KR20160080509A

KR20160080509A - 조도 센서 모듈

Info

Publication number: KR20160080509A
Application number: KR1020140192421A
Authority: KR
Inventors: 정필호; 유호식
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2016-07-08
Also published as: CN105737976A; US20160187195A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈은 렌즈의 초점이 맺히는 위치에 시야 조리개를 배치하여 일정 화각 이내의 빛만 입사되도록 할 수 있으며, 상기 렌즈와 조도 센서 사이에 디퓨져를 배치하여 상기 렌즈를 통해 입사된 빛을 산란시켜 상기 빛이 균일한 에너지 세기 분포를 갖도록 할 수 있다.

Description

조도 센서 모듈{Illuminance sensor module}

본 발명은 조도 센서 모듈에 관한 것이다.

최근 이동통신 기기와 같은 휴대 단말기는 이용의 편리성과 휴대의 용이성 등으로 인하여 매우 폭넓은 분야에서 이용되고 있으며, 문자 메시지 송수신 기능, 사진 촬영 기능, 음악 감상 기능, 디지털 방송 서비스 기능, 이메일(E-mail) 서비스 기능, 인스턴트 메신저(Instant Messenger) 서비스 기능 등과 같은 다양한 기능을 제공하고 있다.

특히, 최근에는 외부 밝기에 따라 휴대 단말기의 디스플레이부의 밝기를 조절하기 위하여 조도 센서를 포함하는 휴대 단말기가 증가하고 있다.

즉, 주변 환경이 밝을 경우(외부 조도가 높을 경우)에는 가독성 향상을 위하여 휴대 단말기의 디스플레이부의 밝기를 증가시키고, 주변 환경이 어두운 경우(외부 조도가 낮을 경우)에는 휴대 단말기의 디스플레이부의 밝기를 상대적으로 낮게 설정할 수 있다.

이와 같이, 주변 환경의 조도를 측정하기 위하여 조도 센서가 사용되게 되는데, 조도 센서에 빛이 균일하게 입사되지 않을 경우에는 정확한 조도를 측정하기 어렵다는 문제가 있다.

또한, 최근의 휴대 단말기의 소형화 추세에 비추어 조도 센서의 크기를 줄일 필요도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 목적은 조도 센서에 도달되는 빛이 균일한 에너지 세기 분포를 갖도록 하는 조도 센서 모듈을 제공하는 것이다.

또한, 조도 센서 모듈의 전체 높이를 줄일 수 있는 조도 센서 모듈을 제공하는 것이다.

또한, 상기 디퓨져와 상기 조도 센서 사이의 거리를 조절하여 상기 렌즈를 통해 입사된 빛이 균일한 에너지 세기 분포를 가지면서도 상기 빛의 에너지 세기 자체가 저감되는 것을 방지할 수 있으며, 조도 센서 모듈을 슬림하게 구현할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈에 의하면, 조도 센서에 도달되는 빛이 균일한 에너지 세기 분포를 갖도록 할 수 있다.

또한, 조도 센서 모듈의 전체 높이를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈의 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈에서 시야 조리개의 위치가 변경된 모습을 나타낸 구성도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈에 제공되는 렌즈 특성을 나타낸 표이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈의 특성을 나타내는 표이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

아울러, 명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

또한, 전방이라 함은 조도 센서 모듈에서 광원 측에 가까운 쪽을 의미하고, 후방이라 함은 조도 센서 모듈에서 조도 센서에 가까운 쪽을 의미한다.

렌즈에서 제1 면은 광원 측에 가까운 면(또는, 광원측 면)을 의미하고, 제2 면은 조도 센서측에 가까운 면(또는, 센서측 면)을 의미한다.

아울러, 이하에서 설명하는 EFL, X, SD, TTL, 구경 조리개의 직경, 시야 조리개의 직경, 디퓨져의 두께, 조도 센서의 두께 및 기판의 두께의 단위는 mm이며, 화각(FOV)의 단위는 degree이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈에서 시야 조리개의 위치가 변경된 모습을 나타낸 구성도이다.

또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈에 제공되는 렌즈 특성을 나타낸 표이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈의 특성을 나타내는 표이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈은 구경 조리개(AS, Aperture Stop), 렌즈(L), 시야 조리개(FS, Field Stop), 디퓨져(10, Diffuser), 조도 센서(20, Sensor) 및 기판(30, PCB)을 포함한다.

또한, 도면에 도시되지는 않았으나, 하우징이 제공되며 상기 구경 조리개(AS), 상기 렌즈(L), 상기 시야 조리개(FS), 상기 디퓨져(10), 상기 조도 센서(20) 및 상기 기판(30)은 광원 측으로부터 순서대로 상기 하우징 내에 고정 배치된다.

상기 렌즈(L)는 양면이 볼록한 형상이다. 예를 들어, 상기 렌즈(L)의 제1 면과 제2 면은 모두 볼록한 형상일 수 있다.

따라서, 상기 렌즈(L)는 정의 굴절력을 가진다.

다만, 상기 렌즈(L)의 형상은 이에 한정되지 않으며, 상기 렌즈(L)가 정의 굴절력을 가지도록 상기 렌즈(L)의 중심부의 두께가 주변부의 두께보다 두껍게 형성되는 형상으로 제공될 수 있다.

상기 렌즈(L)는 구면 수차의 영향을 최소화할 수 있도록 광원측 면과 센서측 면 중 적어도 하나가 비구면일 수 있다.

또한, 상기 렌즈(L)를 플라스틱 재질로 구현하여 상기 렌즈(L)의 제조 비용을 줄일 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있다.

상기 렌즈(L)의 전방에는 상기 구경 조리개(AS)가 배치된다. 상기 구경 조리개(AS)에 의하여 상기 조도 센서 모듈에 입사되는 빛의 양을 조절할 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 상기 구경 조리개(AS)로부터 상기 렌즈의 광원측 면까지의 거리(SD)는 0.3 mm이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈의 FNO.는 2.2와 같거나 작을 수 있다.

상기 FNO.는 구경비(Aperture Ratio)의 역수로서, 구경비(Aperture Ratio)란 '렌즈의 유효구경과 초점거리의 비'를 의미한다.

상기 FNO.가 작을수록 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈에 입사되는 빛의 양이 더 많아지게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈에서는 상기 렌즈(L)의 전방에 상기 구경 조리개(AS)가 배치되므로, 상기 렌즈(L)의 유효구경은 상기 구경 조리개(AS)의 직경에 의하여 정해지게 된다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈은 조건식 1을 만족한다.

[조건식 1]

ASD/EFL ≥ 0.45

조건식 1에서 ASD는 상기 구경 조리개(AS)의 직경을 의미하고, EFL은 상기 렌즈(L)의 초점거리를 의미한다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈에서, 구경비는 ASD/EFL로 나타낼 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서 구경비(ASD/EFL)는 0.45와 같거나 0.45보다 클 수 있으므로, 구경비(ASD/EFL)의 역수인 FNO.는 2.2와 같거나 2.2보다 작게 된다.

상기 조도 센서(20)는 빛을 검출할 수 있는 센서이다.

상기 조도 센서(20)는 빛 입력에 대응하여 전기적 신호(예컨대 전압 신호)를 출력할 수 있다.

즉, 상기 조도 센서(20)는 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈에 입사된 빛을 통해 주변 환경의 조도를 측정할 수 있으며, 상기 조도 센서(20)가 상기 기판(30)에 실장되어 센서 패키지를 구성하게 된다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 상기 조도 센서(20)의 두께는 0.6 mm이고, 상기 기판(30)의 두께는 0.4 mm이다. 따라서, 센서 패키지의 전체 두께는 1.0 mm가 된다.

한편, 상기 조도 센서(20)는 근접 센싱을 위하여도 사용될 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈은 근접 센싱을 위한 발광부(미도시)를 별도로 구비할 수 있다.

여기서, 상기 조도 센서(20)의 출력(예컨대 전압)을 살펴보면, 외부의 빛(자연광)이 입사되는 경우 빛의 세기에 대응하여 연속적인 형태로 전기적 신호가 출력되고, 상기 발광부에서 발광되는 빛이 입사되는 경우 일정 주기로 온/오프되는 형태로 출력된다.

즉, 사용자 또는 임의의 물체가 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈에 근접할 경우에는 상기 발광부의 빛이 근접한 사용자 또는 임의의 물체에 반사되어 상기 조도 센서 모듈에 입사되며, 이때 외부의 빛(자연광)은 사용자 또는 임의의 물체에 가려져 상대적으로 입사되는 양이 작아지게 된다.

따라서, 사용자 또는 임의의 물체가 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈에 근접할 경우에는 외부의 빛(자연광)에 비하여 상기 발광부의 빛이 강하게 되므로, 상기 조도 센서 모듈의 출력 형태를 확인함으로써 근접 센싱을 위하여도 사용될 수 있는 것이다.

한편, 상기 렌즈(L)는 굴절력을 가지므로, 상기 렌즈(L)를 통과한 빛이 직접적으로 상기 조도 센서(20)에 수광될 경우에는 상기 빛이 균일하게 상기 조도 센서(20)에 수광되기 어렵다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈에는 상기 디퓨져(10)가 제공된다.

상기 렌즈(L)와 상기 조도 센서(20) 사이에는 상기 디퓨져(10)가 배치된다.

상기 디퓨저(10)는 상기 렌즈(L)를 통해 입사된 빛이 상기 조도 센서(20)에 수광되기 전에 상기 빛을 산란시키게 된다.

따라서, 상기 디퓨져(10)에 의하여 상기 조도 센서(20)에 입사되는 빛은 균일한 에너지 세기 분포를 가질 수 있다.

그러나, 상기 디퓨져(10)와 상기 조도 센서(20) 사이의 거리가 너무 짧을 경우에는 상기 조도 센서(20)에 입사되는 빛의 에너지 세기 분포가 균일하지 않게 되고, 상기 디퓨져(10)와 상기 조도 센서(20) 사이의 거리가 너무 길 경우에는 상기 조도 센서(20)에 입사되는 빛의 에너지 세기 자체가 저감될 수 있다.

따라서, 상기 디퓨져(10)와 상기 조도 센서(20) 사이의 거리를 설정할 필요가 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈은 조건식 2를 만족한다.

[조건식 2]

0.5 < X < 2.0

조건식 2에서 X는 상기 디퓨져(10)와 상기 조도 센서(20) 사이의 거리를 의미한다.

상기 디퓨져(10)와 상기 조도 센서(20) 사이의 거리(X)가 상기 조건식 2의 범위를 벗어날 경우에는, 상기 조도 센서(20)에 입사되는 빛이 균일한 에너지 세기 분포를 갖기 어렵거나 균일한 에너지 세기 분포를 갖더라도 상기 조도 센서(20)에 입사되는 빛의 에너지 세기가 저감되어 상기 조도 센서(20)의 수광 효율이 좋지 않게 된다.

또한, 상기 디퓨져(10)와 상기 조도 센서(20) 사이의 거리(X)가 2.0 mm 이상일 경우에는 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈의 높이(즉, 상기 구경 조리개(AS)로부터 상기 기판(30)까지의 거리)가 전체적으로 커지게 되는 문제도 있다.

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈은 조건식 2를 만족하도록 상기 디퓨져(10)와 상기 조도 센서(20) 사이의 거리(X)를 조절하여 상기 조도 센서(20)에 입사되는 빛의 에너지 세기를 적절하게 유지하면서도 상기 빛이 균일한 에너지 세기 분포를 갖도록 할 수 있다.

또한, 조건식 2를 만족하도록 상기 디퓨져(10)와 상기 조도 센서(20) 사이의 거리(X)를 조절하여 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈을 슬림하게 구현할 수 있다.

한편, 상기 렌즈(L)에 의해 초점이 맺히는 위치에는 상기 시야 조리개(FS)가 배치된다.

따라서, 상기 시야 조리개(FS)에 의하여 일정 화각 이내의 빛만 상기 조도 센서(20)에 수광되도록 할 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈은 조건식 3을 만족한다.

[조건식 3]

FOV > 30

조건식 3에서 FOV는 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈의 화각을 의미하고, 상기 화각(FOV)의 단위는 deree이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈은 조건식 4를 만족한다.

[조건식 4]

FSD > 0.5895

조건식 4에서 ASD는 상기 시야 조리개(FS)의 직경(FSD)을 의미한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 상기 렌즈(L)의 화각(FOV)은 32°이다.

또한, 상기 렌즈(L)의 화각(FOV)이 32°가 되도록 하기 위한 시야 조리개(FS)의 직경(FSD)은 0.6308 mm이다.

다만, 상기 렌즈(L)의 화각(FOV) 및 상기 시야 조리개(FS)의 직경은 이에 한정되지 않으며, 상기 조건식 3 및 상기 조건식 4의 범위를 만족하는 범위에서 정해질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈에서는 상기 시야 조리개(FS)가 상기 렌즈(L)의 초점이 맺히는 위치에 배치된다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 상기 렌즈(L)의 광원측 면으로부터 상기 렌즈(L)에 의해 초점이 맺히는 위치까지의 거리(TTL)는 1.4 mm이다.

따라서, 상기 시야 조리개(FS)는 상기 렌즈(L)의 광원측 면으로부터 1.4 mm 거리에 배치된다.

상기 시야 조리개(FS)에 의하여 일정 화각을 초과하는 빛은 차단되므로, 본 발명의 일 실시예에서 상기 시야 조리개(FS)의 직경을 0.6308 mm가 되도록 하여 상기 렌즈(L)의 화각(FOV)이 32°가 되도록 설정될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈은 32°이내의 화각의 빛만 상기 조도 센서(20)에 수광되도록 할 수 있으므로, 불필요한 주변의 광량에 의해 센싱 오차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 시야 조리개(FS)에 의해 32°이내의 화각의 빛만 상기 디퓨져(10)를 통과할 수 있고, 상기 디퓨져(10)에 의해 상기 조도 센서(20)에 수광되는 빛이 균일한 에너지 세기 분포를 갖도록 할 수 있다.

한편, 상기 시야 조리개(FS)는 상기 렌즈(L)에 의해 초점이 맺히는 위치에 배치되므로, 상기 시야 조리개(FS)는 상기 렌즈(L)의 초점거리에 따라 상기 디퓨져(10)와 밀착되거나 상기 디퓨져(10)와 이격 배치될 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 상기 시야 조리개(FS)가 상기 디퓨져(10)와 밀착된 경우의 조도 센서 모듈의 특성이 나타나 있다.

상기 구경 조리개(AS)로부터 상기 렌즈의 광원측 면까지의 거리(SD)는 0.3 mm이고, 상기 렌즈(L)의 광원측 면으로부터 상기 렌즈(L)에 의해 초점이 맺히는 위치까지의 거리(TTL)는 1.4 mm이다.

또한, 상기 디퓨져(10)의 두께는 0.125 mm이고, 상기 디퓨져(10)와 상기 조도 센서(20) 사이의 거리(X)는 1.975 mm이다.

또한, 상기 조도 센서(20)의 두께는 0.6 mm이고, 상기 조도 센서(20)가 실장되는 상기 기판(30)의 두께는 0.4 mm이다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈은 상기 구경 조리개(AS)로부터 상기 기판(30) 까지의 총 길이가 4.8 mm가 되도록 구성될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈은 상기 조도 센서(20)에 일정 화각의 빛을 균일하게 수광시킬 수 있으면서도 슬림하게 구현할 수 있다.

이상의 실시예를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 조도 센서 모듈에 의하면, 조도 센서에 도달되는 빛이 균일한 에너지 세기 분포를 갖도록 할 수 있다.

또한, 조도 센서 모듈의 전체 높이를 줄일 수 있다.

상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.

AS: 구경 조리개
L: 렌즈
FS: 시야 조리개
10: 디퓨져
20: 조도 센서
30: 기판

Claims

광원으로부터 순서대로,
굴절력을 갖는 렌즈;
상기 렌즈를 통해 입사된 빛을 산란시키는 디퓨져; 및
상기 디퓨져를 통과한 빛을 수광하는 조도 센서;를 포함하며,
상기 렌즈에 의해 초점이 맺히는 위치에 시야 조리개가 배치되는 조도 센서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 렌즈는 정의 굴절력을 갖는 조도 센서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 렌즈의 전방에는 빛의 양을 조절하는 구경 조리개가 배치되는 조도 센서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 렌즈는 적어도 한 면이 비구면인 조도 센서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 렌즈는 플라스틱 재질인 조도 센서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 렌즈의 화각을 FOV라 할 때,
FOV > 30을 만족하는 조도 센서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 디퓨져와 상기 센서 사이의 거리를 X라 할 때,
0.5 < X < 2.0을 만족하는 조도 센서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 시야 조리개의 직경을 FSD라 할 때,
FSD > 0.5895를 만족하는 조도 센서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 시야 조리개는 상기 디퓨져와 밀착되는 조도 센서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 시야 조리개는 상기 디퓨져와 이격 배치되는 조도 센서 모듈.
제1항에 있어서,
상기 디퓨져를 통과한 빛이 상기 센서에 수광될 때 상기 빛이 균일한 세기분포를 갖는 조도 센서 모듈.
광원으로부터 순서대로,
굴절력을 갖는 렌즈;
상기 렌즈를 통해 입사된 빛을 산란시키는 디퓨져; 및
상기 디퓨져를 통과한 빛을 수광하는 조도 센서;를 포함하며,
상기 렌즈의 전방에는 빛의 양을 조절하는 구경 조리개가 배치되고,
상기 렌즈에 의해 초점이 맺히는 위치에는 시야 조리개가 배치되며,
상기 구경 조리개의 직경을 ASD, 상기 렌즈의 초점거리를 EFL이라 할 때,
ASD/EFL ≥ 0.45를 만족하는 조도 센서 모듈.
제12항에 있어서,
상기 렌즈는 정의 굴절력을 갖는 조도 센서 모듈.
제12항에 있어서,
상기 렌즈는 양면이 비구면이고, 플라스틱 재질로 이루어지는 조도 센서 모듈.
제12항에 있어서,
상기 렌즈의 화각을 FOV라 할 때,
FOV > 30을 만족하는 조도 센서 모듈.
제12항에 있어서,
상기 디퓨져와 상기 센서 사이의 거리를 X라 할 때,
0.5 < X < 2.0을 만족하는 조도 센서 모듈.
제12항에 있어서,
상기 시야 조리개의 직경을 FSD라 할 때,
FSD > 0.5895를 만족하는 조도 센서 모듈.
제12항에 있어서,
상기 디퓨져를 통과한 빛이 상기 센서에 수광될 때 상기 빛이 균일한 세기분포를 갖는 조도 센서 모듈.