KR102146677B1 - 카메라 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 실시예에 따른 카메라 모듈은 이미지 센서; 및 상기 이미지 센서로 입사되는 빛을 각각 1번씩 반사하는 제 1 및 제 2 반사부재;를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 반사부재는 반사면이 일체로 형성되고 전원 인가에 따라 반사면이 곡선이 되도록 변형되어 오토 포커싱, 손떨림 보정 및 줌 기능 중 적어도 하나 이상의 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

카메라 모듈 {Camera module}
본 실시예는 카메라 모듈에 관한 것이다.
통상 복수 개의 렌즈들의 배열로 구성되는 일반적인 카메라 모듈은 굴절 광학 시스템(Refractive optical system)으로, 광학계 전체 두께의 소형화에 한계가 있으며, 색수차(Chromatic aberration)를 가지고 있다. 또한, 중앙부의 해상도를 기준으로 시스템을 교정, 조립하였다 하더라도, 각 렌즈들 사이의 제조 공차에 의해 주변부의 해상도는 낮아질 수 있다.
또한, 기존 굴절 광학계에서 줌 기능을 구현하기 위해서는 복수 개의 렌즈들을 광 경로에 따라 이동 시켜야 하므로, 줌 기능이 구현된 광학계는 상대적으로 긴 광학 경로를 가지게 되어 광학 시스템 두께 소형화에 역행하는 문제가 있다.
특히, 오토 포커싱 기능, 손떨림 보정 기능 및 상기한 줌 기능의 추가 구현은 광학 시스템의 크기를 증가시키므로 모바일 기기에 적용되는 카메라 모듈에 적용하기 어렵다는 문제 또한 있다.
본 실시예는 오토 포커싱 기능, 손떨림 보정 기능 및 줌 기능을 모두 가지거나, 최소 2가지 이상의 기능을 조합하여 구현할 수 있는 초소형 카메라 모듈을 제공하는데 목적이 있다.
본 실시예에 따른 카메라 모듈은 이미지 센서; 및 상기 이미지 센서로 입사되는 빛을 각각 1번씩 반사하는 제 1 및 제 2 반사부재;를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 반사부재는 반사면이 일체로 형성되고 전원 인가에 따라 반사면이 곡선이 되도록 변형되어 오토 포커싱, 손떨림 보정 및 줌 기능 중 적어도 하나 이상의 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 반사부재의 기울어진 각도의 합은 0도가 될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 반사부재로 입사되는 광을 투과하는 렌즈부재;를 더 포함할 수도 있다.
무한대 초점 모드에서 제 1 반사부재는 반사면이 평평하게 형성되고, 제 2 반사부재는 반사면이 오목하게 형성될 수 있다.
접사 모드에서 제 1 및 제 2 반사부재는 반사면이 모두 오목하게 형성될 수 있다.
1배 미만의 줌 모드에서 제 1 반사부재는 반사면이 오목하게 형성되고, 제 2 반사부재는 반사면이 볼록하게 형성될 수 있다.
1배 줌 모드에서 제 1 및 제 2 반사부재는 반사면이 모두 평평하게 형성될 수 있다.
1배 이상 줌 모드에서 제 1 반사부재는 반사면이 볼록하게 형성되고, 제 2 반사부재는 반사면이 오목하게 형성될 수 있다.
손떨림 보정 모드에서 제 1 및 제 2 반사부재는 함께 회전 제어할 수도 있고, 제 1 및 제 2 반사부재 중 어느 하나만으로도 구현하는 것도 가능하다.
제 1 실시예에 따른 상기 제 1 및 제 2 반사부재는 전원이 인가되는 복수 개의 전극; 및 상기 전극에 인가되는 전원에 대응하여 변형하는 미러 멤브레인으로 형성되는 반사면;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 미러 멤브레인으로 형성되는 반사면은 두께가 0.5㎛ 미만으로 형성될 수 있다.
제 2 실시예에 따른 상기 제 1 및 제 2 반사부재는 전원이 인가되는 복수 개의 전극; 상기 전극에 대응 되도록 설치되어 길이 방향으로 신장되는 복수 개의 피에조 액츄에이터; 및 상기 피에조 액츄에이터의 길이 방향 신장에 연동하여 형태 변형되는 미러 플레이트로 구성되는 반사면;을 포함할 수 있다.
제 3 실시예에 따른 상기 제 1 및 제 2 반사부재는 전원이 인가되는 복수 개의 전극; 상기 전극과 통전 가능하게 연결되며 일정 두께의 층을 형성하는 피에조 액츄에이터; 상기 피에조 액츄에이터의 형태 변형에 대응하여 곡면을 형성하는 반사면; 및 상기 피에조 액츄에이터와 반사면 사이에 개재되는 그라운드 전극;을 포함할 수 있다.
이때, 상기 피에조 액츄에이터, 반사면 및 그라운드 전극은 대응되는 면적으로 적층 형성되어 레이어(layer)를 형성할 수 있다.
전기적인 신호에 의해 표면의 형태가 변하는 한 쌍의 미러부재를 이용하여 이미지 센서에 유입되는 화상이 포함된 빛의 초점 및 흔들림을 보정하는 것이 가능하므로, 기존의 카메라 모듈에 비해 소형이면서도 오토 포커싱 기능 및 손떨림 보정이 가능한 고성능 카메라 모듈을 소형으로 구현하는 것이 가능하다.
또한, 특징 위치에서 화상의 균일도가 떨어져 로컬 블러(local blur) 현상이 발생될 경우, 해당 위치에 대응되는 미러부재의 표면을 돌출 또는 오목하게 제어하여 이미지 센서에 균일한 해상도를 유지하는 것이 가능하다.
도 1 및 도 2는 오토 포커싱 기능을 수행하기 위한 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 광학계를 개략적으로 도시한 도면,
도 3 내지 도 5는 줌 기능을 수행하기 위한 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 광학계를 개략적으로 도시한 도면,
도 6 및 도 7은 손떨림 보정 기능을 수행하기 위한 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 광학계를 개략적으로 도시한 도면,
도 8은 로컬 블러 현상이 발생된 샘플 이미지를 도시한 도면,
도 9는 로컬 블러 현상이 발생된 이미지 센서의 대응되는 위치의 미러부재의 표면을 변형시킨 상태를 도시한 도면,
도 10은 제 1 실시예에 따른 미러부재를 개략적으로 도시한 도면,
도 11은 제 2 실시예에 따른 미러부재를 개략적으로 도시한 도면, 그리고,
도 12는 제 3 실시예에 따른 미러부재를 개략적으로 도시한 도면 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 실시예의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2는 오토 포커싱 기능을 수행하기 위한 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 광학계를 개략적으로 도시한 도면, 도 3 내지 도 5는 줌 기능을 수행하기 위한 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 광학계를 개략적으로 도시한 도면, 도 6 및 도 7은 손떨림 보정 기능을 수행하기 위한 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 광학계를 개략적으로 도시한 도면, 도 8은 로컬 블러 현상이 발생된 샘플 이미지를 도시한 도면, 도 9는 로컬 블러 현상이 발생된 이미지 센서의 대응되는 위치의 미러부재의 표면을 변형시킨 상태를 도시한 도면, 도 10은 제 1 실시예에 따른 미러부재를 개략적으로 도시한 도면, 도 11은 제 2 실시예에 따른 미러부재를 개략적으로 도시한 도면, 그리고, 도 12는 제 3 실시예에 따른 미러부재를 개략적으로 도시한 도면 이다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 광학계는 이미지 센서(10)와 제 1 및 제 2 반사부재(20)(30)를 포함할 수 있으며, 균일한 광의 입사를 위해 렌즈부재(40)가 설치될 수 있다.
이미지 센서(10)는 광 경로를 통해 전달 받은 영상이 포함된 빛을 전달 받아 전기적인 신호로 미도시된 제어부에 출력할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 렌즈부재(40)와 이미지 센서(10)의 사이에는 제 1 및 제 2 반사부재(20)(30)가 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 반사부재(20)는 상기 렌즈부재(40)를 통해 입사된 빛을 2번 반사하여 이미지 센서(10)로 전달할 수 있다.
본 실시예는 제 1 및 제 2 반사부재(20)(30)의 형태를 변형하여 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 오토 포커싱 기능을 수행하거나, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 줌 기능을 수행하거나, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 손떨림 보정 기능을 수행할 수 있다. 특히, 본 실시예의 제 1 및 제 2 반사부재(20)(30)는 연속 방식의 거울(continuous type mirror)로서 반사면이 일체로 구성되어 반사되는 빛의 손실이 발생하지 않는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 실시예에 따른 광학계에서 무한대 초점으로 광학계를 형성하는 경우를 도시한 도면이다.
무한대 초점을 형성하기 위해서는, 도시된 바와 같이 제 1 반사부재(20)는 입사된 빛을 그대로 반사할 수 있도록 반사 표면(20a)(도 10 내지 도 12 참조)를 평평하게 구성하고, 제 2 반사부재(30)는 반사 표면을 오목하게 형성할 수 있다. 제 2 반사부재(30)는 상기 제 1 반사부재(20)에서 반사된 화상을 이미지 센서(10)의 초점 위치에 결상 시키는 역할을 수행한다.
도 2는 본 실시예에 따른 광학계에서 접사 모드로 촬영이 가능한 광학계를 형성하는 경우를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 렌즈부재(40)를 통과한 빛을 반사하는 제 1 반사부재(20)의 반사면과 제 2 반사부재(30)의 반사면은 모두 오목하게 형성하여 접사 모드로 이미지의 촬영이 가능하도록 형성될 수 있다.
도 3은 본 실시예에 따른 광학계에서 0.5배 줌 기능을 수행할 수 있는 광학계를 형성하는 경우를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 렌즈부재(40)를 통과한 빛을 반사하는 제 1 반사부재(20)의 반사면은 오목하게 형성될 수 있고, 제 2 반사부재(30)의 반사면은 볼록하게 형성하여, 0.5배 줌 모드로 이미지의 촬영이 가능하도록 형성될 수 있다.
도 4는 본 실시예에 따른 광학계에서 1배 줌 기능을 수행할 수 있는 광학계를 형성하는 경우를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 렌즈부재(40)를 통과한 빛을 반사하는 제 1 반사부재(20)의 반사면과 제 2 반사부재(30)의 반사면은 모두 평평하게 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 렌즈부재(40)를 통과한 빛은 확대 또는 축소됨 없이 그대로 이미지 센서(10)로 전달될 수 있다.
도 5는 본 실시예에 따른 광학계에서 2.0배 줌 기능을 수행할 수 있는 광학계를 형성하는 경우를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 렌즈부재(40)를 통과한 빛을 반사하는 제 1 반사부재(20)의 반사면은 볼록하게 형성될 수 있고, 제 2 반사부재(30)의 반사면은 오목하게 형성하여, 2.0배 줌 모드로 이미지의 촬영이 가능하도록 형성될 수 있다.
한편, 0.5 내지 2.0배 줌 모드로 동작하기 위해 제 1 및 제 2 반사부재(20)(30)의 표면은 상기한 바와 같이 볼록 또는 오목한 형상으로 변형될 수 있는데, 이와 같이 오목 또는 볼록한 형태로 변형되는 변형 크기는 이미지 센서에 결상되는 이미지 화상을 통해 증감 가능하다. 만일 2.0배 이상의 줌 또는 0.5배 이하의 줌이 필요할 경우에는 제 1 및 제 2 반사부재(20)(30)의 변형 크기를 증감시켜 구현하는 것이 가능하다.
도 6 및 도 7은 본 실시예에 따른 광학계에서 손떨림 보정 기능을 수행할 수 있는 광학계를 형성하는 경우를 도시한 도면이다.
손떨림이 발생하면, 이미지 센서(10)의 초점 위치에 결상되는 상의 위치가 흔들리게 되므로, 이러한 현상은 도 6에 도시된 바와 같이 제 1 반사부재(20)를 화살표 A 방향으로 틸팅 제어하여, 반사되는 빛의 광축을 점선과 같이 움직여 초점 위치를 제어하는 x-틸트 보상(x-tilt compensation)을 수행할 수 있다.
또는, 도 7에 도시된 바와 같이 제 1 반사부재(20)는 고정하고 제 2 반사부재(30)를 화살표 B 방향으로 틸팅 제어하여, 반사되는 빛의 광축을 이미지 센서(10)의 초점 위치에 결상 시키는 y-틸트 보상(y- tilt compensation)을 수행할 수 있다.
또는, 도시하지는 않았으나, 제 1 및 제 2 반사부재(20)(30) 중 어느 하나만으로 구성하여, 상기 제 1 및 제 2 반사부재(20)(30) 중 광 경로 상에 배치되는 반사부재의 틸팅 제어를 통해서도 손떨림 보정을 수행하는 것도 가능하다.
도 10 내지 도 12는 본 실시예에 따른 제 1 및 제 2 반사부재(20)(30)의 형태 변형의 원리를 설명하기 위해 제 1 반사부재(20)를 일 예로 하여 설명한 개략 도면이다. 도시하지는 않았으나, 제 2 반사부재(30) 또한 제 1 반사부재(20)와 동일한 형태로 구성될 수 있다.
제 1 실시예에 따른 제 1 반사부재(20)는 도 10에 도시된 바와 같이, 입사된 광을 반사하는 반사면(20a) 및 복수 개의 전극(20b)을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 직류 전원이 상기 전극(20b)에 인가되면, 정전기적 인력(Electrostatic attraction)에 따라 전극(20b)에 인가된 전원이 반사면(20a)을 형성하고 있는 미러 멤브레인(mirror membrane)을 변형시켜 제어부가 요구하는 반사면(20a)의 곡선(curve)을 형성할 수 있다.
이때, 반사면(20a)을 형성하는 미러 멤브레인은 얇은 막의 형태로 구성되어, 정전기력에 의해 상기 전극(20b) 쪽으로 움직여 반사면(20a)의 곡선을 형성할 수 있다. 이때, 전극(20b)은 전원이 인가될 때 상기 반사면(20a)을 당기는 동작을 수행할 수 있다. 상기 반사면(20a)을 형성하는 미러 멤브레인은 실리콘 제작 방식으로 형성될 수 있으며, 두께는 0.5㎛를 넘지 않는 것이 좋다.
제 2 실시예에 따른 제 1 반사부재(20)는 도 11에 도시된 바와 같이, 입사된 광을 반사하는 미러 플레이트로 형성되는 반사면(20a)과 복수 개의 전극(20b) 및 상기 전극(20b)에 대응되도록 형성되어 길이 방향 신장 가능한 피에조 액츄에이터(20c)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 전극(20b)과 피에조 액츄에이터(20c)는 한 쌍으로 마련되어 이들이 복수 개로 형성된 적층 구동장치를 구성하여 길이 방향으로 신장될 수 있다.
따라서, 상기 전극(20b)에 전원이 인가되면, 이 전원 인가에 연동하여 상기 피에조 액츄에이터(20c)가 얇은 반사면(20a)을 밀어주어 변형시킬 수 있다. 이때, 상기 전극(20b)과 피에조 액츄에이터(20c)를 일정 면적에 분산 배치할 경우, 반사면(20a) 전체의 곡선을 변형하는 것이 가능하다.
제 3 실시예에 따른 제 1 반사부재(20)는 도 12에 도시된 바와 같이, 반사면(20a), 전극(20b), 피에조 액츄에이터(20c) 및 반사면(20a)과 피에조 액츄에이터(20c) 사이에 개재되는 그라운드 전극(20d)을 포함할 수 있다.
이와 같은 구성은 바이모르프 방식(bimorph type)으로, 전압이 인가되면 층상(layer shape)으로 마련된 상기 피에조 액츄에이터(20c)가 팽창하여 굽힘 모멘트를 유발시켜 층을 이룬 구조가 굽혀질 수 있다. 따라서 피에조 액츄에이터(20c)의 일부분에 전압을 가하여 국부적인 굽힘 유발이 가능하고, 패시브 미러 층(passive mirror layer)을 형성하는 상기 반사면(20a)은 상기 피에조 액츄에이터(20c)에 대응하는 형태로 변형할 수 있다.
한편, 상기한 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 제 1 반사부재(20)의 구성은 제 2 반사부재(30)에도 동일하게 구현될 수 있으며, 이들의 조합으로 구성되는 것도 가능하다.
또한, 제 1 및 제 2 반사부재(20)(30)의 각도는 ±45도를 기준으로 설치되어 입사되는 빛을 90도씩 변경하여 반사할 수 있으나, 이를 한정하는 것은 아니며, 설계상의 필요에 따라 상기 제 1 및 제 2 반사부재(20)(30)의 기울어진 각도의 합이 0도가 될 수 있도록 적절히 가변 될 수도 있다.
이상과 같은 본 실시예에 따르면, 복수 개의 렌즈들을 구성하여 광학계를 형성하고 이들의 렌즈군을 움직여 오토 포커싱, 손떨림 보정 및 줌 기능을 구현하기 위한 복잡한 이동 기구물을 구비하지 않더라도 상기한 기능들을 구현할 수 있어, 고성능이면서도 소형의 카메라 모듈을 제공하는 것이 가능하다.
또한, 상기한 구성에 따르면 매우 간단한 구성만으로도 오토 포커싱 기능, 손떨림 보정 기능 및 줌 기능 중 적어도 2가이 이상의 기능을 조합하여 손쉽게 구성하는 것이 가능하다.
또한, 매우 저전력에서도 동작이 가능하므로 저전력 환경에서도 사용할 수 있는 카메라 모듈을 제공할 수 있다.
이상에서 본 실시예에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하고, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 실시예의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10; 이미지 센서 20; 제 1 반사부재
20a; 반사면 20b; 전극
20c; 피에조 액츄에이터 20d; 그라운드 전극
30; 제 2 반사부재 40; 렌즈부재

Claims (15)

  1. 이미지 센서;
    상기 이미지 센서로 입사되는 빛을 각각 1번씩 반사하는 제 1 및 제 2 반사부재; 및
    상기 제 1 및 제 2 반사부재로 입사되는 광을 투과하는 렌즈부재를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 반사부재는 반사면이 일체로 형성되고 전원 인가에 따라 반사면이 곡선이 되도록 변형되어 오토 포커싱, 손떨림 보정 및 줌 기능 중 적어도 하나 이상의 기능을 수행하고,
    광각(wide angle) 모드에서 상기 제 1 반사부재는 반사면이 오목하게 형성되고, 상기 제 2 반사부재는 반사면이 볼록하게 형성되고,
    텔레포토(telephoto) 모드에서 상기 제 1 반사부재는 반사면이 볼록하게 형성되고, 상기 제 2 반사부재는 반사면이 오목하게 형성되는 카메라 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 반사부재의 기울어진 각도의 합은 0도가 되는 카메라 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1반사부재와 상기 제2반사부재는 서로 마주보도록 배치되는 카메라 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    무한대 초점 모드에서 상기 제 1 반사부재는 반사면이 평평하게 형성되고, 상기 제 2 반사부재는 반사면이 오목하게 형성되는 카메라 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    접사 모드에서 상기 제 1 및 제 2 반사부재는 반사면이 모두 오목하게 형성되는 카메라 모듈.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광각 모드 및 상기 텔레포토 모드 사이의 임의의 초점 거리에서, 상기 제 1 및 제 2 반사부재는 반사면이 모두 평평하게 형성되는 카메라 모듈.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    손떨림 보정 모드에서 상기 제 1 및 제 2 반사부재는 함께 회전 제어하는 카메라 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반사부재는,
    전원이 인가되는 복수 개의 전극; 및
    상기 전극에 인가되는 전원에 대응하여 변형하는 미러 멤브레인으로 형성되는 반사면;을 포함하는 카메라 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 미러 멤브레인으로 형성되는 반사면은 두께가 0.5㎛ 미만인 카메라 모듈.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반사부재는,
    전원이 인가되는 복수 개의 전극;
    상기 전극에 대응 되도록 설치되어 길이 방향으로 신장되는 복수 개의 피에조 액츄에이터; 및
    상기 피에조 액츄에이터의 길이 방향 신장에 연동하여 형태 변형되는 미러 플레이트로 구성되는 반사면;을 포함하는 카메라 모듈.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반사부재는,
    전원이 인가되는 복수 개의 전극;
    상기 전극과 통전 가능하게 연결되며 일정 두께의 층을 형성하는 피에조 액츄에이터;
    상기 피에조 액츄에이터의 형태 변형에 대응하여 곡면을 형성하는 반사면; 및
    상기 피에조 액츄에이터와 반사면 사이에 개재되는 그라운드 전극;을 포함하는 카메라 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 피에조 액츄에이터, 반사면 및 그라운드 전극은 대응되는 면적으로 적층 형성되어 레이어(layer)를 형성하는 카메라 모듈.




  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1반사부재와 상기 제2반사부재의 회전 방향은 서로 직교하는 카메라 모듈.



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