KR20150071408A - 자동초점 장치와 손떨림 보정장치가 분리된 카메라 모듈 - Google Patents

자동초점 장치와 손떨림 보정장치가 분리된 카메라 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 카메라 모듈의 분야에 관한 것으로, 피사체의 상을 특정한 배율로 변환시키는 다수의 렌즈들을 구비한 렌즈부; 상기 렌즈부를 고정한 가동부; 상기 가동부를 수용하는 고정부; 상기 가동부가 광축방향으로 구동되도록 상기 가동부와 상기 고정부에 설치된 자동초점 구동부; 상기 고정부가 상기 광축과 직교되는 방향으로 이동하는 것을 감지하기 위한 변위 감지 센서; 상기 고정부의 광축방향 하단부에 위치하여 상기 렌즈부로부터 입사된 광을 직각방향으로 반사시키는 거울부; 상기 렌즈부를 통과해 거울부에서 직각으로 반사된 광이 진행하는 방향에 대향하여 위치하는 이미지센서가 설치된 회로기판부; 및 상기 회로기판부를 상기 반사된 광이 진행하는 방향축에 직교하는 방향으로 구동하기 위한 액추에이터를 포함하고, 상기 액추에이터는 상기 변위 감지 센서의 정보를 받고, 상기 고정부가 광축과 직교되는 방향으로 이동하는 것에 의한 변위를 보상하도록 구동되는, 자동초점 장치와 손떨림 보정장치가 분리된 카메라 모듈을 제공하며, 손떨림 보정장치를 카메라 모듈의 옆면에 설치하여 자동초점장치와 손떨림 보정장치를 분리함으로써 카메라 두께를 감소시켜 초소형화 되고 있는 카메라 모듈 시장에서의 시장성을 높이는 효과가 있다.

Description

자동초점 장치와 손떨림 보정장치가 분리된 카메라 모듈{Camera module having separated auto-focusing device and image stabilizing apparatus}
본 발명은 카메라 모듈의 분야에 관한 것이다.
최근 디지털 카메라의 소형, 경량화 기술의 발달로 휴대용 통신 장치에도 카메라 모듈을 장착할 수 있게 되면서 광학 렌즈 및 카메라 모듈을 장착된 휴대용 통신 장치가 보편화되고 있다. 카메라 모듈을 장착한 휴대용 통신 장치는 유동성 및 휴대성이 증가됨에 따라서 미세한 진동이나 인체에서 발생된 손떨림 등에 의한 영상이 흐트러짐이 발생됨과 아울러 이동 중에 촬영이 많아지면서 선명한 영상을 촬영하기 위해서는 손떨림 등의 진동을 보정해야 할 필요성이 증대되어 있다. 또한, 광학 기술의 발전으로 고해상도 카메라가 출현하고 있으나 떨림 진동에 의한 영상의 흐트러짐으로 인하여 고해상도 카메라를 장착하는 효과가 반감되고 있어 손떨림 보정장치의 필요성이 가중되어 개발하게 되었다. 손떨림 보정은 노출시간 동안 카메라가 흔들렸을 때 발생하는 화상의 흐려짐을 방지하는 기능으로 흔들림이 심하고 노출시간이 길어지는 저조도 환경에서의 촬영 때 필요하다. 모바일 카메라 모듈은 일반 카메라와 비교하였을 때 그립이 불안정하여 흔들림이 심하게 발생하며 저조도 환경에서의 노출시간도 훨씬 길기 때문에 손떨림 보정 기능이 더욱 필요하다.
현재 이용되는 손떨림 보정장치는 디지털 손떨림 보정(Digital Image Stabilization, DIS) 방식, 전자식 손떨림 보정(Electrical Image Stabilization, EIS) 방식 및 광학식 손떨림 보정(Optical Image Stabilization, OIS) 방식의 장치로 나뉜다.
DIS(Digital Image Stabilization)방식은 메모리에 저장된 영상신호를 이용하여 손떨림을 검출/보정하는 방식이다. DIS방식에서는 이미지센서에서 생성되어 메모리에 저장된 영상신호를 이용하여 움직임벡터를 검출하고, 검출된 움직임벡터를 이용하여 메모리의 읽기 타이밍을 변경함으로써 손떨림을 보정한다. DIS 방식을 사용하면 간단한 방식으로 손떨림을 보정기능을 구현할 수 있으나, 읽기 타이밍이 변경되어 메모리로부터 읽어 낼 수 있는 영상의 크기는 유효화소영역의 크기와 동일하다. 따라서 읽어낸 영상을 디지털 줌으로 확대하여 재생/기록하여야 하고, 디지털 줌의 결과, 재생/기록되는 영상의 화질열화가 발생하는 문제점이 발생하였다.
상기 DIS의 문제점을 해결하기 위해 EIS(Electrical Image Stabilization)방식이 개발되었다. 상기 EIS 방식은 각 자이로 센서와 고화소 이미지 센서(CCD 혹은 CMOS)를 이용하여 손떨림을 검출/보정하는 방식이다. EIS방식에서는 수평/수직 자이로 센서를 이용하여 손떨림 정도와 손떨림 방향을 검출한다. 그리고 검출된 손떨림 정도와 손떨림 방향을 이용하여 고화소 이미지 센서의 출력 타이밍을 변경함으로써 손떨림을 보정하게 된다. EIS 방식의 경우, 변경된 출력 타이밍에 의해 고화소 이미지 센서에서 출력되는 영상신호에 의해 구성되는 영상은 원영상과 같은 크기이다. EIS방식에 사용되는 고화소 이미지 센서는 전체화소수가 유효화소수보다 훨씬 더 많기 때문에 EIS방식을 사용하면 재생/기록되는 영상의 화질열화가 발생하지 않는다. 그러나 EIS방식을 사용하려면 각각의 자이로 센서가 더 필요하고 고화소 이미지 센서가 필요하며, 이로 인한 제조단가가 상승요인으로 작용하는 단점이 있다.
OIS(Optical Image Stabilization)방식은 자이로 센서와 프리즘 및 고화소 이미지 센서(CCD 혹은 CMOS)을 이용하여 손떨림을 검출/보정하는 방식이다. OIS방식에서는 수평/수직 자이로 센서를 이용하여 손떨림 정도와 손떨림 방향을 검출하는 것은 상기 EIS방식과 동일하나, OIS방식은 손떨림을 보정함에 있어 고화소 이미지 센서로 입사되는 광로를 변경할 수 있는 프리즘을 이용한다는 점에서 EIS방식과 다르다. OIS방식은 액추에이터(actuator)의 형태로 카메라 모듈에 제공되며, 자동초점(Auto Focus; AF) 액추에이터와 함께 렌즈를 쉬프트(shift)한다. OIS 모듈은 렌즈 또는 렌즈를 탑재하고 있는 배럴(barrel)을 수평방향으로 쉬프트(shift)하거나 또는 카메라 자체를 요(yaw) 또는 피치(pitch) 방향으로 틸트(tilt)할 수 있는 기구적 액추에이터를 말한다. 그러나 종래의 OIS 카메라 모듈에서는, 줌(zoom)이나 AF와 같은 초점거리 변화를 고려하지 않고, 고정 초점거리에서의 렌즈 쉬프트 혹은 틸트 보정을 적용하고 있어, 초점거리가 변화할 때 기존 고정초점의 정보가 불일치하여 보정 에러가 발생하는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해 대한민국 공개특허 2012-0122466호는 카메라 모듈에 관한 것으로, AF 모듈을 수평방향으로 흔들어줄 때 OIS 모듈 액추에이터의 탄성에 주는 영향을 최소화한 카메라 모듈을 개시하였다. 그러나 상기 기술은 AF 모듈을 수평방향으로 움직이는 모듈 틸트방식을 채택하고 있어 광학계의 광축이 흔들리는 단점은 없으나, AF 모듈 전체를 X, Y축으로 흔들어야 하기 때문에, AF 모듈이 카메라 모듈의 하우징 내에서 떠 있어야 하고 모듈의 하부에 OIS 모듈을 장착함으로써 카메라 모듈의 사이즈가 커지게 되어 최근 소형화 되고 있는 카메라 모듈 기술 시장에서 시장성을 잃는 단점이 있다.
대한민국 공개특허 2012-0122466호
본원은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 렌즈부로부터 입사된 광을 반사시키는 거울부를 구비하여 카메라의 두께를 감소시키는 자동초점 장치와 손떨림 보정장치가 분리된 카메라 모듈을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 거울부를 구비하여 거울부로부터 직각으로 광이 반사되는 위치에 이미지 센서를 설치하여 자동초점장치와 손떨림 보정장치를 분리함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명은, 피사체의 상을 특정한 배율로 변환시키는 다수의 렌즈들을 구비한 렌즈부; 상기 렌즈부를 고정한 가동부; 상기 가동부를 수용하는 고정부; 상기 가동부가 광축방향으로 구동되도록 상기 가동부와 상기 고정부에 설치된 자동초점 구동부; 상기 고정부가 상기 광축과 직교되는 방향으로 이동하는 것을 감지하기 위한 변위 감지 센서; 상기 고정부의 광축방향 하단부에 위치하여 상기 렌즈부로부터 입사된 광을 직각방향으로 반사시키는 거울부; 상기 렌즈부를 통과해 거울부에서 직각으로 반사된 광이 진행하는 방향에 대향하여 위치하는 이미지센서가 설치된 회로기판부; 및 상기 회로기판부를 상기 반사된 광이 진행하는 방향축에 직교하는 방향으로 구동하기 위한 액추에이터를 포함하고, 상기 액추에이터는 상기 변위 감지 센서의 정보를 받고, 상기 고정부가 광축과 직교되는 방향으로 이동하는 것에 의한 변위를 보상하도록 구동되는, 자동초점 장치와 손떨림 보정장치가 분리된 카메라 모듈을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 거울부는 초점 가변 거울(mirror)을 포함하는, 자동초점 장치와 손떨림 보정장치가 분리된 카메라 모듈을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 자동초점 구동부는 자석과 보이스코일, 압전소자 또는 형상기억합금인, 자동초점 장치와 손떨림 보정장치가 분리된 카메라 모듈을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 액추에이터는 자석과 보이스코일, 압전소자 또는 형상기억합금인, 자동초점 장치와 손떨림 보정장치가 분리된 카메라 모듈을 제공한다.
본 발명은 손떨림 보정장치를 카메라 모듈의 옆면에 설치하여 자동초점장치와 손떨림 보정장치를 분리함으로써 카메라 두께를 감소시켜 초소형화 되고 있는 카메라 모듈 시장에서의 시장성을 높이는 효과가 있다.
도 1은 자동초점장치와 손떨림 보정장치가 분리된 카메라 모듈의 개요도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
여기서, 본원의 실시 형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 붙이고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한 양태에서 본 발명은 도 1에서 도시한 바와 같이 피사체의 상을 특정한 배율로 변환시키는 다수의 렌즈들을 구비한 렌즈부(10); 상기 렌즈부(10)를 고정한 가동부(20); 상기 가동부(20)를 수용하는 고정부(30); 상기 가동부(20)가 광축(100)방향으로 구동되도록 상기 가동부(20)와 상기 고정부(30)에 설치된 자동초점 구동부(40); 상기 고정부(30)가 상기 광축(100)과 직교되는 방향으로 이동하는 것을 감지하기 위한 변위 감지 센서(50); 상기 고정부(30)의 광축(100)방향 하단부에 위치하여 상기 렌즈부(10)로부터 입사된 광을 직각방향으로 반사시키는 거울부(60); 상기 렌즈부(10)를 통과해 거울부(60)에서 직각으로 반사된 광이 진행하는 방향에 대향하여 위치하는 이미지센서(70)가 설치된 회로기판부(80); 및 상기 회로기판부(80)를 상기 반사된 광이 진행하는 방향축에 직교하는 방향으로 구동하기 위한 액추에이터(90)를 포함하고, 상기 액추에이터(90)는 상기 변위 감지 센서의 정보를 받고, 상기 고정부(30)가 광축(100)과 직교되는 방향으로 이동하는 것에 의한 변위를 보상하도록 구동되는, 자동초점 장치와 손떨림 보정장치가 분리된 카메라 모듈이다.
상기 렌즈부(10)는 적어도 1매 이상의 렌즈들이 순차적으로 배치될 수 있는데, 상기 렌즈들의 사이에는 필요에 따라, 셔터나 조리개와 같은 광학 기구물들이 개재되는 것도 가능하다.
상기 회로기판부(80)는 상부면에 이미지 센서가 실장 되며, 변위 감지 센서의 정보를 받고, 상기 고정부(30)가 광축(100)과 직교되는 방향으로 이동하는 것에 의한 변위를 보상하도록 구동되는 액추에이터(90)를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 반사부는 초점 가변 거울(mirror)을 포함한다. 초점 가변 거울이란 다수의 거울(mirror)로 구성된 회절 소자로서 다수의 거울(mirror) 각각을 제어함으로써 입사되는 광의 초점을 가변시켜 반사시키는 소자이다. 초점 가변 거울(mirror)은 렌즈부(10)를 통과한 광을 수직 방향(도면에서 y축 방향)으로 변화시킨다. 상기 초점 가변 거울은 상기 반사부의 거울은 상기 고정부(30)의 광축(100) 방향 하단부에 위치하여 상기 렌즈부(10)로부터 입사된 광을 직각방향으로 반사시켜 이미지 센서에 상을 맺게 한다.
상기 자동초점 구동부(40)는 자석과 보이스코일, 압전소자 또는 형상기억합금이다.
상기 보이스 코일을 이용한 방식은 일반 카메라와 달리 크기제약이 심한 휴대폰용 카메라 모듈에 주로 쓰이며, 마그네트와 코일 사이에 작용하는 전자기력을 이용하여 보빈을 상하 이동시키며, 보빈에 고정된 렌즈의 상하 이동에 따라 자동 초점 조절, 자동 배율 조정, 손떨림 방지 등의 기능이 수행된다. 또한, Moving Coil형 선형 액추에이터(90)의 일종으로 구조가 간단하고 발생력이 전류에 비례하여 선형적으로 발생하여 제어가 간단하며, 내환경성 및 내구성이 우수한 특성이 있고, 렌즈의 이동과 같이 비교적 짧은 거리를 정밀하게 직선으로 이동시키는 액추에이터(90)로서 적합하다.
상기 압전소자 방식은 압전(piezoelectric) 세라믹으로 초소형 정밀 모터를 만든 뒤 모터의 구동을 초음파를 이용하는 방식으로, 기존의 스테핑 모터 방식에 비해 부피가 작아지는 장점이 있으나, 히스테리시스와 마찰부위가 빨리 마모되는 단점이 있다. 여러 가지 방식의 압전 세라믹 모터가 개발되고 있으나 현재 공식적으로 발표된 방식은 많지 않은 실정이다. 최근 개발된 압전소자 모터는 압전 세라믹 재료를 헬리컬 형태로 제작함으로써 길이를 길게 하여 단위 전압에 대한 변형량을 충분히 크게 할 수 있다.
또한, 본 발명에서 형상기억합금(shape memory alloy)이란, 일정한 전이온도 이하에서는 마르텐사이트(Martensite) 상(phase)을 가져서 형상의 변형이 일어날 수 있으나, 이러한 변형이 일어난 후에 다시 위의 천이온도 이상으로 온도가 상승하는 경우에 오스테나이트(austenite) 상으로 상변이가 일어나서 종전의 형상으로 되돌아가는 성질을 가진 소재이다. 이러한 형상기억합금을 이용하여 액추에이터(90)를 제작하면, 무게가 가볍고, 값싸고, 소음이 없는 등 장점이 많아서, 다양한 부품분야에서 솔레노이드나 모터 등을 대체하고 있다.
또한, 본 발명의 일구현예에서, 상기 액추에이터(90)는 자석과 보이스코일, 압전소자 또는 형상기억합금이다. 상기 액추에이터(90)는 렌즈부(10), 가동부(20), 및 자동초점 구동부(40)의 옆면에 위치한 회로기판부(80)에 장착되며 카메라의 두께에 영향을 주지 않으므로 점차 박형화 및 경량화를 이루고 있는 최근 카메라의 추세와 일치한다. 또한, 자동초점 구동부(40)(40)에 의해 구동되는 렌즈부(10)의 무게에도 영향을 주지 않으므로, 렌즈부(10)의 상하 구동시 소모되는 전류의 양에도 영향을 주지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 카메라 모듈의 손떨림 보정방법은 다음과 같다. X축 변화를 감지하는 변위 감지 센서(X축)(51)와 Y축 변화를 감지하는 변위 감지 센서(Y축)(52)이 서로 직교하게 마주보게 설치된 변위 감지 센서(50)에 의해 고정부(30)의 변위 이동이 감지되면 제어작동부로 신호가 전송되고, 제어작동부에서 감지된 신호에 따라 액추에이터(90)가 작동한다. 즉, 피사체의 상을 촬영하는 도중에 촬영기기를 잡은 사용자의 손떨림이 변위 감지 센서(50)에 의해 감지되면 제어작동부에 전달되어, 렌즈부(10)를 X-Y방향으로 이동시킴으로써 렌즈의 초점을 맞춘다. 상기와 같이 손떨림이 고정부(30)에 전달되더라도 액추에이터(90)의 상쇄 움직임에 의해 고정부(30)가 항상 기준위치에 있게 되므로, 렌즈부(10)를 통과하여 이미지센서(70)에 촬상되는 피사체의 상은 항상 선명하게 된다.
이상에서 본원의 예시적인 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본원의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본원의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본원의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.
10. 렌즈부
20. 가동부
30. 고정부
40. 자동초점구동부
50. 변위 감지 센서
51. 변위 감지 센서(X축)
52. 변위 감지 센서(Y축)
60. 거울부
70. 이미지센서
80. 회로기판부
90. 액추에이터
100. 광축
110. 광경로

Claims (4)

  1. 피사체의 상을 특정한 배율로 변환시키는 다수의 렌즈들을 구비한 렌즈부;
    상기 렌즈부를 고정한 가동부;
    상기 가동부를 수용하는 고정부;
    상기 가동부가 광축방향으로 구동되도록 상기 가동부와 상기 고정부에 설치된 자동초점 구동부;
    상기 고정부가 상기 광축과 직교되는 방향으로 이동하는 것을 감지하기 위한 변위 감지 센서;
    상기 고정부의 광축방향 하단부에 위치하여 상기 렌즈부로부터 입사된 광을 직각방향으로 반사시키는 거울부;
    상기 렌즈부를 통과해 거울부에서 직각으로 반사된 광이 진행하는 방향에 대향하여 위치하는 이미지센서가 설치된 회로기판부; 및
    상기 회로기판부를 상기 반사된 광이 진행하는 방향축에 직교하는 방향으로 구동하기 위한 액추에이터를 포함하고,
    상기 액추에이터는 상기 변위 감지 센서의 정보를 받고, 상기 고정부가 광축과 직교되는 방향으로 이동하는 것에 의한 변위를 보상하도록 구동되는,
    자동초점 장치와 손떨림 보정장치가 분리된 카메라 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 거울부는 초점 가변 거울(mirror)을 포함하는,
    자동초점 장치와 손떨림 보정장치가 분리된 카메라 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 자동초점 구동부는 자석과 보이스코일, 압전소자 또는 형상기억합금인,
    자동초점 장치와 손떨림 보정장치가 분리된 카메라 모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 액추에이터는 자석과 보이스코일, 압전소자 또는 형상기억합금인,
    자동초점 장치와 손떨림 보정장치가 분리된 카메라 모듈.
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