)의 위치가 고정되도록 상기 하우징(13)과 렌즈배럴(16)의 접착 고정이 이루어지게 된다.

또한, 상기 하우징(13)의 상부에 가결합된 렌즈배럴(16) 상부에 해상도 챠트(도면 미도시)를 위치시키고 상기 해상도 챠트의 이미지가 이미지센서(12)를 통해 촬상된 콘트라스트(CONTRAST)값을 추출하여 추출된 콘트라스트값의 비교에 의해서 초점 조정이 이루어지도록 한다.

그러나, 이와 같은 카메라 모듈 조립시 초점 조정을 작업자의 육안 검사에 의존할 경우에는 작업자의 능숙도나 피로도 또는 기준표로 사용되는 해상도 챠트의 종류에 따라 그 측정 기준이 달라지게 됨으로써, 초점 조정 편차가 심해 초점 불량을 유발할 뿐만 아니라 일일이 작업자의 수작업에 의존할 수밖에 없어 작업 속도가 현저히 느려져 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 종래 카메라 모듈의 제작 과정에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 카메라 모듈의 조립 생산시 카메라 모듈의 초점조정이 보다 신속하고 정확하며 편리하게 이루어지도록 함으로써 카메라 모듈의 생산성 및 신뢰성을 향상할 수 있는 카메라 모듈의 자동초점조정장치 및 자동초점조정방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 의하면, 광원; 상기 광원으로부터 발산되는 광이 입사되는 렌즈가 내장된 렌즈배럴을 포함하여 이루어진 카메라 모듈; 상기 카메라 모듈이 장착되고, 상기 카메라 모듈의 렌즈배럴을 광축 방향으로 이송시키는 구동부가 설치된 초점조정용 지그를 갖는 기판부; 상기 렌즈배럴의 이송시 상기 카메라 모듈을 통해 구현되는 상기 광원의 조사광(image spot) 크기를 측정하여 산출하는 수치연산부; 그리고 상기 수치연산부에서 산출된 상기 광원의 조사광 크기에 의해 조사광 크기가 최소인 지점으로 상기 구동부를 제어하여 상기 렌즈배럴을 상, 하로 이동시켜 상기 카메라 모듈의 초점을 조정하는 구동제어부;를 포함하는 카메라 모듈의 자동초점조정장치가 제공된다.

상기 자동초점조정장치는, 상기 광원과 상기 카메라 모듈의 사이 광축 경로 상에 설치되어, 상기 광원과 상기 카메라 모듈의 측정 거리를 보상하는 콜리메이팅(collimating) 렌즈부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 자동초점조정장치는, 상기 광원의 위치를 조정하는 위치 조정부를 더 포함할 수도 있다.

상기 광원은 적외선 엘이디로 이루어지며, 상기 카메라 모듈은 적외선 인식 가능한 카메라 모듈로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 형태에 의하면, 카메라 모듈을 기판부의 초점조정용 지그에 장착하는 설치 단계; 상기 초점조정용 지그의 구동부를 구동하여 상기 카메라 모듈의 렌즈배럴을 이송함과 동시에 상기 렌즈배럴에 장착된 렌즈와 광원과의 거리에 따른 상기 광원의 조사광 크기를 측정하여 산출하는 스캐닝 단계; 그리고 상기 광원의 조사광 크기를 통해 상기 구동부를 제어하여 상기 카메라 모듈의 초점을 조정하는 초점 조정 단계;를 포함하는 카메라 모듈의 자동초점조정방법이 제공된다.

상기 자동초점조정방법은, 상기 설치 단계 이후에 수행되고 콜리메이팅 렌즈부를 조정하여 상기 광원과 상기 카메라 모듈의 사이의 초점 측정 거리를 보상하는 보정 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 스캐닝 단계에서, 상기 카메라 모듈의 렌즈배럴은 상기 광원으로부터 멀어지는 방향으로 이송되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 스캐닝 단계는 상기 카메라 모듈의 렌즈배럴이 최대로 이송되었을 경우 완료될 수 있다.

또한, 상기 스캐닝 단계는 설정된 스텝으로 상기 조사광 크기를 측정하여 산출하되, 상기 광원의 현재 측정된 조사광 크기가 그전에 측정된 조사광 크기의 크기보다 큰 경우가 설정된 횟수에 해당될 경우 완료될 수도 있다.

상기 초점 조정 단계는 상기 스캐닝 단계에서 측정 산출된 상기 광원의 조사광 크기가 최소값을 갖는 위치로 상기 렌즈배럴을 이송하여 상기 카메라 모듈의 초점을 조정하는 단계일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 카메라 모듈의 자동초점조정장치 및 자동초점조정방법에 의하면, 카메라 모듈의 조립 생산시 카메라 모듈의 초점조정이 보다 신속하고 정확하며 편리하게 이루어지도록 하는 효과가 있다.

또한, 상기와 같은 이점을 통해 카메라 모듈의 생산성 및 신뢰성을 향상할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 카메라 모듈의 자동초점조정장치 및 자동초점조정방법에 대한 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.

카메라 모듈의 자동초점조정장치

먼저, 첨부된 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 자동초점조정장치에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 카메라 모듈의 자동초점조정장치를 개략적으로 나탄 내 단면 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 자동초점조정장치는, 사각 함체형의 라이트박스(100)와, 상기 라이트박스(100)의 내부 상측에 설치되는 광원(110)과, 상기 광원(110)으로부터 발산되는 광이 입사되는 렌즈(미도시)가 내장된 렌즈배럴(미도시)을 포함하여 이루어진 카메라 모듈(140)과, 상기 카메라 모듈(140)이 장착되고 상기 카메라 모듈(140)의 렌즈배럴을 광축 방향으로 이송시키는 구동부(미도시)가 설치된 초점조정용 지그(150)를 갖는 기판부(160)와, 상기 렌즈배럴의 이송시 상기 렌즈배럴을 통해 광원이 입사되어 생성된 조사광의 크기를 렌즈배럴의 이동 위치별로 산출하는 수치연산부(미도시), 그리고 상기 수치연산부에서 산출된 상기 광원(110)의 조사광 크기가 최소인 지점으로 렌즈배럴을 지지하고 있는 구동부를 제어하여 상기 렌즈배럴을 상, 하로 이동시킴으로써, 상기 카메라 모듈(140)의 초점을 조정하는 구동제어부(미도시)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 라이트박스(100)의 내부 상측에는 상기 광원(110)과 연결 설치되어, 상기 광원(110)의 위치를 조정하는 위치 조정부(120)가 설치될 수 있다.

그리고, 상기 광원(110)은 적외선 엘이디로 이루어지며, 이에 따라 상기 카메라 모듈(140)은 적외선 인식이 가능한 카메라 모듈로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 라이트박스(100)의 내부 상기 광원(110)과 상기 카메라 모듈(140)의 사이 광축 경로 상에는, 상기 광원(110)과 상기 카메라 모듈(140)의 측정 거리를 보상하는 콜리메이팅(collimating) 렌즈부(130)가 설치될 수 있다.

즉, 상기 카메라 모듈(140)의 초점조정 작업은 상기 라이트박스(100)의 내부 공간에서 수행하는데, 상기 카메라 모듈(140)의 초점조정 작업 공간인 라이트박스(100)의 내부 공간은 한정되어 있기 때문에 상기 광원(110)과 상기 카메라 모듈(140) 사이의 실제 거리에 비하여 초점조정 작업을 위한 필요 거리를 크게 하기 위해 상기 콜리메이팅 렌즈부(130)를 설치하는 것이다.

결국, 상기 라이트박스(100)의 한정된 내부 공간에서 상기 콜리메이팅 렌즈부를 조정하여 상기 광원(110)과 상기 카메라 모듈(140) 사이의 초점조정 작업 거리를 확보할 수 있다.

한편, 상기 수치연산부 및 상기 구동제어부는 상기 기판부(160)에 실장된 칩으로 구성할 수도 있고, 상기 기판부(160)와 연결된 별도의 PC 단말기와 같은 장치로 구성할 수도 있다.

카메라 모듈의 자동초점조정방법

다음으로, 첨부된 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 자동초점조정방법을 설명하면 다음과 같다.

도 4의 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 자동초점조정방법을 나타낸 블록 구성도이고, 도 5는 광원과 렌즈 사이의 거리에 따른 광원의 조사광 크기를 나타낸 그래프이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시에에 따른 카메라 모듈의 자동초점조정방법은, 크게 설치 단계(S110), 보정 단계(S120), 스캐닝 단계(S130), 그 리고 초점 조정 단계(S140)를 포함하여 구성된다.

상기 자동초점조정방법을 보다 상세하게 설명하면, 먼저, 초점조정을 하고자 하는 카메라 모듈(140:도 3참조)을 기판부(160:도 3참조)의 초점조정용 지그(150:도 3참조)에 장착한다.(S110)

상기와 같이 카메라 모듈(140)을 장착한 후에, 상기 카메라 모듈(140)의 초점조정 작업시 필요한 광원(110)과 렌즈 사이의 거리를 보정하기 위해 콜리메이팅 렌즈부(130:도 3참조)를 조정한다.(S120)

그리고, 상기 카메라 모듈(140)의 자동초점조정을 진행하면, 상기 초점조정용 지그(150)에 설치된 구동부를 구동하여 상기 카메라 모듈(140)의 렌즈배럴을 광원(110)과 멀어지는 방향으로 이송한다.

이때, 상기 카메라 모듈(140)의 렌즈배럴이 하우징과 나사 방식으로 결합되는 구조이면 상기 구동부를 구동하여 상기 렌즈배럴을 나사 회전시켜 상기 렌즈배럴을 이송할 수 있다.

이와 동시에, 도 5에서와 같이, 수치연산부에서는 상기 렌즈배럴의 이송에 따른 상기 광원(110)과 상기 렌즈배럴에 장착된 렌즈 사이의 가변되는 거리에 따라 상기 광원(110)의 가변되는 조사광 크기를 측정하여 산출한다.(S130)

그리고, 상기 카메라 모듈(140)의 렌즈배럴이 최대로 이송되었을 경우, 상기 렌즈배럴의 이송이 중지되고 이에 따라 스캐닝 단계가 완료된다.

그 다음, 상기 스캐닝 단계가 완료되면, 구동제어부는 상기 스캐닝 단계에서 측정 산출된 광원(110)의 조사광 크기 중 최소값(Min)을 갖는 위치로 상기 렌즈배럴을 이송하여 상기 카메라 모듈(140)의 초점을 조정한다.

한편, 상기 스캐닝 단계에서 상기 카메라 모듈(140)의 렌즈배럴이 최대로 이송될 때까지 상기 광원(110)과 렌즈 사이의 거리에 따른 광원(110)의 조사광 크기를 측정하여 산출하는 대신에, 상기 렌즈배럴의 이송과정을 최소로 수행하여 카메라 모듈(140)의 초점을 조정할 수도 있다.

즉, 도 5를 참조하면, 상기 카메라 모듈(140)의 렌즈배럴이 최대로 이송되는 스캐닝 단계에서 측정 산출된 광원(110)의 조사광 크기는 점점 작아지다가 최소값을 갖는 지점에서부터 다시 증가하는 경향을 갖는다.

따라서, 상기 카메라 모듈(140)의 렌즈배럴을 설정된 스텝으로 이송하면서 상기 광원(110)의 조사광 크기를 측정하여 산출하되, 상기 광원(110)의 현재 측정된 조사광 크기가 그 전에 측정된 조사광 크기의 크기보다 큰 경우가 설정된 횟수(예를 들면, 2회나 3회)에 해당될 경우 상기 광원(110)의 조사광 크기의 최소값(Min)이 파악된 것으로 판단하는 것이다.

따라서, 상기와 같이 광원(110)의 조사광 크기의 최소값이 파악된 것으로 판단하고, 이 시점까지 측정 산출된 상기 광원(110)의 조사광 크기 중 최소값(Min)을 갖는 위치로 상기 렌즈배럴을 이송하여 상기 카메라 모듈(140)의 초점을 조정하는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할것이다.

도 1은 COB 타입 카메라 모듈의 분해 사시도.

도 2는 COB 타입 카메라 모듈이 개략적으로 도시된 단면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 카메라 모듈의 자동초점조정장치를 개략적으로 나타낸 단면 구성도.

도 4의 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 자동초점조정방법을 나타낸 블록 구성도.

도 5는 광원과 렌즈 사이의 거리에 따른 광원의 조사광 크기를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100: 라이트 박스 110: 광원

120: 위치 조정부 130: 콜리메이팅 렌즈부

140: 카메라 모듈 150: 초점 조정용 지그

160: 기판부

Claims (10)

1. 광원;

   상기 광원으로부터 발산되는 광이 입사되는 렌즈가 내장된 렌즈배럴을 포함하여 이루어진 카메라 모듈;

   상기 카메라 모듈이 장착되고, 상기 카메라 모듈의 렌즈배럴을 광축 방향으로 이송시키는 구동부가 설치된 초점조정용 지그를 갖는 기판부;

   상기 렌즈배럴의 이송시 상기 카메라 모듈을 통해 구현되는 상기 광원의 조사광(image spot) 크기를 측정하여 산출하는 수치연산부; 그리고

   상기 수치연산부에서 산출된 상기 광원의 조사광 크기에 의해 조사광 크기가 최소인 지점으로 상기 구동부를 제어하여 상기 렌즈배럴을 상, 하로 이동시켜 카메라 모듈의 초점을 조정하는 구동제어부;

   를 포함하는 카메라 모듈의 자동초점조정장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 광원과 상기 카메라 모듈의 사이 광축 경로 상에 설치되어, 상기 광원과 상기 카메라 모듈의 측정 거리를 보상하는 콜리메이팅(collimating) 렌즈부를 더 포함하는 카메라 모듈의 자동초점조정장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 광원의 위치를 조정하는 위치 조정부를 더 포함하는 카메라 모듈의 자동초점조정장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 광원은 적외선 엘이디로 이루어지며, 상기 카메라 모듈은 적외선 인식 가능한 카메라 모듈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈의 자동초점조정장치.
5. 카메라 모듈을 기판부의 초점조정용 지그에 장착하는 설치 단계;

   상기 초점조정용 지그의 구동부를 구동하여 상기 카메라 모듈의 렌즈배럴을 이송함과 동시에 상기 렌즈배럴에 장착된 렌즈와 광원과의 거리에 따른 상기 광원의 조사광 크기를 측정하여 산출하는 스캐닝 단계; 그리고

   상기 광원의 조사광 크기에 의해 조사광 크기가 최소인 지점으로 상기 구동부를 제어하여 상기 렌즈배럴을 상, 하로 이동시켜 상기 카메라 모듈의 초점을 조정하는 초점 조정 단계;

   를 포함하는 카메라 모듈의 자동초점조정방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 설치 단계 이후에 수행되고, 콜리메이팅 렌즈부를 조정하여 상기 광원과 상기 카메라 모듈의 사이의 초점 측정 거리를 보상하는 보정 단계를 더 포함하는 카메라 모듈의 자동초점조정방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 스캐닝 단계에서, 상기 카메라 모듈의 렌즈배럴은 상기 광원으로부터 멀어지는 방향으로 이송되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈의 자동초점조정방법.
8. 제5항에 있어서,

   상기 스캐닝 단계는 상기 카메라 모듈의 렌즈배럴이 최대로 이송되었을 경우 완료되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈의 자동초점조정방법.
9. 제5항에 있어서,

   상기 스캐닝 단계는 설정된 스텝으로 상기 조사광 크기를 측정하여 산출하되, 상기 광원의 현재 측정된 조사광 크기가 그전에 측정된 조사광 크기의 크기보다 큰 경우가 설정된 횟수에 해당될 경우 완료되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈의 자동초점조정방법.
10. 제5항에 있어서,

    상기 초점 조정 단계는 상기 스캐닝 단계에서 측정 산출된 상기 광원의 조사광 크기가 최소값을 갖는 위치로 상기 렌즈배럴을 이송하여 상기 카메라 모듈의 초점을 조정하는 단계인 것을 특징으로 하는 카메라 모듈의 자동초점조정방법.

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