KR20120032353A - 카메라 모듈 및 그의 오토 포커싱 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라 모듈 및 그의 오토 포커싱 방법에 관한 것으로, 본 발명의 카메라 모듈은 복수의 렌즈를 수용하는 렌즈 배럴, 상기 렌즈 배럴을 광축 방향으로 상하 이동시키는 액추에이터, 상기 렌즈 배럴과 상기 액추에이터를 하우징하는 케이스, 상기 케이스의 일측에 설치되어 피사체와의 거리를 측정하는 거리 측정 센서, 상기 거리 측정 센서에서 입력되는 거리 정보에 따라 상기 렌즈 배럴이 초점 위치에 위치하도록 상기 액추에이터를 구동시키는 액추에이터 구동부를 포함한다.

Description

카메라 모듈 및 그의 오토 포커싱 방법{Camera module and auto focusing method thereof}

본 발명은 카메라 모듈 및 그의 오토 포커싱 방법에 관한 것이다.

카메라 모듈은 렌즈를 포함한 광학계에 의해 결상된 영상 광을, 씨씨디(CCD, charge coupled device)나 씨모스(CMOS, complementary metal-oxide semiconductor)와 같은 이미지 센서에 의해 전기신호로 광전 변환한 후, 광전 변환된 영상 신호에 소정의 영상 처리를 실시하여, 정지 영상이나 동영상을 출력하는 장치를 말한다.

일반적으로, 카메라 모듈에는 이미지 센서에 결상된 영상을 프리뷰하여 파시체와 렌즈 사이의 초점 거리를 계산하고, 포커스 렌즈를 계산된 위치로 이동시켜 사진을 촬영할 수 있게 하는 오토 포커스(AF, auto focus) 기능이 내장되어 있다.

그러나, 종래에는 이미지 센서에 결상된 영상을 프리뷰하고, 프리뷰 영상을 판독하여 초점 거리를 계산하고, 초점 거리로 렌즈를 이동시키는 일련의 과정에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 종래에는 프리뷰 영상의 피사체에 초점을 맞추도록 초점 거리로 렌즈를 이동시키는 과정에서 피사체가 움직일 경우에는 다시 프리뷰 영상을 통해 초점을 다시 계산해야 하므로 실시간 오토 포커싱에 한계가 있다.

본 발명은 거리 측정 센서를 이용하여 오토 포커싱을 수행하는 카메라 모듈 및 그의 오토 포커싱 방법을 제공한다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 복수의 렌즈를 수용하는 렌즈 배럴, 상기 렌즈 배럴을 광축 방향으로 상하 이동시키는 액추에이터, 상기 렌즈 배럴과 상기 액추에이터를 하우징하는 케이스, 상기 케이스의 일측에 설치되어 피사체와의 거리를 측정하는 거리 측정 센서, 상기 거리 측정 센서에서 입력되는 거리 정보에 따라 상기 렌즈 배럴이 초점 위치에 위치하도록 상기 액추에이터를 구동시키는 액추에이터 구동부를 포함하는 카메라 모듈이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 복수의 렌즈를 수용하는 렌즈 배럴, 상기 렌즈 배럴을 광축 방향으로 상하 이동시키는 액추에이터, 상기 렌즈 배럴과 상기 액추에이터를 하우징하는 케이스를 포함하는 카메라 모듈의 오토 포커싱 방법이 제공된다. 이 방법은, 상기 케이스의 일측에 설치되는 거리 측정 센서를 이용하여 피사체와의 거리를 측정하는 단계, 상기 거리 측정 센서에서 입력되는 거리 정보에 따라 상기 렌즈 배럴이 초점위치에 위치하도록 상기 액추에이터를 구동시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에서는 실시간으로 피사체와의 거리를 측정하고, 피사체와의 거리에 따라 렌즈 배럴을 초점 위치로 이동시킴으로써, 종래 프리뷰 영상을 통해 초점 위치를 감지하는 방법에 비해 빠르게 오토 포커싱을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 피사체가 이동하더라도 실시간으로 피사체와의 거리를 측정하여 오토 포커싱을 수행함으로써, 피사체가 이동할 때마다 프리뷰 영상을 통해 초점 위치를 재파악하는 종래에 비해 오토 포커싱 수행 시간을 단축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 오토 포커싱 동작을 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈 및 그의 오토 포커싱 방법에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기도 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 카메라 모듈은 케이스(10), 상부 탄성 부재(20), 렌즈 배럴(30), 액추에이터(40), 하부 탄성 부재(50), 프레임(60), IR 필터(70), 이미지 센서(80), 인쇄회로기판(90), 거리 측정 센서(100) 및 액추에이터 구동부(110)를 포함한다.

오토 포커싱(Auto focusing)을 위해서 렌즈 배럴(10)을 광축 방향(O)을 따라 상하로 이동시키는 가동부인 액추에이터(Actuator)(40)가 필요하며, 본 발명에서는 액추에이터(40) 중에서도 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor)를 도시하였으나, 액추에이터 구동부(110)에 의해 구동되는 모든 액추에이터에 본 발명은 적용 가능하다.

본 발명에서는 광축 방향과 평행한 방향으로 적외선 또는 초음파 등을 방사하여 피사체와의 거리를 측정하는 거리 측정 센서(100)를 케이스(10)의 일측에 설치한다. 그리고, 거리 측정 센서(100)에서 측정된 피사체와의 거리는 액추에이터 구동부(110)에 입력된다.

거리 측정 센서(100)는 액추에이터 구동부(110)와 전기적으로 연결되어 있으며, 거리 측정 센서(100)는 측정된 거리 정보를 디지털 거리 정보로 변환하여 액추에이터 구동부(110)에 출력한다.

거리 측정 센서(100)와 액추에이터 구동부(110)는 플랙서블 인쇄회로기판을 통해 전기적으로 연결될 수 있으며, 액추에이터(40)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이, 거리 측정 센서(100)과 액추에이터 구동부(110)를 전기적으로 연결하는 것은 다양하게 구현 가능하므로, 본 발명에서는 거리 측정 센서(100)과 액추에이터 구동부(110)의 연결에 대해 구체적으로 한정하지 않는다.

도 1에서는 거리 측정 센서(100)가 광축 방향을 기준으로 케이스(10)의 상면에 부착된 것으로 도시하였으나, 거리 측정 센서(100)는 케이스(10)의 측면에 부착되거나 케이스(10)의 내부에 안착될 수도 있다.

액추에이터(40)는 보빈(41), 코일(42), 영구 자석(43), 요크(44)를 포함한다.

케이스(10)는 하부가 개방된 육면체의 형태를 가지며, 상부 중심부에는 광투과홀이 형성되어 있다. 케이스(10)의 하부는 프레임(60)에 의해 지지된다.

케이스(10)는 프레임(60)과 결합하여 공간을 형성하며, 공간에는 상부 탄성 부재(20), 렌즈 배럴(30), 액추에이터(40), IR 필터(70)가 포함된다.

케이스(10)는 그 내부와 외부의 절연을 위해 플라스틱으로 제조되는 것이 바람직하며, 대량생산을 위하여 사출 성형되는 것도 가능하다.

상부 탄성 부재(20)는 판 스프링으로서 케이스(10)의 상부에 삽입되며, 외측부는 액추에이터(40)의 요크(44)에 의해 지지되며 내측부는 액추에이터(40)의 보빈(41)과 맞닿아 보빈(41)의 상측을 가압한다.

하부 탄성 부재(50)는 판 스프링으로서 액추에이터(40)의 하부에 위치하여 보빈(41)의 하측을 가압한다.

하부 탄성 부재(50)는 보빈(41)에서 인서트 사출될 수도 있고, 본드로 접착될 수도 있다.

렌즈 배럴(30)은 복수의 렌즈를 고정, 보호하는 수단으로, 렌즈 배럴(30)의 내측에는 피사체의 광 이미지를 입사할 수 있는 복수의 렌즈가 광축 방향(O)을 따라 순차적으로 적층되어 있다.

렌즈 배럴(30)의 둘레면에는 나사산이 형성되어 있으며, 나사산은 보빈(41)의 내주면에 형성된 나사산과 나사 결합된다.

보빈(41)은 상부와 하부가 개방된 원통 형상으로, 내주면에 렌즈 배럴(30)의 나사산에 대응되는 나사산이 형성되어 있다. 본 발명에서는 렌즈 배럴(30)을 보빈(41)의 내주면에 나사 결합하면서 카메라 모듈의 원거리 포커싱을 맞출 수 있다.

보빈(41)의 둘레면에는 영구 자석(43)과 상호 작용하는 코일(42)이 자속과 수직인 방향으로 권취되어 있다.

케이스(10)의 내측에는 코일(42)과 영구 자석(43) 사이의 자기장이 외부로 유출되는 것을 방지하는 요크(44)가 삽입되며, 영구 자석(43)은 보빈(41)을 기준으로 서로 마주보도록 요크(44) 내측에 장착되어 있다. 요크(44)는 프레임(60)에 의해 지지된다.

코일(42)에 전압이 인가되면 코일에 흐르는 전류와 영구 자석(43)의 자기장이 상호 작용(플레밍의 왼손법칙)하여, 보빈(41)은 광축 방향의 상측으로 힘을 받게 된다. 이때, 코일(42)에 인가되는 전류의 세기가 클수록 렌즈 배럴(30)과 보빈(41)이 광축 방향을 따라 상부로 이동하는 거리가 늘어난다.

이어, 코일(42)에 인가되던 전압이 차단되면, 상부 탄성 부재(20) 및 하부 탄성 부재(50)의 탄성력에 의해 렌즈 배럴(30)과 보빈(41)은 광축 방향을 따라 하부로 이동하여 원 상태로 돌아오게 된다.

인쇄회로기판(90)에는 광 이미지를 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서(80)및 액추에이터 구동부(110)가 장착되어 있으며, 프레임(60)은 이미지 센서(80)로 광 이미지를 통과시킬 수 있는 중앙 개구부를 구비한 ㅁ자 형상으로, 프레임(60)은 렌즈 배럴(30)의 하부에 위치되며, 적외선을 필터링하는 IR 필터(70)가 장착된다.

이미지 센서(80)는 렌즈 배럴(30)의 하부 및 인쇄회로기판(90)의 상부에 위치하며, 복수의 렌즈를 통해 입사된 광 이미지(화상 정보)를 감지하는 복수의 픽셀로 이루어진 촬상 영역(81)과 복수의 픽셀을 포함하지 않는 비촬상 영역(82)으로 이루어져 있으며, 광 이미지를 전기적인 신호로 변환한다.

액추에이터 구동부(110)는 드라이버 IC(Integrated Circuit) 형태로, 거리 측정 센서(100)에서 입력되는 피사체와의 디지털 거리 정보에 따라 액추에이터(40)의 코일(42)에 인가되는 전류의 세기를 가변하여, 렌즈 배럴(30)이 초점 위치에 위치할 수 있도록 액추에이터(40)를 구동시킨다.

보다 구체적으로, 액추에이터 구동부(110)는 피사체와의 거리가 멀수록 렌즈 배럴(30)을 광축 방향의 상측으로 이동시키기 위해 코일(42)에 높은 전류를 인가하고, 피사체와의 거리가 가까울수록 코일(42)에 인가되는 전류의 세기가 작아진다.

아래에서는 상기한 본 발명의 카메라 모듈의 구성에 따른 오토 포커싱 동작을 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 오토 포커싱 동작을 나타내는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 카메라 모듈이 촬영을 개시하면(S201), 거리 측정 센서(100)는 초음파 또는 적외선을 방사하여 피사체와의 거리를 측정하여(S202), 측정한 거리 정보를 액추에이터 구동부(110)에 입력 가능한 디지털 신호로 변환(ADC)하여(S203), 디지털 거리 정보를 액추에이터 구동부(110)로 출력한다(S204).

액추에이터 구동부(110)는 입력되는 디지털 거리 정보에 대응되는 자동 초점(Auto focusing) 위치로 렌즈 배럴(30)를 이동시키기 위해 렌즈 배럴(30)의 이동 거리를 계산하고(S205), 렌즈 배럴(30)의 이동 거리에 대응하는 전류를 액추에이터(40)의 코일(42)에 인가한다(S206).

그러면, 액추에이터(40)의 코일(42)에 인가되는 전류의 세기에 따라 렌즈 배럴(30)은 초점 위치로 이동한다(S207).

이와 같이, 본 발명에서는 실시간으로 피사체와의 거리를 측정하고, 피사체와의 거리에 따라 렌즈 배럴을 초점 위치로 이동시킴으로써, 종래 프리뷰 영상을 통해 초점 위치를 감지하는 방법에 비해 빠르게 오토 포커싱을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 피사체가 이동하더라도 실시간으로 피사체와의 거리를 측정하여 오토 포커싱을 수행함으로써, 피사체가 이동할 때마다 프리뷰 영상을 통해 초점 위치를 재파악하는 종래에 비해 오토 포커싱 수행 시간을 단축할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

30: 렌즈 배럴,
40: 액추에이터
42: 코일
100: 거리 측정 센서
110: 액추에이터 구동부

Claims (11)

1. 복수의 렌즈를 수용하는 렌즈 배럴,
   상기 렌즈 배럴을 광축 방향으로 상하 이동시키는 액추에이터,
   상기 렌즈 배럴과 상기 액추에이터를 하우징하는 케이스,
   상기 케이스의 일측에 설치되어 피사체와의 거리를 측정하는 거리 측정 센서, 및
   상기 거리 측정 센서에서 입력되는 거리 정보에 따라 상기 렌즈 배럴이 초점 위치에 위치하도록 상기 액추에이터를 구동시키는 액추에이터 구동부를 포함하는 카메라 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 액추에이터 구동부는 상기 거리 정보에 따라 액추에이터에 인가되는 전류의 세기를 가변하여 상기 액추에이터를 구동시키는 카메라 모듈.
3. 제1항에 있어서,
   상기 거리 정보는 상기 피사체와의 거리를 디지털 변환한 디지털 거리 정보인 카메라 모듈.
4. 제1항에 있어서,
   상기 렌즈 배럴은 상기 액추에이터에 인가되는 전류의 세기에 비례하여 이동하는 카메라 모듈.
5. 제1항에 있어서,
   상기 액추에이터 구동부는 상기 거리 정보에 따라 상기 렌즈 배럴이 자동 초점 위치로 이동해야 하는 이동 거리를 계산하고, 상기 이동 거리에 대응하는 전류를 액추에이터에 인가하는 카메라 모듈.
6. 제1항에 있어서,
   상기 거리 측정 센서는 상기 광축 방향과 평행한 방향으로 적외선 또는 초음파를 방사하여 상기 피사체와의 거리를 측정하는 카메라 모듈.
7. 복수의 렌즈를 수용하는 렌즈 배럴, 상기 렌즈 배럴을 광축 방향으로 상하 이동시키는 액추에이터, 상기 렌즈 배럴과 상기 액추에이터를 하우징하는 케이스를 포함하는 카메라 모듈의 오토 포커싱 방법에 있어서,
   (a) 상기 케이스의 일측에 설치되는 거리 측정 센서를 이용하여 피사체와의 거리를 측정하는 단계, 및
   (b) 상기 거리 측정 센서에서 입력되는 거리 정보에 따라 상기 렌즈 배럴이 초점위치에 위치하도록 상기 액추에이터를 구동시키는 단계를 포함하는 카메라 모듈의 오토 포커싱 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 (a) 단계는,
   상기 피사체와의 거리를 측정하는 단계, 및
   측정된 거리를 디지털 거리 정보로 변환하는 단계를 포함하는 카메라 모듈의 오토 포커싱 방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 (b) 단계는,
   상기 거리 정보에 따라 상기 렌즈 배럴이 자동 초점 위치로 이동해야 하는 이동 거리를 계산하는 단계, 및
   상기 이동 거리에 대응하는 전류를 상기 액추에이터에 인가하여 상기 액추에이터를 구동시키는 단계를 포함하는 카메라 모듈의 오토 포커싱 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 렌즈 배럴은 상기 액추에이터에 인가되는 전류의 세기에 비례하여 이동하는 카메라 모듈의 오토 포커싱 방법.
11. 제7항에 있어서,
    상기 거리 측정 센서는 상기 광축 방향과 평행한 방향으로 적외선 또는 초음파를 방사하여 상기 피사체와의 거리를 측정하는 카메라 모듈의 오토 포커싱 방법.

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