KR102486426B1 - 카메라 모듈 - Google Patents

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Abstract

실시 예의 카메라 모듈은, 복수의 이미지 프레임을 출력하는 이미지 센서; 이미지 센서 위에 배치되고, 광 경로 상에 배치된 적어도 하나의 렌즈부 및 외부로부터 이미지 센서로 입사되는 광 경로를 조절하는 가변 필터부를 포함하는 렌즈 어셈블리; 가변 필터부를 제어하는 제어 신호를 생성하는 제어부; 및 복수의 이미지 프레임을 합성하여 합성 이미지를 생성하는 이미지 합성부를 포함하고, 합성 이미지는 이미지 프레임보다 높은 해상도를 갖고, 복수의 이미지 프레임은 가변 필터부에 의해 서로 다른 광 경로로 변경되어 생성된 이미지 프레임을 포함한다.

Description

카메라 모듈{CAMERA MODULE}
실시 예는 카메라 모듈에 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 하는 바 전체 두께가 두꺼워 진다.
또한, 고품질 이미지에 대한 수요자의 요구가 증대됨에 따라, 고해상도 이미지를 촬영할 수 있는 이미지 센서가 요구되고 있다. 그러나, 이를 위해 이미지 센서에 포함되는 픽셀의 수가 증가될 수 밖에 없는데, 이는 이미지 센서의 크기를 증가시키게 되고 소모 전력이 낭비되는 결과를 초래할 수 있다.
즉, 기존의 카메라 모듈은 복수의 어레이의 데이터를 그대로 사용하므로, 이미지 센서의 물리적 분해능만큼의 해상도를 갖는데 한계가 있다. 또한, 초해상도의 이미지를 생성하기 위해서는 다수의 카메라를 사용해야 하는 제약이 따른다.
본 실시 예는 픽셀 수를 증가시키지 않고 초해상도 이미지를 생성할 수 있는 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.
일 실시 예에 의한 카메라 모듈은, 복수의 이미지 프레임을 출력하는 이미지 센서; 상기 이미지 센서 위에 배치되고, 광 경로 상에 배치된 적어도 하나의 렌즈부 및 외부로부터 상기 이미지 센서로 입사되는 상기 광 경로를 조절하는 가변 필터부를 포함하는 렌즈 어셈블리; 상기 가변 필터부를 제어하는 제어 신호를 생성하는 제어부; 및 상기 복수의 이미지 프레임을 합성하여 합성 이미지를 생성하는 이미지 합성부를 포함하고, 상기 합성 이미지는 상기 이미지 프레임보다 높은 해상도를 갖고, 상기 복수의 이미지 프레임은 상기 가변 필터부에 의해 서로 다른 광 경로로 변경되어 생성된 이미지 프레임을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 가변 필터부는 소정 파장 범위를 갖는 광을 필터링하는 필터; 및 상기 제어 신호에 응답하여, 상기 필터의 상기 렌즈부의 광축에 대한 각도를 조절하는 액츄에이터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 가변 필터부는 상기 렌즈부 위에 배치되며, 상기 필터 및 액츄에이터를 지지하는 지지 부재를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 적어도 하나의 렌즈부는 복수의 렌즈부를 포함하고, 상기 가변 필터부는 상기 복수의 렌즈부 사이에 배치되어, 상기 필터 및 액츄에이터를 지지하는 지지 부재를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 카메라 모듈은 상기 이미지 센서가 배치된 메인 기판을 더 포함하고, 상기 렌즈 어셈블리는 상기 적어도 하나의 렌즈부를 수용하여 지지하는 홀더를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 가변 필터부는 상기 홀더에서 상기 렌즈부 아래에 배치되며, 상기 필터와 상기 액츄에이터를 지지하는 지지 부재를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 가변 필터부는 상기 메인 기판 위에서 상기 이미지 센서의 주변에 배치되며, 상기 필터 및 액츄에이터를 지지하는 지지 부재를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 액츄에이터는 압전 소자, 멤스, 형상기억합금와이어, 보이스코일모터 또는 액체 렌즈를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 액츄에이터는 상기 필터의 귀퉁이에 각각 배치되며, 서로 독립적으로 동작하는 복수의 제1 압전 소자를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 액츄에이터는 상기 필터의 가장 자리보다 상기 필터의 틸팅 축에 더 가깝게 서로 이격되어 배치되고, 서로 독립적으로 동작하는 복수의 제2 압전 소자를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 액츄에이터는 상기 필터의 제1 변에 배치되는 제3 압전 소자; 및 상기 필터의 상기 제1 변과 마주하는 제2 변에 배치된 제4 압전 소자를 포함하고, 상기 제3 및 제4 압전 소자는 서로 독립적으로 동작할 수 있다.
예를 들어, 상기 복수개의 이미지 프레임은 제1 이미지 프레임과 제2 이미지 프레임을 포함하고 상기 제2 이미지 프레임은 상기 제1 이미지 프레임을 기준으로 제1 간격만큼 이동된 이미지 프레임일 수 있다.
예를 들어, 상기 이미지 센서는 상기 복수의 이미지 프레임 중 하나의 이미지 프레임을 생성한 후 상기 가변 필터부의 틸팅에 의해 상기 광 경로가 조절 되었음을 나타내는 피드백 신호를 수신하여 상기 복수의 이미지 프레임 중 다른 하나의 이미지 프레임을 생성할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부는 상기 복수의 이미지 프레임 중 하나의 이미지 프레임의 생성 완료 신호를 수신한 후 상기 제어 신호를 상기 가변 필터부로 전송하여 상기 광 경로를 조절할 수 있다.
예를 들어, 상기 이미지 센서는 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 상기 제어부는, 외부로부터 입사되어 상기 가변 필터부를 통과하는 광이 상기 이미지 센서의 상기 제1 영역에서 상기 제2 영역으로 경로를 변경하도록 상기 가변 필터부를 조정하는 제1 경로 제어 신호를 상기 제어 신호로서 출력할 수 있다.
예를 들어, 상기 이미지 센서는 제3 영역과 제4 영역을 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제2 영역에서 상기 제3 영역으로 광의 경로를 변경 시키도록 상기 가변 필터부를 조정하는 제2 경로 제어 신호를 상기 제어 신호로서 출력하고, 상기 제3 영역에서 상기 제4 영역으로 광의 경로를 변경 시키도록 상기 가변 필터부를 조정하는 제3 경로 제어 신호를 상기 제어 신호로서 출력할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어 신호는 상기 렌즈 어셈블리의 화각(FOV)를 제1 방향으로 변경시키는 신호, 상기 렌즈 어셈블리의 화각을 제2 방향으로 변경시키는 신호, 상기 렌즈 어셈블리의 화각을 제3 방향으로 변경시키는 신호, 상기 렌즈 어셈블리의 화각을 제4 방향으로 변경시키는 신호를 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 실시 예에 따른 카메라 모듈에 의하면, 초해상도 이미지를 얻기 위해 요구되는 높은 연산량이 필요하지만, 픽셀 수를 증가시키지 않고 다수의 카메라를 사용하지 않으면서, 필터를 틸팅시켜 광 경로를 변경함으로써 하드웨어적으로 해결할 수 있다. 즉, 픽셀 거리(PD)의 절반(0.5PD)만큼 쉬프트된 다수의 어레이 데이터를 이용하여 이미지 센서의 물리적 분해능보다 초 해상도를 갖는 이미지를 얻을 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 일 실시 예에 따른 카메라 모듈을 나타낸 블럭도이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시된 카메라 모듈의 실시 예의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 3은 전술한 실시 예에 의한 가변 필터부에서 필터의 틸팅에 따른 이미지 센서에서 생성되는 이미지의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 도 2a에 도시된 'A’ 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 5 (a) 내지 (d)는 일 실시 예에 의한 가변 필터부의 평면도를 나타낸다.
도 6 (a) 내지 (d)는 다른 실시 예에 의한 가변 필터부의 평면도를 나타낸다.
도 7 (a) 내지 (d)는 또 다른 실시 예에 의한 가변 필터부의 평면도를 나타낸다.
도 8 (a) 내지 (d)는 또 다른 실시 예에 의한 가변 필터부의 평면도를 나타낸다.
도 9는 또 다른 실시 예에 의한 가변 필터부의 단면도를 나타낸다.
도 10은 또 다른 실시 예에 의한 가변 필터부의 단면도를 나타낸다.
도 11은 또 다른 실시 예에 의한 가변 필터부의 평면도를 나타낸다.
도 12 (a)는 또 다른 실시 예에 의한 가변 필터부의 평면도를 나타내고, 도 12 (b) 및 (c)는 도 12 (a)에 도시된 I-I'선을 따라 절취한 단면도를 나타낸다.
도 13 (a)는 또 다른 실시 예에 의한 가변 필터부의 평면도를 나타내고, 도 13 (b) 및 (c)는 도 13 (a)에 도시된 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절취한 단면도를 나타낸다.
도 14는 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 도 14에서 설명되는 카메라 모듈의 동작 방법을 보다 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 동작 방법에 대한 타이밍도이다.
도 17은 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 프레임 합성 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시 예를 상세히 설명한다. 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시 예를 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, 실시 예의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 실시 예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 실시 예의 범위를 한정하는 것이 아니다.
실시 예의 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 두 개의 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.
실시 예에 의한 카메라 모듈(10:10A 내지 10D)을 데카르트 좌표계를 이용하여 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 설명될 수 있다. 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축, z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, x축, y축, z축은 서로 교차할 수도 있다.
이하, 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(10)을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(10)을 나타낸 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 카메라 모듈(10)은 렌즈 어셈블리(100), 이미지 센서(200), 이미지 합성부(300) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.
렌즈 어셈블리(100)는 이미지 센서(200) 위에 배치되어, 카메라 모듈(10)의 외부로부터 입사되는 광을 통과시켜 이미지 센서(200)로 광을 전달할 수 있다. 렌즈 어셈블리(100)는 광 경로상에 배치된 적어도 하나의 렌즈부 및 가변 필터부(110)를 포함할 수 있다.
렌즈 어셈블리(100)의 렌즈부에 포함된 적어도 하나의 렌즈부는 하나의 광학계를 형성하고 이미지 센서(200)의 광축을 중심으로 정렬될 수 있다. 여기서, 렌즈부에 포함된 렌즈는 액체 렌즈일 수도 있고, 고체 렌즈일 수도 있고, 액체 렌즈와 고체 렌즈를 모두 포함할 수도 있다.
가변 필터부(110)는 제어부(400)의 제어에 따라 렌즈 어셈블리(100)의 광 경로를 조절(또는, 변경)시킬 수 있다. 가변 필터부(110)는 외부로부터 이미지 센서(200)로 입사되는 광 경로를 변경 시킬 수 있으며, 예를 들어 광신호의 FOV(Field of View) 각도 또는 FOV의 방향 등을 변경시킬 수 있다.
실시 예에 의하면, 가변 필터부(110)는 필터 및 액츄에이터(actuator)(또는, transducer)를 포함할 수 있다.
필터는 소정 파장 범위를 갖는 광을 필터링할 수 있다. 예를 들어, 필터는 적외선(IR:Infrared) 파장 대역의 광을 필터링하는 즉, 투과시키거나 차단시키는 적외선 필터일 수 있다. 예를 들어, 필터는 IR 글래스로 구현될 수 있다.
액츄에이터는 필터와 결합되어 제어부(400)로부터 출력되는 제어 신호에 응답하여, 필터의 틸팅(tilting) 여부 또는 틸팅 정도 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 즉, 액츄에이터는 광축과 수직한 평면상에 배치된 필터를 틸팅시켜, 이미지 센서(200)의 픽셀 어레이로 입사되는 광의 경로를 변경시킬 수 있다.
이미지 센서(200)는 렌즈 어셈블리(100)를 통과한 광을 수신하여 광에 대응하는 전기 신호로 변환하는 픽셀 어레이, 픽셀 어레이에 포함된 복수의 픽셀을 구동하는 구동 회로 및 각 픽셀의 아날로그 픽셀 신호를 리드(read)하는 리드아웃회로를 포함할 수 있다. 리드아웃회로는 아날로그 픽셀 신호를 기준 신호와 비교하여 아날로그-디지털 변환을 통해 디지털 픽셀 신호(또는 영상 신호)를 생성할 수 있다. 여기서, 픽셀 어레이에 포함된 각 픽셀의 디지털 픽셀 신호는 영상 신호를 구성하며, 영상 신호는 프레임 단위로 전송됨에 따라 이미지 프레임으로 정의될 수 있다. 즉, 이미지 센서는 복수의 이미지 프레임을 출력할 수 있다.
이미지 합성부(300)는 이미지 센서(200)로부터 영상 신호를 수신하고, 영상 신호를 처리(예컨대, 보간, 프레임 합성 등)하는 이미지 프로세서일 수 있다. 특히, 이미지 합성부(300)는 복수의 프레임의 영상 신호(저해상도)를 이용하여 하나의 프레임의 영상 신호(고해상도)로 합성할 수 있다. 즉, 이미지 합성부(300)는 이미지 센서(200)로부터 받은 영상 신호에 포함된 복수의 이미지 프레임을 합성하고, 합성된 결과를 합성 이미지로서 생성한다. 이미지 합성부(300)에서 생성된 합성 이미지는 이미지 센서(200)로부터 출력되는 복수의 이미지 프레임보다 높은 해상도를 가질 수 있다.
복수의 이미지 프레임은 가변 필터부(110)에 의해 서로 다른 광 경로로 변경되어 생성된 이미지 프레임을 포함할 수 있다. 이미지 합성부(300)는 후 처리기로 부를 수 있다. 복수의 이미지 프레임은 제1 이미지 프레임과 제2 이미지 프레임을 포함할 수 있고, 제2 이미지 프레임은 제1 이미지 프레임을 기준으로 제1 간격(예를 들어, 서브 픽셀 간격)만큼 이동된 이미지 프레임일 수 있다.
제어부(400)는 가변 필터부(110)와 이미지 센서(200)를 제어하며, 가변 필터부(110)의 제어 상태와 동기화하여 이미지 센서(200)가 영상 신호를 생성할 수 있도록 한다. 이를 위해 제어부(400)는 가변 필터부(110)와 제1 신호를 송수신하고, 이미지 센서(200)와 제2 신호를 송수신할 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 신호는 전술한 제어 신호에 해당한다.
제1 신호는 제어부(400)에 의해 생성되며, 가변 필터부(110)의 광 경로 제어를 위한 틸팅 제어 신호를 포함하거나 가변 필터부(110)의 FOV 각도의 제어를 위한 틸팅 제어 신호를 포함할 수 있다. 특히, 틸팅 제어 신호는 가변 필터부(110)를 투과하는 광의 광 경로를 결정할 수 있다. 또한, 틸팅 제어 신호는 가변 필터부(110)의 FOV 각도의 변경 방향과 변경 각도를 결정할 수 있다. 실시 예에 따라, 제1 신호는 가변 필터부(110)에 의해 생성되며, 틸팅 제어 신호에 따라 가변 필터부(110)의 제어가 완료되었음을 나타내는 응답신호를 포함할 수 있다. 제어부(400)는 가변 필터 드라이버로 부를 수 있다.
제2 신호는 이미지 센서(200)에 의해 생성되며, 틸팅 제어 신호를 가변 필터부(110)로 전송할 것을 지시하는 동기 신호를 포함할 수 있다. 실시 예에 따라, 제2 신호는 이미지 센서(200)에 의해 생성되며, 가변 필터부(110)의 광 경로 제어를 위한 제어 신호의 기초가 되는 제어 정보를 포함할 수 있다. 실시 예에 따라, 제2 신호는 제어부(400)에 의해 생성되며, 틸팅 제어 신호에 따라 가변 필터부(110)의 제어가 완료되었음을 나타내는 응답신호를 수신하였음을 나타내는 피드백 신호를 포함할 수 있다.
또한, 제2 신호는 이미지 센서(200)를 구동시키는 구동 신호를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 신호와 제2 신호에 포함되는 신호는 예시적인 것이며, 필요에 따라 생략되거나 다른 신호가 부가될 수 있다.
이하, 도 1에 도시된 카메라 모듈(10)의 다양한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시된 카메라 모듈(10)의 실시 예(10A, 10B, 10C, 10D)의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 카메라 모듈(10A, 10B, 10C, 10D)은 렌즈 어셈블리, 이미지 센서(200) 및 메인 기판(250)을 포함할 수 있다. 여기서, 렌즈 어셈블리는 가변 필터부(110A, 110B, 110C, 110D), 홀더(130), 렌즈 배럴(140), 제1 렌즈부(150) 및 제2 렌즈부(160)를 포함할 수 있으며, 이들 중 적어도 어느 하나의 구성은 생략되거나 서로 상하 배치관계가 변경될 수도 있다.
도 2a 내지 도 2d에 도시된 가변 필터부(110A, 110B, 110C, 110D)는 도 1에 도시된 가변 필터부(110)의 실시 예에 해당한다. 즉, 가변 필터부(110A, 110B, 110C, 110D)는 제어부(400)의 제어에 따라 광 경로를 변경시킬 수 있다.
홀더(130)는 적어도 하나의 렌즈부를 수용하여 지지하는 역할을 한다. 홀더(130)는 렌즈 배럴(140)과 결합되어 렌즈 배럴(140)을 지지하고, 이미지 센서(200)가 부착된 메인 기판(250)에 결합될 수 있다.
홀더(130)는 나선형 구조를 포함하고, 마찬가지로 나선형 구조를 포함하는 렌즈 배럴(140)과 회전 결합할 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것이며, 홀더(130)와 렌즈 배럴(140)은 접착제(예를 들어, 에폭시(epoxy) 등의 접착용 수지)를 통해 결합되거나, 홀더(130)와 렌즈 배럴(140)이 일체형으로 형성될 수도 있다.
렌즈 배럴(140)은 홀더(130)와 결합되며, 내부에 제1 렌즈부(150) 및 제2 렌즈부(160)를 수용할 수 있는 공간을 구비할 수 있다. 렌즈 배럴(140)은 제1 렌즈부(150) 및 제2 렌즈부(160)와 회전 결합될 수 있으나, 이는 예시적인 것이며, 접착제를 이용한 방식 등 다른 방식으로 결합될 수 있다.
제1 렌즈부(150)는 제2 렌즈부(150)의 전방에 배치될 수 있다. 제1 렌즈부(150)는 적어도 하나의 렌즈로 구성될 수 있고, 또는 2개 이상의 복수의 렌즈들이 중심축을 기준으로 정렬하여 광학계를 형성할 수도 있다. 여기서, 중심축은 카메라 모듈(10:10A 내지 10D)의 광학계의 광축(Optical axis)과 동일할 수 있다. 제1 렌즈부(150)는 도 2a 내지 도 2d에 각각 도시된 바와 같이 1개의 렌즈로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
제2 렌즈부(160)는 제1 렌즈부(150)의 후방에 배치될 수 있다. 카메라 모듈(10: 10A 내지 10D)의 외부로부터 제1 렌즈부(150)로 입사하는 광은 제1 렌즈부(150)를 통과하여 제2 렌즈부(160)로 입사할 수 있다. 제2 렌즈부(160)는 적어도 하나의 렌즈로 구성될 수 있고, 또는 2개 이상의 복수의 렌즈들이 중심축을 기준으로 정렬하여 광학계를 형성할 수도 있다. 여기서, 중심축은 카메라 모듈(10: 10A 내지 10D)의 광학계의 광축과 동일할 수 있다. 제2 렌즈부(160)는 도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같이 1개의 렌즈로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
제1 렌즈부(150) 및 제2 렌즈부(160)를 액체 렌즈와 구별하기 위하여 ‘제1 고체 렌즈부’ 및 ‘제2 고체 렌즈부’라고 각각 칭할 수도 있다.
도 2a 내지 도 2d 각각에서, 렌즈 어셈블리는 2개의 렌즈부(150, 160)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 렌즈 어셈블리는 1개의 렌즈부만을 포함할 수도 있고, 3개 이상의 렌즈부를 포함할 수도 있다.
가변 필터부(110:110A 내지 110D)는 렌즈 어셈블리 내에서 다양한 위치에 배치될 수 있다. 도 2a 내지 도 2b는 가변 필터부(110)의 배치되는 위치의 예시를 나타낸 것이며, 가변 필터부(110)는 제1 렌즈부(150) 및 제2 렌즈부(160)의 유무 및 상대적인 위치에 따라 다른 곳에 위치할 수도 있다. 다만, 가변 필터부(110:110A 내지 110D)는 렌즈 어셈블리로 입사되는 광이 통과하는 영역인 광 경로 상에 위치하여 광 경로를 변경시킬 수 있다.
가변 필터부(110A, 110B)는 도 2a 또는 도 2b에 도시된 바와 같이, 홀더(130)에서 렌즈 배럴(140) 하부의 빈 공간에 배치될 수 있다. 이 경우, 가변 필터부(110A, 110B)의 필터(112)는 제2 렌즈부(160)를 통과한 광에 대해 특정 파장 범위에 해당하는 광을 필터링할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 도 2a에 도시된 바와 같이, 가변 필터부(110A)는 필터(112)와 액츄에이터(114) 뿐만 아니라, 제1 지지 부재(116A)를 더 포함할 수 있다. 제1 지지 부재(116A)는 홀더(130)에 배치된 렌즈부(150, 160) 아래에서 홀더(130)의 내측면으로부터 돌출된 단면 형상을 가질 수 있다. 필터(112)와 액츄에이터(114)는 제1 지지 부재(116A)에 의해 지지될 수 있다.
다른 실시 예에 의하면 도 2b에 도시된 바와 같이, 가변 필터부(110B)는 필터(112)와 액츄에이터(114) 뿐만 아니라, 제2 지지 부재(116B)를 더 포함할 수 있다. 제2 지지 부재(116B)는 메인 기판(250) 위에서 이미지 센서(200)의 주변에서 렌즈 배럴(140)을 향하여 상부로 돌출된 단면 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 필터(112)와 액츄에이터(114)는 제2 지지 부재(116B)에 의해 지지될 수 있다.
또 다른 실시 예에 의하면, 도 2c에 도시된 바와 같이, 렌즈 어셈블리가 복수의 렌즈부(150, 160)를 포함될 경우, 가변 필터부(110C)는 제1 렌즈부(150)와 제2 렌즈부(160) 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 가변 필터부(110C)는 필터(112)와 액츄에이터(114) 뿐만 아니라 제3 지지 부재(116C)를 더 포함할 수 있다. 제3 지지 부재(116C)는 제1 렌즈부(150)와 제2 렌즈부(160) 사이에서 렌즈 배럴(140)의 내측면으로부터 돌출된 단면 형상을 가질 수 있다. 필터(112)와 액츄에이터(114)는 제3 지지 부재(116C)에 의해 지지될 수 있다.
또 다른 실시 예에 의하면, 도 2d에 도시된 바와 같이, 가변 필터부(110D)는 제1 렌즈부(150) 위에 배치될 수 있다. 이 경우, 가변 필터부(110D)는 필터(112)와 액츄에이터(114) 뿐만 아니라 제4 지지 부재(116D)를 더 포함할 수 있다. 제4 지지 부재(116D)는 렌즈 어셈블리에 포함된 렌즈부 중 가장 상부에 위치한 렌즈부(150) 위에서 렌즈 배럴(140)의 내측면으로부터 돌출된 단면 형상을 가질 수 있다. 필터(112)와 액츄에이터(114)는 제4 지지 부재(116D)에 의해 지지될 수 있다.
이미지 센서(200)는 메인 기판(250)에 장착될 수 있고, 렌즈 어셈블리를 통과한 광을 영상 신호로 변환하는 기능을 수행할 수 있다.
메인 기판(250)은 홀더(130)의 하부에 배치되고, 이미지 합성부(300) 및 제어부(400)와 함께 각 구성간의 전기 신호의 전달을 위한 배선을 포함할 수 있다. 또한, 메인 기판(250)에는 카메라 모듈(10A 내지 10D) 외부의 전원 또는 기타 다른 장치(예를 들어, application processor)와 전기적으로 연결하기 위한 커넥터(미도시)가 연결될 수 있다.
또한, 메인 기판(250) 위에 복수의 수동 소자(182, 184)가 배치될 수 있으며, 이러한 수동 소자(182, 184)는 와이어(192, 194)에 의해 메인 기판(250)과 연결될 수 있다.
메인 기판(250)은 RFPCB(Rigid Flexible Printed Circuit Board)로 구성되고 카메라 모듈(10A 내지 10D)이 장착되는 공간이 요구하는 바에 따라 벤딩(bending)될 수 있으나, 실시 예는 이에 한정되지 않는다.
도 2a 내지 도 2d에 도시된 카메라 모듈(10A 내지 10D)은 가변 필터부(110A 내지 110D)가 배치되는 위치가 상이함을 제외하면 서로 동일한 구성을 갖는다.
또한, 비록 도시되지는 않았지만, 도 2a 내지 도 2d에 도시된 카메라 모듈(10A 내지 10D)은 커버를 더 포함할 수 있다. 커버는 렌즈 어셈블리의 상부 개구를 노출시키면서 카메라 모듈(10A 내지 10D)의 구성 요소들을 포위하여 감싸도록 배치되어, 카메라 모듈(10A 내지 10D)의 각 구성 요소를 보호할 수 있다.
도 2a 내지 도 2d에 도시된 액츄에이터(114)는 제어부(400)로부터 출력되는 제어 신호 즉, 제1 신호에 응답하여 필터(112)를 틸팅시킬 수 있다. 이를 위해, 액츄에이터(114)는 제1, 제2, 제3 또는 제4 지지 부재(116A, 116B, 116C, 116D)와 필터(112) 사이에 배치될 수 있다.
액츄에이터(114)는 제어부(400)의 제어에 따라 필터(112)의 물리적 변위인 틸팅 각도를 제어하여, 외부로부터 이미지 센서(200)의 픽셀 어레이로 입사되는 광의 경로를 변경시킬 수 있다. 즉, 필터(112)가 틸팅될 경우, 광의 경로가 변경될 수 있다.
액츄에이터(114)는 필터(112)를 정밀하게 틸팅시킬 수 있으며, 제어부(400)로부터 전압 또는 전류 형태로 출력되는 구동 신호(또는, 동작 전압)에 응답하여 구동할 수 있다. 여기서, 구동 신호는 제1 신호에 포함될 수 있다.
예를 들어, 필터(112)는 액츄에이터(114)에 의해 광축과 수직한 수평면을 기준으로 틸팅될 수 있다. 예를 들어, 필터(112)의 틸팅 각도는 1°이하일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
이하, 도 2a를 참조하여 가변 필터부(110A)의 FOV 각도를 변경시키는 동작을 다음과 같이 설명한다. 이하의 설명은 도 2b 내지 도 2c에 도시된 가변 필터부(110B 내지 110D)에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 2a를 참조하면, 렌즈 어셈블리는 특정 FOV(Field of View)를 가질 수 있다. FOV는 이미지 센서(200)가 렌즈 어셈블를 통해 캡쳐할 수 있는 입사광의 범위를 의미하며, FOV 각도로 정의될 수 있다. 통상적인 렌즈 어셈블리의 FOV 각도는 60° 내지 140°의 범위를 가질 수 있다. 렌즈 어셈블리를 위에서(즉, 광축에 수직한 방향에서) 바라볼 때의 x축과 y축을 가정한다면, FOV 각도는 제1 FOV 각도(Fx) 및 제2 FOV 각도(Fy)를 포함할 수 있다. 제1 FOV 각도(Fx)는 x축을 따라 정해지는 FOV의 각도를 의미하고, 제2 FOV 각도(Fy)는 y축을 따라 정해지는 FOV의 각도를 의미한다.
이미지 센서(200)의 픽셀 어레이에 포함된 복수의 픽셀들은 N x M (여기서, N, M은 각각 1이상의 정수)의 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 즉, N개의 픽셀들이 x축을 따라 배치되고, M개의 픽셀들이 y축을 따라 배치될 수 있다. 제1 FOV 각도(Fx) 및 제2 FOV 각도(Fy)에 해당하는 FOV를 통해 입사되는 광 신호는 N x M의 픽셀 어레이로 입사된다.
렌즈 어셈블리를 통과하는 광 경로 또는 렌즈 어셈블리의 FOV는 제1 신호에 포함된 틸팅 제어 신호에 의해 변경될 수 있다. 틸팅 제어 신호는 제1 FOV 각도(Fx) 및 제2 FOV 각도(Fy)를 각각 변경시킬 수 있으며, 틸팅 제어 신호에 따른 제1 FOV 각도(Fx) 및 제2 FOV 각도(Fy)의 변화는 제1 각도 변화량(θI_x) 및 제2 각도 변화량(θI_y)에 의해 결정된다.
제1 각도 변화량(θI_x) 및 제2 각도 변화량(θI_y)은 각각 다음의 수학식 1 및 수학식 2에 의해 정의될 수 있다.
Figure 112018019274714-pat00001
Figure 112018019274714-pat00002
여기서, a는 0.1보다 크고 0.5보다 작고, b는 1보다 크고 2보다 작은 값을 가질 수 있으나, 실시 예의 범위는 이에 한정되지 않는다.
이때, θI_x 와 θI_y 는 필터(112)가 틸팅됨으로써 야기되는 이미지 센서(200)가 생성하는 이미지에 대한 변환 각도로서, 실제 필터(112)의 틸팅 각도는 이보다 크거나 작을 수 있다.
도 3은 전술한 실시 예에 의한 가변 필터부(110A 내지 110D)에서 필터(112)의 틸팅에 따른 이미지 센서(200)에서 생성되는 이미지의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 필터(112)가 틸팅되지 않을 때 틸팅축(TXX, TXY)을 기준으로 필터(112)는 광축과 수직한 수평면 상에 위치한다. 그러나, 필터(112)가 액츄에이터(114)에 의해 틸팅할 경우, 틸팅되는 각도를 방향에 따라 θx 와 θy라 할 때, 필터(112)의 틸팅에 의해 광의 경로가 변환되어 쉬프팅하는 거리 차이는 다음 수학식 3 및 4와 같다.
Figure 112018019274714-pat00003
Figure 112018019274714-pat00004
여기서, Δx는 x축으로 쉬프팅하는 거리 차이를 나타내고, Δy는 y축으로 쉬프팅하는 거리 차이를 나타내고, no는 공기의 굴절률을 나타내고, d는 필터(112)의 두께를 나타내고, ng는 필터(112)의 굴절률을 나타낸다.
또한, 전술한 동작을 구현하기 위해, 액츄에이터(114)는 보이스 코일 모터(VCM: Voice Coil Motor), 압전 소자(piezoelectric element), 형상기억합금(SMA:Shape Memory Alloy)(또는, 머슬 와이어), 멤스(MEMS: microelectromechanical systems) 또는 액체 렌즈일 수 있으나, 실시 예는 액츄에이터(114)의 특정한 형태에 국한되지 않는다.
또한, 0.1㎜ ≤ d ≤ 1㎜이고, 0.1 ㎛ ≤ Δx, Δy≤ 25㎛이다. 예를 들어, 틸팅되는 각도(θy)가 1.5°이고, 액츄에이터(114)가 압전 소자로 구현되고, 압전 소자가 움직이는 거리가 65.6 ㎛이고, 필터(112)의 두께(d)가. 0.4 ㎜이고, 필터(112)의 굴절율(ng)이 1.5이고, 이미지 센서(200)에 포함된 픽셀 각각의 크기가 14 ㎛일 때, 이미지 센서(200)에서 픽셀이 x축으로 쉬프팅하는 거리 차이(Δy) 7 ㎛일 수 있다.
만일, 액츄에이터(114)가 VCM(voice coil motor)형태로 구현될 경우, 홀더(130) 또는 렌즈 배럴(140)의 주변에 코일을 배치하고, 코일과 이격된 곳에 마그넷을 배치하여, 마그넷과 코일 간의 상호 작용에 의해 야기되는 전자기력에 의해 필터(112)를 틸팅시킬 수 있다.
이하, 가변 필터부(110A 내지 110D)의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 이때, 액츄에이터(114)는 압전 소자인 것으로 설명하지만, 압전 소자가 다른 형태일 경우에도 하기의 설명은 적용될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 도 2a에 도시된 'A’ 부분을 확대 도시한 단면도이다.
필터(112)를 틸팅시키는 액츄에이터(114)는 서로 독립적으로 동작하는 복수의 압전 소자를 포함할 수 있다. 압전 소자는 구동 신호(또는, 구동 전압 또는 동작 전압)에 응답하여 동작하고, 구동 전압의 레벨에 따라 특정 방향으로의 길이가 변할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 액츄에이터(114)는 서로 이격되어 배치되고, 서로 독립적으로 동작하는 복수의 압전 소자(114-1, 114-2)를 포함할 수 있다.
복수의 압전 소자(114-1, 114-2) 중 왼쪽에 위치한 압전 소자(114-1)로 구동 전압이 인가되고, 오른쪽에 위치한 압전 소자(114-2)로 구동 전압이 인가되지 않을 때, 도 4a에 도시된 바와 같이, 구동 전압을 인가받은 압전 소자(114-1)의 길이가 팽창하여, 필터(112)는 화살표(AR1)로 표시한 바와 같이 왼쪽으로 틸팅될 수 있다.
또는, 복수의 압전 소자(114-1, 114-2) 중 오른쪽에 위치한 압전 소자(114-2)로 구동 전압이 인가되고, 왼쪽에 위치한 압전 소자(114-1)로 구동 전압이 인가되지 않을 때, 도 4b에 도시된 바와 같이, 구동 전압을 인가받은 압전 소자(114-2)의 길이가 팽창하여, 필터(112)는 화살표(AR2)로 표시한 바와 같이 오른쪽으로 틸팅될 수 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 압전 소자의 길이가 변하는 특성을 이용하여 필터(112)를 틸팅시킬 수 있음을 알 수 있다. 이러한 특성을 갖는 압전 소자는 다음과 같이 필터(112)에 다양한 형태로 배치될 수 있다.
도 5 (a) 내지 (d)는 일 실시 예에 의한 가변 필터부(110)의 평면도를 나타낸다. 각 도면에서, ‘0’은 압전 소자로 동작 전압이 인가되지 않았음을 표기하고, ‘+1’은 압전 소자로 동작 전압이 인가되었음을 표기한다.
도 5 (a) 내지 (d)를 참조하면, 액츄에이터(114)는 필터(112)의 귀퉁이에 각각 배치되며, 서로 독립적으로 동작하는 복수의 제1 압전 소자(PE1 내지 PE4)를 포함할 수 있다.
도 5 (a)의 경우, 제1 압전 소자(PE1 내지 PE4) 전체에 동작 전압이 인가되지 않았으므로, 필터(112)는 광축과 수직인 수평면에 위치하며, 틸팅되지 않는다.
도 5 (b)의 경우 제1 압전 소자(PE1 내지 PE4) 중 일부(PE1)에만 동작 전압이 인가되고, 나머지(PE2 내지 PE4)에는 동작 전압이 인가되지 않았다. 따라서, 동작 전압이 인가된 압전 소자(PE1)가 위치한 곳으로 필터(112)가 틸팅될 수 있다.
도 5 (c)의 경우 제1 압전 소자(PE1 내지 PE4) 중 일부(PE1, PE3)에만 동작 전압이 인가되고, 나머지(PE2, PE4)에는 동작 전압이 인가되지 않는다. 따라서, 동작 전압이 인가된 압전 소자(PE1, PE3)가 위치한 곳으로 필터(112)가 틸팅될 수 있다. 이 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 틸팅축(TXY)을 기준으로 필터(112)는 왼쪽으로 틸팅될 수 있다.
도 5 (d)의 경우 제1 압전 소자(PE1 내지 PE4) 중 일부(PE1, PE2)에만 동작 전압이 인가되고, 나머지(PE3, PE4)에는 동작 전압이 인가되지 않는다. 따라서, 동작 전압이 인가된 압전 소자(PE1, PE2)가 위치한 곳으로 필터(112)가 틸팅할 수 있다. 이 경우, 틸팅축(TXX)을 기준으로 필터(112)는 틸팅될 수 있다.
도 6 (a) 내지 (d)은 다른 실시 예에 의한 가변 필터부(110)의 평면도를 나타낸다. 각 도면에서, ‘0’은 압전 소자로 동작 전압이 인가되지 않았음을 표기하고, ‘+1’은 압전 소자로 동작 전압이 인가되었음을 표기한다.
도 6 (a) 내지 (d)를 참조하면, 액츄에이터(114)는 필터(112)의 가장 자리보다 필터(112)의 틸팅 축(TXX, TXY)에 더 가깝게 서로 이격되어 배치되고, 서로 독립적으로 동작하는 복수의 제2 압전 소자(PE5 내지 PE12)를 포함할 수 있다.
도 6 (a)의 경우, 제2 압전 소자(PE5 내지 PE12) 전체에 동작 전압이 인가되지 않았으므로, 필터(112)는 광축과 수직인 수평면에 위치하며, 틸팅하지 않는다.
도 6 (b)의 경우 제2 압전 소자(PE5 내지 PE12) 중 일부(PE5, PE7)에만 동작 전압이 인가되고, 나머지(PE6, PE8 내지 PE12)에는 동작 전압이 인가되지 않았다. 따라서, 동작 전압이 인가된 압전 소자(PE5, PE7)가 위치한 곳으로 필터(112)가 틸팅할 수 있다.
도 6 (c)의 경우 제2 압전 소자(PE5 내지 PE12) 중 일부(PE5, PE7, PE8, PE9)에만 동작 전압이 인가되고, 나머지(PE6, PE10, PE11, PE12)에는 동작 전압이 인가되지 않는다. 따라서, 동작 전압이 인가된 압전 소자(PE5, PE7, PE8, PE9)가 위치한 곳으로 필터(112)가 틸팅할 수 있다. 이 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 틸팅축(TXY)을 기준으로 필터(112)는 왼쪽으로 틸팅될 수 있다.
도 6 (d)의 경우 제2 압전 소자(PE5 내지 PE12) 중 일부(PE5, PE6, PE7, PE11)에만 동작 전압이 인가되고, 나머지(PE8, PE9, PE10, PE12)에는 동작 전압이 인가되지 않는다. 따라서, 동작 전압이 인가된 압전 소자(PE5, PE6, PE7, PE11)가 위치한 곳으로 필터(112)가 틸팅할 수 있다. 이 경우, 틸팅축(TXX)을 기준으로 필터(112)는 틸팅될 수 있다.
도 7 (a) 내지 (d)은 또 다른 실시 예에 의한 가변 필터부(110)의 평면도를 나타낸다. 각 도면에서, ‘0’은 압전 소자로 동작 전압이 인가되지 않았음을 표기하고, ‘+1’은 압전 소자로 동작 전압이 인가되었음을 표기한다.
도 7 (a) 내지 (d)를 참조하면, 액츄에이터(114)는 필터(112)의 제1 변에 배치되는 제3 압전 소자(PE13)와, 필터(112)의 제1 변과 x축 방향으로 마주하는 제2 변에 배치된 제4 압전 소자(PE14)를 포함할 수 있다. 제3 및 제4 압전 소자(PE13, PE14)는 서로 독립적으로 동작할 수 있다.
도 7 (a)의 경우, 제3 및 제4 압전 소자(PE13, PE14) 전체에 동작 전압이 인가되지 않으므로, 필터(112)는 광축과 수직인 수평면에 위치하며, 틸팅되지 않는다.
도 7 (b)의 경우 제3 압전 소자(PE13)의 왼쪽에 동작 전압이 인가되고, 오른쪽에는 동작전압이 인가되지 않고, 제4 압전 소자(PE14)에는 동작 전압이 인가되지 않는다. 따라서, 동작 전압이 인가된 제3 압전 소자(PE13)의 왼쪽 부분으로 필터(112)가 틸팅될 수 있다.
도 7 (c)의 경우 제3 및 제4 압전 소자(PE13, PE14) 각각의 왼쪽에는 동작 전압이 인가되고, 각각의 오른쪽에는 동작 전압이 인가되지 않았다. 따라서, 동작 전압이 인가된 쪽으로 곳으로 필터(112)가 틸팅할 수 있다.
도 7 (d)의 경우 제3 압전 소자(PE13)의 양쪽에는 동작 전압이 인가되고, 제4 압전 소자(PE14)에는 동작 전압이 인가되지 않았다. 따라서, 동작 전압이 인가된 제3 압전 소자(PE13)가 위치한 곳으로 필터(112)가 틸팅할 수 있다.
도 8 (a) 내지 (d)은 또 다른 실시 예에 의한 가변 필터부(110)의 평면도를 나타낸다. 각 도면에서, ‘0’은 압전 소자로 동작 전압이 인가되지 않았음을 표기하고, ‘+1’은 압전 소자로 동작 전압이 인가되었음을 표기한다.
도 8 (a) 내지 (d)를 참조하면, 액츄에이터(114)는 필터(112)의 제3 변에 배치되는 제5 압전 소자(PE15)과, 필터(112)의 제3 변과 y축 방향으로 마주하는 제4 변에 배치된 제6 압전 소자(PE16)를 포함할 수 있다. 제5 및 제6 압전 소자(PE15, PE16)는 서로 독립적으로 동작할 수 있다.
도 8 (a)의 경우, 제5 및 제6 압전 소자(PE15, PE16) 전체에 동작 전압이 인가되지 않았으므로, 필터(112)는 광축과 수직인 수평면에 위치하며, 틸팅되지 않는다.
도 8 (b)의 경우 제5 압전 소자(PE15)의 위쪽에 동작 전압이 인가되고, 아래쪽에는 동작전압이 인가되지 않고, 제6 압전 소자(PE16)에는 동작 전압이 인가되지 않는다. 따라서, 동작 전압이 인가된 제5 압전 소자(PE15)의 위쪽 부분으로 필터(112)가 틸팅될 수 있다.
도 8 (c)의 경우 제5 압전 소자(PE15)의 위쪽과 아래쪽에 모두 동작 전압이 인가되고, 제6 압전 소자(PE16)에는 동작 전압이 인가되지 않았다. 따라서, 동작 전압이 인가된 제5 압전 소자(PE15)쪽으로 곳으로 필터(112)가 틸팅될 수 있다.
도 8 (d)의 경우 제5 및 제6 압전 소자(PE15, PE16) 각각의 위쪽에는 동작 전압이 인가되고, 아래쪽에는 동작 전압이 인가되지 않았다. 따라서, 동작 전압이 인가된 쪽으로 필터(112)가 틸팅될 수 있다.
도 9는 또 다른 실시 예에 의한 가변 필터부(110)의 단면도를 나타낸다.
도 9에 도시된 가변 필터부(110)는 필터(112), 압전 소자(PEA, PEB) 및 중심축부(118A)를 포함할 수 있다. 압전 소자(PEA, PEB)는 필터(112)의 틸팅축(PX)(예를 들어, PXX 또는 PXY)에 배치된 중심축부(118A)의 양단부에 각각 연결되어 있다. 만일, 하나의 압전 소자(PEA)에 동작 전압이 인가되고 다른 하나의 압전 소자(PEB)에 동작 전압이 인가되지 않을 때, 동작 전압을 인가받은 압전 소자(PEA)의 길이가 증가하여 필터(112)는 화살표로 표시한 방향으로 틸팅될 수 있다. 또는, 하나의 압전 소자(PEB)에 동작 전압이 인가되고 다른 하나의 압전 소자(PEA)에 동작 전압이 인가되지 않을 때, 동작 전압을 인가받은 압전 소자(PEB)의 길이가 증가하여 필터(112)는 화살표로 표시한 방향과 반대 방향으로 틸팅될 수 있다.
도 10은 또 다른 실시 예에 의한 가변 필터부(110)의 단면도를 나타낸다. 여기서, 압전 소자는 동작 전압을 인가받을 때, 길이가 짧아질 수 있다.
도 10에 도시된 가변 필터부(110)는 필터(112), 압전 소자(PEC, PED) 및 중심축부(118B)를 포함할 수 있다. 압전 소자(PEC, PED)는 필터(112)의 틸팅축(PX)(예를 들어, PXX 또는 PXY)에 배치된 중심축부(118B)의 상측 양쪽 에지와 각각 연결되어 있다. 만일, 하나의 압전 소자(PEC)에 동작 전압이 인가되고 다른 하나의 압전 소자(PED)에 동작 전압이 인가되지 않을 때, 동작 전압을 인가받은 압전 소자(PEC)의 길이가 짧아져서 필터(112)는 화살표(AR4)로 표시한 방향으로 틸팅될 수 있다. 또는, 하나의 압전 소자(PED)에 동작 전압이 인가되고 다른 하나의 압전 소자(PEC)에 동작 전압이 인가되지 않을 때, 동작 전압을 인가받은 압전 소자(PED)의 길이가 짧아져서 필터(112)는 화살표(AR3)로 표시한 방향으로 틸팅될 수 있다.
도 11은 또 다른 실시 예에 의한 가변 필터부(110)의 평면도를 나타낸다.
도 11에 도시된 가변 필터부(110)는 필터(112), 연결부(CP1, CP2), 몸체(SSP) 및 액츄에이터(SPE)를 포함할 수 있다. 여기서, 액츄에이터(SPE)는 전술한 액츄에이터(114)와는 별개의 액츄에이터이다. 도 11에서 전술한 액츄에이터(114)의 도시는 생략되었다.
연결부(CP1, CP2)는 필터(112)를 몸체(SSP)에 기구적으로 연결하는 역할을 하며, 탄성을 가질 수 있다. 도 11의 경우, 전술한 액츄에이터(114) 이외에 별도의 액츄에이터(SSP)가 배치된다. 별도의 액츄에이터(SSP)는 동작 전압에 응답하여 필터(112)를 예를 들어, 화살표 방향(AR5)으로 밀어줌으로써, 필터(112)의 틸팅 정도가 증가할 수 있다.
만일, 액츄에이터(114)에 의해 필터(112)를 틸팅시키는 정도가 제한될 경우, 틸팅 정도를 증폭시키기 위해, 별도의 액츄에이터(SSP)가 사용될 수 있다.
도 12 (a)는 또 다른 실시 예에 의한 가변 필터부(110)의 평면도를 나타내고, 도 12 (b) 및 (c)는 도 12 (a)에 도시된 I-I'선을 따라 절취한 단면도를 나타낸다.
도 12 (a) 내지 (c)에 도시된 가변 필터부(110)는 몸체(BO), 필터(112), 압전 소자(PEE, PEF) 및 중심축부(118C)를 포함할 수 있다.
도 12 (a)에 도시된 평면도를 참조하면, 몸체(BO)는 압전 소자(PEE, PEF)와 필터(112)를 지지한다.
중심축부(118C)는 압전 소자(PEE, PEF)의 길이 변화에 따라 필터(112)를 회전시킬 수 있도록 필터(112)의 회전 중심축에 배치된다.
압전 소자(PEE, PEF)는 몸체(BO)와 중심축부(118C) 사이에 배치된다. 도 12 (b)에 도시된 바와 같이, 동작 전압을 인가받지 않은 상태에서 압전 소자(PEE, PEG)의 길이 변화가 없으므로, 필터(112)는 틸팅되지 않으며 광축(LX)과 수직한 평면 상에 위치한다.
만일, 압전 소자(PEE, PEF) 중 적어도 어느 하나로 동작 전압이 인가될 경우, 동작 전압을 인가받은 압전 소자(PEE, PEF)의 길이 변화로 인해, 중심축부(118C)는 시계 방향이나 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 필터(112)는 중심축부(118C)가 회전함께 동일한 방향으로 함께 회전하여 틸팅될 수 있다. 예를 들어, 도 12 (c)를 참조하면, 압전 소자(PEE, PEF)에 의해 필터(112)는 시계 방향으로 틸팅될 수 있다.
도 13 (a)는 또 다른 실시 예에 의한 가변 필터부(110)의 평면도를 나타내고, 도 13 (b) 및 (c)는 도 13 (a)에 도시된 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절취한 단면도를 나타낸다.
도 13 (a) 내지 (c)에 도시된 가변 필터부(110)는 몸체(BO), 필터(112), 압전 소자(PEG, PEH) 및 연결부(CO1, CO2)를 포함할 수 있다.
도 13 (a)에 도시된 평면도를 참조하면, 몸체(BO)는 압전 소자(PEG, PEH)를 지지한다.
도 13 (a)에 도시된 바와 같이 제1 연결부(CO1)는 압전 소자(PEG)와 필터(112) 사이에 배치되고, 제2 연결부(CO2)는 압전 소자(PEH)와 필터(112) 사이에 배치될 수 있다.
압전 소자(PEG)는 몸체(BO)와 제1 연결부(CO1) 사이에 배치되고, 압전 소자(PEH)는 몸체(BO)와 제2 연결부(CO2) 사이에 배치될 수 있다.
도 13 (b)에 도시된 바와 같이, 동작 전압을 인가받지 않은 상태에서 압전 소자(PEG, PEH)의 길이 변화가 없으므로, 필터(112)는 틸팅되지 않으며 광축(LX)과 수직한 평면 상에 위치한다.
만일, 압전 소자(PEG, PEH) 중 적어도 어느 하나로 동작 전압이 인가될 경우, 동작 전압을 인가받은 압전 소자(PEG, PEH)의 길이가 변한다. 길이가 변한 압전 소자(PEG, PEH)가 제1 및 제2 연결부(CO1, CO2) 중 해당하는 연결부를 가압할 경우 필터(112)는 시계 방향이나 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 예를 들어, 도 13 (c)를 참조하면, 압전 소자(PEE, PEF)에 의해 필터(112)는 시계 방향으로 틸팅될 수 있다.
이하, 전술한 카메라 모듈(10:10A 내지 10D)의 실시 예에 의한 동작 방법을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.
도 14는 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(10:10A 내지 10D)의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 15는 도 14에서 설명되는 카메라 모듈(10:10A 내지 10D)의 동작 방법을 보다 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 14를 참조하면, 이미지 센서(200)에 입사되는 광 경로를 변경시킴으로써 초해상도(super resolution) 이미지를 얻을 수 있는 방법의 모식도가 도시되어 있다.
이미지 센서(200)의 픽셀 어레이는 N x M의 매트릭스 형태로 배치된 복수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 이하의 설명에서는 설명의 편의상 도 14에서와 같이 픽셀 어레이가 2 x 2의 매트릭스 형태로 배치된 복수의 픽셀들(A1 내지 A4)을 포함한다고 가정하기로 한다.
각 픽셀(A1 내지 A4)은 렌즈 어셈블리(100)를 통해 전달되는 광 신호를 통해 각 픽셀 장면(PS1 내지 PS4)에 대한 이미지 정보(즉, 광 신호에 대응하는 아날로그 픽셀 신호)를 생성할 수 있다.
x축 방향(또는 y축 방향)으로 인접하는 픽셀 간의 거리(예를 들어 픽셀 중심 간의 거리)를 1 PD(픽셀 거리)라 할 때, 그 절반은 0.5 PD에 해당한다. 여기서, 제1 내지 제4 픽셀이동(A 내지 D)을 정의하기로 한다.
제1 픽셀이동(A)은 각 픽셀(A1 내지 A4)을 +x축 방향을 따라 우측으로 0.5 PD 만큼 이동시키는 것을 의미하며, 제1 픽셀이동(A)이 완료된 후의 픽셀은 B1 내지 B4이다.
제2 픽셀이동(B)은 각 픽셀(B1 내지 B4)을 +y축 방향을 따라 아래로 0.5 PD 만큼 이동시키는 것을 의미하며, 제2 픽셀이동(B)이 완료된 후의 픽셀은 C1 내지 C4이다.
제3 픽셀이동(C)은 각 픽셀(C1 내지 C4)을 -x축 방향을 따라 좌측으로 0.5 PD 만큼 이동시키는 것을 의미하며, 제3 픽셀이동(C)이 완료된 후의 픽셀은 D1 내지 D4이다.
제4 픽셀이동(D)은 각 픽셀(D1 내지 D4)을 -y축 방향을 따라 위로 0.5 PD 만큼 이동시키는 것을 의미하며, 제4 픽셀이동(D)이 완료된 후의 픽셀은 A1 내지 A4이다.
여기서, 픽셀 이동은 픽셀 어레이의 픽셀의 물리적 위치를 이동시키는 것이 아니라, 두 픽셀(예를 들어, A1과 A2) 사이의 가상의 픽셀(예를 들어, B1)이 픽셀 장면을 획득할 수 있도록 가변 필터부(110)에서 필터(112)를 틸팅하여 광의 진행 경로를 변경하는 동작을 의미한다.
도 15를 참조하면, 각 픽셀(A1 내지 A4)은 픽셀 장면(S1)을 획득하여 이미지 센서(200)는 각 픽셀(A1 내지 A4)의 픽셀 신호로부터 제1 프레임(F1)을 생성할 수 있다.
제1 픽셀이동(A)을 위해 렌즈 어셈블리(100)의 광 경로 또는 FOV를 제1 각도 변화량(θI_x)만큼 우측으로 변경시키도록 하는 틸팅 제어 신호에 따라, 가변 필터부(110)는 렌즈 어셈블리(100)의 광 경로 또는 FOV를 제1 각도 변화량(θI_x)만큼 우측으로 변경시킴으로써 제1 픽셀 이동(A)이 수행될 수 있다. 이후 각 픽셀(B1 내지 B4)은 픽셀 장면(S2)을 획득하여 이미지 센서(200)는 각 픽셀(B1 내지 B4)의 픽셀 신호로부터 제2 프레임(F2)을 생성할 수 있다.
제2 픽셀이동(B)을 위해 렌즈 어셈블리(100)의 광 경로 또는 FOV를 제2 각도 변화량(θI_y)만큼 아래로 변경시키도록 하는 틸팅 제어 신호에 따라, 가변 필터부(110)는 렌즈 어셈블리(100)의 광 경로 또는 FOV를 제2 각도 변화량(θI_y)만큼 아래로 변경시킴으로써 제2 픽셀 이동(B)이 수행될 수 있다. 이후 각 픽셀(C1 내지 C4)은 픽셀 장면(S3)을 획득하여 이미지 센서(200)는 각 픽셀(C1 내지 C4)의 픽셀 신호로부터 제3 프레임(F3)을 생성할 수 있다.
제3 픽셀이동(C)을 위해 렌즈 어셈블리(100)의 광 경로 또는 FOV를 제1 각도 변화량(θI_x)만큼 좌측으로 변경시키도록 하는 틸팅 제어 신호에 따라, 가변 필터부(110)는 렌즈 어셈블리(100)의 광 경로 또는 FOV를 제1 각도 변화량(θI_x)만큼 좌측으로 변경시킴으로써 제3 픽셀 이동(C)이 수행될 수 있다. 이후 각 픽셀(D1 내지 D4)은 픽셀 장면(S4)을 획득하여 이미지 센서(200)는 각 픽셀(D1 내지 D4)의 픽셀 신호로부터 제4 프레임(F4)을 생성할 수 있다.
제4 픽셀이동(D)을 위해 렌즈 어셈블리(100)의 광 경로 또는 FOV를 제2 각도 변화량(θI_y)만큼 위로 변경시키도록 하는 틸팅 제어 신호에 따라, 가변 필터부(110)는 렌즈 어셈블리(100)의 광 경로 또는 FOV를 제2 각도 변화량(θI_y)만큼 위로 변경시킴으로써 제4 픽셀 이동(D)이 수행될 수 있다. 이후 각 픽셀(A1 내지 A4)은 픽셀 장면(S1)을 획득하여 이미지 센서(200)는 각 픽셀(A1 내지 A4)의 픽셀 신호로부터 제5 프레임(F5)을 생성할 수 있다. 이후로도 픽셀 이동 및 이동된 픽셀을 통한 프레임 생성 동작은 반복적으로 수행될 수 있다.
여기서, 제1 각도 변화량(θI_x)과 제2 각도 변화량(θI_y) 각각은 0.5 PD 만큼 픽셀 이동이 이루어질 수 있도록 광 경로 변경 정도에 대응되는 정보가 저장되어 있을 수 있으며, 제1 FOV 각도(Fx) 및 제2 FOV 각도(Fy)를 기초로 미리 계산되어 저장(예를 들어, 이미지 센서(200) 또는 이미지 합성부(300) 또는 제어부(400)에 의해)될 수 있다.
이미지 센서(200)는 제1 영역과 제2 영역을 포함하고, 제어부(400)는 외부로부터 입사되어 가변 필터부(110)를 통과하는 광을 이미지 센서(200)의 제1 영역에서 제2 영역으로 광의 경로를 변경 시키도록 가변 필터부(110)를 조정하는 제1 경로 제어 신호를 제어 신호로서 출력할 수 있다.
또한, 이미지 센서(200)는 제3 영역과 제4 영역을 더 포함하고, 제어부(400)는, 이미지 센서(200)의 제2 영역에서 제3 영역으로 광의 경로를 변경시키도록 가변 필터부(110)를 조정하는 제2 경로 제어 신호를 제어 신호로서 출력하고, 제3 영역에서 제4 영역으로 광의 경로를 변경 시키도록 가변 필터부(110)를 조정하는 제3 경로 제어 신호를 제어 신호로서 출력할 수 있다.
여기서, 제1, 제2 및 제3 경로 제어 신호는 도 1에 도시된 제1 신호에 해당할 수 있다.
제1 신호는 렌즈 어셈블리(100)의 화각(FOV)을 제1 방향으로 변경시키는 신호, 렌즈 어셈블리(100)의 화각을 제2 방향으로 변경시키는 신호, 렌즈 어셈블리(100)의 화각을 제3 방향으로 변경시키는 신호, 렌즈 어셈블리(100)의 화각을 제4 방향으로 변경시키는 신호를 포함할 수 있다.
이미지 합성부(300)는 제1 내지 제4 프레임을 합성함으로써 N x M의 픽셀 어레이가 아닌 2N x 2M의 픽셀 어레이가 획득한 이미지를 생성할 수 있다. 이미지 합성부(300)가 제1 내지 제4 프레임을 합성하는 방법은, 제1 내지 제4 프레임을 각 픽셀의 위치에 따라 단순 병합(예를 들어, 첫 번째 행의 경우 A1의 픽셀 신호, B1의 픽셀 신호, A2의 픽셀 신호, B2의 픽셀 신호로 배열하여 하나의 프레임으로 생성)하는 방법, 또는 인접하는 픽셀의 경우 픽셀 장면이 오버랩됨을 이용하여 어느 하나의 픽셀(예컨대, C1)의 픽셀 신호를 인접하는 픽셀(예컨대, A1, B1, A2, D1, D2, A3, B3, A4)의 픽셀 신호를 이용해 보정하는 방법 등이 이용될 수 있으나, 실시 예의 범위는 이에 한정되지 않고 다양한 초해상도 이미지 생성 방법이 이용될 수 있다. 이미지 합성부(300)는 후 처리기로 부를 수 있으며, 후처리기는, 이미지 센서(200)로부터 전달된 제1 내지 제4 이미지 프레임을 이용하여 제1 초해상도 이미지 프레임을 합성하고, 이후 이미지 센서(200)로부터 출력되는 제5 이미지 프레임 및 제2 내지 제4 이미지 프레임을 이용하여 제2 초해상도 이미지 프레임을 합성할 수 있다.
도 14와 도 15에 도시된 카메라 모듈(10:10A 내지 10D)의 동작 방법에 따르면, 픽셀 이동을 통해 획득한 복수의 프레임을 합성함으로써 4배의 해상도를 갖는 이미지를 생성할 수 있다.
도 16은 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(10:10A 내지 10D)의 동작 방법에 대한 타이밍도이다.
도 16을 참조하면, 렌즈 어셈블리(100)의 광 경로 또는 FOV를 제2 각도 변화량(θI_y)만큼 위로 변경시키도록 하는 틸팅 제어 신호에 따라, 가변 필터부(110)는 렌즈 어셈블리(100)의 광 경로 또는 FOV를 제2 각도 변화량(θI_y)만큼 위로 변경시키는 제4 픽셀 이동(D)을 수행할 수 있다. 실시 예에 따라, 제어부(400)가 제1 신호에 따라 가변 필터부(110)에 의한 제4 픽셀 이동(D)이 완료되었음을 나타내는 피드백 신호를 이미지 센서(200)로 전달할 수 있다. 이때, 제어부(400)는 제4 픽셀 이동(D)이 완료되었음을 가변 필터부(110)로부터의 응답 신호 또는 별도의 타이머를 통해 판단할 수 있다. 피드백 신호를 수신한 이미지 센서(200)의 각 픽셀(A1 내지 A4)은 픽셀 장면(S1)을 획득하여 이미지 센서(200)는 각 픽셀(A1 내지 A4)의 픽셀 신호로부터 제1 프레임(F1)을 생성할 수 있다.
렌즈 어셈블리(100)의 광 경로 또는 FOV를 제1 각도 변화량(θI_x)만큼 우측으로 변경시키도록 하는 제1 신호에 따라, 가변 필터부(110)는 렌즈 어셈블리(100)의 광 경로 또는 FOV를 제1 각도 변화량(θI_x)만큼 우측으로 변경시키는 제1 픽셀 이동(A)을 수행할 수 있다. 실시 예에 따라, 제어부(400)가 제1 신호에 따라 가변 필터부(110)에 의한 제1 픽셀 이동(A)이 완료되었음을 나타내는 피드백 신호를 이미지 센서(200)로 전달할 수 있다. 이때, 제어부(400)는 제1 픽셀 이동(A)이 완료되었음을 가변 필터부(110)로부터의 응답 신호 또는 별도의 타이머를 통해 판단할 수 있다. 피드백 신호를 수신한 이미지 센서(200)의 각 픽셀(B1 내지 B4)은 픽셀 장면(S2)을 획득하여 이미지 센서(200)는 각 픽셀(B1 내지 B4)의 픽셀 신호로부터 제2 프레임(F2)을 생성할 수 있다.
렌즈 어셈블리(100)의 광 경로 또는 FOV를 제2 각도 변화량(θI_y)만큼 아래로 변경시키도록 하는 틸팅 제어 신호에 따라, 가변 필터부(110)는 렌즈 어셈블리(100)의 광 경로 또는 FOV를 제2 각도 변화량(θI_y)만큼 아래로 변경시키는 제2 픽셀 이동(B)을 수행할 수 있다. 실시 예에 따라, 제어부(400)가 틸팅 제어 신호에 따라 가변 필터부(110)에 의한 제2 픽셀 이동(B)이 완료되었음을 나타내는 피드백 신호를 이미지 센서(200)로 전달할 수 있다. 이때, 제어부(400)는 제2 픽셀 이동(B)이 완료되었음을 가변 필터부(110)로부터의 응답 신호 또는 별도의 타이머를 통해 판단할 수 있다. 피드백 신호를 수신한 이미지 센서(200)의 각 픽셀(C1 내지 C4)은 픽셀 장면(S3)을 획득하여 이미지 센서(200)는 각 픽셀(C1 내지 C4)의 픽셀 신호로부터 제3 프레임(F3)을 생성할 수 있다.
렌즈 어셈블리(100)의 광 경로 또는 FOV를 제1 각도 변화량(θI_x)만큼 좌측으로 변경시키도록 하는 틸팅 제어 신호에 따라, 가변 필터부(110)는 렌즈 어셈블리(100)의 광 경로 또는 FOV를 제1 각도 변화량(θI_x)만큼 좌측으로 변경시키는 제3 픽셀 이동(C)을 수행할 수 있다. 실시 예에 따라, 제어부(400)가 틸팅 제어 신호에 따라 가변 필터부(110)에 의한 제3 픽셀 이동(C)이 완료되었음을 나타내는 피드백 신호를 이미지 센서(200)로 전달할 수 있다. 이때, 제어부(400)는 제3 픽셀 이동(C)이 완료되었음을 가변 필터부(110)로부터의 응답 신호 또는 별도의 타이머를 통해 판단할 수 있다. 피드백 신호를 수신한 이미지 센서(200)의 각 픽셀(D1 내지 D4)은 픽셀 장면(S4)을 획득하여 이미지 센서(200)는 각 픽셀(D1 내지 D4)의 픽셀 신호로부터 제4 프레임(F4)을 생성할 수 있다.
이후, 렌즈 어셈블리(100)의 광 경로 또는 FOV를 제2 각도 변화량(θI_y)만큼 위로 변경시키도록 하는 틸팅 제어 신호에 따라, 가변 필터부(110)는 렌즈 어셈블리(100)의 광 경로 또는 FOV를 제2 각도 변화량(θI_y)만큼 위로 변경시키는 제4 픽셀 이동(D)을 수행할 수 있다. 실시 예에 따라, 제어부(400)가 틸팅 제어 신호에 따라 가변 필터부(110)에 의한 제4 픽셀 이동(D)이 완료되었음을 나타내는 피드백 신호를 이미지 센서(200)로 전달할 수 있다. 이때, 제어부(400)는 제4 픽셀 이동(D)이 완료되었음을 가변 필터부(110)로부터의 응답 신호 또는 별도의 타이머를 통해 판단할 수 있다. 피드백 신호를 수신한 이미지 센서(200)의 각 픽셀(A1 내지 A4)은 픽셀 장면(S1)을 획득하여 이미지 센서(200)는 각 픽셀(A1 내지 A4)의 픽셀 신호로부터 제5 프레임(F5)을 생성할 수 있다. 이후로도 픽셀 이동 및 이동된 픽셀을 통한 프레임 생성 동작은 반복적으로 수행될 수 있다.
특히, 도 16에서 제어부(400)의 틸팅 제어 신호의 전송은, 이미지 센서(200)에 의한 이미지 프레임의 생성이 완료되어 틸팅 제어 신호를 가변 필터부(110)로 전송할 것을 지시하는 동기 신호를 이미지 센서(200)가 전송하는 경우 수행될 수 있다. 즉, 픽셀 이동, 프레임 생성, 이후의 픽셀 이동의 순차적인 동작은 제1 신호와 제2 신호의 송수신을 통해 동기화됨으로써 진행될 수 있다.
도 17은 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(10:10A 내지 10D)의 프레임 합성 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 17을 참조하면, 이미지 센서(200)가 순차적인 픽셀 이동(A 내지 D)에 따라 제1 내지 제7 프레임(F1 내지 F7)을 순차적으로 생성한다고 가정한다.
이미지 합성부(300)는 순차적으로 프레임들을 입력받아 초해상도(SR) 이미지 합성을 통해 초해상도 이미지인 합성 프레임을 생성할 수 있다.
이때, 도 17에 도시된 바와 같이, 이미지 합성부(300)는 제1 내지 제4 프레임(F1 내지 F4)을 입력받아 제1 합성 프레임(F1')을 생성할 수 있다. 이후, 이미지 합성부(300)는 제2 내지 제5 프레임(F2 내지 F5)을 입력받아 제2 합성 프레임(F2')을 생성할 수 있다. 이후, 이미지 합성부(300)는 제3 내지 제6 프레임(F3 내지 F6)을 입력받아 제3 합성 프레임(F3')을 생성할 수 있다. 이후, 이미지 합성부(300)는 제4 내지 제7 프레임(F4 내지 F7)을 입력받아 초해상도 이미지 생성 알고리즘을 통해 제4 합성 프레임(F4')을 생성할 수 있다.
여기서, 이미지 합성부(300)는 이미지 센서(200)로부터 제1 내지 제7 프레임(F1 내지 F7)을 순차적으로 수신하고, 합성 프레임 생성을 위해 현재 입력되는 프레임의 직전 3개의 프레임을 저장할 수 있다. 실시 예에 따라, 프레임을 저장하는 버퍼는 적어도 3개의 프레임을 저장할 수 있는 저장 용량을 가질 수 있다.
만일, 제1 내지 제4 프레임을 이용해 합성 프레임을 생성하고, 이후 제5 내지 제8 프레임을 이용해 합성 프레임을 생성한다면, 원래의 프레임 레이트(frame rate)보다 1/4로 줄어들게 된다. 그러나, 실시 예에 따른 방식과 같이 순차적으로 입력되는 현재 프레임 및 현재 프레임 직전의 3개의 프레임을 이용해 연속적으로 합성 프레임을 생성함으로써, 프레임 레이트의 저하를 방지할 수 있다.
기술된 전술한 실시 예에서는 4 번의 픽셀 이동을 통해 4배의 해상도를 갖는 초해상도 이미지를 생성하는 방식에 대해 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고 다른 방식의 픽셀 이동을 통해 더 높은 해상도를 갖는 초해상도 이미지를 생성할 수 있다.
이하, 전술한 카메라 모듈(10:10A 내지 10D)에서 수행되는 초 해상도 이미지 생성 방법을 첨부된 다음과 같이 살펴본다.
초 해상도 이미지 생성 방법은, 제1 이미지 프레임을 출력하는 단계, 제1 이미지 프레임에서 제1 방향으로 제1 거리만큼 이동된 제2 이미지 프레임을 생성하는 단계, 제2 이미지 프레임에서 제2 방향으로 제1 거리만큼 이동된 제3 이미지 프레임을 생성하는 단계, 제3 이미지 프레임에서 제3 방향으로 제1 거리만큼 이동된 제4 이미지 프레임을 생성하는 단계, 및 제1 이미지 프레임 내지 제4 이미지 프레임을 합성하여 합성 이미지를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방법을 통해 생성된 합성 이미지는 복수의 이미지 프레임보다 높은 해상도를 가질 수 있다.
일반적으로 카메라 모듈은 이미지 센서의 물리적 분해능만큼의 해상도를 갖는다. 이러한 한계를 극복하기 위해 알고리즘이나 신호 처리를 통해 보다 높은 해상도를 구현할 수 있다.
고해상도를 실현하기 위한 다른 방법으로서, 다수의 카메라를 사용하여 얻어진 정보를 조합하거나, 한 개의 카메라의 본체를 물리적으로 스캔하여 이미지 센서의 물리적 분해능을 능가하는 해상도를 확보할 수도 있다. 그러나, 다수의 카메라를 사용할 경우, 카메라 간의 물리적인 위치 차이로 인해 여러 정보를 조합함에 있어 한계가 있다. 또한, 카메라의 본체를 물리적으로 스캔하는 경우, 카메라 자세의 정밀한 제어와 획득된 이미지들의 조합에 있어 한계를 가질 수 있다.
반면에, 실시 예에 의하면, 필터(112)의 틸팅을 제어하여 광 경로를 변환시킴으로써, 이미지 센서(200)가 서브픽셀만큼 쉬프트된 데이터를 확보하도록 하여, 한 개의 카메라만 활용해서도 이미지 센서의 물리적 분해능보다 높은 해상도를 가질 수 있다. 즉, 고해상도의 이미지를 얻기 위해, 다수의 카메라를 요구하지도 않고, 카메라의 본체를 제어할 필요도 없다. 이와 같이, 실시 예에 따른 카메라 모듈(10:10A 내지 10D)은, 초해상도 이미지를 얻기 위해 요구되는 높은 연산량이 필요없고, 가변 필터부(110)를 이용하여 하드웨어적으로 해결할 수 있다.
또한, 순차적으로 입력되는 현재 프레임에 대해 연속적으로 합성 프레임을 생성함으로써, 프레임 레이트의 저하를 방지할 수 있다.
상기한 내용들은 ToF(time of flight)를 이용한 거리 또는 depth 측정 장치에도 적용될 수 있다. 특히 ToF 센서의 경우 일반적으로 일반 이미지 센서보다 해상도가 낮다. 따라서 ToF 센서를 이용하여 안면인식, 물체 인식, depth 추출, 윤곽인식 등을 구현하기 위해 위에서 상술한 초해상도 이미지 구현 방법을 이용하면 현저히 향상된 효과를 얻을 수 있다.
실시 예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시 예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.
예를 들어, 전술한 카메라 모듈(10:10A 내지 10D)을 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, 고체 렌즈 또는 액체 렌즈 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 광학 기기에 본 실시 예를 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.
10, 10A ~ 10D: 카메라 모듈 100: 렌즈 어셈블리
200: 이미지 센서 300: 이미지 합성부
400: 제어부

Claims (17)

  1. 복수의 이미지 프레임을 출력하는 이미지 센서;
    상기 이미지 센서 위에 배치되고, 광 경로 상에 배치된 적어도 하나의 렌즈부를 수용하여 지지하는 홀더와 외부로부터 상기 이미지 센서로 입사되는 상기 광 경로를 조절하는 가변 필터부를 포함하는 렌즈 어셈블리;
    상기 가변 필터부를 제어하는 제어 신호를 생성하는 제어부; 및
    상기 복수의 이미지 프레임을 합성하여 합성 이미지를 생성하는 이미지 합성부를 포함하고,
    상기 합성 이미지는 상기 이미지 프레임보다 높은 해상도를 갖고,
    상기 복수의 이미지 프레임은 상기 가변 필터부에 의해 서로 다른 광 경로로 변경되어 생성된 이미지 프레임을 포함하며,
    상기 가변 필터부는,
    소정 파장 범위를 갖는 광을 필터링하며, 상기 적어도 하나의 렌즈부와 분리된 상태로 상기 홀더에 연결되는 필터; 및
    상기 상기 제어 신호에 응답하여, 상기 필터의 각도를 조절함으로써 상기 렌즈부의 광축에 대한 각도를 조절하는 액츄에이터를 포함하는 카메라 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 가변 필터부는
    상기 렌즈부 위에 배치되며, 상기 필터 및 액츄에이터를 지지하는 지지 부재를 더 포함하는 카메라 모듈.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 렌즈부는 복수의 렌즈부를 포함하고,
    상기 가변 필터부는
    상기 복수의 렌즈부 사이에 배치되어, 상기 필터 및 액츄에이터를 지지하는 지지 부재를 더 포함하는 카메라 모듈.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서가 배치된 메인 기판을 더 포함하는 카메라 모듈.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 가변 필터부는
    상기 홀더에서 상기 렌즈부 아래에 배치되며, 상기 필터와 상기 액츄에이터를 지지하는 지지 부재를 더 포함하는 카메라 모듈.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 가변 필터부는
    상기 메인 기판 위에서 상기 이미지 센서의 주변에 배치되며, 상기 필터 및 액츄에이터를 지지하는 지지 부재를 더 포함하는 카메라 모듈.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 액츄에이터는
    압전 소자, 멤스, 형상기억합금와이어, 보이스코일모터 또는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 액츄에이터는
    상기 필터의 귀퉁이에 각각 배치되며, 서로 독립적으로 동작하는 복수의 제1 압전 소자를 포함하는 카메라 모듈.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 액츄에이터는
    상기 필터의 가장 자리보다 상기 필터의 틸팅 축에 더 가깝게 서로 이격되어 배치되고, 서로 독립적으로 동작하는 복수의 제2 압전 소자를 포함하는 카메라 모듈.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 액츄에이터는
    상기 필터의 제1 변에 배치되는 제3 압전 소자; 및
    상기 필터의 상기 제1 변과 마주하는 제2 변에 배치된 제4 압전 소자를 포함하고,
    상기 제3 및 제4 압전 소자는 서로 독립적으로 동작하는 카메라 모듈.
  12. 제1 항에 있어서, 상기 복수개의 이미지 프레임은 제1 이미지 프레임과 제2 이미지 프레임을 포함하고 상기 제2 이미지 프레임은 상기 제1 이미지 프레임을 기준으로 제1 간격만큼 이동된 이미지 프레임인 카메라 모듈.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 이미지 센서는 상기 복수의 이미지 프레임 중 하나의 이미지 프레임을 생성한 후 상기 가변 필터부의 틸팅에 의해 상기 광 경로가 조절 되었음을 나타내는 피드백 신호를 수신하여 상기 복수의 이미지 프레임 중 다른 하나의 이미지 프레임을 생성하는 카메라 모듈.
  14. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 복수의 이미지 프레임 중 하나의 이미지 프레임의 생성 완료 신호를 수신한 후 상기 제어 신호를 상기 가변 필터부로 전송하여 상기 광 경로를 조절하는 카메라 모듈.
  15. 제1 항에 있어서, 상기 이미지 센서는 제1 영역과 제2 영역을 포함하고,
    상기 제어부는,
    외부로부터 입사되어 상기 가변 필터부를 통과하는 광이 상기 이미지 센서의 상기 제1 영역에서 상기 제2 영역으로 경로를 변경하도록 상기 가변 필터부를 조정하는 제1 경로 제어 신호를 상기 제어 신호로서 출력하는 카메라 모듈.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 제3 영역과 제4 영역을 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제2 영역에서 상기 제3 영역으로 광의 경로를 변경 시키도록 상기 가변 필터부를 조정하는 제2 경로 제어 신호를 상기 제어 신호로서 출력하고,
    상기 제3 영역에서 상기 제4 영역으로 광의 경로를 변경 시키도록 상기 가변 필터부를 조정하는 제3 경로 제어 신호를 상기 제어 신호로서 출력하는 카메라 모듈.
  17. 제1 항에 있어서, 상기 제어 신호는
    상기 렌즈 어셈블리의 화각(FOV)를 제1 방향으로 변경시키는 신호, 상기 렌즈 어셈블리의 화각을 제2 방향으로 변경시키는 신호, 상기 렌즈 어셈블리의 화각을 제3 방향으로 변경시키는 신호, 상기 렌즈 어셈블리의 화각을 제4 방향으로 변경시키는 신호를 포함하는 카메라 모듈.
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