KR102375649B1 - 액체 렌즈, 카메라 모듈 및 광학 기기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액체 렌즈는, 캐비티(cavity), 상기 캐비티에 배치되는 전도성 액체와 비전도성 액체 및 n개의 개별 전극(n은 2 이상의 정수)과 공통 전극을 포함하고, 상기 전도성 액체와 상기 비전도성 액체 사이에 계면이 형성되고, 제1 구동 전압 코드의 제1 범위에서의 평균 구동 전압의 변화량은, 상기 제1 구동 전압 코드의 제2 범위에서의 평균 구동 전압의 변화량보다 크고, 상기 평균 구동 전압은, 상기 공통전극과 상기 n개의 개별전극 각각 사이에 인가되는 각 구동전압의 평균 전압이고, 상기 제2 범위의 하한값은 상기 제1 범위의 상한값보다 크고, 상기 제1 구동 전압 코드는 상기 평균 구동 전압에 대응하는 값일 수 있다.

Description

액체 렌즈, 카메라 모듈 및 광학 기기{LIQUID LENS, CAMERA MODULE, AND OPTICAL APPARATUS}
본 발명은 액체 렌즈, 카메라 모듈 및 광학 기기에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전기 에너지를 이용하여 초점 거리를 조정할 수 있는 액체 렌즈, 카메라 모듈 및 광학 기기에 관한 것이다.
휴대용 장치의 사용자는 고해상도를 가지며 크기가 작고 다양한 촬영 기능(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 위해서 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.
대한민국특허공개번호 10-2009-0018965 (공개일자: 2009년 2월 24일, 발명의 명칭: 복수의 액체렌즈 구동기)
본 발명은 더 높은 해상도의 전압 드라이버를 이용하지 않고도 선형성을 확보할 수 있는 액체 렌즈, 카메라 모듈 및 광학 기기를 제공하기 위한 것이다.
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 렌즈는, 캐비티(cavity), 상기 캐비티에 배치되는 전도성 액체와 비전도성 액체 및 n개의 개별 전극(n은 2 이상의 정수)과 공통 전극을 포함하고, 상기 전도성 액체와 상기 비전도성 액체 사이에 계면이 형성되고, 제1 구동 전압 코드의 제1 범위에서의 평균 구동 전압의 변화량은, 상기 제1 구동 전압 코드의 제2 범위에서의 평균 구동 전압의 변화량보다 크고, 상기 평균 구동 전압은, 상기 공통전극과 상기 n개의 개별전극 각각 사이에 인가되는 각 구동전압의 평균 전압이고, 상기 제2 범위의 하한값은 상기 제1 범위의 상한값보다 크고, 상기 제1 구동 전압 코드는 상기 평균 구동 전압에 대응하는 값일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈은, 캐비티(cavity), 상기 캐비티에 배치되는 전도성 액체와 비전도성 액체 및 n개의 개별 전극(n은 2 이상의 정수)과 공통 전극을 포함하고, 상기 전도성 액체와 상기 비전도성 액체 사이에 계면이 형성되는 액체 렌즈; 및 상기 액체 렌즈의 상기 공통전극과 상기 n개의 개별전극 중 어느 하나의 전극 사이에 인가되는 각 구동 전압을 생성하는 제어 회로를 포함하고, 제1 구동 전압 코드의 제1 범위에서의 평균 구동 전압의 변화량은, 상기 제1 구동 전압 코드의 제2 범위에서의 평균 구동 전압의 변화량보다 크고, 상기 평균 구동 전압은, 상기 공통전극과 상기 n개의 개별전극 각각 사이에 인가되는 각 구동전압의 평균 전압이고, 상기 제2 범위의 하한값은 상기 제1 범위의 상한값보다 크고, 상기 제1 구동 전압 코드는 상기 평균 구동 전압에 대응하는 값일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제어 회로는, 상기 제1 구동 전압 코드를 수신하여 상기 제1 구동 전압 코드보다 더 높은 해상도를 갖는 제2 구동 전압 코드로 변환하는 코드 변환부; 및 상기 제1 구동 전압 코드를 상기 제2 구동 전압 코드로 변환하기 위한 변환 테이블 또는 변환 알고리즘을 갖는 코드 변환 정보 제공부를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제어 회로는, 변환된 제2 구동 전압 코드에 기초하여 상기 각 구동 전압을 생성하는 전압 드라이버를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 변환 테이블은, 상기 제1 구동 전압 코드와 상기 계면의 디옵터가 선형 관계를 가지도록 보정하기 위해, 상기 제1 구동 전압 코드와 상기 제2 구동 전압 코드를 서로 매칭한 테이블일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제어 회로는, 상기 제2 구동 전압 코드에 따라 상기 제1 내지 제n 구동 전극에 대응하는 전극별 구동 전압 코드를 결정하는 구동 전압 코드 결정부를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 변환 테이블은, 상기 제1 구동 전압 코드와 상기 계면의 디옵터가 선형 관계를 가지도록 보정하기 위해, 상기 제1 구동 전압 코드와 상기 n개의 개별전극 각각에 대응하는 전극별 구동 전압 코드를 서로 매칭한 테이블일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 변환 알고리즘은, 상기 제1 구동 전압 코드와 상기 계면의 디옵터가 선형 관계를 가지도록 보정하기 위해, 상기 제1 구동 전압 코드와 상기 제2 구동 전압 코드 간의 변환 함수일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 n개의 개별전극 각각에 대응하는 전극별 구동 전압 코드 중 적어도 2개의 전극별 구동전압 코드는 서로 다를 수 있다.
실시예에 따라, 상기 변환 테이블 또는 상기 변환 알고리즘은, 상기 제1 구동 전압 코드 및 상기 계면의 디옵터의 관계로부터, 정규화, 스케일 변환, 역함수 변환 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제1 구동 전압 코드와 상기 계면의 디옵터가 선형 관계를 가지도록 결정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액체 렌즈는, 캐비티(cavity), 상기 캐비티에 배치되는 전도성 액체와 비전도성 액체 및 n개의 개별 전극(n은 2 이상의 정수)과 공통 전극을 포함하고, 상기 전도성 액체와 상기 비전도성 액체 사이에 계면이 형성되고, 평균 구동 전압을 결정하는 제1 구동 전압 코드와 상기 계면의 디옵터는 선형 관계를 가지고, 상기 제1 구동 전압 코드가 순차적으로 변경됨에 따라, 상기 평균 구동 전압은 불규칙적으로 변경되고, 상기 평균 구동 전압은, 상기 공통전극과 상기 n개의 개별전극 각각 사이에 인가되는 각 구동전압의 평균 전압일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 기기는, 카메라 모듈; 영상을 출력하는 디스플레이부; 상기 카메라 모듈에 전원을 공급하는 배터리; 및 상기 카메라 모듈, 디스플레이부 및 배터리를 실장하는 하우징을 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 발명의 일 실시예에 따른 액체 렌즈, 카메라 모듈 및 광학 기기에 의하면, 구동 전압 코드를 더 높은 해상도를 갖는 구동 전압 코드를 이용해 변환함으로써 구동 전압 코드와 액체 렌즈의 계면의 디옵터 간의 선형 관계가 확보될 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 예를 설명한다.
도 2는 카메라 모듈에 포함된 렌즈 어셈블리의 예를 설명한다.
도 3은 도 1에 도시된 카메라 모듈을 간략히 나타낸 블록도이다.
도 4는 구동 전압에 대응하여 계면이 조정되는 액체렌즈를 설명한다.
도 5는 액체 렌즈의 양단에 공급되는 전압의 실시예를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 렌즈의 전압 인가 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 렌즈의 전압 인가 방법을 하나의 구동 전극의 측면에서 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 전압 인가 방법에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 9와 도 10은 액체 렌즈의 전압 인가 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 액체 렌즈의 전압 인가 방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 3에 도시된 컨트롤러를 보다 상세하게 나타낸 블록도이다.
도 13 내지 도 16은 선형적으로 증가하는 제1 구동 전압 코드에 대해, 액체 계면의 디옵터가 선형적으로 증가할 수 있도록 하기 위한 제2 구동 전압 코드를 획득할 수 있는 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 변환 테이블의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 변환 테이블의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 전압 인가 방법의 적용예를 설명하기 위한 도면이다.
도 20과 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 전압 인가 방법의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 예를 설명한다.
도 1을 참조하면, 카메라 모듈(10)은 액체 렌즈 및 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리(22), 제어회로(24), 및 이미지센서(26)를 포함할 수 있다.
액체 렌즈는 전도성 액체 및 비전도성 액체, 제1 플레이트, 전극부를 포함할 수 있다. 제1 플레이트에는 전도성 액체 및 비전도성 액체를 수용하는 캐비티를 포함할 수 있다. 전극부는 전압을 인가받아 상기 전도성 액체와 비전도성 액체의 계면을 변화시키도록 외부 전원과 전기적으로 연결시킬 수 있다. 액체렌즈는 전극부에 배치되는 절연층을 더 포함하여 전극과 비전도성 액체의 접촉을 차단할 수 있다.
액체 렌즈가 적용된 카메라모듈에는 전극부에 인가되는 전압을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 전극부는 제1 전극과 제2 전극을 포함할 수 있고, 제1 전극과 제2전극은 적어도 하나 이상의 전극 섹터를 포함할 수 있다. 제1전극과 제2전극은 전자기적으로 상호작용하여 전도성 액체와 비전도성 액체의 계면을 변화시킬 수 있다.
렌즈 어셈블리(22)는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈 어셈블리(22)는 액체 렌즈가 포함된 복수의 렌즈로 구성될 수 있으며, 액체 렌즈는 제1 전극과 제2 전극에 인가되는 구동 전압에 대응하여 초점 거리가 조정될 수 있다. 카메라 모듈(22)은 액체 렌즈에 구동 전압을 공급하기 위한 제어회로(24)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 전극은 개별 전극일 수 있고, 상기 제2 전극은 전도성 메탈 플레이트일 수 있으며 공통 전극일 수 있다.
카메라 모듈(10)는 하나의 인쇄회로기판(PCB) 상에 배치된 복수의 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 광학 기기에 요구되는 사양에 따라 다르게 설계될 수 있다. 특히, 렌즈 어셈블리(22)에 인가되는 동작 전압의 크기를 줄이기 위해, 제어회로(24)는 하나의 칩(single chip)으로 구현할 수 있다. 이를 통해, 휴대용 장치에 탑재되는 광학 기기의 크기를 더욱 줄일 수 있다.
도 2는 카메라 모듈(10)에 포함된 렌즈 어셈블리(22)의 예를 설명한다.
카메라모듈(10)은 광학 기기에 포함될 수 있다. 광학 기기는 카메라 모듈, 디스플레이부, 통신모듈, 메모리 저장부, 배터리 중 적어도 하나 이상을 실장하는 하우징을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 렌즈 어셈블리(22)는 제1 렌즈부(100), 제2 렌즈부(200), 액체 렌즈(300), 홀더(400) 및 연결부(500)을 포함할 수 있다.
연결부(500)는 하나 또는 두개 이상일 수 있다. 예를들어 하나의 연결부를 갖는 경우 연결부의 일부가 액체렌즈(300)의 상부 또는 하부에 배치되어 액체렌즈(300)와 연결될 수 있고, 두개의 연결부를 갖는 경우 액체렌즈(300)의 상부와 연결되는 제1 연결부 및 액체렌즈 하부와 연결되는 제2 연결부를 포함할 수 있다. 연결부의 일단은 렌즈 어셈블리(22) 아래에 배치되고 이미지 센서가 실장되는 이미지 센서(26)가 배치되는 기판과 전기적으로 연결될 수 있다. 도시된 렌즈 어셈블리(22)의 구조는 하나의 예에 불과하며, 광학 기기에 요구되는 사양에 따라 렌즈 어셈블리(22)의 구조는 달라질 수 있다. 예를 들어, 도시된 예에서는 액체 렌즈(300)가 제1 렌즈부(100)와 제2 렌즈부(200) 사이에 위치하고 있으나, 다른 예에서는 제1 렌즈부 또는 제2 렌즈부가 생략될 수 있다. 또한 액체 렌즈(300)가 제1 렌즈부(100)보다 상부(전면)에 위치할 수도 있고, 액체 렌즈(300)가 제2 렌즈부보다 하부에 위치할 수도 있다. 액체 렌즈(300)는 개구 영역에 의해 정해지는 캐비티(cavity)를 포함하는데, 상기 다른 예에서는, 캐비티(310)의 경사 방향이 반대가 되도록 액체 렌즈(300)가 배치될 수 있다. 이는 도 2와는 달리 캐비티(310)의 광이 입사되는 방향의 개구 면적이 반대 방향의 개구 면적보다 좁음을 의미할 수 있다. 캐비티(310)의 경사 방향이 반대가 되도록 액체렌즈(300)가 배치될 때, 액체렌즈 경사 방향에 따라서 전극과 액체 등 액체렌즈의 구성의 배치 전체 또는 일부가 함께 바뀔 수 있고, 캐비티의 경사 방향만 변경되고 나머지 배치는 바뀌지 않을 수 있다.
제1 렌즈부(100)는 렌즈 어셈블리(22)의 전방에 배치되고, 렌즈 어셈블리(22)의 외부로부터 광이 입사하는 구성이다. 제1 렌즈부(100)는 적어도 하나의 렌즈로 구성될 수 있고, 또는 2개 이상의 복수의 렌즈들이 중심축(PL)을 기준으로 정렬하여 광학계를 형성할 수도 있다.
제1 렌즈부(100) 및 제2 렌즈부(200)는 홀더(400)에 장착될 수 있다. 이때, 홀더(400)에는 관통공이 형성되고, 관통공에 제1 렌즈부(100) 및 제2 렌즈부(200)가 배치될 수 있다. 또한, 홀더(400)에 제1 렌즈부(100)와 제2 렌즈부(200)가 배치되는 사이 공간에는 액체 렌즈(300)가 삽입될 수 있다.
한편, 제1 렌즈부(100)는 노출렌즈(110)를 포함할 수 있다. 노출렌즈(110)는 홀더(400) 외부로 돌출되어 외부에 노출될 수 있는 렌즈를 말한다. 노출렌즈(110)의 경우 외부에 노출됨으로 인해 렌즈표면이 손상될 수 있다. 만약 렌즈표면이 손상될 경우, 카메라 모듈에서 촬영되는 이미지의 화질이 저하될 수 있다. 노출렌즈(110)의 표면손상을 방지, 억제하기 위해, 커버 글래스를 배치시키거나 코팅층을 형성하거나 노출렌즈(100)가 표면손상을 방지하기 위한 내마모성 재질로 구성하는 방법 등을 적용할 수 있다.
제2 렌즈부(200)는 제1 렌즈부(100) 및 액체 렌즈(300)의 후방에 배치되고, 외부로부터 제1 렌즈부(100)로 입사하는 광은 액체렌즈부(300)를 투과하여 제2 렌즈부(200)로 입사할 수 있다. 제2 렌즈부(200)는 제1 렌즈부(100)와 이격되어 홀더(400)에 형성되는 관통공에 배치될 수 있다.
한편, 제2 렌즈부(200)는 적어도 하나의 렌즈로 구성될 수 있고, 2개 이상의 복수의 렌즈들이 포함되는 경우 중심축(PL)을 기준으로 정렬하여 광학계를 형성할 수도 있다.
액체 렌즈(300)는 제1 렌즈부(100)와 제2 렌즈부(200) 사이에 배치되고, 홀더(400)의 삽입구(410)에 삽입될 수 있다. 액체 렌즈(300) 역시, 제1 렌즈부(100)와 제2 렌즈부(200)와 마찬가지로 중심축(PL)을 기준으로 정렬될 수 있다. 홀더(400)의 삽입구(410)는 하나 또는 적어도 두개가 홀더(400) 측면에 형성될 수 있다. 액체렌즈는 상기 삽입구(410)에 배치될 수 있다. 액체렌즈는 상기 삽입구(410)의 외측으로 돌출되어 배치될 수 있다.
액체 렌즈(300)에는 캐비티(310)가 포함될 수 있다. 캐비티(310)는 제1 렌즈부(100)를 통과한 광이 투과하는 부위이고, 적어도 일부에 액체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 캐비티(310)에는 두 가지 종류 즉, 전도성 액체와 비전도성 액체(또는 절연 액체)가 함께 포함될 수 있고, 전도성 액체와 비전도성 액체는 서로 섞이지 않고 전도성 액체와 비전도성 액체 사이에 계면이 형성될 수 있다. 연결부(500)를 통해 인가되는 구동 전압에 의해 전도성 액체와 비전도성 액체의 계면이 변형되어 액체 렌즈(300)의 곡률 및/또는 초점거리가 변경될 수 있다. 이러한 계면의 변형, 곡률변경이 제어되면, 액체 렌즈(300)와 이를 포함하는 렌즈 어셈블리(22) 및 광학 기기는 오토포커싱(Auto-Focusing; AF) 기능, 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(Optical Image Stabilizer, OIS) 기능 등을 수행할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 카메라 모듈을 간략히 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 카메라 모듈(200)에 포함되는 제어 회로(210) 및 렌즈 어셈블리(250)가 도시되어 있고, 제어 회로(210) 및 렌즈 어셈블리(250) 각각은 도 1의 제어 회로(24) 및 렌즈 어셈블리(22)에 해당할 수 있다.
제어 회로(210)는 제어부(220)를 포함할 수 있다.
제어부(220)는 AF 기능 및 OIS 기능을 수행하기 위한 구성으로서, 사용자의 요청 또는 감지 결과(예컨대, 자이로 센서(225)의 움직임 신호 등)를 이용하여 렌즈 어셈블리(250)에 포함된 액체 렌즈(260)를 제어할 수 있다.
제어부(220)는 컨트롤러(230) 및 전압 드라이버(235)를 포함할 수 있다. 자이로 센서(225)가 제어부(220)에 포함되지 않는 독립된 구성일 수도 있고, 제어부(220)은 자이로 센서(225)를 더 포함할 수 있다.
자이로 센서(225)는 광학 기기(200)의 상하 및 좌우에 대한 손떨림을 보상하기 위해 요(Yaw)축과 피치(Pitch)축 두 방향의 움직임의 각속도를 감지할 수 있다. 자이로 센서(225)는 감지된 각속도에 상응하는 움직임 신호를 생성하여 컨트롤러(230)에 제공할 수 있다.
컨트롤러(230)는 OIS 기능 구현을 위해 저역 통과 필터(Low Pass Filter; LPF)를 이용하여 움직임 신호에서 높은 주파수의 노이즈 성분을 제거하여 원하는 대역만 추출하고, 노이즈가 제거된 움직임 신호를 사용하여 손떨림량을 계산하고, 계산된 손떨림량을 보상하기 위해 액체 렌즈(260)의 액체 렌즈(280)가 가져야할 형상에 대응하는 구동 전압을 계산할 수 있다.
컨트롤러(230)는 광학 기기 또는 카메라모듈(200)의 내부(예컨대, 이미지 센서) 또는 외부(예컨대, 거리 센서 또는 애플리케이션 프로세서)로부터 AF 기능을 위한 정보(즉, 객체와의 거리 정보)를 수신할 수 있고, 거리 정보를 통해 상기 객체에 초점을 맞추기 위한 초점 거리에 따라 액체 렌즈(280)가 가져야 할 형상에 대응하는 구동 전압을 계산할 수 있다.
컨트롤러(230)는 구동 전압과 상기 구동 전압을 전압 드라이버(235)가 생성하도록 하기 위한 구동 전압 코드를 맵핑한 구동 전압 테이블을 저장할 수 있고, 상기 계산된 구동 전압에 대응하는 구동 전압 코드를 구동 전압 테이블을 참조하여 획득할 수 있다.
전압 드라이버(235)는 컨트롤러(230)로부터 제공된 디지털 형태의 구동 전압 코드를 기초로, 상기 구동 전압 코드에 상응하는 아날로그 형태의 구동 전압을 생성하여, 렌즈 어셈블리(250)에 제공할 수 있다.
전압 드라이버(235)는 공급 전압(예컨대, 별도의 전원 회로로부터 공급된 전압)을 입력 받아 전압 레벨을 증가시키는 전압부스터, 상기 전압부스터의 출력을 안정시키기 위한 전압안정기 및 액체 렌즈(280)의 각 단자에 상기 전압부스터의 출력을 선택적으로 공급하기 위한 스위칭부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 스위칭부는 에이치브릿지(H Bridge)로 불리는 회로의 구성을 포함할 수 있다. 상기 전압부스터에서 출력된 고전압이 상기 스위칭부의 전원 전압으로 인가된다. 상기 스위칭부는 인가되는 전원 전압과 그라운드 전압(ground voltage)을 선택적으로 액체 렌즈(280)의 양단에 공급할 수 있다. 여기서, 액체 렌즈(280)는 구동을 위해 4개의 전극섹터를 포함하는 제1 전극과 1개의 전극섹터를 포함하는 제2 전극을 포함할 수 있는데, 액체 렌즈(280)의 양단은 제1 전극과 제2 전극을 의미할 수 있다. 또한 액체 렌즈(280)의 양단은 제1 전극의 4개의 전극 섹터 중 어느 하나와 제2 전극의 1개의 전극 섹터를 의미할 수 있다.
액체 렌즈(280)의 각 전극 섹터에 기 설정된 폭을 가지는 펄스 형태의 전압이 인가될 수 있으며, 액체 렌즈(280)에 인가되는 구동 전압은 제1 전극과 제2전극 각각에 인가되는 전압의 차이이다. 여기서, 제1 전극에 인가되는 전압을 개별 전압, 제2 전극의 전극 섹터 각각에 인가되는 전압을 개별 전압이라 정의할 수 있다.
즉, 전압 드라이버(235)가 컨트롤러(230)로부터 제공된 디지털 형태의 구동 전압 코드에 따라 액체 렌즈(280)에 인가되는 구동 전압을 제어하기 위해, 상기 전압 부스터는 증가되는 전압레벨을 제어하고, 상기 스위칭부는 공통 전극과 개별 전극에 인가되는 펄스 전압의 위상을 제어함에 의해 구동 전압 코드에 상응하는 아날로그 형태의 구동 전압이 생성되도록 한다.
즉, 제어부(220)는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 각각에 인가되는 전압을 제어할 수 있다.
제어 회로(210)는 제어 회로(210)의 통신 또는 인터페이스의 기능을 수행하는 커넥터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, I²C(Inter-Integrated Circuit) 통신 방식을 사용하는 제어 회로(210)와 MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 통신 방식을 사용하는 렌즈 어셈블리(250) 간의 통신을 위해 상기 커넥터는 통신 프로토콜 변환을 수행할 수 있다.
또한, 상기 커넥터는 외부(예컨대, 배터리)로부터 전원을 공급받아, 제어부(220) 및 렌즈 어셈블리(250)의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
렌즈 어셈블리(250)는 액체 렌즈 모듈(260)을 포함할 수 있으며, 액체 렌즈 모듈(260)은 구동 전압 제공부(270) 및 액체 렌즈(280)를 포함할 수 있다.
구동 전압 제공부(270)는 전압 드라이버(235)로부터 구동 전압(즉, 4개의 개별 전극 중 어느 하나의 개별 전극과 1개의 공통 전극 사이에 인가되는 아날로그 전압)을 제공받아, 액체 렌즈(280)에 구동 전압을 제공할 수 있다. 구동 전압 제공부(270)는 제어 회로(210)와 렌즈 어셈블리(250) 간의 단자 연결로 인한 손실을 보상하기 위한 전압 조정 회로 또는 노이즈 제거 회로를 포함할 수도 있고, 또는 상기 출력 전압을 바이패스(bypass)할 수도 있다.
구동 전압 제공부(260)는 도 2의 연결부(500)의 적어도 일부를 구성하는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board, 또는 제1 기판)에 배치될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 연결부(500)는 구동 전압 제공부(260)를 포함할 수 있다.
액체 렌즈(280)는 구동 전압에 따라 전도성 액체와 비전도성 액체 간의 계면이 변형되어 AF 기능, 또는 OIS 기능을 수행할 수 있다.
도 4는 구동 전압에 대응하여 계면이 조정되는 액체 렌즈를 설명한다. 구체적으로, (a)는 렌즈 어셈블리(250, 도3 참조)에 포함된 액체 렌즈(28)를 설명하고, (b)는 액체 렌즈(28)의 등가회로를 설명한다. 여기서, 액체 렌즈(28)는 도 3의 액체 렌즈(280)를 의미한다.
먼저 (a)를 참조하면, 구동 전압에 대응하여 계면이 조정되는 액체 렌즈(28)는 동일한 각 거리를 가지고 4개의 서로 다른 방향에 배치되어 제1 전극을 구성하는 복수의 전극 섹터(L1, L2, L3, L4) 및 제2 전극의 전극 섹터(C0)를 통해서 구동 전압을 인가 받을 수 있다. 제1 전극을 구성하는 복수의 전극 섹터(L1, L2, L3, L4) 및 제2 전극을 구성하는 전극 섹터(C0)를 통해서 구동 전압이 인가되면 캐비티(310)에 배치된 전도성 액체와 비전도성 액체의 계면이 변형될 수 있다. 전도성 액체와 비전도성 액체의 계면의 변형의 정도 및 형태는 AF 기능 또는 OIS 기능을 구현하기 위해, 컨트롤러(230)에 의해 제어될 수 있다.
또한, (b)를 참조하면, 렌즈(28)의 일측은 제1 전극의 서로 다른 전극 섹터(L1, L2, L3, L4)로부터 전압을 인가 받고, 다른 일측은 제2 전극의 전극 섹터(C0)과 연결되어 전압을 인가받는 복수의 캐패시터(30)로 설명할 수 있다.
본 명세서에서는 서로 다른 전극 섹터가 4개인 것을 예로 들어 설명하나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
도 5는 액체 렌즈의 양단에 공급되는 전압의 실시예를 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 액체 렌즈(280)의 각 전극 섹터(C0, L1~L4)에 기 설정된 폭을 가지는 펄스 형태의 전압이 인가될 수 있으며, 제1 전극의 각 전극 섹터(L1~L4)와 제2 전극의 전극 섹터(C0) 간의 전압차가 구동 전압이 된다.
전압 드라이버(235)는 공통 전극 섹터과 개별 전극 섹터에 인가되는 펄스 전압의 위상을 제어함에 의해 각 개별 전극에 대응되는 구동 전압을 제어할 수 있다.
도 5에서 전압 드라이버(235)는 외부로부터 제공받는 동작 클럭(clock)에 따라 펄스 전압의 위상을 쉬프트(shift)할 수 있는데, 개별 전극 섹터(L1)에 인가되는 제1 펄스 전압(A)과 제2 펄스 전압(B)이 도시되어 있다. 제2 펄스 전압(B)은 제1 펄스 전압(A)을 최소 위상만큼 딜레이시킨 전압이다.
개별 전극 섹터(L1)에 제1 펄스 전압(A)이 인가되었을 때의 구동 전압1에 비해, 개별 전극 섹터(L1)에 제2 펄스 전압(B)이 인가되었을 때의 구동 전압2의 구동 전압이 더 높음을 알 수 있다. 여기서, 구동 전압의 RMS(Root Mean Square) 값이 액체 렌즈(280)의 계면의 제어에 직접 기여하게 된다.
상기 최소 위상은 전압 드라이버(235)가 제공받는 동작 클럭의 주파수에 의해 정해진다. 상기 최소 위상은 전압 드라이버(235)의 출력 전압의 해상도를 결정할 수 있고, 상기 최소 위상이 작을수록 전압 드라이버(235)의 출력 전압의 해상도가 높아질 수 있다.
그러나, 만일 전압 드라이버(235)의 출력 전압의 해상도를 2배 높이려면 2배 높아진 주파수의 동작 클럭을 전압 드라이버(235)가 제공받아야 하므로, 그만큼 고성능의 클럭 발생기(clock generator)가 필요하게 된다. 이는 전체 시스템 관점에서 비용, 전력 소모 등의 면에서 상당한 손실을 가져오게 되므로, 고성능의 클럭 발생기 없이도 전압 드라이버(235)의 출력 전압의 해상도를 높일 수 있는 방안이 요구된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 렌즈의 전압 인가 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 도 6 이하에서의 구동 전압 인가 방법은 오토 포커싱 기능을 제공하기 위한 것을 중심으로 설명하나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, OIS 기능을 제공시에도 동일한 기술적 사상이 이용될 수 있다. 또한, 도 6 이하에서 설명되는 액체 렌즈에 인가되는 전압의 전압 레벨과 타이밍은 컨트롤러(230)가 생성하는 구동 전압 코드에 의해 제어될 수 있다.
각 사이클(CYCLE1~4) 당 4개의 액체 렌즈가 도시되어 있으며, 하나의 액체 렌즈의 제1 전극 중 좌측의 상부에 위치한 전극 섹터를 제1 전극 섹터라 정의하고, 액체 렌즈의 중심(또는 광축 또는 원주)을 기준으로 제1 전극 섹터로부터 시계방향으로 순차적으로 위치한 전극 섹터들을 각각 제2 전극 섹터, 제3 전극 섹터, 제4 전극 섹터라 정의하기로 한다.
또한, 제1 내지 제4 구동 전극 각각은 제1 내지 제4 전극 섹터 중 대응되는 개별 전극 섹터와 제2 전극의 공통 전극 섹터의 쌍을 의미하고, 제1 내지 제4 구동 전극에 인가되는 구동 전압은 각각 제1 내지 제4 구동 전압이라 정의된다.
제1 내지 제4 구동 전압은 각각 제1 내지 제4 전극섹터에 인가되는 제1 내지 제4 전압과 제2 전극에 인가되는 전압 간의 전압차에 해당한다. 제1 내지 제4 구동 전압은 하나의 사이클 내에서 이러한 전압차의 평균값 또는 RMS 값을 의미할 수 있다.
그리고, 액체 렌즈의 계면을 변형하기 위한 단위 사이클이 정의될 수 있으며, 도 5에 도시된 제1 내지 제4 사이클(CYCLE1~4)이 이에 해당한다.
단위 사이클에 대응하는 시간은 오토 포커싱 반응 시간(auto focusing response time) 즉 구동 전압 인가후 액체 렌즈가 원하는 계면으로 변형되기까지 소요되는 시간을 고려하여 결정될 수 있다. 오토 포커싱 반응 시간은 액체 렌즈의 사양에 따라 달라질 수 있으나, 오토 포커싱 반응 시간은 대략 50ms 전후의 반응 시간을 가질 수 있고, 따라서 단위 사이클은 오토 포커싱 반응 시간 및 서브 사이클의 개수를 고려하여 결정될 수 있다.
도 3의 컨트롤러(230)는 구동 전압을 계산하여 구동 전압 코드를 전압 드라이버(235)에 전달하게 되는데, 이때 I²C 방식으로 양방향 직렬 데이터 포트(SDA) 및 클럭 포트(SCL)를 통해 전달할 수 있으며 최대 1Mhz를 지원할 수 있다.
전압 드라이버(235)는 컨트롤러(230)로부터 수신된 구동 전압 코드를 기초로, 상기 구동 전압 코드에 상응하는 구동 전압을 생성하는데, 상기 구동 전압은 도 4에 도시된 각 캐패시터(30)에 인가되는 양단 전압을 의미하는 제1 내지 제4 구동 전압을 포함하며, 이러한 구동 전압의 인가를 위해 실질적으로 제2 전극의 제1 내지 제4 전극 섹터 전압 및 제2 전극의 전압을 생성할 수 있다.
제1 내지 제4 구동 전압은 전압 드라이버(235)의 구조에 따른 최대 출력 전압, 최소 출력 전압 및 일정한 단위 전압을 가지며, 최대 출력 전압과 최소 출력 전압은 전압 드라이버(235)가 최대와 최소로 출력 가능한 전압을 의미하며, 단위 전압은 제1 내지 제4 구동 전압 각각을 최소한으로 증가 또는 감소시킬 수 있는 전압을 의미한다. 상기 단위 전압은 전압 드라이버(235)가 동작 클럭에 따라 펄스 전압의 위상을 쉬프트하는 방식으로 출력 전압을 조정할 때, 상기 동작 클럭의 주파수에 따라 결정되는 최소 위상에 의해 정해질 수 있다.
그러나, 제1 내지 제4 구동 전압 각각이 1V씩 증가 또는 감소되어야 하는 것은 아니며 예컨대 10V씩 증가 또는 감소될 수 있음은 물론이다.
예를 들어, 최대 출력 전압이 70V이고 최소 출력 전압이 41V이고, 단위 전압이 1V일 때 제1 내지 제4 개별 전압은 각각 41V에서 70V까지의 범위 내에서 30가지의 전압을 가질 수 있다.
즉, 오토 포커싱 기능을 위해 제1 내지 제4 구동 전극에 동일한 구동 전압이 인가된다고 가정할 때, 30단계의 오토 포커싱 해상도가 구현될 수 있다.
이 경우, k(k는 1 이상 N 이하의 정수; N은 2이상의 정수) 번째 구동 전압 Vk은 다음의 수학식 1과 같다. 여기서 k 번째 구동 전압이라 함은 최소 출력 전압을 1번째 구동 전압, 최대 출력 전압을 N 번째 구동 전압이라 할 때 임의의 구동 전압을 의미한다.
[수학식 1]
Vk=Vi+dv*k
여기서, Vi는 최소 출력 전압을, dv는 단위 전압을 의미한다.
따라서, 일정한 출력 전압 범위(최대 출력 전압으로부터 최소 출력 전압 사이의 범위) 내에서 제1 내지 제4 구동 전극에 동일한 구동 전압이 인가된다면, 구동 전압에 대한 단위 전압은 전압 드라이버(235)의 단위 전압과 동일하게 되며, 오토 포커싱 해상도는 전압 드라이버(235)의 단위 전압에 의존하게 된다. 오토 포커싱 해상도는 오토 포커싱 기능을 세밀하게 조절할 수 있는 정도를 결정하는 기준이 되므로 오토 포커싱 기능의 성능에 영향을 미치는 가장 중요한 요인이 된다.
이하에서는 일정한 출력 전압 범위 내에서 오토 포커싱 해상도를 높일 수 있는 구동 전압 인가 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 6에 도시되지는 않았으나, 제1 사이클(CYCLE1) 이전의 초기 사이클에서는 제1 내지 제4 전극 섹터에 인가된 개별 전압은 각각 V(V는 출력 전압 범위내의 임의의 전압, 이하에서는 '초기 전압'이라 함)였다고 가정한다.
도 6에 도시되어 있듯이 각 사이클(CYCLE1~4)은 총 4개의 서브 사이클로 구분될 수 있다. 각 서브 사이클의 시간은 서로 동일하거나 서로 다를 수 있다. 각 서브 사이클의 시간이 동일한 일 실시예로, 각 사이클(CYCLE1~4)이 50ms의 시간을 갖는다면, 각 서브 사이클의 시간은 12.5 ms일 수 있다. 하나의 서브 사이클 내에서 각 구동 전극에 인가되는 전압은 유지될 수 있다. 다른 실시예에 따라, 하나의 서브 사이클 내에서 각 구동 전극에 인가되는 전압은 가변될 수 있다. 예를 들어, 제2 사이클(CYCLE2) 내에서 첫번째와 두번째의 사이클 및 세번째와 네번째의 사이클이 각각 하나의 서브 사이클을 구성하는 것으로 정의될 수 있다. 이 경우, 각 서브 사이클의 시간은 25ms일 수 있다.
제1 사이클(CYCLE1)의 제1 서브 사이클에서 (V+dv, V, V, V)가, 제2 서브 사이클에서, (V, V+dv, V, V)가, 제3 서브 사이클에서 (V, V, V+dv, V)가, 제4 서브 사이클에서 (V, V, V, V+dv)가 인가될 수 있다. 여기서, (a, b, c, d)의 a, b, c 및 d는 각각 제1 내지 제4구동 전압을 의미한다.
즉, 제1 사이클(CYCLE1)의 제1 서브 사이클에서 제1 내지 제4 구동 전압 중 어느 하나의 전압을 초기 전압에서 단위 전압만큼 상승시킨 전압(V+dv, 이하에서는 '제2 전압'이라 함)으로 인가하고 나머지 구동 전압을 초기 전압(V, 이하에서는 '제1 전압'이라 함)으로 인가할 수 있다. 이후의 서브 사이클에서는 시계 방향으로 순차적으로 제2 전압을 인가하는 위치를 변경할 수 있다. 여기서, 제2 전압이 인가되는 구동 전극은 음영으로 표시되어 있으며, 시계 방향은 일 실시예에 불과하며, 반시계 방향, 지그재그 방향 등으로 설정될 수 있음은 물론이다.
다만, 각 서브 사이클에서 제2 전압이 인가되는 위치는 서로 다르게 설정되어야 하며, 이는 어느 하나의 위치에 제2 전압이 계속 인가될 경우 액체 렌즈의 계면이 일그러질 수 있기 때문이다.
어느 한 사이클에서 어느 한 구동 전극에 인가된 구동 전압은 4개의 서브 사이클에서 인가된 구동 전압의 평균에 해당한다.
따라서, 제1 사이클(CYCLE1)에서 인가된 제1 내지 제4 구동 전압은 (4V+dv)/4=V+dv/4 에 해당한다.
제2 사이클(CYCLE2)의 제1 서브 사이클에서 (V+dv, V, V+dv, V)가, 제2 서브 사이클에서 (V, V+dv, V, V+dv)가, 제3 서브 사이클에서 (V+dv, V, V+dv, V)가, 제4 서브 사이클에서 (V, V+dv, V, V+dv)가 인가될 수 있다.
즉, 제2 사이클(CYCLE2)의 제1 서브 사이클에서 제1 내지 제4 구동 전압 중 어느 두 전압을 제2 전압으로 인가하고 나머지 구동 전압을 제1 전압으로 인가할 수 있다. 제2 서브 사이클에서는 제1 전압이 인가되었던 위치의 구동 전압을 제2 전압으로 인가하고, 제2 전압이 인가되었던 위치의 구동 전압을 제1 전압으로 인가할 수 있다. 그 이후의 서브 사이클에서는 제1 서브 사이클과 제2 서브 사이클의 구동 전압 인가 방법이 반복될 수 있다. 제2 사이클(CYCLE2)도 제1 사이클(CYCLE1)의 서브 사이클과 마찬가지로 시계방향 또는 반시계 방향으로 전압 인가위치를 변경시킬 수 있다.
도 6에서와 같이 마주보는 위치에 해당하는 구동 전압끼리 동일하게 설정되고 인접하는 서브 사이클에서 제2 전압이 인가되는 위치는 서로 다르게 설정되어야 하는데, 이는 액체 렌즈의 계면이 일그러짐을 방지하기 위함이다. 또한 도면에 도시되지는 않았지만, 4개의 전극 섹터 중 2개의 인접한 전극 섹터에 제1 전압을 인가하고 나머지 전극 섹터에 제2 전압을 인가하여 시계방향 또는 반시계 방향으로 전압 인가를 제어할 수도 있다.
제2 사이클(CYCLE2)에서 인가된 제1 내지 제4 구동 전압은 (4V+2dv)/4=V+dv/2 에 해당한다.
제3 사이클(CYCLE3)의 제1 서브 사이클에서 (V+dv, V+dv, V+dv, V)가, 제2 서브 사이클에서, (V, V+dv, V+dv, V+dv)가, 제3 서브 사이클에서 (V+dv, V, V+dv, V+dv)가, 제4 서브 사이클에서 (V+dv, V+dv, V, V+dv)가 인가될 수 있다.
즉, 제3 사이클(CYCLE3)의 제1 서브 사이클에서 제1 내지 제4 구동 전압 중 어느 세 전압을 제2 전압으로 인가하고 나머지 구동 전압을 제1 전압으로 인가할 수 있다. 이후의 서브 사이클에서는 시계 방향으로 순차적으로 제1 전압을 인가하는 위치를 변경할 수 있다. 여기서, 시계 방향은 일 실시예에 불과하며, 반시계 방향, 지그재그 방향 등으로 설정될 수 있음은 물론이다.
다만, 각 서브 사이클에서 제1 전압이 인가되는 위치는 서로 다르게 설정되어야 하며, 이는 어느 하나의 위치에 제1 전압이 계속 인가될 경우 액체 렌즈의 계면이 일그러질 수 있기 때문이다.
따라서, 제3 사이클(CYCLE3)에서 인가된 제1 내지 제4 구동 전압은 (4V+3dv)/4=V+3dv/4 에 해당한다.
제4 사이클(CYCLE4)의 제1 서브 사이클에서 (V+dv, V+dv, V+dv, V+dv)가, 제2 서브 사이클에서, (V+dv, V+dv, V+dv, V+dv)가, 제3 서브 사이클에서 (V+dv, V+dv, V+dv, V+dv)가, 제4 서브 사이클에서 (V+dv, V+dv, V+dv, V+dv)가 인가될 수 있다.
즉, 제4 사이클(CYCLE3)의 제1 내지 제4 서브 사이클에서 제1 내지 제4 구동 전압을 모두 제2 전압으로 인가할 수 있다.
따라서, 제4 사이클(CYCLE4)에서 인가된 제1 내지 제4 구동 전압은 (4V+4dv)/4=V+dv 에 해당한다.
이때 동일 사이클에 포함된 서브 사이클에서 인가된 제1 내지 제4 구동 전압의 총합은 일정하게 유지될 수 있으며, 이는 하나의 사이클 내에서 제1 내지 제4 구동 전압의 총합은 일정하게 유지되어야 특정 초점거리가 해당 사이클에서 유지될 수 있기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구동 전압 인가 방법에 의할 경우, k 번째 개별 전압 V'k은 다음의 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
V'k=Vi+dv/4*k
여기서, Vi는 최소 출력 전압을, dv는 단위 전압을 의미한다.
따라서, 일정한 출력 전압 범위 내에서 제1 내지 제4 구동 전압이 동일한 구동 전압으로 인가되지 않고, 제1 내지 제4 구동 전압 모두가 제1 전압으로 설정된 사이클 다음에, 제1 내지 제4 구동 전압 중 한 전압만을 제2 전압으로 설정하고 제2 전압으로 설정된 구동 전압을 로테이트(rotate)시키는 사이클, 제1 내지 제4 구동 전압 중 두 전압만을 제2 전압으로 설정하고 제2 전압으로 설정된 구동 전압을 로테이트시키는 사이클 및 제1 내지 제4 구동 전압 중 세 전압만을 제2 전압으로 설정하고 제2 전압으로 설정된 구동 전압을 로테이트시키는 사이클을 더 삽입함으로써, 오토 포커싱 해상도를 결정하는 단위 전압이 dv에서 dv/4로 변경될 수 있다.
즉, 단위 전압이 1/4로 줄어든 것은 오토 포커싱 해상도가 4배로 증가하였음을 의미하고, 오토 포커싱 기능의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 최대 출력 전압이 70V이고 최소 출력 전압이 41V이고, 단위 전압이 0.25V가 되므로, 제1 내지 제4 구동 전압은 각각 41V에서 70V까지의 범위 내에서 120가지의 전압을 가질 수 있다.
다른 실시예에 따라, 도 5에 도시된 사이클 중 일부만을 사용하는 것도 가능하며, 예를 들어 제1 내지 제3 사이클(CYCLE1~3) 중 제2 사이클(CYCLE2)에 따른 전압 인가 방식 만을 사용할 경우 오토 포커싱 기능의 해상도는 2배 증가될 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 렌즈의 전압 인가 방법을 하나의 구동 전극의 측면에서 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 각 사이클(CYCLE0~CYCLE4)에서 제1 전극 섹터(L1)에 대응하는 구동 전극에 인가되는 구동 전압이 도시되어 있다.
백색으로 표시된 구동 전압은 제1 전압(V)이 인가되는 구간을 의미하고, 회색 음영으로 표시된 구동 전압은, 제1 전극 섹터(L1)에 인가되는 전압이 최소 위상만큼 쉬프트되어, 제1 전압(V)보다 단위 전압이 증가된 제2 전압(V+dv)이 인가되는 구간을 의미한다.
각 사이클(CYCLE0~CYCLE4)은 4개의 서브 사이클(SUB1~SUB4)로 구분될 수 있다.
초기 사이클(CYCLE0)에서 제1 구동 전극에는 전체 서브 사이클 (SUB1~SUB4)에서 제1 전압(V)이 인가될 수 있다. 따라서, 초기 사이클(CYCLE0)에서 제1 구동 전극에 인가되는 제1 구동 전압은 V 에 해당한다.
제1 사이클(CYCLE1)에서 제1 구동 전극에는 전체 서브 사이클 (SUB1~SUB4) 중 하나의 서브 사이클(SUB1)에서 제2 전압(V+vd)이 인가되고, 나머지 서브 사이클(SUB2~SUB4)에서 제1 전압(V)이 인가될 수 있다. 따라서, 제1 사이클(CYCLE1)에서 제1 구동 전극에 인가되는 제1 구동 전압은 V+dv/4 에 해당한다.
제2 사이클(CYCLE2)에서 제1 구동 전극에는 전체 서브 사이클 (SUB1~SUB4) 중 2개의 서브 사이클(SUB1, SUB2)에서 제2 전압(V+vd)이 인가되고, 나머지 서브 사이클(SUB3, SUB3)에서 제1 전압(V)이 인가될 수 있다. 따라서, 제2 사이클(CYCLE1)에서 제1 구동 전극에 인가되는 제1 구동 전압은 V+dv/2 에 해당한다.
제3 사이클(CYCLE3)에서 제1 구동 전극에는 전체 서브 사이클 (SUB1~SUB4) 중 3개의 서브 사이클(SUB1~SUB3)에서 제2 전압(V+vd)이 인가되고, 나머지 서브 사이클(SUB4)에서 제1 전압(V)이 인가될 수 있다. 따라서, 제3 사이클(CYCLE3)에서 제1 구동 전극에 인가되는 제1 구동 전압은 V+3dv/4 에 해당한다.
제4 사이클(CYCLE4)에서 제1 구동 전극에는 전체 서브 사이클 (SUB1~SUB4)에서 제2 전압(V+dv)이 인가될 수 있다. 따라서, 제4 사이클(CYCLE4)에서 제1 구동 전극에 인가되는 제1 구동 전압은 V+dv 에 해당한다.
여기서, 각 구동 전극에 상이한 구동 전압이 인가되는 사이클(CYCLE1~CYCLE3))에서 어느 한 구동 전극에 대해 제1 전압 및 제2 전압이 인가되는 서브 사이클의 개수는 모든 구동 전극에서 동일해야 한다. 그러나, 어느 한 구동 전극에 대해 복수의 서브 사이클 중 어느 서브 사이클에서 제1 전압 및 제2 전압이 인가되는지 여부는 다양한 방법에 의해 정해질 수 있다.
예를 들어, 도 6에 대한 설명에서 예시된 바와 같이 인접하는 서브 사이클에서 제1 전압 또는 제2 전압이 인가되는 구동 전극의 위치가 시계방향, 반시계방향, 지그재그로 이동할 수 있다.
또한, 제1 구동 전극에 제2 전압이 인가되는 서브 사이클의 위치는 도 6과는 다소 차이가 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이고 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어난 것은 아니다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 전압 인가 방법에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 도 6과 7에서 설명된 각 사이클(CYCLE0~4)에서 전극 섹터에 인가되는 평균 전압이 도시되어 있다.
초기 사이클(CYCLE0)에 제1 내지 제4 구동 전극에 인가되는 평균 전압은 V이고, 제1 사이클(CYCLE1)에 제1 내지 제4 구동전극에 인가되는 평균 전압은 V+dv/4이고, 제2 사이클(CYCLE2)에 제1 내지 제4 구동 전극에 인가되는 평균 전압은 V+dv/2이고, 제3 사이클(CYCLE3)에 제1 내지 제4 구동 전극에 인가되는 평균 전압은 V+3dv/4이고, 제4 사이클(CYCLE4)에 제1 내지 제4 구동 전극에 인가되는 평균 전압은 V+dv이다.
즉, 각 사이클마다 순차적으로 구동 전압을 증가시킬 때 단위 전압인 dv/4씩 증가될 수 있으며, 이는 전압 드라이버(235)의 단위 전압인 dv에 비해 1/4로 줄어든 값에 해당한다.
즉, 제1 내지 제4 구동 전극에 동일한 구동 전압을 인가할 경우에는 오토 포커싱 해상도를 결정하는 구동 전압에 대한 단위 전압은 전압 드라이버(235)의 단위 전압과 동일하게 되고, 도 8에서 나타나듯이 V의 구동 전압을 인가하는 초기 사이클(CYCLE0)에서 제1 사이클(CYCLE1)로 갈 때 순차적으로 구동 전압을 높이고자 할 경우 바로 V+dv의 구동 전압을 인가할 수 밖에 없으며, 하나의 단계 만을 가질 수 있다.
그러나, 도 6과 도 7에 도시된 구동 전압 인가 방법에 의할 경우, 오토 포커싱 해상도를 결정하는 구동 전압에 대한 단위 전압은 전압 드라이버(235)의 단위 전압의 1/4이 되고, 도 8에서 나타나듯이 V의 구동 전압을 인가하는 초기 사이클(CYCLE0)에서 제1 사이클(CYCLE1)로 갈 때 순차적으로 구동 전압을 높이고자 할 경우 바로 V+dv/4의 구동 전압을 인가할 수 있으며, V+dv의 구동 전압을 인가하는데 4개의 단계를 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 4배의 오토 포커싱 해상도를 가질 수 있다.
본 명세서에서는 액체 렌즈가 4개의 개별 전극을 가지는 경우에 대해 설명하나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 8개, 16개 등의 개별 전극을 가지는 경우에도 적용될 수 있다.
예를 들어, 액체 렌즈가 8개의 개별 전극을 가질 경우, 하나의 사이클은 8개의 서브 사이클로 구분될 수 있고, 제2 전압을 인가하는 개별 전극의 개수를 순차적으로 증가시키는 방식으로 구동 전압을 인가할 수 있다. 이때, 구동 전압에 대한 단위 전압은 전압 드라이버(235)의 단위 전압의 1/8이 될 수 있으며, 이로 인해 오토 포커싱 해상도는 8배로 증가될 수 있다.
이러한 구동 전압 인가 방법을 일반화하면, 제1 내지 제p(p은 2 이상의 정수) 구동 전극에 대응하는 제1 내지 제p 구동 전압 각각을 제1 전압 또는 제2 전압으로 인가하는 사이클 외에, 상기 제1 내지 제p 구동 전압 중 q(q는 1 이상 p-1 이하의 정수) 개의 구동 전압을 제2 전압으로 인가하는 p-1개의 사이클이 추가됨으로써 오토 포커싱 해상도가 증가될 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제p 구동 전압 중 q 개의 구동 전압을 제2 전압으로 인가되는 사이클에서 어느 하나의 구동 전극은 q개의 서브 사이클에서 제2 전압이 인가될 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 구동 전압 인가 방법에 의하면, 전압 드라이버의 일정한 출력 전압 범위에서 구동 전압에 대한 단위 전압을 줄임으로써 오토 포커싱 해상도를 증가시킬 수 있다.
또한, 오토 포커싱 해상도를 증가시키면서도 전압 드라이버의 출력 전압 범위의 증가가 요구되지 않아 광학 기기의 전력 소모를 감소시킬 수 있다.
도 9와 도 10은 액체 렌즈의 전압 인가 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 컨트롤러(230)가 획득한 구동 전압 코드는 10 비트(bit)의 해상도(resolution)를 가진다고 가정하기로 한다. 따라서, 구동 전압 코드는 0에서 1023의 범위를 가지게 되고, 0 내지 1023 중 선택된 어느 하나의 구동 전압 코드를 전압 드라이버(235)로 전달하게 된다. 전압 드라이버(235)는 상기 선택 된 어느 하나의 구동 전압 코드에 대응하는 제1 내지 제4 구동 전극의 구동 전압을 생성할 수 있으며, 상기 구동 전압은 0 내지 1023의 구동 전압 코드 각각에 대응하는 전압 값인 A0 내지 A1023을 가질 수 있다.
여기서, 구동 전압 코드가 0에서 1로 상승할 때의 구동 전압의 변화량(V1=A1-A0)은 모든 구동 전압 코드의 범위에서 일정할 수 있다. 따라서, 구동 전압 코드가 1022에서 1023으로 상승할 때의 구동 전압의 변화량(V1023=A1023-A1022)은 V1과 동일할 수 있다. 예를 들어, 구동 전압 코드가 1만큼 상승할 때의 구동 전압의 변화량은 0.045V로 일정할 수 있다.
한편, 전압 드라이버(235)가 출력한 구동 전압에 따라 액체 렌즈(280)의 제1 내지 제4 구동 전극에 해당 구동 전압이 인가되고, 전도성 액체와 비전도성 액체 간의 계면(즉, 액체 계면)이 변형될 수 있다. 이 때, 액체 렌즈(280)의 제1 내지 제4 구동 전극에 동일한 구동 전압이 인가된다고 가정하면 제1 내지 제4 구동 전극의 구동 전압의 평균(즉, 평균 구동 전압)과 어느 하나의 구동 전극의 구동 전압과 동일하며, 상기 변형된 계면의 디옵터(diopter)는 평균 구동 전압과 다음의 수학식 3의 관계를 갖는다. 상기 평균 구동 전압을 일반화하여 표현하면, 상기 평균 구동 전압은 공통전극과 n(n은 2이상의 정수)개의 개별전극 각각 사이에 인가되는 각 구동전압의 평균 전압일 수 있다. 제1 구동 전압 코드와 제2 구동 전압 코드는 각각 특정 평균 구동 전압에 대응하는 값일 수 있다. 디옵터는 계면의 초점 거리의 역수 관계에 있으며, 초점 거리를 직접적으로 나타내는 인자이다.
[수학식 3]
계면의 디옵터 ∝ 평균 구동 전압의 제곱
예를 들어, 구동 전압 코드 0에 대응하여 변형되는 액체 계면의 디옵터는 구동 전압 A0에 비례하는 것이 아니라, A0의 제곱에 비례하게 된다.
즉, 구동 전압 코드가 일정하게 상승(예컨대, 1만큼 상승)함에 따라 구동 전압 역시 일정하게 상승(예컨대, 0.045V)할 수 있으나, 액체 계면의 디옵터는 해당 구동 전압의 제곱에 비례함에 따라 일정하게 상승하지 않게 된다. 예를 들어, 최초 디옵터 변화량(D1)은 마지막 디옵터 변화량(D1023)은 전혀 다르게 된다.
달리 표현하면, 구동 전압 코드가 선형적으로 증가할 때, 구동 전압도 선형적으로 증가하나, 구동 전압과 액체 계면의 관계에 의해 액체 계면의 디옵터는 지수 함수에 해당하는 형태로 증가하게 된다.
도 10을 참조하면, 10비트의 구동 전압 코드 1 내지 1023에 대응하여 변화하는 액체 계면의 디옵터에 대한 그래프가 도시되어 있다. 도 10에 나타난 바와 같이 디옵터는 10비트의 구동 전압 코드 1 내지 1023에 대응하여 약 -40 디옵터에서 약 80 디옵터까지 증가되나, 구동 전압 코드가 선형적으로 증가됨에 비해, 지수 함수 형태로 증가됨을 알 수 있다.
따라서, 컨트롤러(230) 또는 컨트롤러(230)로 구동 전압 코드를 전달하는 외부 컨트롤러(예를 들어, 애플리케이션 프로세서)의 입장에서는 구동 전압 코드를 통해 선형적으로 액체 계면의 디옵터를 제어하기 어려운 문제가 발생한다.
도 11은 액체 렌즈의 전압 인가 방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 제1 구동 전압 코드는 도 9에 도시된 구동 전압 코드와 동일하게 10비트 해상도를 가지며, 0 내지 1023의 범위를 가진다. 제2 구동 전압 코드는 도 6 내지 도 8에서 설명된 구동 전압 인가 방법(즉, n개의 개별전극 각각에 대응하는 전극별 구동 전압 코드 중 적어도 2개의 전극별 구동전압 코드는 서로 다르게 인가하는 방법)에 의해 일정한 출력 전압 범위를 갖는 전압 드라이버에 대한 단위 전압을 줄이는 방식으로 4배의 오토 포커싱 해상도에 해당하는 12비트 해상도를 가지는 구동 전압 코드를 의미한다.
즉, 4개의 구동 전극에 모두 동일한 구동 전압을 인가하는 방식(일괄 전극 구동)이 아니라, 적어도 하나의 구동 전극에 나머지 전극과 다른 구동 전압을 인가하는 방식(개별 전극 구동)을 취함으로써, 전압 드라이버(235)가 출력하는 평균 구동 전압은 4배의 해상도를 가질 수 있으며, 이러한 평균 구동 전압에 대응하는 제2 구동 전압 코드는 12비트의 해상도(0 내지 4092)를 가질 수 있다.
도 11에 나타난 바와 같이, 제1 구동 전압 코드 0, 1, 2에 대응하는 평균 구동 전압이 A0, A1, A2라 할 때, 제2 구동 전압 코드는 0, 4, 8에 대응되고, 그 사이에 1~3, 5~7의 제2 구동 전압 코드가 A0-1~A0-3, A1-1~A1-3의 평균 구동 전압에 대응될 수 있다.
따라서, 제1 구동 전압 코드의 1코드 증가시 평균 구동 전압은 D1(예컨대, 0.045V)만큼 증가하나, 제2 구동 전압 코드의 1코드 증가시 평균 구동 전압은 D1의 1/4인 D1'(예컨대, 0.01125V)만큼 증가한다.
즉, 도 6 내지 도 8의 구동 전압 인가 방법을 이용해 제2 구동 전압 코드에 따라 전압 드라이버(235)를 보다 세밀하게 제어할 수 있으며, 이하에서는 제1 구동 전압 코드, 제2 구동 전압 코드 및 평균 구동 전압 간의 관계를 이용해, 선형적으로 액체 계면의 디옵터를 제어할 수 있는 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 12는 도 3에 도시된 컨트롤러를 보다 상세하게 나타낸 블록도이다.
도 12를 참조하면, 컨트롤러(1210)와 전압 드라이버(1250)는 각각 도 3의 컨트롤러(230)와 전압 드라이버(235)에 해당할 수 있다.
컨트롤러(1210)는 도 3에서 설명된 바와 마찬가지로 자이로 센서 또는 이미지 센서의 요청에 따라 액체 렌즈가 가져야 할 형상에 대응하는 구동 전압을 계산하고, 이를 위한 제1 구동 전압 코드를 테이블을 이용해 획득할 수도 있으나, 이하에서는 컨트롤러(1210)가 외부의 구성(예를 들어, 애플리케이션 프로세서)으로부터 제1 구동 전압 코드를 수신하는 것으로 설명하기로 한다. 이하에서 설명되는 방법이 컨트롤러(1210)가 직접 제1 구동 전압 코드를 생성하는 경우에도 적용될 수 있음은 당연하다.
컨트롤러(1210)는 제1 구동 전압 코드를 I2C(Inter Integrated Circuit)통신 방식으로 외부로부터 수신하고, 전극별 구동 전압 코드(제1 내지 제4 구동 전극 각각에 인가될 구동 전압을 결정하는 구동 전압 코드)를 결정하여 I2C 방식으로 전압 드라이버(1250)로 전달할 수 있다.
컨트롤러(1210)는 코드 변환기(1220), 코드 변환 정보 제공부(1230) 및 구동 전압 코드 결정부(1240)를 포함할 수 있다.
코드 변환부(1220)는 10비트의 제1 구동 전압 코드를 12비트의 제2 구동 전압 코드로 변환할 수 있으며, 이때 코드 변환 정보 제공부(1230)로부터 제공되는 변환 테이블 또는 변환 알고리즘을 이용하여 변환 동작을 수행할 수 있다.
코드 변환 정보 제공부(1230)는 상기 변환 테이블 또는 상기 변환 알고리즘을 갖고 있을 수 있으며, 코드 변환부(1220)에 제공할 수 있다. 상기 변환 테이블 또는 상기 변환 알고리즘은 선형적으로 증가하는 제1 구동 전압 코드에 대해, 액체 계면의 디옵터가 선형적으로 증가할 수 있도록 하기 위한 제2 구동 전압 코드를 획득할 수 있는 정보에 해당한다. 상기 변환 테이블 또는 상기 변환 알고리즘에 대한 상세한 설명은 도 13 내지 도 18을 참조하여 후술하기로 한다.
구동 전압 코드 결정부(1240)는 제2 구동 전압 코드를 이용하여 제1 내지 제4 구동 전극 각각에 인가될 구동 전압에 대응하는 구동 전압 코드를 결정할 수 있다. 구동 전압 코드 결정부(1240)는 제1 내지 제4 구동 전극에 대응하는 전극별 구동 전압 코드를 미리 결정된 순서로 순차적으로 전압 드라이버(1250)로 전달할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 구동 전압 코드 결정부(1240)는 코드 변환 정보 제공부(1230)가 제공하는 변환 테이블(도 18의 변환 테이블) 또는 변환 알고리즘에 따라서는 생략될 수도 있다.
전압 드라이버(1250)는 변환된 제2 구동 전압 코드에 기초하여 생성된 제1 내지 제4 구동 전극에 대응하는 전극별 구동 전압 코드에 따라, 각 구동 전극에 대응하는 각 구동 전압을 생성할 수 있다.
도 13 내지 도 16은 선형적으로 증가하는 제1 구동 전압 코드에 대해, 액체 계면의 디옵터가 선형적으로 증가할 수 있도록 하기 위한 제2 구동 전압 코드를 획득할 수 있는 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 13 내지 도 16을 참조하면, 좌측 그래프는 도 10에 나타난 바와 같이 10비트의 제1 구동 전압 코드와 액체 계면의 디옵터 간의 관계에 대한 그래프이며, 상술한 바와 같이 수학식 3의 관계에 따라 지수 함수에 가까운 형태를 나타낸다.
이러한 그래프는 특정 액체 렌즈가 제조된 이후, 0 내지 1023의 제1 구동 전압 코드에 따른 구동 전압을 순차적으로 인가하여, 실제로 초점거리 또는 디옵터를 측정함에 의해 획득될 수 있다. 즉, 도 13에 도시된 제1 구동 전압 코드와 디옵터의 그래프는 특정 액체 렌즈에 대응하는 것이며, 액체 렌즈에 대해서는 다른 그래프가 얻어질 수 있음은 물론이다. 그러나, 이 경우에도 제1 구동 전압 코드와 디옵터의 그래프는 지수 함수에 가까운 형태를 가질 것이다.
도 13의 우측 그래프는 10비트의 제1 구동 전압 코드와 액체 계면의 디옵터 간의 그래프를 디옵터가 0~1의 범위의 값을 가지도록 정규화(normalized)시킨 그래프이다. 즉, 10비트의 제1 구동 전압 코드에 대응하는 디옵터는 0~1의 범위 내에서 좌측 그래프와 동일한 경향을 가지도록 정규화될 수 있다.
도 14의 좌측 그래프는 도 13의 우측 그래프인 10비트의 제1 구동 전압 코드와 정규화된 디옵터 간의 그래프이며, 도 14의 우측 그래프와 같이 10비트의 제1 구동 전압 코드와 정규화된 디옵터 간의 그래프의 y축 좌표에 1023을 곱하여 스케일 변환을 수행할 수 있다. 여기서, 정규화된 디옵터에 1023을 곱함으로써, 제1 구동 전압 코드와 실제 디옵터 간의 경향성을 유지한 채, 제1 구동 전압 코드와 상한 값 및 하한 값을 동일하게 갖는 10비트 디옵터와, 제1 구동 전압 코드 간의 그래프를 얻을 수 있다.
도 13과 도 14의 정규화 및 스케일 변환을 통해 약 -40~80 의 범위로 측정된 디옵터는 10비트 해상도를 갖는 디옵터인 10비트 디옵터로 표현될 수 있다.
도 15의 좌측 그래프는 제1 구동 전압 코드와 10비트 디옵터 간의 그래프이며, 우측 그래프에서 제1 구동 전압 코드와 10비트 디옵터 간의 그래프의 x축과 y축을 서로 바꾸어 역함수 관계를 갖는 그래프를 구하고, 다시 x축을 제1 구동 전압 코드로 표현하게 되면, 각 제1 구동 전압 코드에 대해 지수 함수에 가까운 관계를 갖는 제1 구동 전압 코드와 디옵터의 관계를 보상하여 선형 관계를 갖도록 할 수 있는 10비트 해상도를 갖는 10비트 선형 코드를 얻을 수 있다. 여기서, 선형 관계라 함은, 제1 구동 전압 코드가 선형적으로 증가할 때 이에 대응하여 디옵터 역시 선형적으로 증가하는 관계를 의미한다.
도 16의 좌측 그래프는 제1 구동 전압 코드와 10비트 선형 코드 간의 그래프이며, 도 16의 우측 그래프는 제1 구동 전압 코드와 10비트 선형 코드 간의 그래프의 y축 좌표에 4를 곱하여 스케일 변환을 수행할 수 있다. 여기서, 10비트 선형 코드에 4를 곱함으로써, 제1 구동 전압 코드와 10비트 선형 코드 간의 경향성을 유지한 채, 제2 구동 전압 코드와 상한 값 및 하한 값을 동일하게 갖는 12비트 선형 코드와, 제1 구동 전압 코드 간의 그래프를 얻을 수 있다.
즉, 도 16의 우측 그래프에 의하면, 각 제1 구동 전압 코드(0~1023)에 대해 제1 구동 전압 코드와 디옵터가 선형 관계를 갖도록 하는 제2 구동 전압 코드(0~4092)를 얻을 수 있다.
이를 이용해, 코드 변환 정보 제공부(1230)에는 제1 구동 전압 코드와 제1 구동 전압 코드와 디옵터가 선형 관계를 갖도록 하는 제2 구동 전압 코드를 서로 매칭한 변환 테이블이 저장될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 도 16의 우측 그래프를 하나의 근사화된 함수로 표현하면, y = 2E-06x3 - 0.0038x2 + 6.2314x + 28.031가 될 수 있는데, 이러한 변환 함수가 변환 알고리즘으로서 코드 변환 정보 제공부(1230)에 저장될 수 있다. 즉, 이러한 변환 함수는 제1 구동 전압 코드와 제2 구동 전압 코드 간의 근사화된 변환 함수이다.
여기서, 우측 그래프를 제1 구동 전압 코드를 복수의 구간으로 나누어, 복수의 구간마다 근사화하여 복수의 변환 함수가 코드 변환 정보 제공부(1230)에 저장될 수도 있다.
또한, 변환 함수의 계수 값 조정을 위해 y축에 특정값(예컨대, 1,000,000)을 곱하여 단순화된 계수를 갖는 변환 함수를 저장하고 변환 함수를 이용한 계산을 완료한 뒤 상기 특정값으로 나누는 방식으로 제2 구동 전압 코드를 구할 수도 있다.
상기 변환 테이블과 상기 변환 함수는 각각 도 12의 설명에서 언급한 코드 변환부(1220)의 변환 동작을 위한 변환 테이블 및 변환 알고리즘에 해당할 수 있다.
상기 변환 테이블 또는 상기 변환 함수는 별도의 테스트 장치에 의해 획득되어 컨트롤러(1210) 내에 저장될 수도 있고, 컨트롤러(1210) 자체적으로 측정 및 계산되어 저장될 수도 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 변환 테이블의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 변환 테이블의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 17을 참조하면, 도 16의 우측 그래프를 기초로 획득된 제1 구동 전압 코드와, 제1 구동 전압 코드와 디옵터가 선형 관계를 갖도록 하는 제2 구동 전압 코드를 서로 매칭한 변환 테이블의 일 실시예가 도시되어 있다.
도 11에 나타난 바와 같이, 제1 구동 전압 코드(0, 1, 2)와 동일한 구동 전압 내지 디옵터를 나타내는 제2 구동 전압 코드는 (0, 4, 8)이다. 그러나, 도 17의 변환 테이블에서는 제1 구동 전압 코드(0, 1, 2)는 제2 구동 전압 코드 (0, 6, 12)에 매칭된다.
또한, 제1 구동 전압 코드의 (0~5) 구간에서는 제2 구동 전압 코드의 간격이 6 또는 7임에 반하여, 제1 구동 전압 코드의 (1018~1023) 구간에서는 제2 구동 전압 코드의 간격이 3 또는 4이 될 수 있다.
이는 액체 계면의 디옵터는 해당 구동 전압의 제곱에 비례하며, 변환 테이블은 이러한 관계를 이용하여 제1 구동 전압 코드가 상승할수록 제2 구동 전압 코드의 변화량이 줄어들도록 제1 구동 전압 코드와 제2 구동 전압 코드를 매칭함에 의해, 제1 구동 전압 코드와 액체 계면의 디옵터가 선형 관계를 가지도록 제어하는 역할을 할 수 있다.
달리 표현하면, 제1 구동 전압 코드의 제1 범위에서의 평균 구동 전압의 변화량은 제1 구동 전압 코드의 제2 범위에서의 평균 구동 전압의 변화량보다 더 클 수 있다. 여기서, 제2 범위는 제1 범위의 상한값(또는 최대값)보다 큰 하한값(또는 최소값)을 가질 수 있다. 그리고, 제2 범위는 제1 범위와 동일한 코드 범위(즉, 제1 범위 또는 제2 범위 각각의 상한값으로부터 하한값을 감산한 코드의 크기)를 가질 수 있다.
예를 들면, 도 17에 나타난 바와 같이, 제1 구동 전압 코드의 제1 범위(0~5)에서의 평균 구동 전압의 변화량(6.2(평균 구동 전압 코드 변화량)*0.01125(코드당 평균 구동 전압 변화량)=0.06975)은 제1 구동 전압 코드의 제2 범위(1018~1023)에서의 평균 구동 전압의 변화량(5.2*0.01125=0.0585)보다 더 클 수 있다.
만일, 제2 범위가 제1 범위와 동일하지 않은 코드 범위일 경우, 제1 범위에서의 평균 구동 전압의 변화량을 제1 범위로 나눈 값은 제2 범위에서의 평균 구동 전압의 변화량을 제2 범위로 나눈 값보다 더 클 수 있다.
도 18을 참조하면, 도 16의 우측 그래프를 기초로 획득된 제1 구동 전압 코드와, 제1 구동 전압 코드와 디옵터가 선형 관계를 갖도록 하는 제1 내지 제4 구동 전극에 대한 구동 전압 코드(즉, 4개의 개별 전극 각각에 대응하는 전극별 구동 전압 코드)를 서로 매칭한 변환 테이블의 다른 실시예가 도시되어 있다.
도 17의 변환 테이블에는 제1 구동 전압 코드와 제2 구동 전압 코드가 매칭되어 있었으나, 도 18의 변환 테이블에는 제1 구동 전압 코드와 제1 내지 제4 구동 전극에 대한 전극별 구동 전압 코드(10비트 해상도)가 직접 매칭되어 있다.
원칙적으로는 구동 전압 코드 결정부(1240)가 제2 구동 전압 코드에 기초하여 각 구동 전극에 대응하는 구동 전압 코드를 결정하여야 하나, 도 18의 변환 테이블에 의하면, 이러한 과정이 생략될 수도 있다.
도 17과 도 18의 변환 테이블은 어디까지나 예시적인 것이며, 제1 구동 전압 코드로부터, 제1 구동 전압 코드와 액체 계면의 디옵터가 선형 관계를 갖도록 보상하는 제1 내지 제4 구동 전극에 대한 전극별 구동 전압 코드를 얻을 수 있는 변환 테이블이면 족하다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 전압 인가 방법의 적용예를 설명하기 위한 도면이다.
도 19를 참조하면, 컨트롤러(1210)가 320의 제1 구동 전압 코드를 수신하여 전압 드라이버(1250)로 전극별 구동 전압 코드를 전달하는 과정이 나타나 있다.
코드 변환기(1220)는 320의 제1 구동 전압 코드를 수신하면, 코드 변환 정보 제공부(1230)를 참조하여 변환 동작을 수행한다. 이 때, 변환 테이블 또는 변환 알고리즘(또는 변환 함수)이 이용될 수 있으나, 도 19의 예에서는 도 17에 해당하는 변환 테이블을 이용한다고 가정한다.
코드 변환기(1220)는 변환 테이블을 참조하여 320의 제1 구동 전압 코드를 1663의 제2 구동 전압 코드로 변환하여 구동 전압 코드 결정부(1240)로 전달할 수 있다.
구동 전압 코드 결정부(1240)는 제2 구동 전압 코드에 기초하여 전극별 구동 전압 코드를 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 19에 도시된 바와 같이, 구동 전압 코드 결정부(1240)는 제2 구동 전압 코드인 1663을 전극 개수인 4로 나누어 몫(415)과 나머지(3)를 계산할 수 있다. 여기서, 몫(415)은 기본 구동 전압 코드이고, 나머지(3)는 기본 구동 전압 코드보다 1만큼 높은 구동 전압 코드가 전달될 전극 개수를 의미한다. 이러한 전극을 제외한 나머지 전극에 대해서는 기본 구동 전압 코드가 전달될 수 있다.
따라서, 구동 전압 코드 결정부(1240)는 제1 내지 제3 구동 전극에 대해서는 416의 구동 전압 코드를, 제4 구동 전극에 대해서는 415의 구동 전압 코드를 결정하여, 전압 드라이버(1250)로 전달할 수 있다. 즉, 제2 구동 전압 코드 중 이러한 일부 코드에 따라 결정된 제1 내지 제4 구동 전극에 대응하는 전극별 구동 전압 코드는 서로 동일하지 않을 수 있다.
또한, 도 6에 따른 전압 인가 방법과 같이, 더 높은 구동 전압이 인가되는 제1 내지 제4 구동 전극의 위치를 서브 사이클 별로 달리 하고자 할 경우, 구동 전압 코드 결정부(1240)는 415의 구동 전압 코드가 인가되는 전극의 위치를 서브 사이클 별로 달리 제어할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 구동 전압 코드 결정부(1240)의 동작은 미리 수행되어 도 18의 변환 테이블이 코드 변환 정보 제공부(1230)에 저장될 경우, 생략될 수 있다.
본 명세서에서는 4개의 구동 전극이 존재하는 경우에 대해서 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 8개의 구동 전극이 존재하는 경우에도 적용될 수 있다. 물론 이 경우에는 10비트의 제1 구동 전압 코드가 13비트의 제2 구동 전압 코드에 매칭될 수 있어 제1 구동 전압 코드와 액체 계면 간의 선형 관계가 보다 세밀하게 제어될 수도 있다.
도 20과 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 전압 인가 방법의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 20을 참조하면, 좌측 그래프는 컨트롤러(1210)에 의한 제1 구동 전압 코드의 변환 동작을 수행하지 않을 때, 10비트의 제1 구동 전압 코드에 대한 42개의 액체 렌즈의 디옵터 평균을 나타낸다.
우측 그래프는 제1 구동 전압 코드와 디옵터 평균 간의 그래프를 이용해 정규화, 스케일 변환, 역함수 변환, 스케일 변환, 계수 값 조정을 통해, 각 제1 구동 전압 코드에 대해 제1 구동 전압 코드와 디옵터가 선형 관계를 갖도록 하는 12비트 선형 코드를 얻은 결과를 나타낸다. 여기서, 좌측 그래프에서 볼 수 있듯이 약 880 이상의 제1 구동 전압 코드에 대해서는 880 이하의 제1 구동 전압 코드와 다른 경향성을 보이므로, 제1 구동 전압 코드(0~880)에 대해서만 제2 구동 전압 코드와의 관계를 나타내었다. 이는 제1 구동 전압 코드(0~880) 만을 이용하여도 시스템에서 요구하는 디옵터 제어 범위를 만족할 수 있다는 조건이 전제되며, 이러한 조건이 전제되었음을 가정하고 설명하기로 한다. 만일, 약 880 이상의 제1 구동 전압 코드를 이용한 디옵터 제어가 요구될 경우, 도 16에서 설명한 바와 같이 제1 구동 전압 코드를 복수의 구간으로 나누어, 복수의 구간마다 근사화하여 복수의 변환 함수가 코드 변환 정보 제공부(1230)에 저장될 수도 있음은 물론이다.
제1 구동 전압 코드(0~880)와 12비트 선형 코드 간의 관계를 근사화하여 얻어진 변환 함수는 y = 1.301x3 - 3560.2x2 + 6E+06x + 6E+07와 같다. 상기 변환 함수가 코드 변환 정보 제공부(1230)에 저장될 수 있다.
도 21을 참조하면, 좌측 그래프는 42개의 액체 렌즈에 대해 컨트롤러(1210)의 제1 구동 전압 코드의 변환 동작 없이 그대로 제1 내지 제4 구동 전극에 구동 전압을 인가하였을 때의 디옵터 변화를 나타낸 그래프이다.
그러나, 우측 그래프는 42개의 액체 렌즈에 대해 상기 변환 함수를 저장한 코드 변환 정보 제공부(1230)를 참조하여 컨트롤러(1210)가 제1 구동 전압 코드를 변환한 제2 구동 전압 코드에 대응하는 구동 전압을 제1 내지 제4 구동 전극에 인가하였을 때의 디옵터 변화를 나타낸 그래프이다.
좌측 그래프와 우측 그래프를 비교하면, 제1 구동 전압 코드(0~880)에서 제1 구동 전압 코드와 디옵터는 선형 관계를 가지게 됨을 알 수 있다.
따라서, 컨트롤러(1210) 또는 외부의 애플리케이션 프로세서 등은 제1 구동 전압 코드와 디옵터 간의 선형 관계를 이용해 디옵터의 직관적인 제어가 가능하다.
이러한 선형 관계가 확보되면, 애플리케이션에서는 제1 구동 전압 코드의 하한값 및 상한값과 함께 상기 하한값 및 상기 상한값에 매칭된 디옵터값을 알면, 단순한 1차 함수 수식으로 제1 구동 전압 코드의 하한값과 상한값 사이의 임의의 코드에 대응하는 디옵터 값을 산출할 수 있으며, 이는 액체 렌즈의 광학 성능을 크게 개선할 수 있다.
본 명세서에서 언급된 선형 관계는 액체 렌즈 자체의 디옵터와 제1 구동 전압 코드 간의 선형 관계를 의미하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 액체 렌즈를 포함한 광학계 전체의 디옵터와 제1 구동 전압 코드 간의 선형 관계를 의미하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구동 전압 인가 방법에 의하면, 구동 전압 코드를 더 높은 해상도를 갖는 구동 전압 코드를 이용해 변환함으로써 구동 전압 코드와 액체 렌즈의 계면의 디옵터 간의 선형 관계가 확보될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액체 렌즈에 대해 달리 설명하면, 캐비티, 상기 캐비티에 배치되는 전도성 액체와 비전도성 액체 및 n개의 개별 전극(n은 2 이상의 정수)과 공통 전극을 포함하고, 상기 전도성 액체와 상기 비전도성 액체 사이에 계면이 형성되고, 평균 구동 전압을 결정하는 제1 구동 전압 코드와 상기 계면의 디옵터는 선형 관계를 가지고, 상기 제1 구동 전압 코드가 순차적으로 변경됨에 따라, 상기 평균 구동 전압은 불규칙적으로 변경되고, 상기 평균 구동 전압은, 상기 공통전극과 상기 n개의 개별전극 각각 사이에 인가되는 각 구동전압의 평균 전압일 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 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.
예를 들어, 전술한 액체렌즈를 포함하는 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.
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 (12)

  1. 캐비티(cavity), 상기 캐비티에 배치되는 전도성 액체와 비전도성 액체 및 n개의 개별 전극(n은 2 이상의 정수)과 공통 전극을 포함하고,
    상기 전도성 액체와 상기 비전도성 액체 사이에 계면이 형성되고,
    제1 구동 전압 코드의 제1 범위에서의 평균 구동 전압의 변화량은, 상기 제1 구동 전압 코드의 제2 범위에서의 평균 구동 전압의 변화량보다 크고,
    상기 평균 구동 전압은, 상기 공통전극과 상기 n개의 개별전극 각각 사이에 인가되는 각 구동전압의 평균 전압이고,
    상기 제2 범위의 하한값은 상기 제1 범위의 상한값보다 크고,
    상기 제1 구동 전압 코드는 상기 평균 구동 전압에 대응하는 값이고,
    상기 제1 구동 전압 코드와 상기 계면의 디옵터가 선형 관계를 갖고,
    상기 선형 관계는 상기 제1 구동 전압 코드가 선형으로 증가할 때 상기 디옵터가 선형적으로 증가하는 관계인, 액체렌즈.
  2. 캐비티(cavity), 상기 캐비티에 배치되는 전도성 액체와 비전도성 액체 및 n개의 개별 전극(n은 2 이상의 정수)과 공통 전극을 포함하고, 상기 전도성 액체와 상기 비전도성 액체 사이에 계면이 형성되는 액체 렌즈; 및
    상기 액체 렌즈의 상기 공통전극과 상기 n개의 개별전극 중 어느 하나의 전극 사이에 인가되는 각 구동 전압을 생성하는 제어 회로를 포함하고,
    제1 구동 전압 코드의 제1 범위에서의 평균 구동 전압의 변화량은, 상기 제1 구동 전압 코드의 제2 범위에서의 평균 구동 전압의 변화량보다 크고,
    상기 평균 구동 전압은, 상기 공통전극과 상기 n개의 개별전극 각각 사이에 인가되는 각 구동전압의 평균 전압이고,
    상기 제2 범위의 하한값은 상기 제1 범위의 상한값보다 크고,
    상기 제1 구동 전압 코드는 상기 평균 구동 전압에 대응하는 값이고,
    상기 제어 회로는,
    상기 제1 구동 전압 코드를 수신하여 상기 제1 구동 전압 코드보다 더 높은 해상도를 갖는 제2 구동 전압 코드로 변환하는 코드 변환부; 및
    상기 제1 구동 전압 코드를 상기 제2 구동 전압 코드로 변환하기 위한 변환 테이블 또는 변환 알고리즘을 갖는 코드 변환 정보 제공부를 포함하는, 카메라 모듈.
  3. 삭제
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    변환된 제2 구동 전압 코드에 기초하여 상기 각 구동 전압을 생성하는 전압 드라이버를 더 포함하는, 카메라 모듈.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 변환 테이블은, 상기 제1 구동 전압 코드와 상기 계면의 디옵터가 선형 관계를 가지도록 보정하기 위해, 상기 제1 구동 전압 코드와 상기 제2 구동 전압 코드를 서로 매칭한 테이블인, 카메라 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 제2 구동 전압 코드에 따라 상기 제1 내지 제n 구동 전극에 대응하는 전극별 구동 전압 코드를 결정하는 구동 전압 코드 결정부를 더 포함하는, 카메라 모듈.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 변환 테이블은, 상기 제1 구동 전압 코드와 상기 계면의 디옵터가 선형 관계를 가지도록 보정하기 위해, 상기 제1 구동 전압 코드와 상기 n개의 개별전극 각각에 대응하는 전극별 구동 전압 코드를 서로 매칭한 테이블인, 카메라 모듈.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 변환 알고리즘은, 상기 제1 구동 전압 코드와 상기 계면의 디옵터가 선형 관계를 가지도록 보정하기 위해, 상기 제1 구동 전압 코드와 상기 제2 구동 전압 코드 간의 변환 함수인, 카메라 모듈.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 n개의 개별전극 각각에 대응하는 전극별 구동 전압 코드 중 적어도 2개의 전극별 구동전압 코드는 서로 다른, 카메라 모듈.
  10. 제2 항에 있어서,
    상기 변환 테이블 또는 상기 변환 알고리즘은, 상기 제1 구동 전압 코드 및 상기 계면의 디옵터의 관계로부터, 정규화, 스케일 변환, 역함수 변환 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제1 구동 전압 코드와 상기 계면의 디옵터가 선형 관계를 가지도록 결정되는, 카메라 모듈.
  11. 캐비티(cavity), 상기 캐비티에 배치되는 전도성 액체와 비전도성 액체 및 n개의 개별 전극(n은 2 이상의 정수)과 공통 전극을 포함하고,
    상기 전도성 액체와 상기 비전도성 액체 사이에 계면이 형성되고,
    평균 구동 전압을 결정하는 제1 구동 전압 코드와 상기 계면의 디옵터는 선형 관계를 가지고,
    상기 제1 구동 전압 코드가 순차적으로 변경됨에 따라, 상기 평균 구동 전압은 불규칙적으로 변경되고,
    상기 평균 구동 전압은, 상기 공통전극과 상기 n개의 개별전극 각각 사이에 인가되는 각 구동전압의 평균 전압인, 액체 렌즈.
  12. 제2항의 카메라 모듈;
    영상을 출력하는 디스플레이부;
    상기 카메라 모듈에 전원을 공급하는 배터리; 및
    상기 카메라 모듈, 디스플레이부 및 배터리를 실장하는 하우징을 포함하는, 광학 기기.
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