KR102483614B1

KR102483614B1 - 카메라 모듈

Info

Publication number: KR102483614B1
Application number: KR1020200110711A
Authority: KR
Inventors: 이재찬
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2020-09-01
Filing date: 2020-09-01
Publication date: 2023-01-02
Also published as: CN114200622A; CN215297918U; KR20220028975A; US20220066121A1

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈은, 이미지 센서, 및 전극을 구비한 기판; 일면이 상기 전극에 접촉되도록 상기 기판에 배치된 열전 소자; 및 상기 열전 소자의 타면에 구비된 렌즈를 포함할 수 있다.

Description

카메라 모듈{Camera Module}

본 발명은 카메라 모듈에 관한 기술로서, 보다 상세하게는, 카메라 모듈의 일부 구성을 가열하거나 냉각하는 방법에 관한 기술이다.

ADAS 기술의 발전으로 카메라, 라이다, 레이더 등 거리 인지 및 사물 구분을 위한 기술 등 실제 주행 중 발생할 수 있는 다양한 상황을 정확하게 센싱하고 판단할 수 있는 수단이 요구되고 있다. 예를 들어, 자동차는 주변의 이미지를 카메라를 통해 획득하고, 해당 이미지를 소프트웨어적으로 처리하여 자동차 주변의 물리적 상황에 관한 정보를 획득할 수 있다.

그런데, 카메라 렌즈 표면에 결로나 성에가 생기면, 카메라로 주변 사물을 정확하게 인지하는 것은 어려울 수 있다. 종래에는 카메라에 열선을 감아 열을 전달하는 방식을 채택하거나 가요성 필름(Flexible film) 위에 전기적 배선을 넣어 렌즈 배럴을 감싸거나 렌즈 위에 커버 글래스를 하나 더 추가하여 그 위에 ITO(Indium-Iin Oxide, 인-주석 산화물)과 같은 투명 전극 또는 가요성 전열기판을 적용하는 예가 나오고 있다. 하지만 급격한 온도 변화 또는 추가된 커버 글래스로 인한 카메라 성능 저하(왜곡, 시야각 감소 등)등의 문제가 여전히 존재할 뿐만 아니라, 모듈 구조가 복잡해지고 제조 단가가 높아지는 문제가 있다.

또, 렌즈에 생기는 결로나 성에뿐만 아니라 이미지 센서 자체에서 발생되는 열 역시 카메라 성능의 저하를 초래할 수 있다. 이미지 센서에서 생기는 열은 이미지 센서 자체를 손상시키거나 렌즈 배럴을 변형시킬 수 있다. 렌즈 배럴이 변형되면 그 내부에 배치된 렌즈들의 배치가 변할 수 있고 이는 이미지 품질의 저하를 가져올 수 있다.

본 발명의 목적은, 주변 환경에 따라 카메라 렌즈에 생길 수 있는 결로나 성에를 제거하는 수단을 제공하는데 있다. 나아가 본 발명은 센서면 자체에서 발생되는 열로 인하여 이미지 센서가 손상되거나 렌즈 배럴이 변형되는 것을 방지하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈은, 전극 및 이미지 센서를 구비한 기판; 일단이 상기 기판에 접촉하고 상기 전극에 전기적으로 연결되는 열전 소자; 및 상기 열전 소자의 타단에 접촉되는 렌즈를 포함하고, 상기 열전 소자는 전극을 통해 인가되는 전압에 따라 상기 일단 또는 상기 타단이 열을 흡수하거나 열을 방출하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 카메라 렌즈에 결로나 성에가 생기는 것이 방지되고, 생기더라도 효과적으로 제거될 수 있다. 또, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이미지 센서의 과열로 인한 카메라의 성능 저하가 방지 또는 최소화될 수 있다. 또, 카메라 렌즈의 열변형이 방지 또는 최소화될 수 있다.

도 1은 일 실시 예에서 카메라 모듈의 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에서 도 1의 카메라 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 일 실시 예에서 도 1의 I-I 단면도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 열전 소자의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시 예에서 반도체들이 직렬로 연결된 열전 소자를 도시한다.
도 6은 일 실시 예에서 도 5의 열전 소자가 중공 실린더 형태로 마련된 것을 도시한다.
도 7은 일 실시 예에서 내부에 관통부를 포함하는 열전 소자를 도시한다.
도 8은 일 실시 예에서 복수의 열전 소자들이 단일 열전 소자를 구성하는 것을 나타낸다.
도 9는 일 실시 예에서 열전 소자의 동작과 관련된 회로 구성을 나타낸다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니한다.

예를 들어, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 구성요소의 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여 본 발명의 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

도 1은 일 실시 예에서 카메라 모듈(100)의 사시도이다. 도 2는 일 실시 예에서 도 1의 카메라 모듈(100)의 분해 사시도이다. 도 3은 일 실시 예에서 도 1의 I-I 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시 예에서 카메라 모듈(100)은 기판(110), 및 기판(110)에 조립된 렌즈 어셈블리(120)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에서 렌즈 어셈블리(120)는 열전 소자(thermoelectric element)(121), 및 열전 소자(121)에 결합된 적어도 하나의 렌즈(122, 123)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 열전 소자(121)는 적어도 하나의 렌즈(122, 123)를 이미지 센서(130)에 정렬시키도록 구성될 수 있다. 열전 소자(121)가 기판(110)에 조립되었을 때, 열전 소자(121)에 결합된 적어도 하나의 렌즈(122, 123)는 이미지 센서(130)에 정렬될 수 있다.

일 실시 예에서 열전 소자(121)는 기판(110)을 마주보는 바닥면(121b)(또는 제1 면)에서 광축 방향으로 상단면(121a)(또는 제2 면)을 향해 연장될 수 있다. 상단면(121a)은 열전 소자(121) 중 광축에 나란한 제1 방향(101)을 향하는 면으로, 바닥면(121b)은 열전 소자(121) 중 제1 방향(101)과 반대인 제2 방향(102)을 향하는 면으로 정의될 수 있다.

일 실시 예에서 최전방 렌즈(122)는 열전 소자(121)의 상단면(121a)에 배치될 수 있다. 최전방 렌즈(122)는 렌즈 어셈블리(120)에 구비된 렌즈들 중 피사체에 가장 가까이 배치된 렌즈, 또는 기판에서 가장 멀리 떨어져 배치된 렌즈로 정의될 수 있다. 일 실시 예에서 열전 소자(121)의 상단면(121a)에 최전방 렌즈(122)의 아랫면(122a) 일부가 접촉할 수 있다.

일 실시 예에서 열전 소자(121)는 적어도 하나의 렌즈(123)를 수용하도록 구성된 관통부(121c)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 열전 소자(121)의 관통부(121c)는, 열전 소자(121)가 기판(110)에 결합되었을 때, 내부에 구비된 적어도 하나의 렌즈(123)를 상기 이미지 센서(130)에 정렬시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 열전 소자(121)는 중공형의 원통 형태를 가질 수 있고, 원통의 내부 공간(121c)에 적어도 하나의 렌즈가 배치될 수 있다. 도시된 실시 예에서 열전 소자(121) 상단면(121a)에 배치되는 최전방 렌즈(122)만 나타나나, 이는 설명의 편의를 위한 것이고, 또 다른 렌즈(예: 도 3의 적어도 하나의 렌즈(123))가 열전 소자(121) 내부에 배치될 수 있다.

한편, 본 개시에서 렌즈로 지칭된 구성은 광을 통과시킬 수 있는 소재로 구성되면 족하고, 렌즈가 반드시 곡면을 가질 필요는 없다. 예를 들어, 평평한 표면을 가지는 커버 글래스(cover glass)에도 본 개시의 최전방 렌즈(122)에 대한 설명이 적용될 수 있다.

일 실시 예에서 이미지 센서(130)가 기판(110)에 실장될 수 있다. 이미지 센서(130)는 렌즈 어셈블리(120)를 통과한 광에 응답하여 이미지 정보를 담은 신호를 생성할 수 있다.

일 실시 예에서 기판(110)은 이미지 센서(130)가 실장된 면에 배치된 전극을 포함할 수 있다. 전극은 양극(또는 제1 전극)(141)과 음극(또는 제2 전극)(142)으로 구성될 수 있다.

일 실시 예에서, 제1 전극(141)과 제2 전극(142)은 각각 이미지 센서(130)를 중심으로 하는 호(arc) 형태를 가질 수 있다. 다만, 전극의 형태는 도시된 실시 예에 한정되지 않으며 다른 실시 예에서 전극은 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 전극은 사각형, 또는 원형을 가지도록 형성될 수 있다.

일 실시 예에서 렌즈 어셈블리(120)는 기판(110) 상에 직접 배치될 수 있다. 예를 들어, 열전 소자(121)의 바닥면(121b)(또는 제1 면)이 기판(110) 상에 접촉될 수 있다. 다른 예를 들어, 열전 소자(121)의 바닥면(121b)이 기판(110)에 구비된 전극(141, 142)에 접촉될 수 있다. 일 실시 예에서 열전 소자(121)는 도전성 접착부재 또는 땜납을 통해 기판(110)에 조립될 수 있다.

일 실시 예에서 전극은 열전 소자(121)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시 예에서 전극은 열전 소자(121)의 바닥면(121b)에 접촉할 수 있다. 전극을 통해 열전 소자(121)에 전압이 가해지고, 인가된 전압에 따라 열전 소자(121)에 전류가 흐를 수 있다. 열전 소자(121)에 전류가 흐르면 열전 소자(121)의 상단면(121a)(또는 제1 면)과 바닥면(121b)(또는 제2 면)은 열을 방출하거나 열을 흡수할 수 있다. 열전 소자(121)의 동작 및 특성은 도 4에서 설명된다.

일 실시 예에서 기판(110)은 이미지 센서(130) 아래에 배치된 열전달 부재(150)(heat-transferring member)를 포함할 수 있다. 열전달 부재(150)는 이미지 센서(130)에서 생기는 열을 주변부로 효과적으로 소산시킬 수 있다. 다만, 본 개시의 실시 예에 따른 카메라 모듈(100)에서 열전달 부재(150)는 생략될 수 있다.

도시되지 않았으나, 일 실시 예에서 카메라 모듈(100)은 렌즈 어셈블리(120) 또는 기판(110)을 외부 충격으로부터 보호하도록 구성된 하우징을 더 포함할 수 있다.

카메라 모듈(100)은 다양한 환경에 놓이더라도 일정 수준의 성능을 유지해야 한다. 카메라 모듈(100)이 운전자의 주행 보조 기능을 구현하는 경우, 카메라 모듈(100)의 성능에 대한 신뢰성은 운전자의 안전과 직접 관련되는 문제로서 매우 중요하다. 대표적으로 카메라 모듈(100)이 낮은 온도의 공기에 노출되었을 때 카메라 렌즈(예: 도 1의 최전방 렌즈(122)) 주변의 공기에 포함된 수증기가 차가운 카메라 렌즈 표면에서 응결될 수 있다. 렌즈 표면 생긴 결로나 성에는 이미지 품질의 저하를 초래할 수 있다. 렌즈 표면의 응결된 수증기는 렌즈를 가열함으로써 제거될 수 있다.

한편 고온의 대기 또는 이미지 센서(130)의 구동으로 인해 이미지 센서(130)가 가열되면 센서 성능이 저하될 수 있다. 이미지 센서(130)의 열을 식혀줄 수 있는 장치(또는 구조)를 통해 이미지 센서(130)의 온도를 적정 수준으로 유지함으로써 카메라의 성능 저하를 최소화 또는 방지할 수 있다.

한편 렌즈는 온도 변화에 따라 변형될 수 있고, 이는 이미지 품질의 저하를 초래할 수 있다. 따라서, 렌즈의 온도가 적정 수준으로 유지될 필요가 있다. 특히 카메라 렌즈가 플라스틱으로 만들어진 경우 유리 렌즈에 비해 온도 변화에 따른 렌즈의 변형 정도가 비교적 클 수 있다. 과도한 열에 의한 렌즈의 변형을 막거나 최소화해야 카메라 모듈(100) 성능이 일정하게 유지될 수 있다.

열전 소자(121)는 내부에 흐르는 전류에 따라 일부에서 열을 방출하고, 다른 일부에서 열을 흡수하는 특성을 가진다. 따라서 열전 소자(121)는 흡열 부분과 방열 부분이 냉각 또는 가열하고자 하는 대상(예: 이미지 센서(130), 최전방 렌즈(122)) 또는 상기 대상의 인근에 위치되도록 구성될 수 있다.

일 실시 예에서 열전 소자(121)의 양단에서 열의 방출 또는 흡수가 이루어지도록 구성되고, 열전 소자(121)의 일단은 기판(110) 상에 배치되고, 타단은 최전방 렌즈(122)의 일부에 접촉할 수 있다. 예를 들어, 열전 소자(121)는 최전방 렌즈(122)가 배치된 상단면(121a), 또는 기판(110)과 접촉하는 바닥면(121b)에서 흡열 또는 방열이 발생하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 열전 소자(121)는 열전 소자(121)에 전류가 흐를 때 상단면(121a)에서 열을 방출하고 바닥면(121b)에서 열을 흡수하도록 구성될 수 있다. 이 경우 상단면(121a)에 배치된 최전방 렌즈(122)는 가열되고, 바닥면(121b)에 인접한 이미지 센서(130)는 냉각될 수 있다. 상단면(121a)에 배치된 최전방 렌즈(122)의 온도가 낮아지거나 이미지 센서(130)의 온도가 높아졌을 때, 열전 소자(121)는 최전방 렌즈(122)를 가열하고 이미지 센서(130)를 냉각할 수 있다.

다른 예를 들어, 열전 소자(121)는 열전 소자(121)에 전류가 흐를 때 상단면(121a)에서 열을 흡수하고 바닥면(121b)에서 열을 방출하도록 구성될 수 있다. 상단면(121a)에 배치된 최전방 렌즈(122)의 온도가 높아졌을 때, 열전 소자(121)는 상단면(121a)에 배치된 최전방 렌즈(122)를 냉각할 수 있다.

한편, 일 실시 예에 따르면 열전 소자(121)가 렌즈를 이미지 센서(130)에 정렬시킬 수 있게 구성되기 때문에 본 개시의 열전 소자(121)는 종래의 렌즈 배럴의 역할을 대신할 수 있다. 즉, 본 개시의 열전 소자(121)는 렌즈 배럴의 역할을 하면서도 카메라 모듈(100)에 구비된 구성요소(예: 최전방 렌즈(122), 이미지 센서(130))를 가열하거나 냉각할 수 있고, 이는 카메라 모듈(100)의 소형화에 기여할 수 있다.

도 4는 일 실시 예에 따른 열전 소자(121)의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

열전 소자(121)는 p형 반도체(211), n형 반도체(212), 및 이들을 서로 연결하는 연결부(231)(connecting part)를 포함할 수 있다. 상기 연결부(231)는 p형 반도체(211)와 n형 반도체(212)를 전기적으로 연결할 수 있다. 열전 소자(121)는 p형 반도체(211)의 하단에 연결된 제1 단자(221)와 n형 반도체(212)의 하단에 연결된 제2 단자(222)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 연결부(231)와 단자들은 도핑된 반도체, 금속, 금속화합물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

직류 전원의 음극과 양극이 각각 제1 단자(221)와 제2 단자(222)에 연결되면, 전류가 화살표 방향(201)으로 흐른다. 전류가 화살표 방향(201)으로 흐를 때, p형 반도체(211)에서 양공(또는 정공)(202)은 제1 단자(221)를 향해 이동하고, n형 반도체(212)에서 전자(203)는 제2 단자(222)를 향해 이동한다. 펠티어 효과(peltier effect)에 의해 열전 소자(121)에서 열은 화살표 방향(204)로 이동한다. 즉, 연결부(231)는 열을 흡수하고 제1 단자(221)와 제2 단자(222)는 열을 방출한다. 이에 따라 연결부(231)에 접촉하는 물체(250)는 냉각되고, 전극에 접촉하는 물체(240)는 가열될 수 있다.

도시된 실시 예와 달리, 직류 전원의 양극과 음극이 각각 제1 단자(221)와 제2 단자(222)에 연결되면, 전류가 화살표 방향(201)과 반대 방향으로 흐른다. 열전달의 방향 역시 화살표 방향(204)과 반대가 되고, 연결부(231)는 열을 방출하고 제1 단자(221)와 제2 단자(222)는 열을 흡수한다. 이에 따라 연결부(231)에 접촉하는 물체(250)는 가열되고, 전극에 접촉하는 물체(240)는 냉각될 수 있다.

따라서, 열전 소자(121)를 이용하면 일부 영역을 가열함과 동시에 다른 영역을 냉각할 수 있다. 열전 소자(121)에 흐르는 전류의 세기를 조절함으로써 가열이나 냉각의 정도가 조절될 수 있다. 또, 열전 소자(121)에 흐르는 전류의 방향을 조절함으로써 특정 영역이 가열되거나 냉각될 수 있다.

도 5는 일 실시 예에서 반도체들이 직렬로 연결된 열전 소자(300)를 도시한다. 도 6은 일 실시 예에서 도 5의 열전 소자(300)가 중공 실린더 형태로 마련된 것을 도시한다. 도 7은 일 실시 예에서 내부에 관통부를 포함하는 열전 소자(500)를 도시한다.

도 5을 참조하면, 열전 소자(300)는 n형 반도체들과 p형 반도체들이 교대로 직렬 연결될 수 있다.

예를 들어, 제1 n형 반도체(311)의 하단은 제1 단자(321)에 연결되고, 상단은 제1 연결부(331)를 통해 제1 p형 반도체(312)의 상단에 연결될 수 있다. 제1 p형 반도체(312)의 하단은 제2 연결부(322)를 통해 제2 n형 반도체(313)의 하단에 연결될 수 있다. 제2 n형 반도체(313)의 상단은 제3 연결부(332)를 통해 제2 p형 반도체(314)의 상단에 연결될 수 있다. 제2 p형 반도체(314)의 하단은 제4 연결부(323)를 통해 제3 n형 반도체(315)의 하단에 연결될 수 있다. 제3 n형 반도체(315)의 상단은 제5 연결부(333)를 통해 제3 p형 반도체(316)의 상단에 연결될 수 있다. 제3 p형 반도체(316)의 하단은 제6 연결부(324)를 통해 제4 n형 반도체(317)의 하단에 연결될 수 있다. 제4 n형 반도체(317)의 상단은 제7 연결부(334)를 통해 제4 p형 반도체(318)의 상단에 연결될 수 있다. 제4 p형 반도체(318)의 하단은 제2 단자(325)에 연결될 수 있다.

일 실시 예에서 반도체들 사이(340)는 에어갭 또는 절연 부재가 배치될 수 있다.

일 실시 예에서 제1 단자(321)와 제2 단자(325) 사이에 전압이 가해지면, 열전 소자(300)에 전류가 흐르게 되며, 펠티어 효과에 의해 반도체들 아래쪽에 배치된 단자들(321, 325)과 연결부들(322, 323, 324)은 열을 방출하거나 흡수할 수 있다. 예를 들어, 직류 전원의 양극과 음극이 각각 제1 단자(321)와 제2 단자(325)에 연결되면 반도체들 하부에 연결된 제1 영역(360)은 가열되고 상부에 연결된 제2 영역(350)은 냉각될 수 있다. 다른 예를 들어, 직류 전원의 음극과 양극이 각각 제1 단자(321)와 제2 단자(325)에 연결되면 제1 영역(360)은 냉각되고 제2 영역(350)은 가열될 수 있다.

일 실시 예에서 도 5의 열전 소자(300)는 중공 실린더 형상으로 형성될 수 있다. 일 실시 예에서 실린더의 원주방향으로 적어도 일부 구간에서 적어도 하나의 p형 반도체와 적어도 하나의 n형 반도체가 교대로 배치될 수 있다. 일 실시 예에서 교대로 배치된 n형 반도체와 p형 반도체들은 도전성 부재들(예: 도 5의 제1 연결부(331))을 통해 서로 직렬 연결될 수 있다.

도 6을 참조하면, 일 실시 예에서 열전 소자(300)는 내부에 공간을 포함하도록 구성될 수 있다. 도 5와 같은 구성을 가지는 열전 소자(300)가 중공 실린더의 형태로 구성될 수 있다. 도 6의 열전 소자(300)는 도 5의 열전 소자(300)가 일축을 중심으로 굽어져 제1 n형 반도체(311)가 제4 p형 반도체(318)와 이웃하도록 변형된 것으로 이해될 수 있다.

도 7을 참고하면, 열전 소자(121)에서 반도체들은 병렬로 연결될 수 있다. 제1 단자(521)는 제1 n형 반도체(511)의 하단과 제2 n형 반도체(518)의 하단에 연결된다. 제1 n형 반도체(511)의 상단은 제1 연결부(531)를 통해 제1 p형 반도체(512)의 상단에 연결되고, 제2 n형 반도체(518)의 상단은 제2 연결부(534)를 통해 제2 p형 반도체(517)의 상단에 연결된다. 제1 p형 반도체(512)의 하단은 제3 연결부(522)를 통해 제3 n형 반도체(513)의 하단에 연결된다. 제3 n형 반도체(513)의 상단은 제5 연결부(532)를 통해 제3 p형 반도체(514)의 상단에 연결된다. 제2 p형 반도체(517)의 하단은 제4 연결부(524)를 통해 제4 n형 반도체(516)의 하단에 연결된다. 제4 n형 반도체(516)의 상단은 제6 연결부(533)를 통해 제4 p형 반도체(515)의 상단에 연결된다. 제3 p형 반도체(514)의 하단과 제4 p형 반도체(515)의 하단은 제2 단자(523)에 연결된다.

제1 단자(521)에 양극이 연결되었을 때, 제1 단자(521)로 들어온 전류는 제1 n형 반도체(511)와 제2 n형 반도체(518)로 나눠지고 제2 단자(523)에서 다시 합쳐진다. n형 반도체들 내부의 전자들 및 p형 반도체들 내부의 정공은 상단에서 하단으로 이동하며, 따라서 열도 상단에서 하단으로 이동한다. 반대로 제1 단자(521)에 음극이 연결되었을 때 열은 하단에서 상단으로 이동한다.

도 2의 열전 소자(121)가 도 6 또는 도 7의 열전 소자(300, 500)로 구현되면, 열전 소자(121)의 상단면(121a)과 바닥면(121b)은 열을 흡수하거나 방출할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 열전 소자(121)가 도 5의 열전 소자(300)로 구현되는 경우, 열전 소자(300)에서 제1 영역(360)과 접하는 면과 제2 영역(350)에 접하는 면은 각각 도 2의 바닥면(121b)과 상단면(121a)로 이해될 수 있다. 또 제1 영역(360)과 제2 영역(350)은 각각 기판(110)과 최전방 렌즈(122)에 대응할 수 있다.

도 2에 도시된 기판(110)의 제1 전극(141)과 제2 전극(142)을 각각 열전 소자(300, 500)의 제1 단자(321, 521)와 제2 단자(325, 523)에 연결함으로써, 열전 소자(300, 500)에 전압이 인가될 수 있다.

일 실시 예에서 열전 소자(300, 500)는 보호층을 더 포함할 수 있다. 보호층은 반도체, 연결부 등을 보호하도록 구성될 수 있다. 보호층은, 예를 들어, 열전 소자(300, 500)의 내주면 및/또는 외주면에 배치될 수 있다. 보호층은 금속 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 다만, 보호층이 금속을 포함하는 경우 보호층은 단자들 및 연결부들과 통전되지 않도록 구성될 수 있다.

도 8은 일 실시 예에서 복수의 열전 소자들이 단일 열전 소자를 구성하는 것을 나타낸다.

도 8을 참조하면, 열전 소자(121)는 복수의 단위 열전 소자들을 포함할 수 있다. 본 개시에서 열전 소자(121)는 종래의 렌즈 배럴의 역할을 대신 수행하므로, 열전 소자(121)는 내부에 광축 방향으로 정렬된 복수의 렌즈들(예: 도 3의 렌즈(123))을 수용하도록 구성될 수 있다. 이 경우 열전 소자(121)는 복수의 렌즈들의 광축 방향 길이에 대응하는 높이를 가져야 한다. 그런데 반도체의 원재료인 웨이퍼(wafer)는 그 두께가 통상적으로 1mm보다 작기 때문에, 도 5 내지 도 7에 도시된 열전 소자(121)는 일반적으로 3mm - 4mm 수준의 비교적 낮은 높이를 가진다. 결국 도 5 내지 도 7에 도시된 열전 소자(121)는 복수의 렌즈들을 수용하기에 충분하지 못할 수 있다.

일 실시 예에서 복수의 단위 열전 소자들을 광축 방향으로 적층함으로써 복수의 렌즈들을 수용하기에 충분한 광축 방향 길이를 가지는 열전 소자(121)가 구현될 수 있다. 적층된 복수의 단위 열전 소자들은 전체가 하나의 열전 소자(121)처럼 기능할 수 있다.

일 실시 예에서 단위 열전 소자는 도 5 내지 도 7에 도시된 열전 소자(300, 500)과 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있다. 일 실시 예에서 단위 열전 소자들에 구비된 단자들(또는 연결부들)이 이웃하는 열전 소자의 단자들(또는 연결부들)에 전기적으로 연결되지 않도록, 복수의 단위 열전 소자들 사이에는 절연 부재가 배치될 수 있다.

일 실시 예에서 열전 소자(121)를 구성하는 복수의 단위 열전 소자들은 서로 다른 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 단위 열전 소자들은 서로 다른 높이 및/또는 내주직경을 가질 수 있다.

도 8을 참조하면, 5개의 단위 열전 소자들(121a, 121b, 121c, 121d, 121e)이 광축 방향으로 적층될 수 있다. 제1 단위 열전 소자(121a)가 기판(110) 상에 배치되고, 제1 단위 열전 소자(121a) 상에 제2 단위 열전 소자(121b), 제3 단위 열전 소자(121c), 제4 단위 열전 소자(121d), 및 제5 단위 열전 소자(121e)가 차례로 적층될 수 있다.

일 실시 예에서 단위 열전 소자들 각각은 내부에 관통부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 단위 열전 소자들 각각은 내부에 관통 홀을 포함하는 고리형태를 가질 수 있다. 일 실시 예에서 단위 열전 소자들이 중심축 방향으로 나란히 적층되었을 때, 단위 열전 소자들의 관통부들에 의해 정의된 공간에 적어도 하나의 렌즈가 수용될 수 있다. 열전 소자(121)가 기판(110)에 결합되었을 때, 열전 소자(121)에 수용된 적어도 하나의 렌즈는 이미지 센서(130)에 정렬될 수 있다.

일 실시 예에서 열전 소자(121)의 내주면은 광축 방향으로 단차진 부분을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 복수의 단위 열전 소자들 중 적어도 두 개의 단위 열전 소자들 사이에 광축 방향으로 단차진 부분이 존재할 수 있다. 단차는 서로 다른 내주직경을 가지는 단위 열전 소자들이 적층됨으로써 구현될 수 있다. 도 8을 참조하면, 제3 단위 열전 소자(121c)는 제2 단위 열전 소자(121b)보다 큰 내주직경을 가지고, 양 단위 열전 소자들 사이에 단차(124a)가 생긴다. 제4 단위 열전 소자(121d)는 제3 단위 열전 소자(121c)보다 작은 내주직경을 가지고, 양 열전 소자들 사이에 단차(124b)가 생긴다.

일 실시 예에서 적어도 하나의 렌즈(123)는 열전 소자(121)의 단차(124a, 124b)에 의해 일부 지지될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 렌즈(123)의 외주 직경은 제2 단위 열전 소자(121b)의 내주 직경보다 크고 제3 단위 열전 소자(121c)의 내주 직경보다 작을 수 있다. 이 경우 적어도 하나의 렌즈(123)가 제2 단위 열전 소자(121b)와 제3 단위 열전 소자(121c) 사이의 단차(124a)에 의해 지지될 수 있다.

일 실시 예에서 열전 소자(121)의 단차에 적어도 하나의 렌즈(123)의 일부가 배치될 수 있다. 예를 들어, 렌즈(123)의 가장자리가 제2 단위 열전 소자(121b)와 제3 단위 열전 소자(121c) 사이의 단차(124a)에 배치될 수 있다. 일 실시 예에서 렌즈(123)의 가장 자리에 인접한 부분(이하, '바깥 부분(outer part)')의 두께는 제3 단위 열전 소자(121c)의 높이에 대응할 수 있고, 따라서 렌즈(123) 바깥 부분의 상단부는 제3 단위 열전 소자(121c)와 제4 단위 열전 소자(121d) 사이의 단차(124b)에 안착되고, 하단부는 제2 단위 열전 소자(121b)와 제3 단위 열전 소자(121c) 사이의 단차(124a)에 안착될 수 있다.

도시된 실시 예는 설명의 편의를 위해 제공된 예시에 지나지 않으며, 다양한 형태의 열전 소자(121)가 구성될 수 있다. 예를 들어, 렌즈(123) 외곽의 두께가 단차들(124a, 124b) 사이의 간격보다 작을 수 있다. 다른 예를 들어, 단차들(124a, 124b) 사이에 두 개 이상의 렌즈들 및/또는 렌즈들 사이의 간격을 조절하도록 구성된 스페이서(spacer) 등이 배치될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 이미지 센서(130)에 가까이 위치된 단위 열전 소자일수록 큰 내주 직경을 가질 수 있다. 또 다른 예를 들어, 열전 소자(121)는 5개 보다 작거나 많은 수의 단위 열전 소자들로 구성될 수 있다.

도 9는 일 실시 예에서 열전 소자(121)를 제어하는 회로 구성을 도시한다.

일 실시 예에서 카메라 모듈(100)은 이미지 센서(130), 열전 소자(121), 및 열전 소자(121)에 공급되는 전류를 제어하기 위한 프로세서(172)(예: 마이크로 컨트롤러)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에서 프로세서(172)는 감지된 외부 또는 카메라 모듈(100)의 온도를 기반으로 열전 소자(121)에 인가할 전압을 결정할 수 있다. 일 실시 예에서 온도 센서는 카메라 모듈(100)의 이미지 센서(130) 또는 이미지 센서(130) 주변의 온도를 측정하도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에서 온도 센서는 카메라 모듈(100) 또는 카메라 모듈(100)과 구분되는 장치의 구성요소로 구비될 수 있다.

일 실시 예에서 프로세서(172)는 온도 정보를 기초로 열전 소자(121)에 공급되는 전류(또는 전압)의 방향 또는 세기를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(172)는 특정 온도 범위에 대응하는 전류(또는 전압) 제어 값을 결정하고, 결정된 제어 값을 전극(예: 도 2의 전극(141, 142))에 전달함으로써 열전 소자(121)를 동작시킬 수 있다.

일 실시 예에서 프로세서(172)는 온도 정보를 기초로 렌즈(또는 센서부)가 냉각되어야 하는지 가열되어야 하는지 판단할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(172)는 온도 센서로 측정된 온도가 지정된 범위를 초과하는지 여부를 판단할 수 있다. 프로세서(172)는 측정된 온도가 지정된 범위를 초과하는 경우 열전 소자(121)에 전류를 인가함으로써, 목적하는 대상(예: 도 2의 최전방 렌즈(122))을 가열하거나 냉각할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(172)는 렌즈의 온도가 지정된 임계 값보다 낮은 경우 열전 소자(121)에 제1 방향의 전류를 인가하여 렌즈를 가열할 수 있다. 다른 예를 들어, 프로세서(172)는 이미지 센서(130)부의 온도가 지정된 임계 값을 초과하는 경우 열전 소자(121)에 전류를 인가하여 이미지 센서(130)의 온도를 낮출 수 있다. 또 다른 실시 예에서 렌즈의 온도가 임계 값보다 높은 경우 열전 소자(121)에 제2 방향의 전류를 인가하여 렌즈를 냉각할 수 있다.

일 실시 예에서 열전 소자(121)에 전원은 커넥터(174)로부터 직접 공급되거나 카메라 모듈(100)의 프로세서(172)를 거쳐서 공급될 수 있다.

일 실시 예에서 카메라 모듈(100)은 메모리(171)를 포함할 수 있다. 메모리(171)는 카메라 동작에 필요한 기본 정보가 메모리(171)에 저장될 수 있고, 프로세서(172)는 메모리(171)로부터 획득된 정보를 기초로 카메라에 필요한 다양한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 열전 소자(121)에 인가하는 전류의 방향이나 세기를 결정할 기준으로서 온도 임계 값들이 메모리(171)에 저장될 수 있다.

일 실시 예에서, 프로세서(172) 또는 온도 센서는 카메라 모듈(100)의 일 구성요소로서 구비될 수 있다. 다른 실시 예에서 카메라 모듈(100)을 구비한 전자 장치에 별도로 구비될 수 있다.

일 실시 예에서 카메라 모듈(100)은 이미지 센서(130)가 생성한 이미지 신호를 처리하도록 구성된 신호처리부(173)(예: 시리얼라이져(serializer))를 포함할 수 있다. 이미지 신호는 커넥터(174)를 통해 외부로 전달될 수 있다.

100: 카메라 모듈
110: 기판
120: 렌즈 어셈블리
121: 렌즈 배럴
122: 최전방 렌즈
130: 이미지 센서
141, 142: 전극
150: 열전달 부재

Claims

이미지 센서, 및 전극을 구비한 기판;
일면이 상기 전극에 접촉되도록 상기 기판에 배치된 열전 소자; 및
상기 열전 소자의 타면에 구비된 렌즈를 포함하고,
상기 열전 소자는 상기 이미지 센서를 수용하는 중공을 가지는 원통 형태를 가지고, 상기 열전 소자의 길이 방향의 일단은 상기 전극에 접촉하고, 상기 열전 소자의 길이 방향의 타단은 상기 렌즈에 접촉하고,
상기 전극은 상기 이미지 센서를 중심으로 하는 호(arc) 형태을 가지는 카메라 모듈.
제1 항에 있어서,
상기 전극을 통해 상기 열전 소자에 제1 극성의 전압이 인가될 때, 상기 열전 소자는 상기 이미지 센서를 냉각하고 상기 렌즈를 가열하도록 구성되는 카메라 모듈.
제2 항에 있어서,
상기 전극을 통해 상기 열전 소자에 상기 제1 극성과 다른 제2 극성의 전압이 인가될 때, 상기 열전 소자는 상기 렌즈를 냉각하도록 구성되는 카메라 모듈.
제1 항에 있어서,
복수의 렌즈들을 더 포함하고,
상기 열전 소자는 상기 복수의 렌즈들 중 적어도 하나를 수용하는 관통부를 포함하는, 카메라 모듈.
제1 항에 있어서,
상기 기판은 상기 이미지 센서 아래에 배치되는 열전달 부재를 포함하는, 카메라 모듈.
제1 항에 있어서,
상기 열전 소자는 광축 방향으로 적층된 복수의 단위 열전 소자들을 포함하는, 카메라 모듈.
제6 항에 있어서,
적어도 하나의 렌즈를 더 포함하고,
상기 열전 소자는 상기 적어도 하나의 렌즈를 수용하는 관통부를 포함하는, 카메라 모듈.
제7 항에 있어서,
상기 단위 열전 소자들 각각은 관통부를 포함하고, 상기 복수의 단위 열전 소자들의 관통부들 중 적어도 하나에 상기 적어도 하나의 렌즈가 수용되는, 카메라 모듈.
제8 항에 있어서,
상기 복수의 단위 열전 소자들 중 적어도 두 개 단위 열전 소자들 사이에 적어도 하나의 단차가 존재하고, 상기 적어도 하나의 렌즈는 상기 단차에 의해 일부 지지되는, 카메라 모듈.
제1 항에 있어서,
상기 전극은 양극과 음극으로 구성되며, 상기 양극과 상기 음극은 상기 열전 소자에 구비된 대응 단자들에 각각 전기적으로 연결되는, 카메라 모듈.
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제1 항에 있어서,
상기 열전 소자는 원주방향으로 적어도 일부 구간에서 교대로 배치된 적어도 하나의 p형 반도체와 적어도 하나의 n형 반도체를 포함하는, 카메라 모듈.
전극 및 이미지 센서를 구비한 기판;
일단이 상기 기판에 접촉하고 상기 전극에 전기적으로 연결되는 열전 소자; 및
상기 열전 소자의 타단에 접촉되는 렌즈를 포함하고,
상기 열전 소자는 전극을 통해 인가되는 전압에 따라 상기 일단 또는 상기 타단이 열을 흡수하거나 열을 방출하도록 구성되며,
상기 열전 소자는 상기 이미지 센서를 수용하는 중공을 가지는 원통 형태를 가지고, 상기 열전 소자의 길이 방향의 일단은 상기 전극에 접촉하고, 상기 열전 소자의 길이 방향의 타단은 상기 렌즈에 접촉하고,
상기 전극은 상기 이미지 센서를 중심으로 하는 호(arc) 형태을 가지는 카메라 모듈.
제14 항에 있어서,
상기 열전 소자는 상기 기판에 전기적으로 연결되고,
상기 열전 소자에 제1 극성의 전압이 인가될 때, 상기 열전 소자는 상기 이미지 센서를 냉각하고 상기 렌즈를 가열하도록 구성되는 카메라 모듈.
제15 항에 있어서,
상기 열전 소자에 상기 제1 극성과 다른 제2 극성의 전압이 인가될 때, 상기 열전 소자는 상기 렌즈를 냉각하도록 구성되는 카메라 모듈.