KR101762434B1 - 카메라 유닛 - Google Patents

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김영한
오진택
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해성옵틱스(주)
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Abstract

카메라 유닛에 관한 발명이 개시된다. 개시된 카메라 유닛은: 입사되는 빛이 광축과 평행하게 출사되게 하는 렌즈모듈과, 렌즈모듈을 고정하고, 초점거리를 조절하는 브라켓 및 렌즈모듈을 통과하는 이미지를 감지하는 감지센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

카메라 유닛{CAMERA UNIT}
본 발명은 카메라 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 렌즈부의 성능개선으로 텔레센트릭 성능을 향상시켜 피사체 기록성능을 향상시키고, 3D 영상 추출이 용이한 카메라 유닛에 관한 것이다.
일반적으로, 전자 통신 산업의 발달로 말미암아 휴대용 무선단말기는 점점 경박 소형화 되어 가면서 그 기능은 다양해지고 있는데, 특히, 디지털 카메라 기술 기반의 카메라 모듈은 단말기에 병합하여 피사체의 동화상, 정지화상을 찍어 보관하고, 상대방에게 전송하는 카메라기능이 병합된 카메라폰 단말기를 포함하여 소형 통신 단말기에 사용화되고 있다.
이러한 단말기에 일체로 구비되는 카메라 모듈은 통상적으로 그 특성상 크기가 소형이며, 경량일 것이 요구되는데, 이러한 카메라 모듈은 복수개의 렌즈와, 이를 광축방향으로 순차적으로 배치되는 렌즈경통, 상기 렌즈를 통해 투사되는 광을 회절시키는 회절광학소자 및 상기 렌즈, 회절광학소자를 통과한 광을 화상으로 결속하는 이미지 센서를 포함할 수 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제2008-0004201호(2008. 01. 09.공개, 발명의 명칭 : 어레이 렌즈를 갖는 카메라 모듈)가 있다.
본 발명의 목적은 렌즈부의 설계변경으로 색수차를 최소화하고, 가장자리 포커싱을 개선하여 피사체 기록 성능을 향상시키며, 3D 영상 추출이 용이한 카메라 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 렌즈모듈은: 입사되는 빛이 광축과 평행하게 출사되게 하는 렌즈모듈과, 상기 렌즈모듈을 고정하고, 초점거리를 조절하는 브라켓 및 상기 렌즈모듈을 통과하는 이미지를 감지하는 감지센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 렌즈모듈은 이미지가 입사되는 렌즈부 및 상기 렌즈부와 이격 배치되고, 기 설정된 곡률을 갖는 단위렌즈가 종횡으로 배열되는 어레이렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 브라켓은 상기 렌즈부를 모듈화하여 고정하는 메인브라켓 및 상기 어레이렌즈를 고정하며, 상기 메인브라켓에 결합되는 어레이브라켓을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 렌즈부는 입사되는 빛이 상기 어레이렌즈의 각 단위렌즈 광축과 평행하게 입사되게 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 렌즈부는 광축을 따라 순차적으로 배열된 메인렌즈 및 상기 메인렌즈와 상기 어레이렌즈 사이에 구비되어 입사각을 보정하는 보정렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보정렌즈는 상기 메인렌즈에서 출사된 빛의 입사각을 상기 어레이렌즈의 광축과 평행하게 보정하는 보정면이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메인브라켓은 상기 렌즈부를 고정하고, 상기 메인브라켓에서 이동 가능하게 구비되어 초점거리를 변경할 수 있는 프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 렌즈모듈은 렌즈부에 보정렌즈가 구비되어 텔레센트릭 광학계를 구현할 수 있어 색수차를 최소화하고, 가장자리 포커싱을 개선하여 센서의 중앙과 가장자리의 해상력 차이가 없는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 단위렌즈를 통해 획득되는 이미지 간의 중첩을 실현하고, 중첩되는 이미지의 조합을 통해 이미지 해상도 및 이미지 선명도를 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라유닛을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라유닛을 도시한 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈모듈의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈모듈의 렌즈부를 보인 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈모듈의 렌즈부에 의한 입사각을 보인 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈모듈의 렌즈부 모듈화를 보인 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈모듈의 렌즈부에 의한 해상력 차이를 보인 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 렌즈모듈의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈모듈이 구비된 카메라 유닛을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈모듈이 구비된 카메라 유닛을 도시한 분해사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈모듈 입사각의 정보를 보인 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈모듈의 렌즈부에서 입사각의 변화를 보인 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈모듈의 렌즈부에 의한 입사각을 보인 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈모듈의 렌즈부 모듈화를 보인 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈모듈의 렌즈부에 의한 해상력 차이를 보인 사진이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 유닛의 3D영상 추출의 기준점을 보인 사진이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈모듈(100)은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 유닛(10)에 구비되는 것으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 유닛(10)은 렌즈모듈(100), 브라켓(200), 감지센서(300)를 포함한다. 렌즈모듈(100)은 기 설정된 곡률을 갖는 단위렌즈(115)가 종횡으로 배열되는 어레이렌즈(110) 및 입사되는 빛이 어레이렌즈(110)의 각 단위렌즈(115) 광축과 평행하게 어레이렌즈(110)에 입사되도록 하는 렌즈부(120)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서 렌즈부(120)와 어레이렌즈(110)는 높이 방향으로 배치됨에 따라 렌즈부(120)의 상측으로부터 이미지가 입사되고, 어레이렌즈(110)의 하측에서 감지센서(300)에 의해 이미지를 감지할 수 있다.
렌즈부(120)는 빛이 입사되어 제1초점면(f1)을 형성한다. 그리고, 렌즈부(120)는 입사되는 빛이 어레이렌즈(110)의 각 단위렌즈(115) 광축과 평행하게 입사되게 한다. 보다 자세하게, 렌즈부(120)는 광축을 따라 순차적으로 배열된 메인렌즈(122) 및 메인렌즈(122)와 어레이렌즈(110) 사이에 구비되어 입사각을 보정하는 보정렌즈(124)를 포함한다.
메인렌즈(122)는 볼록한 단면 형상 또는 오목한 단면 형상 또는 평평한 형상을 가진 렌즈가 다수 적층되고, 다수의 렌즈 중 최하단의 하측으로 이격되어 제1초점면(f1)이 형성될 수 있다. 도 3과 도 4에서 도시된 바와 같이 메인렌즈(122)는 최상단에서 하부측으로 제1렌즈(122a), 제2렌즈(122b), 제3렌즈(122c), 제4렌즈(122d) 및 제5렌즈(122e)로 이루어진다. 제1렌즈(122a)는 양측에 볼록렌즈가 구비되고, 제2렌즈(122b)는 물체측이 볼록렌즈, 센서측은 오목렌즈로 이루어지며, 제3렌즈(122c)는 물체측이 오목렌즈, 센서측은 볼록렌즈로 이루어진다. 또한, 제4렌즈(122d)는 입사광이 확산되도록 물체측이 오목렌즈, 센서측이 볼록렌즈로 이루어지고, 제5렌즈(122e)는 물체측의 가장자리는 오목렌즈가 형성되고, 중심부는 볼록렌즈로 이루어지며 센서측은 가장자리가 볼록렌즈, 중심부가 오목렌즈로 이루어진다.
이때, 메인렌즈(122) 중 최상단에 구비되는 렌즈는 글라스로 형성된다. 즉, 제1렌즈(122a)는 글라스로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 스크래치나 파손을 방지하여 맑은 영상을 제공할 수 있다. 본 실시예에서는 제1렌즈(122a)를 글라스로 설명하지만, 이에 한정한 것이 아니며, 스크래치나 파손을 방지할 수 있는 다양한 재질로 이루어질 수 있다.
그리고, 보정렌즈(124)는 메인렌즈(122)에서 출사된 빛의 입사각을 어레이렌즈(110)의 광축과 평행하게 보정하는 보정면(125)이 형성된다. 본 실시예에서는 도 4에서 도시된 바와 같이 보정면(125)은 보정면(125)의 가장자리에 형성되는 제1보정면(125a) 및 보정면(125)의 중앙부에 형성되는 제2보정면(125b)을 포함하며, 제2보정면(125b)보다 제1보정면(125a)이 완만하게 형성된다. 이는 보정면(125)의 형상을 한정하는 것이 아니며, 제5렌즈(122e)의 센서측 형상에 대응되어 확산되는 입사각을 단위렌즈(115)의 광축과 평행하도록 보정할 수 있는 형상 변경이 가능하며, 이로 인해 렌즈부(120)를 텔레센트릭 광학계로 구현할 수 있다.
상기한 바와 같이 렌즈부(120)에 구비되는 보정렌즈(124)에 의해 텔레센트릭 성능을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈모듈(100)의 렌즈부(120)에 의한 입사각을 보인 그래프이다. CRA(Chief Ray Angle)은 감지센서(300)에 입사되는 광선과 수직선과의 사이 각도를 말하는 것으로서, CRA가 0°에 가까울수록 빛이 상면에 평행하게 도달하는 것을 의미하므로 텔레센트릭 성능이 높아지게 된다. 일반적으로 CRA가 10°이하이며, 텔레센트릭 성능이 양호한 광학계인 것으로 평가된다.
도 5를 참조하면, Y축은 angle을 나타내고 X축은 각각의 Field를 나타내는 그래프로서, 예를 들어 그래프에서 0.56mm(0.1F)일 때, 개선 전 일 때는 3.01, 개선 후 일 때는 2.35 입사각을 가지고 감지센서(300)에 입사된다. 이처럼 본 실시예에 따른 렌즈부(120)는 CRA가 최소화되어 텔레센트릭 성능을 높일 수 있다.
브라켓(200)은 렌즈부(120)를 모듈화하여 고정하는 메인브라켓(210) 및 어레이렌즈(110)를 고정하며, 메인브라켓(210)에 결합되는 어레이브라켓(220)을 포함한다.
메인브라켓(210)은 렌즈부(120)를 모듈화하여 고정한다. 메인브라켓(210)에는 이미지가 입사를 위한 입사홀(211)이 관통 형성될 수 있다. 그리고, 메인브라켓(210)은 렌즈부(120)를 고정하고, 메인브라켓(210)에서 이동 가능하게 구비되어 초점거리를 변경할 수 있는 프레임(212)을 포함한다. 프레임(212)은 도 6에 도시된 바와 같이 원통형상으로 형성되어 내부에 렌즈부(120)의 제1렌즈(122a), 제2렌즈(122b), 제3렌즈(122c), 제4렌즈(122d), 제5렌즈(122e) 및 보정렌즈(124)가 구비된다. 각각의 렌즈는 이격지지부재(214)에 의해 각각의 위치를 유지한다.
그리고, 프레임(212)은 메인브라켓(210)의 내경에 나사 결합되고, 프레임(212)은 회전에 의해 메인브라켓(210) 내부에서 이동될 수 있다.
또한, 메인브라켓(210)에는 후술되는 어레이브라켓(220)과의 결합을 위해 제1고정부(215)가 구비될 수 있다.
어레이렌즈(110)는 렌즈부(120)에 이격되게 배치되고, 기 설정된 곡률을 갖는 단위렌즈(115)가 종횡으로 배열된다. 어레이렌즈(110)는 제2초점면(f2)을 형성한다. 여기서, 제2초점면(f2)은 어레이렌즈(110)를 통과하여 상이 맺히는 위치이다. 어레이렌즈(110)는 어레이부(112)를 포함할 수 있다.
어레이브라켓(220)은 어레이렌즈(110)를 고정하고, 메인브라켓(210)에 결합된다. 어레이브라켓(220)에는 렌즈부(120)를 통과한 이미지의 통과를 위해 연결홀(222)이 관통 형성될 수 있다. 연결홀(222)에는 어레이렌즈(110)가 배치되고, 고정브라켓(227)을 통해 어레이렌즈(110)를 어레이브라켓(220)에 고정시킬 수 있다. 이때, 어레이브라켓(220)에는 상술한 메인브라켓(210)과의 결합을 위해 제2고정부(225)가 구비될 수 있다. 제1고정부(215)와 제2고정부(225)는 각각 홈과 돌기로 구성되어 상호 끼움 결합됨에 따라 메인브라켓(210)과 어레이브라켓(220)이 결합될 수 있다.
감지센서(300)는 제2초점면(f2)에 구비된다. 감지센서(300)는 어레이렌즈(110)를 통과하는 이미지를 감지한다. 감지센서(300)는 어레이렌즈(110)를 통과하면서 단위렌즈(115)에 의해 분할되어 제2초점면(f2)에 형성되는 이미지를 감지할 수 있다. 감지센서(300)에는 CCD(Charge-Coupled Device) 소자 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 소자가 구비될 수 있다.
렌즈부(120)와 어레이렌즈(110) 사이에는 필터(230)가 구비된다. 필터(230)는 IR(Infrared)필터(230) 일 수 있다. 필터(230)는 렌즈부(120)에 입사되는 광으로부터 근적외선, 예를 들어 700nm 내지 1100nm인 빛을 차단할 수 있다.
렌즈부(120)가 보정렌즈(124)를 포함함으로써, 텔레센트릭 성능이 향상되어 도 3과 도 4에서 도시된 바와 같이 어레이렌즈(110) 단위렌즈(115)의 광축과 평행하게 이미지가 입사되면, 도 7에서 도시된 바와 같이 감지센서(300)의 중심부에 입사되는 입사각과 주변으로 입사되는 입사각이 거의 동일하게 되여 중심부와 주변부의 해상력 차이가 나타나지 않게 된다. 이처럼 텔레센트릭 성능이 향상되어 색수차를 최소화할 수 있고 주변부의 포커싱이 개선되어, 피사체 기록 성능이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 유닛(10)의 배치 구조에 따라 단위렌즈(115)를 통해 획득되는 이미지는 해당 단위렌즈(115)에 인접한 다른 단위렌즈(115)를 통해 획득되는 이미지와 중첩되도록 하여 이미지 해상도와 이미지의 선명도를 향상시킬 수 있다.
또한, 도 8에서 도시된 바와 같이 어레이렌즈(110)의 어레이부(114)는 13*7 구조로 이루어져 가장 가운데 단위렌즈(115)를 초점의 대상으로 하며, 이를 기준으로 상하로 이동할수록 일정한 간격과 각도를 가지는 피사체의 이미지를 취득할 수 있다. 따라서, 어레이부(114)의 정 가운데 위치한 단위렌즈(115)를 기준으로 하고, 텔레센트릭 성능이 향상된 렌즈부(120)에 의해 피사체의 3D 영상을 추출할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 유닛에 의하면, 렌즈부에 보정렌즈가 구비되어 텔레센트릭 광학계를 구현할 수 있어 색수차를 최소화하고, 가장자리 포커싱을 개선하여 감지센서의 중앙과 가장자리의 해상력 차이가 없어 피사체의 기록을 향상시킬 수 있다. 또한, 단위렌즈를 통해 획득되는 이미지 간의 중첩을 실현하고, 중첩되는 이미지의 조합을 통해 이미지 해상도 및 이미지 선명도를 조절할 수 있으며, 3D 입체영상의 촬영 및 기록 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 카메라 유닛 100 : 렌즈모듈
110 : 어레이렌즈 112 : 어레이부
115 : 단위렌즈 120 : 렌즈부
122 : 메인렌즈 124 : 보정렌즈
125 : 보정면 200 : 브라켓
210 : 메인브라켓 212 : 프레임
214 : 이격지지부재 215 : 제1고정부
220 : 어레이브라켓 222 : 연결홀
225 : 제2고정부 230 : 필터
300 : 감지센서

Claims (7)

  1. 입사되는 빛이 광축과 평행하게 출사되게 하는 렌즈모듈와, 상기 렌즈모듈을 고정하고, 초점거리를 조절하는 브라켓 및 상기 렌즈모듈을 통과하는 이미지를 감지하는 감지센서를 포함하고;
    상기 렌즈모듈은 이미지가 입사되는 렌즈부; 및
    상기 렌즈부와 이격 배치되고, 기 설정된 곡률을 갖는 단위렌즈가 종횡으로 배열되는 어레이렌즈를 포함하며;
    상기 렌즈부는 입사되는 빛이 상기 어레이렌즈의 각 단위렌즈 광축과 평행하게 입사되게 하고;
    상기 렌즈부는 광축을 따라 순차적으로 배열된 메인렌즈; 및
    상기 메인렌즈와 상기 어레이렌즈 사이에 구비되어 입사각을 보정하는 보정렌즈를 포함하며;
    상기 보정렌즈는 상기 메인렌즈에서 출사된 빛의 입사각을 상기 어레이렌즈의 광축과 평행하게 보정하는 보정면이 형성되고;
    상기 보정면은 상기 보정면의 가장자리에 형성되는 제1보정면 및 상기 보정면의 중심부에 형성되는 제2보정면을 포함하며;
    상기 제2보정면 보다 상기 제1보정면이 완만하게 형성되는 것을 특징으로 하는 카메라 유닛.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 브라켓은 상기 렌즈부를 모듈화하여 고정하는 메인브라켓; 및
    상기 어레이렌즈를 고정하며, 상기 메인브라켓에 결합되는 어레이브라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 유닛.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 메인브라켓은 상기 렌즈부를 고정하고, 상기 메인브라켓에서 이동 가능하게 구비되어 초점거리를 변경할 수 있는 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 유닛.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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