KR20100133594A - 휴대기기용 프레넬 렌즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라 모듈 및 플래시 모듈을 포함하는 휴대기기의 플래시 모듈에 사용하기 위한 프레넬 렌즈에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 렌즈 몸체부, 상기 렌즈 몸체부의 중앙부 하면에 내측으로 들어가 형성된 프레넬 패턴부, 상기 몸체부 하방으로부터 돌출하여 형성된 다리부를 포함하는 휴대기기의 플래시 모듈에 사용하기 위한 프레넬 렌즈가 제공된다.

여기서, 프레넬 렌즈부의 프레넬 패턴은 카메라 모듈의 카메라 화각에 대응하여 상기 LED 소자로부터 광을 집광하도록 형성된다.

플래시, 프레넬 렌즈, 화각, LED, 반사판

Description

휴대기기용 프레넬 렌즈{FRESNEL LENS STRUCTURE FOR A FLASH MODULE OF POTABLE DEVICE}

본 발명은 휴대기기용 프레넬 렌즈 구조에 관한 것으로, 구체적으로 카메라 모듈 및 플래시 모듈이 내장된 휴대기기에 있어서 플래시 광량의 손실을 방지할 수 프레넬 렌즈 구조에 관한 것이다.

최근 PDA, MP3, 넷북, 이동단말기와 같은 개인용 휴대기기의 다기능화가 진행됨에 따라 내장형 카메라 모듈을 채용한 휴대기기가 증가되고 있는 추세이다.

일례로, 내장형 카메라 모듈을 채용한 이동 단말기를 주위에서 쉽게 찾아볼 수 있다. 또한, 내장형 카메라 모듈의 채용이 증가함에 따라 소비자들에게 보다 선명한 사진이나 동영상을 제공하고 다양한 기능을 제공하기 위해, 최근의 휴대기기들은 플래시 모듈을 채용하여 조도가 낮은 환경에서도 사용자가 내장형 카메라 모듈과 플래시 모듈을 사용하여 사진을 찍을 수 있는 환경을 제공하고 있다.

휴대기기용 카메라는 카메라 모듈에 실장된 렌즈를 통해 들어오는 빛을 수광하여 카메라 모듈에 형성된 이미지 센서에 결상하고, 이미지 센서상에 결상된 피사체의 이미지에 해당하는 전기적인 신호가 출력된다.

카메라 모듈의 이미지 센서로부터 출력되는 전기적 신호는 후단의 이미지 처리 프로세서를 거쳐 전기적 신호에 해당하는 이미지로서 재현되고 메모리 등과 같은 저장 장치에 기록된다.

이러한 디지털 형식의 카메라 모듈은 필름 대신 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS를 사용하는데 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

통상적으로, 이동 단말기 등에 실장되는 내장형 카메라의 경우, 아날로그 카메라 또는 디지털 카메라와 같은 전용기기와 같이 조리개나 셔터 스프드를 이용하여 이미지 센서로 유입되는 빛의 광량 조절이 불가능한 구조이기 때문에 플래시 기능을 채용한 카메라의 구조는 저광량시 조도 확보를 위한 필수적인 구성이라 하겠다.

따라서, 현재 이동 단말기와 같은 휴대기기 업체들은 휴대 기기 상에 플래시 기능을 구현하기 위해 노력하고 있다. 최근에는 저전력으로 작동가능하고 소형화에 유리한 LED를 플래시의 발광체로서 채용한 구성이 알려져 있다. LED는 반도체라는 특성으로 기인하여 처리속도, 전력소모, 수명, 발명 등의 제반사항에서 유리한 점이 있는 소자이다.

도 1은 이동 단말기에 실장된 카메라 모듈 및 플래시 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다. 카메라 모듈(a)은, 도시하지 않았지만, 피사체의 이미지를 결상하는 촬영 렌즈부, 촬영 렌즈부의 하단에 장착되는 이미지 센서로 이루어지며, 카메라 모듈의 주변으로 조도가 낮은 환경하에서 피사체에 대한 광원을 제공하기 위한 플래시 모듈(b)이 형성된다.

그러나, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 이런 구조의 카메라 모듈(a) 및 LED를 채용한 플래시 모듈(b)은 다음과 같은 문제점을 갖는다.

통상적으로, 휴대폰에 채용되는 카메라 모듈(a)은 뷰앵글(화각)이 30°내지 60°사이에 있는 단일 화각을 갖는다. 반면, 플래시 모듈(b)에 채용되는 LED의 방사각은 120°정도이다. 따라서, 카메라 모듈(a)에서 지원하는 화각이 60°인 것으로 가정한다 하더라도, 상기 도 2a 및 도 2b에 빗금로 나타낸 것과 같이 대략 절반가량의 플래시 광이 카메라의 뷰앵글 밖으로 조사되기 때문에 심각한 광손실이 발생되게 된다.

또한, 초기 100만 화소 미만의 저해상도를 갖는 카메라 모듈(a)의 경우 전술한 바와 같은 광손실이 발생하도라도, LED로부터 충분한 광량이 이미지 센서로 공 급되었지만, 최근 300만 화소 이상의 고해상도의 카메라 모듈이 휴대기기에 채용되면서, 저조도의 환경하에서 고화소 이미지 센서에 필요한 충분한 광량이 상기 플래시로부터 제공되지 못하고 있는 실정이다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 일환으로서 종래의 플래시 광량의 손실을 보상하기 위해 LED에 공급되는 저류를 증가시키거나 LED 모듈에 실장되는 LED의 갯수를 증가시키는 방법이 있지만, 이는 한정된 휴대기기의 전원으로부터 공급되는 전류를 불필요하게 낭비할 뿐만 아니라 제조단가를 증가시켜버리는 문제점이 있다.

도 3은 전술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위한 일환으로 제안된 종래 기술의 일례이다. 도 3을 참조하면, 종래의 플래시 모듈은 LED 소자를 실장하기 위한 기판부(10), 기판부(10) 위에 형성된 전극(21,22), 전극(21)에 실장된 LED(30), LED(30)를 밀봉하기 위한 몰딩부(40), 몰딩부(40) 상에 장착되는 집광 렌즈부(50)를 포함한다.

상기 집광 렌즈부(50)는 도시한 바와 같이 그 표면이 볼록한 곡면 형상의 볼록 렌즈를 사용한다. 이러한 렌즈부(50)는 카메라 모듈의 화각에 맞춰 조절될 수 있다. 그러나 이런 구조에서는, 기존의 몰딩부(40)의 두께에 더하여 렌즈부(50)의 두께(T)가 더해지게 되어 플래쉬 모듈(b)의 두께 자체가 두꺼워지는 경향이 있으며, 이는 점차 소형화 및 박형화되고 있는 최근의 휴대기기의 추세에 역행하고 있 다. 또한, 이 구조에서는 집광 렌즈부(50) 내측의 회로들이 외부로 노출됨에 따라 미관상 좋지 않다는 문제점이 있다.

이런 문제점을 해결하기 위해, 한국등록특허공보 제0627708호에는 도 4에 도시한 바와 같은 구조의 플래시 렌즈가 개시되어 있다.

구체적으로, 도 4를 참조하면 LED 기판(10) 상부에 LED 소자(30)가 설치되고, 그 둘레 주변으로 반사체(17)가 형성되며, 반사체(17)의 내부에 경화수지 및 형광체의 혼합물을 충전한 후 스탭퍼 등을 사용해 프레넬 렌즈 패턴을 성형하고 있는 것이 개시되어 있다.

그러나, 이러한 방법을 휴대기기 등에 적용하기 위해서는 휴대기기의 기판에 직접 플레넬 렌즈 가공을 수행해야하는데, 이는 휴대폰 제작 업자에게는 상당한 비용이 들게 된다.

또한, 종례의 예에서는, 플레넬 렌즈 형상이 상측에 형성되는 경우 평면에서 1차 굴절된 광선(렌즈 굴절률은 통상 1.49)이 플레넬 형상에서 2차 굴절(공기중 굴절율 1.0)되기 때문에, 굴절율 차이로 인하여 전반사가 일어나게 되어 광효율에 있어서도 손실이 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점에 기반한 것으로, 휴대기기 등에 채용되는 플래쉬 모듈의 전체 두께를 최소화하면서 LED로부터 방사되는 방사각도를 카메라 모듈의 화각에 대응하여 감소시킴과 아울러 플래시 모듈의 내부 회로를 외부에 드러나지 않도록 할 수 있고, 휴대 기기에 적용하기 용이한 휴대 기기용 플래시 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 양태에 따르면, 카메라 모듈 및 플래시 모듈을 포함하는 휴대기기의 플래시 모듈에 사용하기 위한 프레넬 렌즈에 있어서, 렌즈 몸체부, 상기 렌즈 몸체부의 중앙부 하면에 내측으로 들어가 형성된 프레넬 패턴부, 상기 몸체부 하방으로부터 돌출하여 형성된 다리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대기기의 플래시 모듈에 사용하기 위한 프레넬 렌즈가 제공된다.

상기 프레넬 렌즈의 프레넬 패턴은 상기 카메라 모듈의 카메라 촬영 화각에 대응하는 각도로 상기 LED 소자로부터 발광되는 광을 집광하도록 형성된다. 또한, 상기 프레넬 렌즈의 다리부는 휴대기기의 기판에 미리 형성된 구멍을 관통하여 결합되는 것을 특징으로 하는 휴대기기의 플래시 모듈에 사용하기 위한 프레넬 렌즈.

상기 프레넬 렌즈는 원형 형상, 레이스 트랙 형상, 사각 형상, 이중 원형 형상, 이중 레이스 트랙 형상, 이중 사각 형상 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이때 프레넬 렌즈의 다리부의 길이는 상기 기판의 두께 보다 크게 형성되는 것이 좋다. 프레넬 렌즈의 다리부와 상기 기판의 결합시 상기 프레넬 패턴부의 중심부가 상기 기판에 형성된 LED 소자의 중심에 일치된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 특징적 구성에 따르면, 휴대기기 등에 채용되는 플래쉬 모듈의 전체 두께를 최소화하면서 LED로부터 방사되는 방사각도를 카메라 모듈의 화각에 대응하여 감소시키면서, 플래시 모듈 회로가 외부에 드러나지 않아 도록 미관상 좋으며, 또한 휴대 기기등에 간단하게 설치할 수 있는 프레넬 렌즈를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 도 5a 내지 도 8을 참조하여 이하에 설명한다.

도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 휴대기기용 플레시 모듈에 장착되는 프레넬 렌즈(200)를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 프레넬 렌즈(200)는 렌즈 몸체부(210), 상기 렌즈 몸체부(210)의 중앙부 하면에 형성되는 프레넬 패턴부(220), 상기 몸체부로부터 하방으로 연장되는 다리부(230)를 포함한 다.

도 5b는 도 5a에 도시한 프레넬 렌즈(200)를 일점쇄선으로 도시한 C방향으로 절단한 단면도이다. 이 단면도에서 확인할 수 있듯이, 프레넬 패턴부(220)는, 후술하는 휴대기기용 기판에 형성된 LED 소자와의 결합을 위해, 프네즈 몸체부(210)의 내측으로 깊이 d 만큼 파여져 형성된다.

또한, 동도에 도시한 바와 같이, 프레넬 패턴부(220)를 둘러싸고 형성된 몸체부(210)의 저면부(210a)에는 LED 소자가 형성된 기판과의 결합되는 다리부(230)가 돌출하여 형성된다.

도 5c는 본 발명에 따른 프레넬 렌즈(200)를 LED 소자를 구비한 기판(100)에 안착시킨 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프레넬 렌즈(200)는 몸체부(210)의 내측으로 깊이 d 만큼 들어가 형성되고, 다리부(230)가 기판(100) 등에 미리 형성된 구멍을 통해 기판을 관통하여 결합된다. 이때 다리부는 몸체부(210)에 형성된 평편한 저면부(210a)로부터 돌출하여 형성되기 때문에 다리부(230)가 기판(100)을 완전히 관통하게 되는 경우 평편한 저면부(210a)가 기판과 맞닿게 되어 플레넬 렌즈(200)가 기판(100)과 수평을 이루게 된다.

또한, 기판에 형성되는 구멍은 프레넬 렌즈(200)의 프레넬 패턴(220)의 중심부와 기판(100)에 형성된 LED 소자(110)의 중심이 도 5c에 도시된 바와 같이 X축에 서로 일치하도록 미리 형성되어 있는 것이 바람직하다.

프레넬 렌즈(200)와 기판(100)의 견고한 결합을 위해, 본 발명의 실시예에서, 다리부(230)의 길이 L은 기판의 두께 T보다 크게 형성되어, 다리부(230)가 기판에 형성된 구멍을 관통한 경우 기판(100)의 하부로 돌출하게 되고, 돌출된 부분을 가열하여 기판에 열용융 접착하는 것이 바람직하다.

또한, 다리부(230)의 돌출부를 열용융하는 것을 대신하여, 본딩재를 몸체부의 저면부(210a)와 다리부(230)에 도포하고 이를 기판에 접착하는 방식을 채용할 수도 있다.

프레넬 패턴(220)은 다수의 동심원 형태로 형성된 톱니부 또는 홈부에 의해 하방에 배치된 LED 소자로부터 발광되는 빛을 전반사하여 굴절시키기 때문에 톱니부의 각도 또는 기울기 등을 조절함으로써 LED 소자는 소정의 조사각을 유지하게 된다. 이때, 톱니부의 각도 또는 기울기는 휴대기기에서 채용되는 카메라 렌즈의 화각에 맞추어 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 휴대기기에 채용되는 카메라 렌즈의 화각이 30°인 경우, 프레넬 렌즈는 LED 소자(110)로부터 발광되는 빛을 30°내지 35°사이로 집광하도록 프레넬 패턴부(220)가 형성되는 것이 바람직하다. 도 5d는 프레넬 렌즈(200)에 의해 전반사된 광의 패턴을 개략적으로 도시한 도면이다.

프레넬 렌즈부(200)는 유리나 플라스틱과 같은 투명한 물체로 구성하고, 그 물체의 일측은 패턴 처리되고 타측은 평탄화 처리되는 것이 바람직하다.

도 6는 본 발명에 따른 프레넬 렌즈(200)의 다양한 형태를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프레넬 렌즈(200)는 원형(a), 레이스 트랙형(또는 타원형이라고도 함)(b), 사각형(c), 이중 원형(d), 이중 레이스 트랙 타입(또는 이중 타원형이라고도 함)(e), 이중 사각형(f)의 형상으로, 여러 용도에 맞게 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

도 7a 및 도 7b는 종래 집광 렌즈를 채용하지 않은 상태에서의 LED의 발광 성능과, 본 발명에 따른 프레넬 렌즈를 채용한 상태에서의 LED의 발광 성능을 각각 분석한 그래프이다.

도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 프레넬 렌즈를 채용한 실시예가 종래의 LED만을 채용한 상태의 종래예에 비교해서 중심 밝기는 2배 이상 증가하고, 광효율은 2.3배 이상 개선된 것을 알 수 있다.

또한, 플레넬 형상이 하측에 형성됨에 따라, 플레넬 렌즈 패턴에서 1차 굴절이 발생되고 평면에서 굴절됨에 따라 굴절율 차이로 인한 광손실이 발생되지 않게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 프레넬 렌즈(200)는 LED 소자(110)의 상방에 기판(100)과의 결합을 통해 간단하게 고정부착되어, 프레넬 렌즈(200)의 톱니부에서 광의 전반사가 카메라의 렌즈 화각에 맞춰 발생됨에 따라 LED 소자로부터 발생된 광이 불필요하게 낭비되는 것을 방지할 수 있고, 또한 프레넬 렌즈(200)의 패턴부(220)로 인해 외부에서 플래쉬 구조물의 내측이 보여지는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 설치 방식이 간단하다는 효과가 얻어질 수 있다.

또한, 종래의 집광 렌즈구조에 비해 두께가 현저하게 감소될 수 있기 때문에 소형화된 휴대기기에 적합하다는 작용효과 역시 얻어질 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 플래시 모듈과 카메라 모듈을 채용한 휴대 단말기의 외형을 도시한 도면.

도 2a 및 도 2b는 플래시 모듈의 광 방사 각도와 카메라 모듈의 촬영 화각을 도시한 도면.

도 3은 종래 플래시 모듈의 집광 구조를 도시한 도면.

도 4는 종래 프레넬 렌즈를 채용한 플래시 모듈의 개략적인 구조를 도시한 도면.

도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 프레넬 렌즈의 개략적인 구조를 도시한 사시도, 도 5b는 도 5a에 도시한 프레넬 렌즈의 단면도, 도 5c는 본 발명에 따른 프레넬 렌즈와 LED 소자를 포함하는 기판과의 결합을 도시한 도면, 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 프레넬 렌즈에서의 집광 패턴을 개략적으로 도시한 도면.

도 6는 본 발명에 따른 프레넬 렌즈의 각종 실시예를 도시한 도면.

도 7a 및 도 7b는 각각 LED만을 채용한 플래시 예에서의 광효율과 프레넬 렌즈를 채용한 플래시 예에서의 광효율을 분석한 그래프.

Claims (6)

1. 카메라 모듈 및 플래시 모듈을 포함하는 휴대기기의 플래시 모듈에 사용하기 위한 프레넬 렌즈에 있어서,

   렌즈 몸체부,

   상기 렌즈 몸체부의 중앙부 하면에 내측으로 들어가 형성된 프레넬 패턴부,

   상기 몸체부 하방으로부터 돌출하여 형성된 다리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대기기의 플래시 모듈에 사용하기 위한 프레넬 렌즈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 프레넬 렌즈의 프레넬 패턴은 상기 카메라 모듈의 카메라 촬영 화각에 대응하는 각도로 상기 LED 소자로부터 발광되는 광을 집광하도록 형성된 것을 특징으로 하는 휴대기기의 플래시 모듈에 사용하기 위한 프레넬 렌즈.
3. 제1항에 있어서,

   상기 프레넬 렌즈의 다리부는 휴대기기의 기판에 미리 형성된 구멍을 관통하여 결합되는 것을 특징으로 하는 휴대기기의 플래시 모듈에 사용하기 위한 프레넬 렌즈.
4. 제1항에 있어서,

   상기 프레넬 렌즈는 원형 형상, 레이스 트랙 형상, 사각 형상, 이중 원형 형상, 이중 레이스 트랙 형상, 이중 사각 형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 휴대기기의 플래시 모듈에 사용하기 위한 프레넬 렌즈.
5. 제3항에 있어서,

   상기 프레넬 렌즈의 다리부의 길이는 상기 기판의 두께 보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 휴대기기의 플래시 모듈에 사용하기 위한 프레넬 렌즈.
6. 제3항에 있어서,

   상기 프레넬 렌즈의 다리부와 상기 기판의 결합시 상기 프레넬 패턴부의 중심부가 상기 기판에 형성된 LED 소자의 중심에 일치되는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈.

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