KR101821189B1 - 액체 렌즈 제어 회로, 카메라 모듈 및 액체 렌즈 제어 방법 - Google Patents

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김영운
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Abstract

본 발명은 액체 렌즈의 계면을 제어하기 위한 복수의 개별 전극과 공통 전극에 구동 전압을 전달하는 전압 제어 회로 및 복수의 개별 전극에 전달되는 구동 전압의 변화에 대응하여 계면의 캐패시턴스에 따른 전하량을 전달받아 캐패시턴스를 측정하는 정전용량 측정 회로를 포함하는 액체 렌즈의 제어 회로를 제공한다.

Description

액체 렌즈 제어 회로, 카메라 모듈 및 액체 렌즈 제어 방법{CONTROL CIRCUIT OF LIQUID LENS, CAMERA MODULE AND CONTROLLING METHOD FOR LIQUID LENS}
본 발명은 액체렌즈 및 이를 포함하는 카메라 모듈 및 광학기기에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전기 에너지를 이용하여 초점 거리를 조정할 수 있는 액체 렌즈를 제어하기 위한 제어 모듈 또는 제어 장치를 포함하는 카메라 모듈 및 광학기기에 관한 것이다.
휴대용 장치의 사용자는 고해상도를 가지며 크기가 작고 다양한 촬영 기능(예, 광학 줌 기능(zoom-in/zoom-out), 오토포커싱(Auto-Focusing, AF) 기능, 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(Optical Image Stabilizer, OIS) 기능 등)을 가지는 광학 기기를 원하고 있다. 이러한 촬영 기능은 여러 개의 렌즈를 조합해서 직접 렌즈를 움직이는 방법을 통해 구현될 수 있으나, 렌즈의 수를 증가시킬 경우 광학 기기의 크기가 커질 수 있다. 오토 포커스와 손떨림 보정 기능은, 렌즈 홀더에 고정되어 광축이 정렬된 여러 개의 렌즈 모듈이, 광축 또는 광축의 수직 방향으로 이동하거나 틸팅(Tilting)하여 수행되고, 렌즈 모듈을 구동시키기 위해 별도의 렌즈 구동 장치가 사용된다. 그러나 렌즈 구동 장치는 전력 소모가 높으며, 이를 보호하기 위해 서 카메라 모듈과 별도로 커버 글라스를 추가하여야 하는바 전체 두께가 두꺼워 진다. 따라서 두 가지 액체의 계면의 곡률을 전기적으로 조절하여 오토 포커스와 손떨림 보정 기능을 수행하는 액체 렌즈에 대한 연구가 이루어지고 있다.
본 발명은 전기 에너지를 이용하여 초점 거리를 조정할 수 있는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 장치에서 액체 렌즈에 포함된 계면의 상태를 캐패시턴스의 변화를 통해 인식할 수 있는 피드백 회로를 제공함으로써 인가되는 전기 에너지에 대응하여 액체 렌즈의 계면의 움직임을 보다 정확히 인식할 수 있고 액체 렌즈의 계면을 보다 정확히 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 매우 작은 캐패시턴스(예, 200~500pF 이하)를 가지지만 양단에 매우 높은 전압(예, 30~50V이상)이 공급되는 캐패시터에 있어서, 캐패시턴스의 변화량을 측정할 수 있는 피드백 회로를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 초점 거리를 조정할 수 있는 액체 렌즈에 배치된 전극 사이의 캐패시턴스를 측정할 수 있도록 공통 전극이 그라운드 전압이고 개별 전극이 고전압(예, 10~50V이상)에서 그라운드 전압으로 하강하는 폴링 에지(falling edge)에서 공통 전극을 플로팅(floating)시켜 캐패시턴스를 측정하는 장치와 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 초점 거리를 조정할 수 있는 액체 렌즈의 계면의 움직임과 형상을 계면을 통과한 광신호를 이미지로 변환하여 인식하지 않고, 계면의 캐패시턴스의 변화를 통해 계면의 움직임과 형상을 직접 인식함으로써 액체 렌즈의 성능과 동작을 보다 정확히 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 액체 렌즈 내 계면의 움직임과 형상을 인지할 수 있어, 액체 렌즈 및 고체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리에서 렌즈 왜곡을 보정하거나 렌즈 어셈블리를 제어하는 데 보다 효율적인 카메라 장치 또는 광학기기 등을 제공할 수 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액체 렌즈의 제어 회로는 복수의 개별 전극과 공통 전극을 포함하는 액체 렌즈; 상기 액체 렌즈의 계면을 제어하기 위해 상기 액체 렌즈에 전압을 공급하는 전압 제어 회로; 및 상기 액체 렌즈의 상기 공통 전극과 상기 복수의 개별 전극 사이의 캐패시턴스를 산출하는 정전용량 측정 회로; 상기 정전용량 측정 회로와 상기 액체 렌즈 사이에 배치되는 제1 스위치를 포함하고, 상기 제1 스위치의 일단은 상기 액체 렌즈와 상기 전압 제어 회로와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 정전용량 측정 회로는 기준 캐패시터를 포함하고, 상기 기준 캐패시터를 이용하여 상기 액체 렌즈의 캐패시턴스를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제1스위치의 타단은 상기 정전용량 측정 회로와 연결될 수 있다.
또한, 상기 정전용량 측정 회로는 상기 공통 전극에 연결될 수 있다.
또한, 상기 정전용량 측정 회로는 상기 복수의 개별 전극 중 적어도 어느 하나의 개별전극에 연결될 수 있다.
또한, 상기 전압 제어 회로는 상기 공통 전극에 전압을 공급하는 제1 전압 제어회로와 상기 복수의 개별 전극에 전압을 공급하는 제2 전압 제어회로를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 전압 제어회로는 상기 공통 전극에 그라운드를 인가하기 위한 제2 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 캐패시턴스를 측정하기 위해 상기 공통 전극을 플로팅시킬 수 있다.
또한, 상기 정전용량 측정 회로에서 산출된 정보를 상기 전압 제어 회로로 전달하고, 상기 전압 제어 회로는 상기 산출된 정보를 이용하여 상기 구동 전압을 조정할 수 있다.
또한, 상기 정전용량 측정 회로에서 산출된 정보는 전압 또는 캐패시턴스 값일 수 있다.
또한, 상기 제1 스위치가 온(ON)되는 구간 동안 상기 공통 전극은 플로팅(floating) 될 수 있다.
또한, 액체 렌즈 제어 회로는 상기 전압 제어 회로와 상기 제1스위치 사이 및 상기 전압 제어 회로와 상기 액체 렌즈 사이에 배치되는 제3스위치를 더 포함하고, 상기 제3스위치는 상기 공통 전극에 전압을 공급하는 동안 온(ON)되고, 상기 정전용량 측정 회로가 상기 캐패시턴스를 측정하는 동안 오프(OFF)될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 모듈은 복수의 개별 전극과 공통 전극을 포함하는 액체 렌즈; 상기 액체 렌즈의 계면을 제어하기 위해 상기 액체 렌즈에 전압을 공급하는 전압 제어 회로; 및 상기 액체 렌즈의 상기 공통 전극과 상기 복수의 개별 전극 사이의 캐패시턴스를 산출하는 정전용량 측정 회로; 상기 정전용량 측정 회로와 상기 액체 렌즈 사이에 배치되는 제1 스위치; 상기 액체 렌즈의 상부 또는 하부에 배치되는 적어도 하나의 고체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리; 및 상기 렌즈 어셈블리 하부에 배치되는 이미지센서를 포함하고, 상기 제1 스위치의 일단은 상기 액체 렌즈와 상기 전압 제어 회로와 전기적으로 연결되고, 상기 액체 렌즈는 전도성 액체와 비전도성 액체가 배치되는 캐비티를 포함하는 제1 플레이트; 상기 제1플레이트 위에 배치되는 제2 플레이트; 및 상기 제1 플레이트 아래에 배치되는 제3 플레이트를 더 포함하고, 상기 공통 전극은 상기 제1 플레이트 위에 배치되고, 상기 복수의 개별 전극은 상기 제1 플레이트 아래에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액체 렌즈 제어 방법은 액체 렌즈의 공통 전극은 그라운드와 연결하고, 상기 액체 렌즈의 개별 전극에는 전압이 인가되어, 상기 공통 전극과 개별 전극 사이에 전하가 축적되는 단계; 정전용량 측정 회로와 상기 액체 렌즈 사이에 배치되는 제1 스위치를 온(ON)하는 단계; 상기 정전용량 측정 회로의 기준 캐패시터 양단의 전압을 측정하는 단계; 및 상기 기준 캐패시터 양단의 전압의 측정값을 이용하여 상기 공통 전극과 개별 전극 사이의 캐패시턴스를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 액체 렌즈 제어 방법은 상기 축적된 전하의 적어도 일부가 상기 기준 캐패시터로 이동하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 액체 렌즈 제어 방법은 상기 제1 스위치를 온(ON)하는 단계와 상기 정전용량 측정 회로의 기준 캐패시터 양단의 전압을 측정하는 단계 사이에 상기 축적된 전하의 적어도 일부가 상기 기준 캐패시터로 이동하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 계면의 움직임과 변화를 보다 정확히 측정할 수 있는 방법과 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 액체 렌즈 내 계면의 움직임과 형상을 정확히 측정할 수 있어, 액체 렌즈를 통해 전달되는 광신호를 변환하여 얻어지는 영상 또는 이미지에 대하여 보다 효율적인 광학적 안정화를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 액체 렌즈 내 계면의 움직임과 형상을 인지할 수 있어 액체 렌즈와 고체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리를 포함하는 카메라 장치 또는 광학 장치를 통해 얻어지는 이미지의 품질을 높일 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도1은 카메라 장치의 예를 설명한다.
도2는 카메라 장치에 포함된 렌즈 어셈블리의 예를 설명한다.
도3은 구동 전압에 대응하여 초점 거리가 조정되는 액체 렌즈를 설명한다.
도4는 액체 렌즈의 구조를 설명한다.
도5는 액체 렌즈 내 계면의 변화를 설명한다.
도6은 액체 렌즈와 연동하는 제어 회로를 설명한다.
도7은 정전용량 측정 회로의 예를 설명한다.
도8은 제어 회로의 제1예를 설명한다.
도9는 도8의 제어 회로의 동작을 설명한다.
도10은 제어 회로의 제2예를 설명한다.
도11은 도10의 제어 회로의 동작을 설명한다.
도12는 액체 렌즈와 제어 회로의 연결을 설명한다.
도13은 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정하기 위한 도12에 도시된 스위칭 소자들의 타이밍을 설명한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 또한, 실시예의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 실시예의 범위를 한정하는 것이 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 element의 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.
도1은 카메라 장치의 예를 설명한다. 도시된 바와 같이, 카메라 모듈은 렌즈 어셈블리(22) 및 이미지 센서를 포함할 수 있다. 렌즈 어셈블리의 상부 또는 하부에는 적어도 하나의 고체 렌즈가 배치될 수 있다. 렌즈 어셈블리는(22)는 인가되는 전압에 대응하여 초점거리가 조정되는 액체렌즈를 포함할 수 있다. 카메라 모듈은 공통 단자와 복수의 개별 단자 사이에 인가되는 구동 전압에 대응하여 초점 거리가 조정되는 제1렌즈를 포함하는 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리(22), 및 제1렌즈에 구동 전압을 공급하기 위한 제어회로(24), 및 렌즈 어셈블리(22)에 정렬되며 렌즈 어셈블리(22)를 통해 전달되는 광을 전기신호로 변환하고 렌즈 어셈블리의 하부에 배치되는 이미지센서(26)를 포함할 수 있다.
도1을 참조하면, 카메라 모듈은 하나의 인쇄회로기판(PCB) 상에 형성된 회로(24, 26)와 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리(22)를 포함할 수 있으나, 이는 하나의 예에 불과할 뿐 발명의 범위를 한정하지 않는다. 제어 회로(24)의 구성은 카메라 모듈에 요구되는 사양에 따라 다르게 설계될 수 있다. 특히, 액체 렌즈(28)에 인가되는 전압의 크기를 줄일 경우, 제어회로(24)는 하나의 칩(single chip)으로 구현할 수 있다. 이를 통해, 휴대용 장치에 탑재되는 카메라 모듈의 크기를 더욱 줄일 수 있다.
도2를 참조하면, 도시된 바와 같이, 렌즈 어셈블리(22)는 제1렌즈부(100), 제2렌즈부(200), 액체렌즈부(300), 렌즈 홀더(400) 및 연결부(500)을 포함할 수 있다. 연결부(500)는 이미지 센서와 액체 렌즈를 전기적으로 연결하며, 후술할 기판, 와이어 또는 전선 등을 포함할 수 있다. 도시된 렌즈 어셈블리(22)의 구조는 하나의 예에 불과하며, 카메라 모듈에 요구되는 사양에 따라 렌즈 어셈블리(22)의 구조는 달라질 수 있다. 예를 들어, 도시된 예에서는 액체렌즈부(300)가 제1렌즈부(100)와 제2렌즈부(200) 사이에 위치하고 있으나, 다른 예에서는 액체렌즈부(300)가 제1렌즈부(100)보다 상부(전면)에 위치할 수도 있고, 제1렌즈부(100) 또는 제2렌즈부(200) 중 하나는 생략될 수도 있다. 제어 회로(24)의 구성은 카메라 장치에 요구되는 사양에 따라 다르게 설계될 수 있다. 특히, 렌즈 어셈블리(22)에 인가되는 동작 전압의 크기를 줄일 경우, 제어회로(24)는 하나의 칩(single chip)으로 구현할 수 있다. 이를 통해, 휴대용 장치에 탑재되는 카메라 장치의 크기를 더욱 줄일 수 있다.
도2는 카메라 장치에 포함된 렌즈 어셈블리(22)의 예를 설명한다.
도시된 바와 같이, 렌즈 어셈블리(22)는 제1렌즈부(100), 제2렌즈부(200), 액체렌즈부(300), 렌즈 홀더(400) 및 연결부(500)을 포함할 수 있다. 연결부(500)는 이미지 센서와 액체 렌즈를 전기적으로 연결하며, 후술할 기판, 와이어 또는 전선 등을 포함할 수 있다. 도시된 렌즈 어셈블리(22)의 구조는 하나의 예에 불과하며, 카메라 모듈에 요구되는 사양에 따라 렌즈 어셈블리(22)의 구조는 달라질 수 있다. 예를 들어, 도시된 예에서는 액체렌즈부(300)가 제1렌즈부(100)와 제2렌즈부(200) 사이에 위치하고 있으나, 다른 예에서는 액체렌즈부(300)가 제1렌즈부(100)보다 상부(전면)에 위치할 수도 있고, 제1렌즈부(100) 또는 제2렌즈부(200) 중 하나는 생략될 수도 있다.
도2를 참조하면, 제1렌즈부(100)는 렌즈 어셈블리의 전방에 배치되고, 렌즈 어셈블리의 외부로부터 광이 입사하는 부위이다. 제1렌즈부(100)는 적어도 하나의 렌즈로 구비될 수 있고, 또는 2개 이상의 복수의 렌즈들이 중심축(PL)을 기준으로 정렬하여 광학계를 형성할 수도 있다.
제1렌즈부(100) 및 제2 렌즈부(200)는 렌즈 홀더(400) 에 장착될 수 있다. 이때, 렌즈 홀더(400)에는 관통공이 형성되고, 관통공에 제1렌즈부(100) 및 제2렌즈부(200)가 배치될 수 있다. 또한, 렌즈 홀더(400)에 제1렌즈부(100)와 제2렌즈부(200)가 배치되는 사이 공간에는 액체렌즈부(300)가 삽입될 수 있다.
한편, 제1렌즈부(100)는 고체렌즈(110)를 포함할 수 있다. 고체렌즈(110)는 렌즈 홀더(400) 외부로 돌출되어 외부에 노출될 수 있다. 고체렌즈가 노출되는 경우 외부에 노출됨으로 인해 렌즈표면이 손상될 수 있다. 만약 렌즈표면이 손상될 경우, 카메라 모듈에서 촬영되는 이미지의 화질이 저하될 수 있다. 고체렌즈(110)의 표면손상을 방지, 억제하기 위해, 커버 글래스를 배치시키거나 코팅층을 형성하거나 고체렌즈(100)가 표면손상을 방지하기 위한 내마모성 재질로 구성하는 방법 등을 적용할 수 있다.
제2렌즈부(200)는 제1렌즈부(100) 및 액체렌즈부(300)의 후방에 배치되고, 외부로부터 제1렌즈부(100)로 입사하는 광은 액체렌즈부(300)를 투과하여 제2렌즈부(200)로 입사할 수 있다. 제2렌즈부(200)는 제1렌즈부(100)와 이격되어 렌즈 홀더(400)에 형성되는 관통공에 배치될 수 있다.
한편, 제2렌즈부(200)는 적어도 하나의 렌즈로 구비될 수 있고, 2개 이상의 복수의 렌즈들이 포함되는 경우 중심축(PL)을 기준으로 정렬하여 광학계를 형성할 수도 있다.
액체렌즈부(300)는 제1렌즈부(100)와 제2렌즈부(200) 사이에 배치되고, 렌즈 홀더(400)의 삽입구(410)에 삽입될 수 있다. 삽입구(410)는 렌즈 홀더의 측면의 일부 영역이 개방되어 형성될 수 있다. 즉, 액체 렌즈는 홀더의 측면의 삽입구(410)를 통해 삽입되어 배치될 수 있다. 액체렌즈부(300) 역시, 제1렌즈부(100)와 제2렌즈부(200)와 같이 중심축(PL)을 기준으로 정렬될 수 있다.
액체렌즈부(300)에는 렌즈영역(310)이 포함될 수 있다. 렌즈영역(310)은 제1렌즈부(100)를 통과한 광이 투과하는 부위이고, 적어도 일부에 액체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 렌즈영역(310)에는 두 가지 종류 즉, 도전성 액체와 비도전성 액체가 함께 포함될 수 있고, 도전성 액체와 비도전성 액체는 서로 섞이지 않고 경계면을 이룰 수 있다. 연결부(500)를 통해 인가되는 구동 전압에 의해 도전성 액체와 비도전성 액체의 경계면이 변형되어 액체렌즈(28) 계면의 곡률 또는 액체 렌즈의 초점거리가 변경될 수 있다. 이러한 경계면의 변형, 곡률변경이 제어되면, 액체렌즈부(300)와 이를 포함하는 카메라 모듈은 오토포커싱 기능, 손떨림 보정기능 등을 수행할 수 있다.
도3은 구동 전압에 대응하여 초점 거리가 조정되는 액체 렌즈를 설명한다. 구체적으로, (a)는 렌즈 어셈블리(22, 도2참조)에 포함된 제1렌즈(28)를 설명하고, (b)는 렌즈(28)의 등가회로를 설명한다.
먼저 (a)를 참조하면, 구동 전압에 대응하여 초점 거리가 조정되는 렌즈(28)는 동일한 각 거리를 가지고 4개의 서로 다른 방향에 배치된 개별 단자(L1, L2, L3, L4)를 통해서 전압을 인가 받을 수 있다. 개별 단자는 액체 렌즈의 중심축을 기준으로 동일한 각 거리를 가지고 배치될 수 있고, 4개의 개별단자를 포함할 수 있다. 4개의 개별단자는 액체렌즈의 4개 코너에 각각 배치될 수 있다. 개별 단자(L1, L2, L3, L4)를 통해서 전압이 인가되면 인가된 전압은 후술할 공통 단자(C0)에 인가되는 전압과의 상호작용으로 형성되는 구동 전압에 의해 렌즈영역(310)에 배치된 도전성 액체와 비도전성 액체의 경계면이 변형될 수 있다.
또한, (b)를 참조하면, 렌즈(28)는 일측은 서로 다른 개별 단자(L1, L2, L3, L4)로부터 동작 전압을 인가 받고, 다른 일측은 공통 단자(C0)와 연결된 복수의 캐패시터(30)로 설명할 수 있다. 여기서, 등가회로에 포함된 복수의 캐패시터(30)는 약 수십 내지 200 피코패럿(pF) 이하의 작은 캐패시턴스를 가질 수 있다. 액체 렌즈의 상술한 액체 렌즈의 단자는 본 명세서에서 전극 섹터 또는 서브 전극으로 불릴 수도 있다.
도4는 액체 렌즈의 구조를 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28)는 액체, 제1 플레이트 및 전극을 포함할 수 있다. 액체렌즈(28)에 포함되는 액체(122, 124)는 전도성 액체 및 비전도성 액체를 포함할 수 있다. 제1 플레이트는 전도성 액체 및 비전도성 액체가 배치되는 캐비티(cavity, 150) 또는 홀을 포함할 수 있다. 캐비티(150)는 경사면을 포함할 수 있다. 전극(132, 134)은 제1 플레이트(114) 상에 배치될 수 있으며, 제1 플레이트(114) 상부 또는 제1 플레이트(114) 하부에 배치될 수 있다. 액체 렌즈(28)는 전극(132, 134) 상부(하부)에 배치될 수 있는 제2 플레이트(112)를 더 포함할 수 있다. 또한 액체 렌즈(28)는 전극(132, 134) 하부(상부)에 배치될 수 있는 제3 플레이트(116)를 더 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28)의 일 실시예는 서로 다른 두 액체(122, 124)가 형성하는 계면(130)을 포함할 수 있다. 또한, 액체 렌즈(28)에 전압을 공급하는 적어도 하나의 기판(142, 144)을 포함할 수 있다. 액체 렌즈(28)의 모서리(코너)는 액체 렌즈(28)의 중심부보다 두께가 얇을 수 있다. 액체 렌즈의 상면에 제2 플레이트가 배치되고 액체 렌즈의 하면에 제3 플레이트가 배치될 수 있으나, 액체 렌즈 코너의 상면 또는 하면의 일부에는 제2 플레이트 또는 제3 플레이트가 배치되지 않아 액체 렌즈의 코너의 두께가 중심부 보다 얇을 수 있다. 액체 렌즈의 코너 상면 또는 하면에는 전극이 노출될 수 있다.
액체 렌즈(28)는 서로 다른 두 액체, 예를 들면 전도성 액체(122)와 비전도성 액체(124)를 포함하고, 두 액체가 형성하는 계면(130)의 곡률, 형상은 액체 렌즈(28)에 공급되는 구동 전압에 의해 조정될 수 있다. 액체 렌즈(28)에 공급되는 구동 전압은 연결부(500)를 통해 전달될 수 있다. 연결부는 제1기판(142) 및 제2기판(144)중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 연결부가 제1기판(142) 및 제2기판(144)를 포함하는 경우 제2기판(144)은 복수의 개별 단자 각각에 전압을 전달할 수 있고, 제1기판(142)은 공통 단자에 전압을 전달할 수 있다. 복수의 개별 단자는 4개일 수 있고, 제2기판(144)은 4개의 개별 단자 각각에 전압을 전달할 수 있다. 제2기판(144)과 제1기판(142)을 통해 공급되는 전압은 액체 렌즈(28)의 각 모서리에 배치 또는 노출되는 복수의 전극(134, 132)에 인가될 수 있다.
또한, 액체 렌즈(28)는 투명한 재질을 포함하는 제3플레이트(116) 및 제2플레이트(112), 제3플레이트(116) 및 제2플레이트(112) 사이에 위치하며 기 설정된 경사면을 가지는 개구영역을 포함하는 제1플레이트(114)를 포함할 수 있다.
또한, 액체 렌즈(28)는 제3플레이트(116), 제2플레이트(112) 및 제1플레이트(114)의 개구영역에 의해 결정되는 캐비티(150)를 포함할 수 있다. 여기서, 캐비티(150)는 서로 다른 성질(예, 전도성 액체 및 비전도성 액체)의 두 액체(122, 124)가 충진될 수 있으며, 서로 다른 성질의 두 액체(122, 124) 사이에는 계면(130)이 형성될 수 있다.
또한, 액체 렌즈(28)에 포함되는 두 액체(122, 124) 중 적어도 하나는 전도성을 가지며, 액체 렌즈(28)는 제1플레이트(114) 상부 및 하부에 배치되는 두 전극(132, 134)을 포함할 수 있다. 제1플레이트(114)는 경사면을 포함하고 경사면에 배치되는 절연층(118)을 더 포함할 수 있다. 전도성을 가지는 액체는 절연층에 접촉할 수 있다. 여기서, 절연층(118)은 두 전극(132, 134) 중 하나의 전극(예, 제2전극(134))을 덮고, 다른 하나의 전극(예, 제1전극(132))의 일부를 덮거나 또는 노출시켜 전도성 액체(예, 122)에 전기 에너지가 인가되도록 할 수 있다. 여기서, 제1전극(132)은 적어도 하나 이상의 전극섹터(예, C0)를 포함하고, 제2전극(134)은 둘 이상의 전극섹터(예, 도4의 L1, L2, L3, L4)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2전극(134)은 광축을 중심으로 시계방향을 따라 순차적으로 배치되는 복수의 전극섹터를 포함할 수 있다. 전극 섹터는 서브 전극 또는 액체 렌즈의 단자로 불릴 수 있다.
액체 렌즈(28)에 포함된 두 전극(132, 134)에 전압을 전달하기 위한 하나 또는 두 개 이상의 기판(142, 144)이 연결될 수 있다. 구동 전압에 대응하여 액체 렌즈(28) 내 형성되는 계면(130)의 곡률, 굴곡 또는 경사도 등이 변하면서 액체 렌즈(28)의 초점 거리가 조정될 수 있다.
도5는 액체 렌즈 내 계면의 변화를 설명한다. 구체적으로, (a) 내지 (c)는 액체 렌즈(28)의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 전압이 인가되는 경우 발생할 수 있는 계면(30a, 30b, 30c)의 움직임을 설명한다.
먼저 (a)를 참조하면, 액체 렌즈(28)의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 실질적으로 동일한 전압을 인가한 경우, 계면(30a)은 원형에 가까운 형태를 유지할 수 있다. 상면에서 보았을 때, 계면의 수평거리(LH)와 계면의 수직거리 (LV)가 실질적으로 동일하고, 계면(30a)의 움직임(예, 경사각)이 균형을 이루는 형태를 가질 수 있다. 이 경우에는 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)를 통해 측정한 계면(30a)의 캐패시턴스 값이 실질적으로 동일하게 측정될 수 있다.
또한 (b)를 참조하면, 액체 렌즈(28)의 제1개별 전극(L1)과 제3개별 전극(L3)에 인가되는 전압이 제2개별 전극(L2)과 제4개별 전극(L4)에 인가되는 전압보다 높은 경우를 설명한다. 이 경우, 계면(30b)을 당기거나 미는 힘이 수평 또는 수직에서 다르기 때문에, 상면에서 보았을 때 계면의 수평거리(LH))가 상면에서 보았을 때 계면의 수직 거리(LV))보다 짧아질 수 있다. 제2개별 전극(L2)과 제4개별 전극(L4)에 인가되는 전압이 제1개별 전극(L1)과 제3개별 전극(L3)에 비하여 낮은 경우, 제2개별 전극(L2)과 제4개별 전극(L4)에서의 액체 렌즈(28)의 계면(30b)의 경사각이 제1개별 전극(L1)과 제3개별 전극(L3)에서의 액체 렌즈(28)의 계면(30b)의 경사각보다 작기 때문에, 평면상에서는 동일해 보이지만 입체적으로는 수직거리 (LV)가 수평거리 (LH)보다 길다. 이 경우에는 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)를 통해 측정한 계면(30a)의 캐패시턴스 값이 서로 다를 수 있다. 한편, 계면(30b)이 계면(30b)이 대칭적으로 변화하였기 때문에 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)를 통해 측정한 계면(30a)의 캐패시턴스 값이 대칭적일 수 있다. 이 경우 L1과 L3의 캐패시턴스 값이 같고, L2와 L4의 캐패시턴스 값이 같을 수 있다.
또한, (c)를 참조하면, 액체 렌즈(28)의 제1개별 전극(L1)과 제3개별 전극(L3)에 인가되는 전압과 제2개별 전극(L2)과 제4개별 전극(L4)에 인가되는 전압이 달라져, 상면에서 보았을 때 계면의 계면의 수직 거리(LV))가 수평거리(LH)) 보다 짧아 질 수 있다. (b)의 경우와 마찬가지로 계면(30c)이 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)을 통해 측정한 계면(30c)의 캐패시턴스가 서로 다를 수 있다. 한편, 계면(30c)이 계면(30b)이 대칭적으로 변화하였기 때문에 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)를 통해 측정한 계면(30a)의 캐패시턴스 값이 대칭적일 수 있다. 이 경우 L1과 L3의 캐패시턴스 값이 같고, L2와 L4의 캐패시턴스 값이 같을 수 있다.
또한, (a), (b) 및 (c)에 도시된 계면(30a, 30b, 30c)에서 측정된 캐패시턴스는 차이가 있고, 이러한 캐패시턴스의 차이를 통해 제1개별 전극(L1) 내지 제4개별 전극(L4)에 인가된 전압에 따라 계면(30a, 30b, 30c)이 이전과 달리 어떻게 움직였는지를 보다 직접적으로 정확하게 측정할 수 있다.
한편, 전술한 예에서는 액체 렌즈(28)가 4개의 개별 전극을 포함하는 구조를 들어 설명하였으나, 액체 렌즈(28)가 8개, 12개, 16개 등의 더 많은 개별 전극을 가지고 그에 대응하는 피드백 전극을 포함하는 경우 액체 렌즈(28)의 움직임을 보다 정교하게 제어할 수 있고, 해당 움직임을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
도6은 액체 렌즈와 연동하는 제어 회로를 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28)는 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)과 하나의 공통전극(C0, 도3참조)를 포함한다. 전압 제어 회로(40)는 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)과 하나의 공통전극(C0)에 인가되는 전압(VL1, VL2, VL3, VL4, VC0)을 생성하여 공급할 수 있다. 예를 들어, 도4 및 도5를 참조하면, 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)은 제2전극(134)에 대응할 수 있고, 하나의 공통전극(C0)은 제1전극(132)에 대응할 수 있다.
정전용량 측정 회로(50)는 액체 렌즈(28) 내 계면(30)의 위치, 형상 또는 움직임을 측정 또는 산출하기 위한 것이다. 액체 렌즈(28) 계면(30)의 위치, 형상 또는 움직임은 도3에서 설명한 것과 같이 캐패시턴스(정전용량, capacitance)를 이용하여 측정할 수 있다. 액체 렌즈(28)의 제1 전극과 제2 전극 사이의 캐패시턴스를 측정하기 위해, 액체 렌즈(28)에 포함된 적어도 하나의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)과 공통 전극을 이용할 수 있다.
전압 제어 회로(40)는 적어도 0V 내지 80V의 레벨의 전압(VL1, VL2, VL3, VL4, VC0)을 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4) 및 공통 전극(C0)에 서로 같은 시점 또는 다른 시점에 제공할 수 있다. 전압 제어 회로(40)는 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4) 및 공통 전극(C0)에 전압을 동일한 시점에 인가하지 않고, 전압 제어 회로(40) 내 또는 별도의 제어부(미도시)가 생성하는 타이밍에 대응하여 전달할 수 있다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28) 계면(30)은 복수의 개별 전극(L1, L2, L3, L4) 및 공통 전극(C0)에 전달되는 전압(VL1, VL2, VL3, VL4, VC0)이 형성하는 구동 전압에 대응하여 제어될 수 있다. 액체 렌즈(28) 내 계면(30)의 움직임, 위치, 또는 형상의 변화는 제1 내지 제4 전압(VL1, VL2, VL3, VL4)과 공통 전극(C0)에 인가되는 전압(VC0)의 전압차에 의해 발생할 수 있다.
제1 내지 제4 전압(VL1, VL2, VL3, VL4)과 공통 전극(C0)의 전압(VC0)의 전압차에 의해 액체 렌즈(28) 내 계면(30)의 움직임, 위치, 또는 형상의 변화가 발생하면 캐패시턴스의 변화가 발생할 수 있다. 액체 렌즈(28) 내 계면(30)의 움직임. 위치, 또는 형상의 변화에 따라 일어나는 캐패시턴스의 변화는 수 pF 내지 수십 pF의 작은 범위일 수 있다.
제1 내지 제4 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 인가되는 전압에 의한 계면(30)의 위치, 또는 형상은 공통 전극(C0)에 그라운드 전압(GND, 0V)가 인가한 후 공통 전극(C0)을 플로팅(floating)시켜 측정할 수 있다. 보다 구체적으로는, 공통 전극(C0)을 플로팅(floating)되고 제1 내지 제4 개별 전극(L1, L2, L3, L4) 중 하나에 인가되는 제1 내지 제4 전압(VL1, VL2, VL3, VL4)이 고전압(예, 10~80V)에서 그라운드 전압(0V)으로 떨어지는 폴링 에지(falling edge) 또는 라이징 에지일 때, 해당 전극에 인가되는 전압의 변화를 이용하여 캐패시턴스를 측정할 수 있다. (그라운드 플로팅 엣지 측정)
액체 렌즈(28) 내 공통 전극(C0) 측에 연결된 정전용량 측정 회로(50)는 액체 렌즈(28) 내 개별 전극과 공통 전극 사이의 캐패시턴스를 측정할 수 있다. 실시예에 따라, 정전용량 측정 회로(54)는 다양한 구성 요소를 포함할 수 있다.
예를 들어, 수 pF 내지 수십 pF의 작은 캐패시턴스의 변화를 측정하기 위한 정전용량 측정 회로(54)는 어떤 절대 값의 커패시턴스를 측정하는 것이 아니라 이미 값을 알고 있는 두 커패시터 중 하나 혹은 두 개 전부를 외부 변화에 노출시킬 때 발생하는 물리적 변화량의 차이를 통해 커패시턴스를 측정하는 차동 비교를 통해 캐패시턴스의 변화를 측정할 수 있다.
또 다른 예로, 수 pF 내지 수십 pF의 작은 캐패시턴스를 측정하기 위한 정전용량 측정 회로(54)는 이미 알려진 큰 값을 갖는 커패시터와 측정하고자 하는 작은 값을 갖는 커패시터와의 비율을 산정하여 그 값을 알아내는 방식을 통해 계면(30)의 캐패시턴스를 측정할 수도 있다.
정전용량 측정 회로(50)는 산출 또는 측정한 정보를 전압 제어 회로(40)로 전달하고, 전압 제어 회로(40)는 정보에 대응하여 전압(VL1, VL2, VL3, VL4, VC0)을 조정할 수 있다. 정전용량 측정 회로에서 산출 또는 측정한 정보는 전압 또는 캐패시턴스 값일 수 있다. 정전용량 측정 회로에서 산출된 정보를 전압 제어 회로로 전달하고, 전압 제어 회로는 산출된 정보를 이용하여 구동 전압을 조정하는 액체 렌즈 제어 회로를 구성할 수 있다.
도7은 정전용량 측정 회로의 예를 설명한다. 도8에 도시된 정전용량 측정 회로는 하나의 예로서 제시된 것으로, 실시예에 따라 다양한 구성 요소를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 전압 제어 회로(40)로부터 전달된 피드백 전압은 액체 렌즈에 배치된 전극 중 하나(L1)에 인가되면, 다른 하나(C0)와 연결된 정전용량 측정 회로(54)가 두 전극(L1, C0) 사이의 캐패시턴스를 측정하여 계면(30)의 상태를 인지할 수 있다.
전압(VL1)이 인가되고, 전압 제어 회로(40) 내 제1스위치(SW1)를 연결하면 계면(30)에 전하(Q)의 양은 전압의 변화량(ΔVL1)에 계면(30)의 캐패시턴스(C)를 곱한 것과 같을 수 있다. 제1스위치(SW1)가 연결되면 전하(Q)는 기준 캐패시터(Cap-m)으로 이동할 수 있다.
이후, 전압(VL1)이 그라운드 전압으로 떨어지는 폴링 에지(falling edge)에서 제1스위치(SW1)가 오프(OFF)되고 제2스위치(SW1)가 온(ON)되면, 기준 캐패시터(Cap-m)으로 이동했던 전하가 온칩 캐패시터(Cap-on)로 이동할 수 있다. 이때, 온칩 캐패시터(Cap-on)로 이동하는 전하(Q)의 양은 피드백 전압의 변화량(ΔVL1)에 온칩 캐패시터(Cap-on)의 캐패시턴스를 곱한 것과 같을 수 있다.
기준 캐패시터(Cap-m)에 누적되는 전하의 총량이 0이 되도록 계면(30)의 캐패시턴스(C)에 의한 커플링 횟수와 온칩 캐패시터(Cap-on)에 의한 커플링 횟수의 비를 조정하여 그 비율로부터 두 커패시턴스의 비를 구하게 된다. 온칩 캐패시터(Cap-on)의 캐패시턴스는 이미 알고 있는 값이므로, 계면(30)의 캐패시턴스(C)의 캐패시턴스를 측정할 수 있다.
전술한 정전용량 측정 회로(54)의 구성은 실시예에 따라 달라질 수 있으며, 그에 따른 동작과 제어 방법도 차이가 날 수 있다. 여기서, 정전용량 측정 회로(54)는 수 pF 내지 200 pF의 변화를 측정할 수 있도록 설계될 수 있다.
캐패시턴스를 측정하는 회로의 구성은 실시예에 따라 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 공통 전극에 LC 직렬 공진을 이용하여 공진 주파수를 바탕으로 캐패시턴스를 산출하는 회로가 사용될 수 있다. 다만, LC 직렬 공진을 이용하는 경우 공진 주파수를 찾기 위해서 각 주파수 별 파형을 인가해야 하기 때문에 캐패시턴스를 산출하는 데 시간이 소요될 수 있고, 이로 인해 액체 렌즈의 계면이 영향 받을 수 있다. 하지만, 전술한 정전용량 측정 회로(54)는 스위치드 캐패시터(switched capacitor)를 이용한 정전용량 측정회로이다. 스위치드 캐패시터는 2개의 스위치와 1개의 캐패시터를 포함할 수 있으며, 이를 이용해 흐르는 평균전류를 제어하는 장치로 평균저항이 커패시터 용량과 스위치 동작 주파수에 반비례할 수 있다. 스위치드 캐패시터를 이용하여 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정하는 경우, 매우 빠른 속도(예, 수십 ns)로 캐패시턴스를 측정할 수 있다.
또한, 캐패시턴스를 측정하기 위핸 회로로 저항, 인턱터, 캐패시터를 모두 포함해야 하는 LC 직렬 공진 회로보다는 캐패시터와 스위치만으로 구성될 수 있는 스위치드 캐패시터 회로가 직접도가 높아, 모바일 기기 등에 적용하기 용이할 수 있다. 제1 스위치의 일단은 액체 렌즈와 전압 제어 회로와 전기적으로 연결될 수 있다.
도8은 제어 회로의 제1예를 설명한다. 설명의 편의를 위해, 복수의 개별 전극 중 하나(L1)를 예로 들어 설명한다.
도시된 바와 같이, 제어 회로는 전압 제어 회로(40)와 정전용량 측정 회로(50)를 포함하고, 액체 렌즈(28)에 연결될 수 있다. 전압 제어 회로(40)는 고전압(예, 70V, 35V)과 그라운드 전압(GND) 중 하나를 선택적으로 액체 렌즈(28)에 포함된 개별 전극(L1)과 공통 전극(C0)에 전달할 수 있다.
정전용량 측정 회로(50)는 공통 전극(C0) 측에 연결될 수 있다. 정전용량 측정 회로(50)는 액체 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하기 위해 후술하는 제1스위치(SW1)을 연결하면, 액체 렌즈(28)의 캐패시터에 저장되었던 전하량이 정전용량 측정 회로(50)로 전달될 수 있다. 정전용량 측정 회로(50)는 비교기 외에도 캐패시터 등의 구성 요소들이 더 포함될 수 있어, 액체 렌즈(28)의 캐패시터로부터 전달되는 전하량을 측정할 수 있다.
제 1스위치는 정전용량 측정 회로와 액체 렌즈 사이에 배치될 수 있다.
액체 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하기 전에 공통 전극(C0)에 접지전압(GND)을 인가한다. 이후, 제1스위치(SW1)를 연결(ON)할 때, 전압 제어 회로(40)의 제2스위치(SW0)를 오프(OFF)시켜 공통 전극(C0)을 플로팅(floating) 상태로 만든다. 제2스위치(SW0)는 접지전압(GND)을 공통 전극(C0)에 인가하기 위한 스위치이다. 이후, 제1스위치(SW1)을 연결하고, 측정하고자 하는 개별 전극(L1)에 인가되는 전압(VL1)을 변화시키면 액체 렌즈(28)의 캐패시터에 저장된 전하들(예, Q(전하량) = ΔVL1 x C(액체 렌즈의 캐패시턴스))을 정전용량 측정 회로(50)으로 이동시킬 수 있다.
도9는 도8의 제어 회로의 동작을 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈의 복수의 개별 전극(L1, L2, L3, L4) 및 공통 전극(C0)에는 시분할 제어의 방법으로 제어되는 타이밍에 맞추어 고전압(예, 70V, 35V)과 그라운드 전압(예, 0V)이 인가될 수 있다.
공통 전극(C0)에 그라운드 전압이 인가되는 시점, 즉 전압 제어 회로(40)의 제2스위치(SW0)을 연결한 시점 이후, 제2스위치(SW0)을 끄고 공통 전극(C0)을 플로팅시킨 상태에서 정전용량 측정 회로(50) 내 제1스위치(SW1)를 연결(ON)한 상태에서 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 인가되는 전압이 고전압에서 그라운드 전압으로 떨어지는 폴링 에지에서 캐패시턴스의 측정은 이루어질 수 있다.
제1스위치(SW1)가 첫번째로 연결되는 시점에서 제3개별 전극(L3)에 인가되는 전압(VL3)의 폴링 에지가 있어, 제3개별 전극(L3)과 공통 전극(C0) 사이의 제3캐패시턴스(CL3)를 측정할 수 있다. 이후, 제1스위치(SW1)가 연결되는 시점에서, 제4개별 전극(L4)과 공통 전극(C0) 사이의 제4캐패시턴스(CL4), 제2개별 전극(L2)과 공통 전극(C0) 사이의 제2캐패시턴스(CL2), 제1개별 전극(L1)과 공통 전극(C0) 사이의 제1캐패시턴스(CL1)를 순차적으로 측정할 수 있다. 제1스위치(SW1)가 온(ON)되는 구간 동안 전압 제어 회로로부터 공통 전극(C0)에 전압이 공급되지 않는다.
한편, 캐패시턴스의 측정을 위해, 전압 제어 회로는 액체 렌즈에 포함된 복수의 개별 전극에 인가되는 전압을 시계방향 또는 반 시계방향으로 로테이션시켜 서로 다른 시점에 전달할 수 있다.
도10은 제어 회로의 제2예를 설명한다. 설명의 편의를 위해, 복수의 개별 전극 중 하나(L1)를 예로 들어 설명한다.
도시된 바와 같이, 제어 회로는 전압 제어 회로(40)와 정전용량 측정 회로(50)를 포함하고, 액체 렌즈(28)에 연결될 수 있다. 전압 제어 회로(40)는 고전압(예, 70V, 35V)과 그라운드 전압(GND) 중 하나를 선택적으로 액체 렌즈(28)에 포함된 개별 전극(L1)과 공통 전극(C0)에 전달할 수 있다.
정전용량 측정 회로(50)는 공통 전극(C0) 측에 연결될 수 있다. 정전용량 측정 회로(50)는 액체 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하기 위해 후술하는 제1스위치(SW1)을 연결하면, 액체 렌즈(28)의 캐패시터에 저장되었던 전하량이 정전용량 측정 회로(50)로 전달될 수 있다. 정전용량 측정 회로(50)는 비교기 외에도 캐패시터 등의 구성 요소들이 더 포함될 수 있어, 액체 렌즈(28)의 캐패시터로부터 전달되는 전하량을 측정할 수 있다.
제 1스위치는 정전용량 측정 회로와 액체 렌즈 사이에 배치될 수 있다.
어 회로는 전압 제어 회로(40)와 제1스위치의 사이 및/또는 전압 제어 회로와 액체 렌즈(28) 사이에 배치되는 제3스위치(SW3)를 더 포함할 수 있다. 제3 스위치(SW3)의 일단은 전압 제어 회로와 연결될 수 있고, 타단은 액체 렌즈 및 제1스위치와 연결될 수 있다. 제3 스위치(SW3)는 공통 전극(C0)에 연결된 정전용량 측정 회로(50)가 캐패시턴스를 측정하는 과정에서 플로팅 상태를 제어할 수 있다. 또한, 전압 제어 회로(40) 내부의 스위치를 이용하여 플로팅 상태를 제어하는 것보다 독립적으로 연결되는 스위치부(SW3)는 스위칭 소자의 내압을 낮추는 데 효과적일 수 있다.
액체 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하기 전에 제3스위치(SW3)를 연결하여 공통 전극(C0)에 접지전압(GND)을 인가한다. 이후, 제3스위치(SW3)는 공통 전압(C0)을 플로팅 시킨다. 제1스위치(SW1)를 연결(ON)할 때, 측정하고자 하는 개별 전극(L1)에 인가되는 전압(VL1)을 변화시키면 액체 렌즈(28)의 캐패시터에 저장된 전하들(예, Q(전하량) = ΔVL1 x C(액체 렌즈의 캐패시턴스))을 정전용량 측정 회로(50)으로 이동시킬 수 있다.
도11은 도10의 제어 회로의 동작을 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈의 복수의 개별 전극(L1, L2, L3, L4) 및 공통 전극(C0)에는 시분할 제어의 방법으로 제어되는 타이밍에 맞추어 고전압(예, 70V, 35V)과 그라운드 전압(예, 0V)이 인가될 수 있다.
캐패시턴스의 측정은 공통 전극(C0)에 그라운드 전압이 인가되는 시점, 즉 전압 제어 회로(40)와 제3스위치(SW3)는 연결될 수 있다. 제3스위치(SW3)가 연결된 상태에서 공통 전극(C0)에 그라운드 전압(GND)이 인가된 이후, 제3스위치(SW3)을 끄고 공통 전극(C0)을 플로팅시킨다. 공통 전극(C0)이 플로팅된 상태에서 정전용량 측정 회로(50) 내 제1스위치(SW1)를 연결(ON)한 상태에서 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 인가되는 전압이 고전압에서 그라운드 전압으로 떨어지는 폴링 에지가 일어나면 전하량의 이동이 이루어질 수 있다.
제1스위치(SW1)가 첫번째로 연결되는 시점에서 제3개별 전극(L3)에 인가되는 전압(VL3)의 폴링 에지가 있어, 제3개별 전극(L3)과 공통 전극(C0) 사이의 제3캐패시턴스(CL3)를 측정할 수 있다. 이후, 제2스위치(SW1)가 연결되는 시점에서, 제4개별 전극(L4)과 공통 전극(C0) 사이의 제4캐패시턴스(CL4), 제2개별 전극(L2)과 공통 전극(C0) 사이의 제2캐패시턴스(CL2), 제1개별 전극(L1)과 공통 전극(C0) 사이의 제1캐패시턴스(CL1)를 순차적으로 측정할 수 있다.
실시예에 따라, 액체 렌즈가 8개보다 더 많은 개별 전극을 가질 수도 있다. 다만 개별 전극의 수는 4의 배수일 수 있다. 또한, 액체 렌즈에 배치된 피드백 전극의 수는 액체 렌즈에 포함된 개별 전극의 수와 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.
도12는 액체 렌즈와 제어 회로의 연결을 설명한다. 특히, 도12는 도 6에서 설명한 제어 회로의 연결을 보다 구체적으로 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28)는 액체 렌즈(28)의 개별 전극 및 공통 전극에 전압을 공급하는 전압 제어 회로(40)와 연결되어 있고, 정전 용량 측정 회로(50)는 액체 렌즈(28)의 두 개의 전극 중 하나와 연결될 수 있다. 액체 렌즈(28) 내 캐패시턴스를 측정하고자 하는 위치, 즉 캐패시턴스를 가지는 양측인 두 개의 전극은 전술한 도8 내지 도11에서 설명한 것과 같이 선택될 수 있다.
한편, 전압 제어 회로(40)와 정전 용량 측정 회로(50)는 스위칭 소자(SW_V)를 통해 연결되어 있다. 액체 렌즈(28) 내 캐패시턴스를 측정하고자 하는 시점에 스위칭 소자(SW_V)는 온(ON)되어 전압 제어 회로(40)에서 부스트(boost)되기 전 입력전압(VIN)을 정전 용량 측정 회로(50)로 전달할 수 있다.
도13은 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정하기 위한 도12에 도시된 스위칭 소자들의 타이밍을 설명한다. 정전 용량 측정 회로(50)의 구체적인 동작은 도7에서 이미 설명하였다. 여기서는 도12에서 설명한 스위칭 회로의 동작 시점을 중심으로 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정하기 위해, 캐패시턴스를 측정하기 위한 전압(VIN)을 인가하기 위해, 스위칭 소자(SW_V)를 온(ON)시킨다. 또한, 제4스위치(SW13)를 온(ON)시켜 정전 용량 측정 회로(50) 내 기준 캐패시터(Cap-m)에 그라운드 전압(SW13)을 연결하여 전하를 방출시킨다.
이후, 제5스위치(SW11)를 연결하면 액체 렌즈의 캐패시턴스로 인해 축적된 전하가 기준 캐패시터(Cap-m)로 이동하고, 제5스위치(SW11)를 오프(OFF)한 뒤, 기준 캐패시터(Cap-m)에서 첫 번째 캐패시턴스의 값을 센싱할 수 있다(1st cap 센싱 윈도우).
이후, 스위칭 소자(SW_V)를 온(ON)시켜 전압(VIN)을 인가하고, 제6스위치(SW12)를 온(ON)시킨다. 이때, 기준 캐패시터(Cap-m)에 축적된 전하는 이동할 수 있다. 이후, 스위칭 소자(SW_V)와 제2스위치(SW12)를 오프(OFF)시킨 상태에서 기준 캐패시터(Cap-m)에서 두 번째 캐패시턴스의 값을 센싱할 수 있다(2nd cap 센싱 윈도우).
이후, 액체 렌즈의 캐패시턴스를 인지하는 방법은 도7에서 설명한 것과 동일할 수 있다.
정전용량 측정 회로에서 산출 또는 측정한 액체 렌즈의 캐패시턴스는 전압 제어 회로로 전달될 수 있다. 액체 렌즈의 캐패시턴스를 전달받은 전압 제어 회로는 캐패시턴스를 통해 액체 렌즈 내 계면의 형상, 상태를 인지할 수 있다. 만약 액체 렌즈 내 계면의 형상, 상태가 목표한 것과 차이가 있을 경우, 전압 제어 회로는 구동 전압을 조정할 수 있다.
전술한 바와 같이, 액체 렌즈의 제어 방법은 액체 렌즈의 공통 전극은 그라운드와 연결하고, 액체 렌즈의 개별 전극에는 전압이 인가되어, 공통 전극과 개별 전극 사이에 전하가 축적되는 단계, 정전용량 측정 회로와 액체 렌즈 사이에 배치되는 제1 스위치를 온(ON)하는 단계, 정전용량 측정 회로의 기준 캐패시터 양단의 전압을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이후, 기준 캐패시터 양단의 전압의 측정값을 이용하여 공통 전극과 개별 전극 사이의 캐패시턴스를 산출할 수 있다.
실시예에 따라, 액체 렌즈의 제어 방법은 액체 렌즈의 공통 전극과 개별 전극 중 하나는 그라운드와 연결하는 단계, 액체 렌즈의 공통 전극과 개별 전극중 다른 하나에 전압을 인가하는 단계, 공통 전극과 개별 전극 사이에 전하가 축적되는 단계, 제1 스위치를 온(ON)하는 단계, 정전용량 측정 회로의 기준 캐패시터 양단의 전압을 측정하는 단계, 기준 캐패시터 양단의 전압의 측정값을 이용하여 공통 전극과 개별 전극 사이의 캐패시턴스를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 액체 렌즈는 카메라 모듈에 포함될 수 있다. 카메라 모듈은 하우징에 실장되는 액체 렌즈 및 액체 렌즈의 전면 또는 후면에 배치될 수 있는 적어도 하나의 고체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리, 렌즈 어셈블리를 통해 전달되는 광신호를 전기신호로 변환하는 이미지센서, 및 액체 렌즈에 구동 전압을 공급하기 위한 제어회로를 포함할 수 있다.
실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.
전술한 카메라 모듈을 포함한 광학 기기(Optical Device, Optical Instrument)를 구현할 수 있다. 여기서, 광학 기기는 광신호를 가공하거나 분석할 수 있는 장치를 포함할 수 있다. 광학 기기의 예로는 카메라/비디오 장치, 망원경 장치, 현미경 장치, 간섭계 장치, 광도계 장치, 편광계 장치, 분광계 장치, 반사계 장치, 오토콜리메이터 장치, 렌즈미터 장치 등이 있을 수 있으며, 액체 렌즈를 포함할 수 있는 광학 기기에 본 발명의 실시예를 적용할 수 있다. 또한, 광학 기기는 스마트폰, 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 휴대용 장치로 구현될 수 있다. 이러한 광학 기기는 카메라 모듈, 영상을 출력하는 디스플레이부, 카메라 모듈과 디스플레이부를 실장하는 본체 하우징을 포함할 수 있다. 광학기기는 본체 하우징에 타 기기와 통신할 수 있는 통신모듈이 실장될 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 메모리부를 더 포함할 수 있다.
상술한 실시예에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 포함된다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 공통 전극과 복수의 개별 전극을 포함하는 액체 렌즈;
    상기 액체 렌즈의 계면을 제어하기 위해 상기 액체 렌즈에 구동전압을 공급하는 전압 제어 회로; 및
    상기 액체 렌즈의 상기 공통 전극과 상기 복수의 개별 전극 각각 사이의 개별 캐패시턴스를 산출하는 정전용량 측정 회로;
    상기 정전용량 측정 회로와 상기 액체 렌즈의 상기 공통전극 사이에 배치되는 제1 스위치;를 포함하고
    상기 제1 스위치의 일단은 상기 액체 렌즈의 상기 공통전극과 상기 전압 제어 회로와 전기적으로 연결되고
    상기 정전용량 측정 회로는 상기 복수의 개별전극 각각과 상기 공통전극 사이의 상기 개별 캐패시턴스를 순차적으로 산출하고,
    상기 전압제어 회로는 산출된 상기 개별 캐패시턴스에 대응되는 정보에 따라 상기 액체 렌즈의 상기 계면이 변형되도록 상기 구동전압을 제어하고,
    상기 복수의 개별전극 중 하나의 개별전극에 대한 개별 캐패시턴스를 산출하는 경우, 상기 하나의 개별전극의 전압은 변경되고 나머지 개별전극의 전압은 유지되는 액체 렌즈 제어 회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 개별전극은 4개의 개별전극을 포함하고, 상기 정전용량 측정 회로는 상기 4개의 개별전극 각각과 상기 공통전극 사이의 상기 개별 캐패시턴스를 순차적으로 산출하는 액체 렌즈 제어 회로.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 구동전압에 의해 상기 계면의 형상이 변경되면 상기 공통 전극에 그라운드 전압이 인가된 후 상기 공통 전극이 플로팅(floating)된 상태에서,
    상기 제1 스위치를 온(ON) 한 이후, 상기 복수의 개별 전극 중 제1 개별 전극의 전압을 제1전압에서 상기 제1전압보다 낮은 제2전압으로 변경되는 구간에서 제1 개별 캐패시턴스를 산출하는 액체 렌즈 제어 회로.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전압 제어 회로가 상기 액체 렌즈를 동작 시키기 위한 상기 구동전압을 공급하는 동안 상기 제1스위치는 오프(Off) 되는 액체 렌즈 제어 회로.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전압제어 회로는 상기 액체 렌즈를 구동하기 위한 전압을 공급하는 기능과
    상기 캐패시턴스를 측정 하기 위해 상기 액체렌즈에 축적된 전하를 상기 정전용량 측정 회로로 전달하는 기능을 포함하는 액체 렌즈 제어 회로.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 정전용량 측정 회로는 기준 캐패시터를 포함하고;
    상기 기준 캐패시터를 이용하여 상기 액체 렌즈의 상기 개별 캐패시턴스를 산출하는 액체 렌즈 제어 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1스위치는 상기 복수의 개별 전극 각각과 상기 공통 전극 사이의 상기 개별 캐패시턴스를 순차적으로 산출하도록 타이밍 제어되는 액체 렌즈 제어 회로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전압 제어 회로는 상기 공통 전극에 전압을 공급하는 제1 전압 제어회로와 상기 복수의 개별 전극에 전압을 공급하는 제2 전압 제어회로를 포함하는 액체 렌즈 제어 회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전압 제어회로는 상기 공통 전극에 그라운드를 인가하기 위한 제2 스위치를 포함하는 액체 렌즈 제어 회로.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 공통전극과 상기 제1 개별 전극 사이의 상기 제1 개별 캐패시턴스를 산출한 후,
    상기 복수의 개별 전극 중 제2 개별 전극의 전압을 제3전압에서 상기 제3전압보다 낮은 제4전압으로 변경되는 구간에서 상기 공통전극과 상기 제2 개별 전극 사이의 제2 개별 캐패시턴스를 산출하고,
    상기 제2 전압과 상기 제4 전압은 그라운드 전압인 액체 렌즈 제어 회로.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 정전용량 측정 회로에서 산출된 상기 개별 캐패시턴스에 대응되는 정보를 상기 전압제어 회로로 전달하고, 상기 전압제어 회로는 상기 산출된 상기 개별 캐패시턴스에 대응되는 정보를 이용하여 상기 구동 전압을 제어하는 액체 렌즈 제어 회로.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 정전용량 측정 회로에서 산출된 상기 개별 캐패시턴스에 대응되는 정보는 전압 또는 캐패시턴스 값인 액체 렌즈 제어 회로.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 제1 스위치가 온(ON)되는 구간 동안 상기 공통 전극은 플로팅(floating) 되는 액체 렌즈 제어 회로.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 전압 제어 회로와 상기 제1스위치 사이 및 상기 전압 제어 회로와 상기 액체 렌즈의 상기 공통전극 사이에 배치되는 제3스위치를 더 포함하고,
    상기 제3스위치는 상기 공통 전극에 전압을 공급하는 동안 온(ON)되고, 상기 정전용량 측정 회로가 상기 개별 캐패시턴스를 산출하는 동안 오프(OFF)되는 액체 렌즈 제어 회로.
  15. 공통 전극과 복수의 개별 전극을 포함하는 액체 렌즈와 상기 액체 렌즈의 상부 또는 하부에 배치되는 적어도 하나의 고체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리;
    상기 액체 렌즈의 계면을 제어하기 위해 상기 액체 렌즈에 구동전압을 공급하는 전압 제어 회로; 및
    상기 액체 렌즈의 상기 공통 전극과 상기 복수의 개별 전극 각각 사이의 개별 캐패시턴스를 산출하는 정전용량 측정 회로;
    상기 정전용량 측정 회로와 상기 액체 렌즈의 상기 공통전극 사이에 배치되는 제1 스위치;
    및
    상기 렌즈 어셈블리 하부에 배치되는 이미지센서를 포함하고,
    상기 제1 스위치의 일단은 상기 액체 렌즈의 상기 공통전극과 상기 전압 제어 회로와 전기적으로 연결되고,
    상기 액체 렌즈는
    전도성 액체와 비전도성 액체가 배치되는 캐비티를 포함하는 제1 플레이트;
    상기 제1플레이트 위에 배치되는 제2 플레이트; 및
    상기 제1 플레이트 아래에 배치되는 제3 플레이트를 더 포함하고,
    상기 공통 전극은 상기 제1 플레이트 위에 배치되고,
    상기 복수의 개별 전극은 상기 제1 플레이트 아래에 배치되고,
    상기 개별 캐패시턴스는 순차적으로 산출되고,
    상기 제1스위치는 상기 복수의 개별 전극 각각과 상기 공통 전극 사이의 상기 개별 캐패시턴스를 순차적으로 산출하도록 타이밍 제어되고,
    상기 복수의 개별 전극 중 하나의 개별 전극에 대한 개별 캐패시턴스를 산출하는 경우, 상기 하나의 개별 전극의 전압은 변경되고 나머지 개별 전극의 전압은 유지되는 카메라 모듈.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 복수의 개별 전극은 상기 제1 플레이트의 4개의 코너에 각각 배치되는 4개의 개별 전극을 포함하고,
    상기 정전용량 측정 회로는 상기 4개의 개별 전극 각각과 상기 공통 전극 사이의 상기 개별 캐패시턴스들을 산출하고,
    상기 정전용량 측정 회로에서 산출된 상기 개별 캐패시턴스를 상기 전압 제어 회로에 피드백 하여 상기 액체 렌즈의 상기 계면이 변형되도록 상기 구동전압이 제어됨에 따라 상기 렌즈 어셈블리의 초점거리가 조정되는 카메라 모듈.
  17. 액체 렌즈의 공통 전극은 그라운드와 연결하고, 상기 액체 렌즈의 복수의 개별 전극 중 제1 개별전극에는 전압이 인가되어, 상기 공통 전극과 상기 제1 개별 전극 사이에 전하가 축적되는 단계;
    상기 액체 렌즈의 상기 공통 전극을 플로팅시키는 단계;
    정전용량 측정 회로와 상기 액체 렌즈의 상기 공통전극 사이에 배치되는 제1 스위치를 온(ON)하는 단계;
    상기 정전용량 측정 회로의 기준 캐패시터 양단의 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 기준 캐패시터 양단의 전압을 이용하여 상기 공통 전극과 상기 제1 개별전극 사이의 제1 개별 캐패시턴스를 산출하는 단계;및
    상기 정전용량 측정 회로에서 산출된 상기 제1개별 캐패시턴스를 상기 전압 제어 회로에 피드백하여 상기 액체 렌즈의 계면이 변형되도록 산출된 상기 제1개별 캐패시턴스를 이용하여 구동전압을 제어하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 개별 캐패시턴스를 산출하는 단계 이후, 상기 공통전극과 상기 복수의 개별전극 중 제2개별전극, 제3개별전극 각각 사이의 제2 개별 캐패시턴스, 제3 개별 캐패시턴스를 순차적으로 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 제1개별 캐패시턴스를 산출하는 구간에서, 상기 제1개별전극의 전압은 변경되고 상기 제2개별전극과 상기 제3개별전극의 전압은 유지되는 액체 렌즈 제어 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 스위치를 온(ON)하는 단계와 상기 정전용량 측정 회로의 기준 캐패시터 양단의 전압을 측정하는 단계 사이에 상기 축적된 전하의 적어도 일부가 상기 기준 캐패시터로 이동하는 단계를 더 포함하는 액체 렌즈 제어 방법.
  19. 공통 전극과 복수의 개별 전극을 포함하는 액체 렌즈;
    상기 액체 렌즈의 계면을 제어하기 위해 상기 액체 렌즈에 구동전압을 공급하는 전압 제어 회로; 및
    상기 액체 렌즈의 상기 공통 전극과 상기 복수의 개별 전극 각각 사이의 개별 캐패시턴스를 산출하는 정전용량 측정 회로;
    상기 정전용량 측정 회로와 상기 액체 렌즈의 상기 공통전극 사이에 배치되는 제1 스위치;를 포함하고
    상기 제1 스위치의 일단은 상기 액체 렌즈의 상기 공통전극과 상기 전압 제어 회로와 전기적으로 연결되고
    상기 정전용량 측정 회로는 상기 복수의 개별전극 각각과 상기 공통전극 사이의 상기 개별 캐패시턴스들을 순차적으로 산출하여 상기 전압 제어회로에 피드백 하여 상기 액체 렌즈의 계면이 변형되도록 상기 전압 제어회로가 상기 구동전압을 제어하고,
    상기 복수의 개별전극 중 하나의 개별 전극에 대한 개별 캐패시턴스를 산출하는 경우, 상기 하나의 개별 전극의 전압은 변경되고 나머지 개별 전극의 전압은 유지되는 액체 렌즈 제어 회로.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 전압 제어 회로는 산출된 상기 개별 캐패시턴스를 기설정된 개별 캐패시턴스와 비교하여 산출된 상기 개별 캐패시턴스와 상기 기설정된 개별 캐패시턴스의 차이에 따라 상기 구동 전압을 제어하는 액체 렌즈 제어 회로.
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