KR102658878B1 - 확산 렌즈 및 카메라 모듈 - Google Patents

확산 렌즈 및 카메라 모듈 Download PDF

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Abstract

확산 렌즈 및 카메라 모듈이 제공된다. 본 발명의 일 면(aspect)에 따른 확산 렌즈는 동일한 규격의 복수의 어레이 렌즈의 형상으로 형성되는 하면; 및 단일 렌즈의 형상으로 형성되는 상면을 포함하고, 상기 어레이 렌즈는 회전 대칭 형상으로 형성된다.

Description

확산 렌즈 및 카메라 모듈{Diffusion Lens and Camera Module}
본 발명은 확산 렌즈 및 카메라 모듈에 관한 것이다.
최근 들어, 초소형 카메라 모듈이 개발되고 있고, 초소형 카메라 모듈은 스마트폰, 노트북, 게임기 등과 같은 소형 전자 제품에 널리 사용되고 있다.
기술의 발전에 따라 초소형 카메라를 이용하여 3차원 영상을 획득하는 기술이 발전하고 있다. 3차원 영상을 획득하기 위하여 깊이 정보(Depth Map)가 필요하다. 깊이 정보는 공간 상의 거리를 나타내는 정보이며, 2차원 영상의 한 지점에 대하여 다른 지점의 원근 정보를 나타낸다.
깊이 정보를 획득하는 방법 중 하나는, IR(Infrared) 구조광을 피사체에 조사하고, 피사체로부터 반사된 광을 해석하여 깊이 정보를 추출하는 방식이다. IR 구조광 방식에 따르면, 움직이는 피사체에 대하여 원하는 수준의 깊이 분해능(Depth resolution)을 얻기 어려운 문제가 있다.
IR 구조광 방식을 대체하는 기술로 TOF(Time of Flight) 방식이 주목받고 있다. TOF 방식에 따르면, 비행 시간, 광을 피사체에 조사하고, 피사체로부터 반사되어 오는 시간을 측정함으로써 피사체와의 거리를 계산한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 부품의 가공 시간이나 비용을 줄일 수 있는 확산 렌즈 및 카메라 모듈을 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 면(aspect)에 따른 확산 렌즈는 동일한 규격의 복수의 어레이 렌즈의 형상으로 형성되는 하면; 및 단일 렌즈의 형상으로 형성되는 상면을 포함하고, 상기 어레이 렌즈는 회전 대칭 형상으로 형성된다.
또한, 상기 상면은 회전 비대칭 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 상면의 제1 축 곡률과 상기 제1 축에 수직인 제2 축 곡률의 비는 1:0.5에서 1:2 사이일 수 있다.
또한, 상기 단일 어레이 렌즈의 피치(pitch)는 0.1mm에서 0.5mm 사이일 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 면(aspect)에 따른 카메라 모듈은 광을 송출하는 발광 모듈; 및 상기 발광 모듈과 광축에 수직인 방향으로 이격 배치되는 수광 모듈을 포함하고, 상기 발광 모듈은 광원과, 상기 광원으로부터 조사되는 광을 확산시키는 확산 렌즈를 포함하고, 상기 확산 렌즈는 동일한 규격의 복수의 어레이 렌즈의 형상으로 형성되는 하면과, 단일 렌즈의 형상으로 형성되는 상면을 포함하고, 상기 어레이 렌즈는 회전 대칭 형상으로 형성된다.
또한, 상기 상면은 회전 비대칭 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 광원은 수직 공진 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser)일 수 있다.
또한, 상기 확산 렌즈를 지나는 광에 의해 형성되는 배광 패턴은 가로와 세로가 4:3의 비율을 가지는 사각형 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 확산 렌즈를 지나는 광의 의해 형성되는 배광 패턴의 광의 분포는 균일할 수 있다.
또한, 상기 확산 렌즈의 측면은 상기 광원과 인접할수록 단면적이 줄어들 수 있다.
본 실시예를 통해 부품의 가공 시간이나 비용을 줄일 수 있는 확산 렌즈 및 카메라 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 개략도적인 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈에 의한 광의 분포를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈의 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈의 확산 렌즈의 상면의 곡률의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈의 확산 렌즈의 하면 중 일부 영역의 곡률의 개략도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈의 광원의 배광 패턴을 도시하는 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈의 확산 렌즈를 지나는 광의 배광 패턴을 도시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
이하에서 사용되는 '광축 방향'은 확산 렌즈의 광축 방향으로 정의한다. 한편, '광축 방향'은 '상하 방향', 'z축 방향' 등과 대응될 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 개략도적인 정면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 개념도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈에 의한 광의 분포를 나타내는 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈의 단면도이다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈의 사시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈의 확산 렌즈의 상면의 곡률의 개략도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈의 확산 렌즈의 하면 중 일부 영역의 곡률의 개략도이다. 도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈의 광원의 배광 패턴을 도시하는 도면이다. 도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈의 확산 렌즈를 지나는 광의 배광 패턴을 도시하는 도면이다.
도 1 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈(10)은 발광 모듈(100)과, 수광 모듈(200)을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(10)은 3차원 영상 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(10) TOF(Time of Flight) 방식으로 피사체(20)의 3차원 영상 데이터를 획득할 수 있다.
발광 모듈(100)은 피사체(20)를 향해 광을 송출할 수 있다. 발광 모듈(100)은 피사체의 깊이 데이터를 획득하게 위해 수광 모듈(200)과 광축에 수직인 방향으로 이격 배치될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 발광 모듈(100)의 광축은 피사체(20)를 기준으로 수광 모듈(200)의 이미지 센서(220)의 광축과 소정 각도를 이룰 수 있다. 발광 모듈(100)은 광원(110)과, 확산 렌즈(120)와, 렌즈 배럴(130)과, 윈도우(140)를 포함할 수 있으나, 이 중 일부의 구성을 제외하고 실시될 수도 있고, 이외 추가적인 구성을 배제하지도 않는다.
광원(110)은 피사체(20)를 향해 광을 조사할 수 있다. 광원(110)은 확산 렌즈(120)를 향해 광을 조사할 수 있다. 이 때, 광원(110)은 직진성과 출력이 높은 수직 공진 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser)를 포함할 수 있다. 이를 통해, 피사체(20)의 깊이 정보를 추출하기 용이하다.
확산 렌즈(120)는 광원(110)으로부터 조사되는 광을 확산시킬 수 있다. 구체적으로, 확산 렌즈(120)는 광원(110)으로부터 조사되는 광을 사각형 형태의 배광 패턴을 가지도록 광을 확산시킬 수 있다. 구체적으로, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 수직 공진 캐비티 표면 광방출 레이저에 조사된 광은 직진성이 강해 원형의 배광 패턴과, 중앙으로 갈수록 광의 세기가 센 배광 패턴을 가지고 있다. 이에 반해, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 스마트 폰 등의 카메라 모듈(10)에서 피사체(20)의 영상 데이터를 얻기 위해서는 4:3의 비율을 가지는 사각형 형태의 비교적 균일한 세기를 가지는 광의 배광 패턴을 필요로 한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 확산 렌즈(120)를 통해 별도의 구성 없이도 수직 공진 캐비티 표면 광방출 레이저의 광을 카메라 모듈(10)에 적합한 광으로 변환시킬 수 있다.
확산 렌즈(120)의 상면(122)은 단일 렌즈 형상으로 형성될 수 있다. 확산 렌즈(120)의 상면(122)은 비구면으로 형성될 수 있다. 확산 렌즈(120)의 상면(122)은 회전 비대칭 형상으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 5 및 도 7을 참조하면, 확산 렌즈(120)의 상면(122)의 x축 곡률과 y축 곡률은 서로 다를 수 있다. 이 때, 확산 렌즈(120)의 상면(122)의 x축 곡률과 y축 곡률의 비는 1:0.5에서 1:2 사이일 수 있다. 이를 통해, 복수의 어레이 렌즈 형상의 하면(124)에 비해 비교적 제작하기 쉬운 단일 렌즈 형상의 상면(122)이 회전 비대칭으로 형성되므로, 금형 비용을 감소시킬 수 있다.
확산 렌즈(120)의 하면(124)은 복수의 어레이 렌즈의 형상으로 형성될 수 있다. 이 때, 각 어레이 렌즈의 형상은 회전 대칭 형상으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 각 어레이 렌즈의 x축 곡률과 y축 곡률은 동일하게 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 동일하다는 것은 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술자를 기준으로 공차를 포함하여 동일하게 인식되는 것으로 해석될 수 있다. 또한, 각 어레이 렌즈의 피치(pitch)는 0.1mm에서 0.5mm 사이일 수 있다. 예를 들어, 인접하는 두개의 어레이 렌즈의 축선 사이의 거리가 0.1mm에서 0.5mm 사이일 수 있다. 각 어레이 렌즈의 피치가 0.1mm 미만인 경우에는 가공이 쉽지 않아 비용이 증가되고, 각 어레이 렌즈의 피치가 0.5mm보다 큰 경우에는 수직 공진 캐비티 표면 광방출 레이저에서 조사되는 광이 고르게 확산되거나 분포되지 않으므로, 각 어레이 렌즈의 피치가 0.1mm에서 0.5mm 사이로 형성됨에 의해 저렴한 비용으로 원하는 광을 획득할 수 있다.
확산 렌즈(120)의 측면은 광원(110)과 인접할수록 단면적이 줄어들게 형성될 수 있다. 이를 통해, 카메라 모듈(10)에 적합한 광으로 변환하기 용이하다.
렌즈 배럴(130)은 확산 렌즈(120)를 수용하고, 확산 렌즈(120)를 지지할 수 있다. 렌즈 배럴(130)은 확산 렌즈(120)의 측면의 형상과 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 렌즈 배럴(130)의 내측면은 광원(110)에 인접할수록 단면적이 줄어들 수 있다.
윈도우(140)는 확산 렌즈(120)보다 외곽에 위치하여, 확산 렌즈(120)로부터 확산되는 광의 범위를 조정할 수 있으며, 외부로부터 확산 렌즈(120)를 보호할 수 있다.
발광 모듈(100)의 광원(110)에서 조사되는 광은 직진성이 강해 제1 각도(a)의 화각을 가지며 조사될 수 있다. 확산 렌즈(120)는 직진성이 강한 광을 제2 각도(b)를 가지는 광으로 변환시킬 수 있다. 이를 통해, 확산 렌즈(120)는 수광 모듈(200)의 이미지 센서(200)가 수광하기에 적합한 광으로 변환시킬 수 있다.
수광 모듈(200)은 피사체(20)로부터 반사되는 광을 판독하여 피사체(20)의 깊이 정보 등의 영상 정보를 획득할 수 있다. 수광 모듈(200)은 인쇄회로기판(210)과, 인쇄회로기판(210)에 배치되는 이미지 센서(220)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(220)는 인쇄회로기판(210)에 SMT 등의 방법으로 실장될 수 있다. 이미지 센서(220)는 피사체(20)로부터 반사되는 광의 영상 신호를 판독하여 피사체(20)의 깊이 정보 등 영상 데이터를 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 수광 모듈(200)은 인쇄회로기판(210)과 이미지 센서(220)이외에, 렌즈 모듈과, 상기 렌즈 모듈 또는 이미지 센서의 AF(Auto Focus) 기능을 가지는 제1 액츄에이터와, 상기 렌즈 모듈 또는 이미지 센서의 OIS(Optical Image Stabilizer) 기능을 가지는 제2 액츄에이터 등을 더 포함할 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 카메라 모듈 100: 발광 모듈
110: 광원 120: 확산 렌즈
122: 상면 124: 하면
130: 렌즈 배럴 140: 윈도우
200: 수광 모듈 210: 인쇄회로기판
220: 이미지 센서

Claims (10)

  1. 동일한 규격의 복수의 어레이 렌즈의 형상으로 형성되는 하면; 및
    단일 렌즈의 형상으로 형성되는 상면을 포함하고,
    상기 어레이 렌즈는 회전 대칭 형상으로 형성되는 동일하고,
    상기 상면은 회전 비대칭 형상으로 형성되고,
    상기 상면의 제1 축 곡률과 상기 제1 축에 수직인 제2 축 곡률의 비는 1:0.5에서 1:2 사이이고,
    상기 하면의 상기 어레이 렌즈의 피치(pitch)는 0.1mm에서 0.5mm 사이인 확산 렌즈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 광을 송출하는 발광 모듈; 및
    상기 발광 모듈과 광축에 수직인 방향으로 이격 배치되는 수광 모듈을 포함하고,
    상기 발광 모듈은 광원과, 상기 광원으로부터 조사되는 광을 확산시키는 확산 렌즈를 포함하고,
    상기 확산 렌즈는 동일한 규격의 복수의 어레이 렌즈의 형상으로 형성되는 하면과, 단일 렌즈의 형상으로 형성되는 상면을 포함하고,
    상기 어레이 렌즈는 회전 대칭 형상으로 형성되고
    상기 확산 렌즈의 상기 상면은 회전 비대칭 형상으로 형성되고,
    상기 확산 렌즈의 상기 상면의 제1 축 곡률과 상기 제1 축에 수직인 제2 축 곡률의 비는 1:0.5에서 1:2 사이이고,
    상기 확산 렌즈의 상기 하면의 상기 어레이 렌즈의 피치(pitch)는 0.1mm에서 0.5mm 사이인 카메라 모듈.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 광원은 수직 공진 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser)인 카메라 모듈.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 확산 렌즈를 지나는 광에 의해 형성되는 배광 패턴은 가로와 세로가 4:3의 비율을 가지는 사각형 형상으로 형성되는 카메라 모듈.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 확산 렌즈를 지나는 광의 의해 형성되는 배광 패턴의 광의 분포는 균일한 카메라 모듈.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 확산 렌즈의 측면은 상기 광원과 인접할수록 단면적이 줄어드는 카메라 모듈.
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