KR20140095759A - 카메라 모듈 - Google Patents

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KR20140095759A KR1020130008532A KR20130008532A KR20140095759A KR 20140095759 A KR20140095759 A KR 20140095759A KR 1020130008532 A KR1020130008532 A KR 1020130008532A KR 20130008532 A KR20130008532 A KR 20130008532A KR 20140095759 A KR20140095759 A KR 20140095759A
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Abstract

본 발명은 렌즈의 화각 내에 촬상용센서와 인식용센서를 배치시켜 모드에 따라 선택적인 사용이 가능한 카메라 모듈에 관한 것이다.
본 발명은, 실리콘기판과 상기 실리콘기판에 구현된 센서를 포함하는 센서 다이; 상기 센서 다이를 밀폐 수용하며, 적어도 하나의 렌즈를 구비하는 렌즈배럴을 포함하며: 상기 실리콘기판에는 상기 렌즈의 화각 내에 포함되도록 촬상용센서와 인식용센서가 인접하게 구현될 수 있다.

Description

카메라 모듈{CAMERA MODULE}
본 발명은 카메라 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 렌즈의 화각 내에 듀얼센서를 배치시킨 카메라 모듈에 관한 것이다.
현재 휴대폰, PDA 및 타블렛PC 등과 같은 휴대용 단말기는 최근 그 기술의 발전과 더불어 단순한 전화기능 뿐만 아니라, 음악, 영화, TV, 게임 등으로 멀티 컨버전스로 사용되고 있으며, 이러한 멀티 컨버전스로의 전개를 이끌어 가는 것 중의 하나로서 카메라 모듈(camera module)이 가장 대표적이라 할 수 있다. 이러한 카메라 모듈은 고화소 중심으로 변화됨과 동시에 오토포커싱(AF), 광학 줌(optical zoom) 등과 같은 다양한 부가 기능의 구현으로 변화되고 있다.
카메라 모듈은 소형으로 제작되어 카메라폰이나 PDA, 스마트폰을 비롯한 휴대용 이동통신 기기 등의 다양한 IT 기기에 적용되고 있는바, 최근에 이르러서는 소비자의 다양한 취향에 맞추어 소형의 카메라 모듈이 장착된 기기의 출시가 점차 늘어나고 있는 실정이다.
이와 같은 카메라 모듈은 CCD나 CMOS 등의 이미지 센서를 주요 부품으로 하여 제작되고 있으며 상기 촬상용센서를 통해 사물의 이미지를 집광시켜 기기내의 메모리상에 데이터로 저장되고, 저장된 데이터는 기기내의 LCD 또는 PC 모니터 등의 디스플레이 매체를 통해 영상으로 디스플레이된다.
종래 카메라 모듈은 크게 이미지 센서 모듈과 렌즈 어셈블리로 구성되며, 이미지 센서 모듈은 외부로부터 들어온 영상신호를 전기적인 신호로 바꾸는 이미지 센서(image sensor) 및 이 이미지 센서와 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판(printed circuit board)을 구비하고, 렌즈 어셈블리는 이미지 센서 모듈을 밀폐 수용하는 것으로 하나 이상의 렌즈가 결합된 렌즈 배럴 및 렌즈 배럴을 내부에 수용하는 렌즈 홀더와 필터로 구성된다.
그러나, 종래 카메라 모듈은 피사체를 촬상하는 경우 또는 피사체의 동작을 인식하는 경우 각각 별도의 모듈을 구비하여 설치하게 됨에 따라, 모듈 자체의 설치 공간이 증가함은 물론 제조비용도 상승하게 되는 문제점이 있다.
인용문헌: 대한민국공개특허 제 2012-064476호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 렌즈의 화각 내에 이미지 센서와 인식용센서를 함께 배치함으로써 단일 모듈을 통해 피사체의 촬상과 인식을 동시에 실행할 수 있는 카메라 모듈을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 IR광원을 사용하지 않으면서도 저조도 환경에서 사용이 가능한 카메라 모듈을 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 효과적으로 달성하기 위해 본 발명은, 실리콘기판과 상기 실리콘기판에 구현된 센서를 포함하는 센서 다이(die); 상기 센서다이를 밀폐 수용하며, 적어도 하나의 렌즈를 구비하는 렌즈배럴을 포함하며: 상기 실리콘기판에는 상기 렌즈의 화각 내에 포함되도록 촬상용센서와 인식용센서가 인접하게 구현될 수 있다.
상기 촬상용센서는 인식용센서 보다 상대적으로 큰 규격으로 구성될 수 있으며, 상기 인식용센서는 조도센서, 근접센서, 동작인식용센서 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 촬상용센서는 단변과 장변으로 이루어지며, 상기 장변 일측으로 인식용센서가 배치될 수 있다.
한편, 상기 인식용센서의 이미지 영역은 픽셀 사이즈가 1.75um 이하인 HD급 화소수 (1280x720)을 갖는 16:9 센서 또는 Full HD급 화소수 (1920x1080)를 갖는 16:9 센서 중 어느 하나이고, 렌즈의 광학 포멧은 4:3 영역을 포함하며 하기 식을 만족한다.
Figure pat00001
단,
Figure pat00002
: 인식용센서의 가로 화소수.
Figure pat00003
: 인식용센서의 세로 화소수.
Figure pat00004
: 인식용센서의 픽셀 피치.
Figure pat00005
: 촬상용 센서의 세로 화소수.
Figure pat00006
: 촬상용 센서의 픽셀피치. G: 촬상용 센서의 이미지 영역과 인식용센서의 이미지 영역 사이의 거리.
Figure pat00007
: 촬상용 센서의 이미지 영역을 둘러싸는 4:3 광학 포멧 영역의 반지름.
또한 상기 실리콘기판에는 인식용센서와 인접한 위치에 인식용센서패드가 구성되고, 촬상용센서의 양측으로 촬상용센서패드가 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 렌즈의 촬상용센서에 대한 화각 내에 인식용센서를 함께 배치시킴으로써, 단일 모듈을 통해 피사체의 촬상과 인식이 선택적으로 가능하여 제조비용 저감 및 보다 슬림하고 컴팩트한 상태의 카메라 모듈을 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 카메라 모듈은 IR광원을 사용하지 않으면서도 저조도 환경에서 사용이 가능하여 제조원가를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 센서 배치 및 렌즈 화각을 보인 예시도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 센서다이 측면으로 인식용패드와 촬상용패드가 배치된 상태를 보인 예시도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 센서 배치 및 렌즈 화각을 보인 예시도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 센서다이 측면으로 인식용패드와 촬상용패드가 배치된 상태를 보인 예시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 센서다이와 센서다이를 밀폐 수용하며 설치된 렌즈를 포함한다.
센서다이는 실리콘기판과 실리콘기판에 구현된 센서를 포함한다. 센서는 촬상용센서와 인식용센서를 포함할 수 있다.
촬상용센서는 단변과 장변으로 이루어진 직사각형의 형상을 가지며, 렌즈의 중심과 동일 축선상에 배치될 수 있도록 실리콘기판 중앙부위에 설치될 수 있다. 이러한 촬상용센서는 사진이나 동영상 촬영 시 피사체의 영상을 감지하는 역할을 한다.
그리고 촬상용센서는 픽셀사이즈가 1.75um 이하인 HD급 화소수 1280X720을 갖는 16:9센서 혹은 FULL HD급 화소수 1920X1080을 갖는 16:9 센서가 사용될 수 있다.
이때, 렌즈는 촬상용센서의 규격이 16:9 이미지센서를 채용하게 됨에 따라 4:3 옵티컬(Optical) 포맷이 채용될 수 있다.
또한 인식용센서는 빛의 조도를 감지하는 조도센서나 근접센서 또는 피사체의 동작을 인식하는 동작인식용센서 등이 적용될 수 있다. 이러한 인식용센서는 렌즈의 화각내에 위치하도록 촬상용센서와 인접하게 배치된다.
또한 인식용센서는 촬상용센서 보다 상대적으로 작은 규격을 가진다. 이는 렌즈의 화각내에 배치시 렌즈의 화각내에서 촬상용센서를 제외한 나머지 공간 즉, 촬상용센서의 장변과 인접한 위치에 인식용센서가 배치되기 때문이다.
한편, 도 1에는 렌즈의 화각내에 촬상용센서와 인식용센서가 배치된 상태를 보인 것이다.
Figure pat00008
,
Figure pat00009
는 16:9 포맷 촬상용센서의 이미지 영역에 대한 가로폭의 절반, 세로 높이의 절반을 각각 나타낸다.
반면에
Figure pat00010
,
Figure pat00011
는 인식용 센서의 이미지 영역의 가로 폭의 절반, 세로 높이의 절반을 각각 나타낸다.
또한 G는 인식용센서의 이미지 영역과 촬상용센서의 이미지 영역 사이 공간을 나타내고,
Figure pat00012
는 촬상용센서의 이미지 영역 둘레에 점선으로 표시된 4:3 포맷 영역의 반지름(대각선 길이의 절반)을 나타낸다.
이때, 센서의 옵티컬(Optical) 포맷은 mm단위의 센서 이미지 영역 대각선 길이를 18로 나눈값으로서 흔히 정의된다. 예를 들어 픽셀 사이즈가 1.75um인 1280x720 화소수의 HD급 센서의 경우 센서의 옵티컬 포맷은 2.57/18=1/7인치로서 계산된다.
본 발명에서 인식용센서의 이미지 영역은 픽셀 사이즈가 1.75um 이하인 HD급 화소수 (1280x720)을 갖는 16:9 센서 또는 Full HD급 화소수 (1920x1080)를 갖는 16:9 센서 중 어느 하나이고, 렌즈의 광학 포멧은 4:3 영역으로 구성된 경우 아래와 같은 수학식을 만족할 수 있다.
Figure pat00013
Figure pat00014
: 인식용센서의 가로 화소수.
Figure pat00015
: 인식용센서의 세로 화소수.
Figure pat00016
: 인식용센서의 픽셀 피치.
Figure pat00017
: 촬상용 센서의 세로 화소수.
Figure pat00018
: 촬상용 센서의 픽셀피치. G: 촬상용 센서의 이미지 영역과 인식용센서의 이미지 영역 사이의 거리.
Figure pat00019
: 촬상용 센서의 이미지 영역을 둘러싸는 4:3 광학 포멧 영역의 반지름이다.
기재된 수학식을 참조하여 실시예를 들면, 상기 인식용센서는 1.75um 픽셀 피치의 HD급 화소수를 갖는 촬상용 센서 및 100x100 화소수를 갖는 경우 인식용센서의 픽셀 피치를 아래의 수학식을 이용하여 예측해 보면,
Figure pat00020

이 경우 hi는 0.63mm이고, 4:3옵티컬 포맷의 Rof는 1.4mm이다.
보다 상세하게 설명하면, 촬상용 센서의 픽셀 피치 Pi = 1.75um,　HD급 (1280x720)　촬상용 센서의 세로 화소수 Nhi = 720이다. 따라서,　Hi = (720/2) * 1.75um = 630um = 0.63mm를 얻을 수 있게 된다.
또한 Gap G = 100um = 0.1mm, 100x100 화소급의 인식용 센서의 세로 화소수 Nhr = 100이다. 따라서, Hr = (100/2) * Pr → 2 * Hr = 100 * Pr이다.
그리고, 100x100 화소급의 인식용 센서의 가로 화소수 Nwr = 100이다. 따라서, Wr = (100/2) * Pr이다.
다음으로, HD급 화소수의 촬상용 센서를 포함하는 4:3　optical format　영역의 Rof는 다음과 같이 계산된다. 가로 폭: 1280x1.75um = 2240um = 2.24mm, 세로 높이: 960x1.75um = 1680um = 1.68mm이다. 따라서, 4:3 영역의 대각선 길이는 2.8mm 이고, Rof는 절반인 1.4mm가 얻어지게 된다.
여기서, 16:9 센서의 경우 세로 화소수는 1280 * 9/16 = 720이고, 4:3 센서의 경우 세로 화소수는 1280 * 3/4 = 960이다.
따라서, 인식용센서의 픽셀피치 Pr는 최대 6.3um임을 알 수 있다.
반면, 저조도 화질 성능을 우선시하여 인식용 센서의 픽셀 피치를 먼저 고정하고 화소수를 결정하는 경우에는 아래의 수학식을 통해 계산될 수 있다.
즉, 인식용센서의 픽셀 피치를 10um으로 고정한 경우 화소수는
Figure pat00021
을 통해 산출된다.
이때, 계산의 편의상
Figure pat00022
과
Figure pat00023
이 동일한 값이라고 가정하고 위의 식을 풀면 인식용 센서의 화소수는 최대 63x63임을 알 수 있다.
또한 다른 실시예로서 1.4um픽셀 피치의 HD급 화소수를 갖는 촬상용 센서 및 100x100 화소수를 갖는 인식용 센서의 픽셀 피치는 아래의 수학식을 통해 산출될 수 있다.
Figure pat00024
위의 수식을 풀면 인식용센서의 Pr는 최대 4.8um임을 알 수 있다.
반대로, 저조도 성능을 우선시하여 인식용센서의 픽셀 피치를 먼저 고정하고, 화소수를 결정하는 경우에는 아래의 수학식을 통해 계산될 수 있다.
인식용센서의 픽셀 피치를 10um으로 고정한 경우 화소수는 아래의 수학식을 통해 산출될 수 있다.
Figure pat00025
계산의 편의상,
Figure pat00026
과
Figure pat00027
이 동일한 값이라고 가정하고 위의 식을 풀면 인식용 센서의 화소수는 최대 48x48임을 알 수 있다.
또한 또 다른 실시예로서, 인식용센서는 1.75um 픽셀 피치의 Full HD급 화소수를 갖는 촬상용 센서 및 100x100 화소수를 갖는 경우 인식용센서의 픽셀 피치는 아래의 수학식을 통해 산출될 수 있다.
이때, Hi는 0.945mm이고, 4:3 옵티컬 포맷의 Rof는 2.1mm이다. 여기서, Hi값과 Rof의 값은 전술한 실시예와 동일한 풀이과정을 통해 산출될 수 있다.
Figure pat00028
위의 수학식을 풀면, 인식용센서의 픽셀피치 Pr는 최대 9.9um으로 HD급 화소수를 갖는 경우에 비해 상대적으로 큰 편임을 알 수 있다.
이는 Full HD급 화소수를 갖는 촬상용 센서의 경우 4:3 옵티컬 포맷의 사이즈가 2.1mm로 HD급 화소수의 1.4mm에 비해 상대적으로 크기 때문이다.
또한 또 다른 실시예로서 1.4um픽셀 피치의 Full HD급 화소수를 갖는 촬상용센서 및 100x100 화소수를 갖는 경우 인식용센서의 픽셀 피치는 아래의 수학식을 통해 산출될 수 있다.
위의 식을 풀면 인식용센서의 픽셀 피치 Pr는 최대 7.8um임을 알 수 있다.
반대로, 저조도 화질 성능을 우선시하여 인식용 센서의 픽셀 피치를 먼저 고정하고 화소수를 결정하는 경우에는 아래의 수학식을 통해 계산될 수 있다.
인식용센서의 픽셀 피치를 10um으로 고정한 경우 화소수는
Figure pat00030
을 통해 산출된다.
계산의 편의상
Figure pat00031
과
Figure pat00032
이 동일한 값이라고 가정하고 위의 식을 풀면 인식용 센서의 화소수는 최대 78x78임을 알 수 있다.
1.75um 픽셀 피치의 촬상용 센서를 가정한 앞선 결과와 마찬가지로 1.4um 픽셀 피치의 촬상용 센서의 화소수를 Full HD급으로 선택하면 HD급 화소수 센서에 비해 인식용 센서의 화소수를 크게 가져갈 수 있지만, 4:3옵티컬 포맷의 영역이 대략 2배정도로 커진다는 것을 알 수 있다.
아래의 표는 전술한 각각의 실시예에 있어 인식용 센서의 피치 계산을 정리한 것이다.
아래의 표에서는 1.12um인 촬상용센서도 포함되어 있다. 이는 촬상용센서의 추세는 기술발달에 따라 크기가 계속 감소하고 있기 때문이다.
Figure pat00033
저조도에서 인식용센서의 성능을 더욱 좋게 하기 위해서는 렌즈의 F-number (렌즈 초점 길이를 렌즈 유효 구경으로 나눈 값)를 낮게 가져가는 것이 보다 유리하다. 즉, 렌즈의 유효 구경을 크게 만들어 보다 많은 광량이 인식용 센서에 입사하게 만드는 것이 필요할 수도 있다.
표 1에서 보듯이 HD급 촬상용센서의 픽셀 피치가 1.12um의 경우 100x100 화소수의 인식용센서의 픽셀 피치는 3.7um의 최대 값을 가질 수 있고 이 경우에는 렌즈의 F-number가 낮은 것이 저조도 인식 성능 확보를 위해 보다 유리함을 알 수 있다.
현재 모바일용 카메라 모듈의 렌즈 F-number는 2.0보다 큰 것이 보통이지만, 본 발명의 목적 달성을 위해서는 2.0이하의 F-number를 갖는 렌즈가 보다 적합할 수 있다.
한편, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 센서다이 측면으로 인식용패드와 촬상용패드가 배치된 상태를 보인 예시도를 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, 실리콘기판의 중심부에는 촬상용센서가 배치되고, 촬상용센서의 상부 또는 하부측에 인식용센서가 배치될 수 있다.
또한 실리콘기판에는 촬상용패드와 인식용패드가 카메라 모듈 인쇄회로기판과의 와이어본딩을 위해 형성될 수 있다.
즉, 촬상용센서의 양측으로는 촬상용패드가 형성되고, 인식용센서의 위치와 인접한 곳에는 인식용패드가 형성되어 인쇄회로기판과 와이어본딩을 통해 결합될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 아니하며 당업자라면 그 응용과 변형이 가능함은 물론이다.
10: 실리콘기판 12: 촬상용센서
12a: 촬상용패드 14: 인식용센서
14a: 인식용패드 20: 렌즈

Claims (14)

  1. 실리콘기판과 상기 실리콘기판에 구현된 센서를 포함하는 센서 다이(die);
    상기 센서 다이를 밀폐 수용하며, 적어도 하나의 렌즈를 구비하는 렌즈배럴을 포함하며:
    상기 실리콘기판에는 상기 렌즈의 화각 내에 포함되도록 촬상용센서와 인식용센서가 인접하게 구현된 카메라 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 촬상용센서는 인식용센서 보다 상대적으로 큰 규격으로 구성된 카메라 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 인식용센서는 조도센서, 근접센서, 동작인식용센서 중 적어도 어느 하나를 포함하는 카메라 모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 촬상용센서는 단변과 장변으로 이루어지며, 상기 장변 일측으로 인식용센서가 배치된 카메라 모듈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 인식용센서의 이미지 영역은 픽셀 사이즈가 1.75um 이하인 HD급 화소수 (1280x720)을 갖는 16:9 센서 또는 Full HD급 화소수 (1920x1080)를 갖는 16:9 센서 중 어느 하나이고, 렌즈의 광학 포멧은 4:3 영역을 포함하며 하기 식을 만족하는 카메라 모듈.
    Figure pat00034

    단,
    Figure pat00035
    : 인식용센서의 가로 화소수.
    Figure pat00036
    : 인식용센서의 세로 화소수.
    Figure pat00037
    : 인식용센서의 픽셀 피치.
    Figure pat00038
    : 촬상용 센서의 세로 화소수.
    Figure pat00039
    : 촬상용 센서의 픽셀피치. G: 촬상용 센서의 이미지 영역과 인식용센서의 이미지 영역 사이의 거리.
    Figure pat00040
    : 촬상용 센서의 이미지 영역을 둘러싸는 4:3 광학 포멧 영역의 반지름.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 인식용센서는 1.75um 픽셀 피치의 HD급 화소수를 갖는 촬상용 센서 및 100x100 화소수를 갖는 경우 인식용센서의 픽셀 피치는
    Figure pat00041

    식을 통해 산출되는 카메라 모듈.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 인식용센서의 픽셀 피치를 10um으로 고정한 경우 화소수는
    Figure pat00042

    식을 통해 산출되는 카메라 모듈.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 인식용센서는 1.4um 픽셀 피치의 HD급 화소수를 갖는 촬상용 센서 및 100x100 화소수를 갖는 경우 인식용센서의 픽셀 피치는
    Figure pat00043

    식을 통해 산출되는 카메라 모듈.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 인식용센서의 픽셀 피치를 10um으로 고정한 경우 화소수는
    Figure pat00044

    식을 통해 산출되는 카메라 모듈.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 인식용센서는 1.75um 픽셀 피치의 Full HD급 화소수를 갖는 촬상용 센서 및 100x100 화소수를 갖는 경우 인식용센서의 픽셀 피치는
    Figure pat00045

    식을 통해 산출되는 카메라 모듈.
  11. 제 5항에 있어서,
    상기 인식용센서는 1.4um 픽셀 피치의 Full HD급 화소수를 갖는 촬상용 센서 및 100x100 화소수를 갖는 경우 인식용센서의 픽셀 피치는
    Figure pat00046

    식을 통해 산출되는 카메라 모듈.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 인식용센서의 픽셀 피치를 10um으로 고정한 경우 화소수는
    Figure pat00047

    식을 통해 산출되는 카메라 모듈.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘기판에는 인식용센서와 인접한 위치에 인식용센서패드가 구성되고, 촬상용센서의 양측으로 촬상용센서패드가 구성된 카메라 모듈.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈의 F-number가 2.0 이하인 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
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