KR20140077310A - 3차원 카메라 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 카메라 모듈은 이미지 센서가 실장되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판과 연결되어 카메라 모듈의 몸체를 형성하는 홀더부재; 상기 홀더부재 내측에 배치되며, 동일한 개수의 렌즈들로 구성되는 제 1 및 제 2 렌즈유닛; 및 상기 제 1 및 제 2 렌즈유닛 사이에 배치되어, 상기 제 1 및 제 2 렌즈유닛에서 입사된 빛을 전달 받아 상기 이미지 센서 측으로 전달하는 제 3 렌즈유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

3차원 카메라 모듈{3D Camera Module}
본 발명은 3차원 카메라모듈에 관한 것이다.
근래 타블렛 컴퓨터, 카메라 폰, PDA, 스마트 폰, 장난감(toy)등의 다양한 멀티미디어 분야, 나아가서는 감시 카메라나 비디오 테이프 레코더의 정보단말 등의 화상입력기기용으로 소형의 카메라 모듈의 수요가 높아지고 있다. 특히, 스마트 폰은 소형화된 디자인을 선호하는 소비자의 수요 증가에 따라 작은 사이즈의 카메라 모듈을 개발하는 추세에 있다.
이러한 카메라 모듈은 CCD나 CMOS의 이미지 센서 칩을 이용하여 제조하며, 이미지 센서 칩에 렌즈를 통하여 사물을 집광하여, 광 신호를 전기 신호로 변환하여 LCD 디스플레이 장치 등의 디스플레이 매체에 사물이 표시될 수 있도록 영상을 전달한다.
최근에는 보다 현실감 있는 이미지를 획득할 수 있도록 3차원 이미지를 제공할 수 있는 3차원 카메라 모듈에 대한 관심이 증가하고 있다. 3차원 카메라 모듈은 좌우의 화상을 찍고 오버레이(Overlay)함으로써 3차원 영상을 구현하도록 구성 될 수 있다. 대한민국 공개특허 제2012-0011618호에는 3차원 카메라 모듈에 대한 일반적인 구성이 기재된 바 있다. 일반적으로 3차원 카메라 모듈은 사람의 눈과 같이 2개의 카메라 모듈이 한 쌍을 이루도록 동일한 스펙(spec)의 카메라 모듈이 일정 거리 이격 된 상태로 배치될 수 있다.
그런데, 이와 같이 동일한 형태의 카메라 모듈 2개를 한 쌍으로 하여 3차원 카메라 모듈을 형성하면, 기존의 카메라 모듈 대비 가격이 비싸며, 2개의 카메라 모듈이 일정 거리 이격 배치되어야 하므로, 카메라 모듈의 설치 공간도 2배 이상 증가할 수 있다.
특히, 상기한 2개의 카메라 모듈의 기구적인 틸트, 시프트 등의 관리가 필요하기 때문에 카메라 모듈 제작 시 수율이 낮으며, 불량 발생률이 상대적으로 높다는 문제점 또한 있다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0011618 (2012.02.08.) 대한민국 공개특허 제10-2012-0062996 (2012.06.15.)
본 발명은 부품수를 대폭 감축할 수 있도록 구조가 개선된 3차원 카메라 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 카메라 모듈은 이미지 센서가 실장되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판과 연결되어 카메라 모듈의 몸체를 형성하는 홀더부재; 상기 홀더부재 내측에 배치되며, 동일한 개수의 렌즈들로 구성되는 제 1 및 제 2 렌즈유닛; 및 상기 제 1 및 제 2 렌즈유닛 사이에 배치되어, 상기 제 1 및 제 2 렌즈유닛에서 입사된 빛을 전달 받아 상기 이미지 센서 측으로 전달하는 제 3 렌즈유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 렌즈유닛은 제 1 최상단 렌즈; 상기 제 1 최상단 렌즈 하측에 배치되는 적어도 한 장의 제 1 미들 렌즈; 및 상기 제 1 미들 렌즈 하측에 배치되는 제 1 미러 렌즈;를 포함할 수 있다.
상기 제 2 렌즈유닛은 제 2 최상단 렌즈; 상기 제 2 최상단 렌즈 하측에 배치되는 적어도 한 장의 제 2 미들 렌즈; 및 상기 제 2 미들 렌즈 하측에 배치되는 제 2 미러 렌즈;를 포함할 수 있다.
상기 제 3 렌즈유닛은 제 3 미러 렌즈; 상기 제 3 미러 렌즈 하측에 배치되는 적어도 한 장의 제 3 미들 렌즈; 및 상기 제 3 미들 렌즈 하측에 배치되는 제 4 미들 렌즈;를 포함할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 렌즈유닛을 구성하는 구성요소들은 서로 동일 높이에 대칭이 되도록 배치될 수 있다.
제 1 렌즈유닛의 제 1 최상단 렌즈와 제 2 렌즈유닛의 제 2 최상단 렌즈 및 제 3 렌즈유닛의 제 3 미러 렌즈가 바닥면으로부터 동일 높이에 배치되고, 제 1 렌즈유닛의 제 1 미들 렌즈와 제 2 렌즈유닛의 제 2 미들 렌즈 및 제 3 렌즈유닛의 제 3 미들 렌즈가 바닥면으로부터 동일 높이에 배치되고, 제 1 렌즈유닛의 제 1 미러 렌즈와 제 2 렌즈유닛의 제 2 미러 렌즈 및 제 3 렌즈유닛의 제 4 미들 렌즈가 바닥면으로부터 동일 높이에 배치될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 최상단 렌즈와 제 1 및 제 2 미들 렌즈는 동일한 굴절률을 가지고, 제 1 및 제 2 미러 렌즈는 동일한 반사각을 가지며, 반사된 빛이 상기 제 3 미러 렌즈에 결상될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 미러 렌즈와 제 4 미들 렌즈의 하측과 상기 이미지 센서의 상측 사이 공간에 적외선 차단 필터가 배치될 수 있다.
기존의 3차원 카메라 모듈에 비해 작은 부피로 제조가 가능하기 때문에, 협소한 공간에도 설치하는 것이 가능하다.
또한, 하나의 카메라 모듈 내부에 한 쌍의 렌즈 모듈을 배치하면서, 복수 개의 미러를 이용하여, 공통적인 기능을 수행하는 렌즈는 공유할 수 있기 때문에, 사용되는 렌즈의 개수를 줄일 수 있어 제조 단가를 절감할 수 있다.
또한, 제 1 및 제 2 렌즈 모듈을 구성하는 렌즈의 수를 줄일 수 있기 때문에 카메라 모듈의 높이를 낮추어 소형화가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 카메라 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 사시도, 그리고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 카메라 모듈의 개략적인 단면도 이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면들을 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 카메라 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 사시도, 그리고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 카메라 모듈의 개략적인 단면도 이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 카메라 모듈은 인쇄회로기판(10), 홀더부재(20)를 포함할 수 있으며, 상기 홀더부재(20)에는 제 1 및 제 2 렌즈홀(21)(22)이 형성되어, 2개의 경로로 화상이 들어올 수 있도록 형성될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 렌즈홀(21)22)을 통해 후술할 제 1 및 제 2 렌즈유닛(100)(200)(도 2 참조)의 제 1 및 제 2 최상단 렌즈(110)(210)가 노출될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 카메라 모듈의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
인쇄회로기판(10)에는 대략 중앙 부근에 이미지 센서(11)가 실장 될 수 있으며, 상기 이미지 센서(11)의 상측 에는 적외선 차단 필터(12)가 배치될 수 있다.
상기 적외선 차단 필터(12)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 이미지 센서(11)의 크기 보다 크게 형성될 수 있으며, 별도의 윈도우 부재를 가지는 베이스 부재(미도시)에 설치되는 것도 가능하다.
홀더부재(20)는 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 카메라 모듈의 몸체를 형성하는 것으로 내부에 복수 개의 렌즈유닛들이 설치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 내지 제 3 렌즈유닛(100)(200)(300)으로 마련될 수 있으며, 제 1 및 제 2 렌즈유닛(100)(200)은 동일한 렌즈 구성 및 스펙을 가지도록 형성될 수 있다.
제 1 렌즈유닛(100)은 도시된 바와 같이 제 1 최상단 렌즈(110) 및 제 1 미들 렌즈(120)를 포함할 수 있으며, 상기 제 1 미들 렌즈(120) 하측에는 제 1 미러 렌즈(M1)가 설치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 최상단 렌즈(110)는 바닥면으로부터 제 1 높이를 가지는 I 영역에 배치될 수 있고, 제 1 미들 렌즈(120)는 바닥면으로부터 제 2 높이를 가지는 II 영역에 배치될 수 있으며, 제 1 미러 렌즈(M1)는 바닥면으로부터 제 3 높이를 가지는 III 영역에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 내지 제 3 높이 판단의 기준점은 상기 제 1 최상단 렌즈(110), 제 1 미들 렌즈(120) 및 제 1 미러 렌즈(M1)의 중심 기준이다.
제 2 렌즈유닛(200)은 도시된 바와 같이 제 2 최상단 렌즈(210) 및 제 2 미들 렌즈(220)를 포함할 수 있으며, 상기 제 2 미들 렌즈(220) 하측에는 제 2 미러 렌즈(M2)가 설치될 수 있다. 이때, 상기 제 2 최상단 렌즈(210)는 바닥면으로부터 제 1 높이를 가지는 I 영역에 배치될 수 있고, 제 2 미들 렌즈(220)는 바닥면으로부터 제 2 높이를 가지는 II 영역에 배치될 수 있으며, 제 2 미러 렌즈(M2)는 바닥면으로부터 제 3 높이를 가지는 III 영역에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제 1 내지 제 3 높이 판단의 기준점은 상기 제 2 최상단 렌즈(210), 제 2 미들 렌즈(220) 및 제 2 미러 렌즈(M2)의 중심 기준이다.
제 3 렌즈유닛(300)은 상기 제 1 및 제 2 렌즈유닛(100)(200)의 사이에 배치되며, 상기 I 영역에는 제 3 미러 렌즈(M3)가 배치되고, II 영역에는 제 3 미들 렌즈(310)가 배치되며, III 영역에는 제 4 미들 렌즈(320)가 배치될 수 있다.
한편, 제 1 최상단 렌즈(110)와 제 2 최상단 렌즈(210) 및 제 3 미러 렌즈(M3), 제 1 미들 렌즈(120)와 제 2 미들 렌즈(220) 제 3 미들 렌즈(310), 제 1 미러 렌즈(M1)와 제 2 미러 렌즈(M2) 및 제 4 미들 렌즈(320)는 서로 동일 높이에서 이미지 센서(11)를 중심으로 대칭 배치될 수 있다.
한편, 상기 적외선 차단 필터(12)는 상기 제 1 및 제 2 미러 렌즈(M1)(M2) 및 제 4 미들 렌즈(320)의 하측에 배치될 수 있는데, 실제로 적외선 차단이 필요한 빛은 상기 제 4 미들 렌즈(320)과 마주보는 면이므로, 상기 제 1 및 제 2 미러 렌즈(M1)(M2)의 하측 부분은 별도의 베이스 부재로 형성하면서, 상기 제 4 미들 렌즈(320)와 대응되는 위치에만 윈도우를 형성하여 이 곳에 적외선 차단 필터(12)를 설치할 수도 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 카메라 모듈의 동작을 도 2를 참고하여 설명한다.
도시된 바와 같이, 이미지를 포함하는 빛은 상기 제 1 및 제 2 최상단 렌즈(110)(210)를 통해 상기 제 1 및 제 2 렌즈유닛(100)(200)으로 동시에 입사할 수 있다.
입사된 빛은 제 1 및 제 2 최상단 렌즈(110)(210)와 제 1 및 제 2 미들 렌즈(120)(220)를 통해 진입하여, 제 1 및 제 2 미러 렌즈(M1)(M2)에서 동시에 제 3 미러 렌즈(M3) 측으로 반사된다.
반사된 빛은 다시 제 3 및 제 4 미들 렌즈(310)(320)를 통해 적외선 차단 필터(12)에서 적외선 성분이 필터링 된 후에 상기 이미지 센서(11) 측으로 입사할 수 있다. 상기 제 3 및 제 4 미들 렌즈(310)(320)를 통과하여 이미지 센서(11)에 전달된 빛은 위상차를 이용하여 3차원 이미지를 구현할 수 있다.
이와 같이 제 1 내지 제 3 미러 렌즈(M1)(M2)(M3)를 이용할 경우, 렌즈의 개수가 늘어나더라도 높이는 높아지지 않고, 기존의 3차원 카메라 모듈이 복수 개의 이미지 센서를 필요로 하는 것과 달리, 하나의 이미지 센서(11)만으로도 3차원 영상을 구현할 수 있어 부품수 절감 및 제조원가 절감이 가능하다.
특히, 제 3 및 제 4 미들 렌즈(310)(320)와 제 3 미러 렌즈(M3)로 구성되는 제 3 렌즈유닛(300)을 제 1 및 제 2 렌즈유닛(100)(200)이 공유하고, 각각을 구성하는 렌즈 부품들 사이의 높이를 일정하게 유지할 경우, 3차원 카메라 모듈의 높이 또한 낮출 수 있어 제품 소형화에 유리하다.
한편, 상기한 실시예에서는 제 1 내지 제 3 렌즈유닛(100)(200)이 2장의 렌즈와 1장의 미러 렌즈를 가지는 구성을 일 예로 설명하였으나, 이를 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 렌즈 및 미러의 개수는 증감 가능하다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
10; 인쇄회로기판 11; 이미지 센서
12; 적외선 차단 필터 20; 홀더부재
100; 제 1 렌즈유닛 110; 제 1 최상단 렌즈
120; 제 1 미들 렌즈 200; 제 2 렌즈유닛
210; 제 2 최상단 렌즈 220; 제 2 미들 렌즈
300; 제 3 렌즈유닛 310; 제 3 미들 렌즈
320; 제 4 미들 렌즈 M1; 제 1 미러 렌즈
M2; 제 2 미러 렌즈 M3; 제 3 미러 렌즈

Claims (8)

  1. 이미지 센서가 실장되는 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판과 연결되어 카메라 모듈의 몸체를 형성하는 홀더부재;
    상기 홀더부재 내측에 배치되며, 동일한 개수의 렌즈들로 구성되는 제 1 및 제 2 렌즈유닛; 및
    상기 제 1 및 제 2 렌즈유닛 사이에 배치되어, 상기 제 1 및 제 2 렌즈유닛에서 입사된 빛을 전달 받아 상기 이미지 센서 측으로 전달하는 제 3 렌즈유닛;을 포함하는 3차원 카메라 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈유닛은,
    제 1 최상단 렌즈;
    상기 제 1 최상단 렌즈 하측에 배치되는 적어도 한 장의 제 1 미들 렌즈; 및
    상기 제 1 미들 렌즈 하측에 배치되는 제 1 미러 렌즈;를 포함하는 3차원 카메라 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 렌즈유닛은,
    제 2 최상단 렌즈;
    상기 제 2 최상단 렌즈 하측에 배치되는 적어도 한 장의 제 2 미들 렌즈; 및
    상기 제 2 미들 렌즈 하측에 배치되는 제 2 미러 렌즈;를 포함하는 3차원 카메라 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 렌즈유닛은,
    제 3 미러 렌즈;
    상기 제 3 미러 렌즈 하측에 배치되는 적어도 한 장의 제 3 미들 렌즈; 및
    상기 제 3 미들 렌즈 하측에 배치되는 제 4 미들 렌즈;를 포함하는 3차원 카메라 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 렌즈유닛을 구성하는 구성요소들은 서로 동일 높이에 대칭이 되도록 배치되는 3차원 카메라 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    제 1 렌즈유닛의 제 1 최상단 렌즈와 제 2 렌즈유닛의 제 2 최상단 렌즈 및 제 3 렌즈유닛의 제 3 미러 렌즈가 바닥면으로부터 동일 높이에 배치되고,
    제 1 렌즈유닛의 제 1 미들 렌즈와 제 2 렌즈유닛의 제 2 미들 렌즈 및 제 3 렌즈유닛의 제 3 미들 렌즈가 바닥면으로부터 동일 높이에 배치되고,
    제 1 렌즈유닛의 제 1 미러 렌즈와 제 2 렌즈유닛의 제 2 미러 렌즈 및 제 3 렌즈유닛의 제 4 미들 렌즈가 바닥면으로부터 동일 높이에 배치되는 3차원 카메라 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 최상단 렌즈와 제 1 및 제 2 미들 렌즈는 동일한 굴절률을 가지고,
    제 1 및 제 2 미러 렌즈는 동일한 반사각을 가지며, 반사된 빛이 상기 제 3 미러 렌즈에 결상되는 3차원 카메라 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 미러 렌즈와 제 4 미들 렌즈의 하측과 상기 이미지 센서의 상측 사이 공간에 적외선 차단 필터가 배치되는 3차원 카메라 모듈.
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