KR20180088235A - 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈 및 이를 포함하는 광학 기기 - Google Patents

액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈 및 이를 포함하는 광학 기기 Download PDF

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Abstract

실시예는 제1 렌즈부; 상기 제1 렌즈부 아래에 배치되는 액체 렌즈; 상기 액체 렌즈 아래에 배치되는 제2 렌즈부; 상기 제1 렌즈부와 액체 렌즈 및 제2 렌즈부를 수용하고, 측면에 상기 액체렌즈를 삽입하기 위한 홀, 및 내부에 상기 액체 렌즈가 배치되는 액체 렌즈 수용부를 포함하는 홀더; 및 상기 제2 렌즈부의 아래에 배치되는 이미지 센서를 포함하는 센서 기판을 포함하고, 상기 제1 렌즈부의 하부면과 상기 액체 렌즈의 상부면이 면접촉하고, 상기 액체 렌즈의 하부면과 상기 제2 렌즈부의 상부면이 면접촉하며, 상기 액체 렌즈의 광축에 수직한 방향의 크기는 상기 제1 렌즈부 또는 상기 제2 렌즈부를 이루는 각각의 렌즈의 크기보다 큰 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈을 제공한다.

Description

액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈 및 이를 포함하는 광학 기기{CAMERA MODULE INCLUDING LIQUID LENS AND OPTICAL DEVICE INCLUDING THE SAME}
실시예는 카메라 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈과 이를 포함하는 광학 기기에 관한 것이다.
휴대용 장치의 사용자는 고해상도를 가지며 크기가 작고 다양한 촬영 기능(오토포커싱(Auto-Focusing, AF) 기능, 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(Optical Image Stabilizer, OIS) 기능 등)을 가지는 광학 기기를 원하고 있다. 이러한 촬영 기능은 여러 개의 렌즈를 조합해서 직접 렌즈를 움직이는 방법을 통해 구현될 수 있으나, 렌즈의 수를 증가시킬 경우 광학 기기의 크기가 커질 수 있다.
오토 포커스와 손떨림 보정 기능은, 렌즈 홀더에 고정되어 광축이 정렬된 여러 개의 렌즈 모듈이, 광축 또는 광축의 수직 방향으로 이동하거나 틸팅(Tilting)하여 수행되고, 렌즈 모듈을 구동시키기 위해 별도의 렌즈 구동 장치가 사용된다. 그러나 렌즈 구동 장치는 전력 소모가 높으며, 렌즈 모듈 구동을 위해 마그넷과 코일 등의 구동 부재가 필요하고 렌즈 모듈의 구동 범위에 대응하여 렌즈 모듈의 구동을 위한 여유 공간이 필요하므로 전체 카메라 모듈 및 광학기기의 두께가 두꺼워 진다.
따라서, 두 가지 액체의 계면의 곡률을 전기적으로 조절하여 오토 포커스와 손떨림 보정 기능을 수행하는 액체 렌즈에 대한 연구가 이루어지고 있다.
실시예는 액체 렌즈를 이용하여 AF 또는 OIS를 수행할 수 있는 카메라 모듈 및 광학기기를 제공하고자 한다.
실시예는 액체 렌즈를 이용하는 카메라 모듈 및 광학 기기에서, 부피가 작고 공차 관리에 유리하며 외부 충격에 강한 장치를 제공하고자 한다.
실시예는 제1 렌즈부; 상기 제1 렌즈부 아래에 배치되는 액체 렌즈; 상기 액체 렌즈 아래에 배치되는 제2 렌즈부; 상기 제1 렌즈부와 액체 렌즈 및 제2 렌즈부를 수용하고, 측면에 상기 액체렌즈를 삽입하기 위한 홀, 및 내부에 상기 액체 렌즈가 배치되는 액체 렌즈 수용부를 포함하는 홀더; 및 상기 제2 렌즈부의 아래에 배치되는 이미지 센서를 포함하는 센서 기판을 포함하고, 상기 제1 렌즈부의 하부면과 상기 액체 렌즈의 상부면이 면접촉하고, 상기 액체 렌즈의 하부면과 상기 제2 렌즈부의 상부면이 면접촉하며, 상기 액체 렌즈의 광축에 수직한 방향의 크기는 상기 제1 렌즈부 또는 상기 제2 렌즈부를 이루는 각각의 렌즈의 크기보다 큰 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈을 제공한다.
홀더는 내부에서 광축을 향해 돌출되는 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부의 일면은 상기 액체렌즈의 하면의 일부와 대면하고, 상기 돌출부 타면의 적어도 일부는 상기 제2 렌즈부의 적어도 하나의 고체렌즈의 측면과 대면할 수 있다.
제1 렌즈부는 제1 렌즈와 제2 렌즈를 포함하고, 상기 제2 렌즈의 하부면이 상기 액체 렌즈의 상부면과 면접촉할 수 있다.
제2 렌즈부는 제3 렌즈 내지 제5 렌즈를 포함하고, 상기 제3 렌즈의 상부면이 상기 액체 렌즈의 하부면과 면접촉할 수 있다.
액체 렌즈는, 전도성의 제1 액체와 비전도성의 제2 액체를 수용하는 캐비티를 포함하는 제1 플레이트; 상기 제1 플레이트 상부에 배치되는 제1 전극; 상기 제1 플레이트 하부에 배치되는 제2 전극; 상기 제1 전극 상부에 배치되는 제2 플레이트; 및 상기 제2 전극 하부에 배치되는 제3 플레이트;를 포함하고, 상기 제1 렌즈부의 하부면이 상기 제2 플레이트의 상부면과 면접촉하고, 상기 제2 렌즈부의 상부면이 상기 제3 플레이트의 하부면과 면접촉할 수 있다.
제1 렌즈부와 상기 제2 렌즈부는 글라스 또는 플라스틱 계열의 렌즈로 이루어질 수 있다.
캐비티는 상기 제2 플레이트 방향의 제1 개구부와 상기 제3 플레이트 방향의 제2 개구부를 포함하고, 상기 제1 개구부의 광축에 수직한 방향의 크기가 상기 제2 개구부의 상기 광축에 수직한 방향의 크기보다 클 수 있다.
캐비티는 상기 제2 플레이트 방향의 제1 개구부와 상기 제3 플레이트 방향의 제2 개구부를 포함하고, 상기 제1 렌즈부의 상기 액체 렌즈와 접촉하는 렌즈의 상기 액체 렌즈와 접촉하는 면은 상기 제1 개구부 또는 제2 개구부 중 광축에 수직한 방향으로의 크기가 큰 개구부와 광축에 평행한 방향상에서 중첩되어 배치될 수 있다.
캐비티는 상기 제2 플레이트 방향의 제1 개구부와 상기 제3 플레이트 방향의 제2 개구부를 포함하고, 상기 제2 렌즈부의 상기 액체 렌즈와 접촉하는 렌즈의 상기 액체 렌즈와 접촉하는 면은 상기 제1 개구부 또는 제2 개구부 중 광축에 수직한 방향으로의 크기가 작은 개구부와 광축에 평행한 방향상에서 비중첩될 수 있다.
액체 렌즈 수용부의 광축에 평행한 방향의 높이는 상기 액체 렌즈의 광축에 평행한 방향의 높이보다 클 수 있다.
캐비티는 상기 제2 플레이트 방향의 제1 개구부와 상기 제3 플레이트 방향의 제2 개구부를 포함하고, 상기 제1 개구부의 광축에 수직한 방향의 크기가 상기 제2 개구부의 상기 광축에 수직한 방향의 크기보다 작을 수 있다.
제1 개구부의 광축에 수직한 방향의 크기는, 상기 액체 렌즈와 접촉하는 상기 제1 렌즈부 렌즈의 광축을 포함하는 곡면 영역인 렌즈 중심부의 광축에 수직한 방향의 크기보다 클 수 있다.
제2 개구부의 광축에 수직한 방향의 크기는, 상기 액체 렌즈와 접촉하는 상기 제2 렌즈부 렌즈의 광축을 포함하는 곡면 영역인 렌즈 중심부의 광축에 수직한 방향의 크기보다 클 수 있다.
제1 렌즈부가 수용되는 영역에서 상기 홀더의 내벽은 단차 구조를 가지고, 상기 단차 구조에서 상기 제1 렌즈와 제2 렌즈의 가장 자리 영역이 접촉할 수 있다.
제2 렌즈부가 수용되는 영역에서 상기 홀더의 내벽은 단차 구조를 가지고, 상기 단차 구조에서 상기 제3 렌즈 내지 제5 렌즈의 가장 자리 영역이 접촉할 수 있다.
다른 실시예는 제1 렌즈부와, 상기 제1 렌즈부 아래에 배치되는 액체 렌즈와, 상기 액체 렌즈 아래에 배치되는 제2 렌즈부와, 상기 제1 렌즈부와 액체 렌즈 및 제2 렌즈부를 수용하는 홀더, 상기 제2 렌즈부의 아래에 배치되는 이미지 센서를 포함하는 센서 기판, 상기 촬상 렌즈를 통과한 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과하는 필터, 및 상기 필터를 투과한 빛을 수용하는 수광 소자를 포함하는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈; 상기 카메라 모듈을 통하여 입사된 이미지를 전기적인 신호로 변환하는 제어부; 및 상기 전기적인 신호에 의하여 색이 변화하는 복수 개의 픽셀로 이루어지는 디스플레이 모듈을 포함하고, 상기 홀더는 상기 제1 렌즈부로부터 입사되어 상기 제2 렌즈부로 진행하는 광의 광축 방향으로 관통 홀이 형성되고, 상기 홀더의 내부에 액체 렌즈 수용부가 형성되고, 상기 액체 렌즈 수용부에 대응하는 상기 홀더의 측면이 오픈되고, 상기 액체 렌즈는 상기 액체 렌즈 수용부에 배치되고, 상기 관통 홀의 내부에서 상기 제1 렌즈부의 하부면과 상기 액체 렌즈의 상부면이 면접촉하고, 상기 액체 렌즈의 하부면과 상기 제2 렌즈부의 상부면이 면접촉하며, 상기 액체 렌즈의 광축에 수직한 방향의 크기는 상기 제1 렌즈부 또는 상기 제2 렌즈부를 이루는 각각의 렌즈의 크기보다 큰 광학 기기를 제공한다.
실시예에 따른 액체 렌즈와 이를 포함하는 카메라 모듈은 액체 렌즈가 고체 렌즈인 제1,2 렌즈부와 접촉하며 내부에서 고정될 수 있다. 그리고, 액체 렌즈가 별도의 하우징 없이 제1,2 렌즈부와 직접 접촉하며 배치되어, 카메라 모듈의 부피가 감소할 수 있다.
도 1은 카메라 모듈의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 2a 및 도 2b는 도 1의 카메라 모듈의 액체 렌즈를 나타낸 도면이고,
도 3a 및 도 3b는 도 2의 액체 렌즈의 제1 전극의 배치를 나타낸 도면이고,
도 4는 도 2의 액체 렌즈의 제2 전극의 배치를 나타낸 도면이고,
도 5는 도 1의 카메라 모듈의 렌즈 어셈블리의 일실시예의 단면도이고,
도 6은 도 1의 카메라 모듈의 렌즈 어셈블리의 다른 실시예의 단면도이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 카메라 모듈의 일실시예를 나타낸 도면이다. 카메라 모듈은 렌즈 어셈블리(100) 및 제어회로(2000)를 포함할 수 있다.
렌즈 어셈블리(1000)는 액체 렌즈 및/또는 고체 렌즈를 포함할 수 있다. 액체 렌즈는 액체, 플레이트 및 전극을 포함할 수 있다. 액체는 전도성 액체 및 비전도성 액체를 포함할 수 있고, 전극은 플레이트 위 또는 아래에 배치될 수 있다. 또한 전극은 공통 단자와 복수의 개별 단자를 포함할 수 있다. 공통 단자는 하나일 수 있으며 개별 단자는 복수개일 수 있다. 플레이트는 액체가 배치되는 캐비티를 포함하는 제1 플레이트를 포함할 수 있고, 제1 플레이트 위 또는 아래에 제2 플레이트를 더 포함할 수 있다. 또한 액체렌즈는 제3 플레이트를 더 포함하여 제2 플레이트와 제3플레이트 사이에 제1 플레이트가 배치될 수도 있다. 공통 단자와 개별 단자 사이에 인가되는 구동 전압에 대응하여 전도성 액체 및 비전도성 액체가 형성하는 계면의 형상이 변경되어 초점거리가 변경될 수 있다. 제어회로(2000)는 액체 렌즈에 구동 전압을 공급할 수 있으며, 이미지 센서가 배치되는 센서 기판에 배치될 수 있다. 카메라 모듈은 커넥터(3000)를 더 포함할 수 있으며, 커넥터(3000)는 제어 회로(2000)를 외부의 전원이나 기타 다른 장치와 전기적으로 연결될 수 있다. 커넥터(300)는 제어회로(2000)와 연결부(3500)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.
제어 회로(2000)의 구성은 촬상 장치에 요구되는 사양에 따라 다르게 설계될 수 있다. 특히, 렌즈 어셈블리(1000)에 인가되는 동작 전압의 크기를 줄이기 위해, 제어회로(2000)는 하나의 칩(single chip)으로 구현할 수 있다. 이를 통해, 휴대용 장치에 탑재되는 카메라 장치의 크기를 더욱 줄일 수 있다.
렌즈 어셈블리(1000)는, 제1 렌즈부(100), 제2 렌즈부(400), 액체 렌즈(300), 홀더(500) 및 커버(600)를 포함할 수 있고, 제1 렌즈부(100) 또는 제2 렌즈부(400) 중 어느 하나를 생략할 수도 있다.
도시된 렌즈 어셈블리(1000)의 구조는 하나의 예에 불과하며, 카메라 장치에 요구되는 사양에 따라 렌즈 어셈블리(1000)의 구조는 달라질 수 있다.
제1 렌즈부(100)는 렌즈 어셈블리(1000)의 전방에 배치되고, 렌즈 어셈블리(1000)의 외부로부터 광이 입사하는 영역일 수 있다. 제1 렌즈부(100)는 적어도 하나의 렌즈로 구성될 수 있고, 또는 2개 이상의 복수의 렌즈들이 중심축을 기준으로 정렬하여 광학계를 형성할 수도 있다. 여기서, 중심축은 광학계의 광축(Optical axis)과 동일할 수 있다.
제1 렌즈부(100)는 2개의 렌즈로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정하지는 않는다.
제1 렌즈부(200)와 제2 렌즈부(400) 및 액체 렌즈(300)는 홀더(500)의 내부에 형성된 관통 홀에 장착될 수 있다. 그리고, 제1,2 렌즈부(100, 400)를 액체 렌즈(300)와 구별하기 위하여 제1,2 고체 렌즈부 또는 제1,2 광학 렌즈부라고 할 수 있으며, 글래스 계열 또는 플라스틱 계열의 재료로 이루어질 수 있다.
제1 렌즈부(100)의 전면에는 노출렌즈(미도시)가 구비될 수 있으며, 노출 렌즈의 전방에는 커버 글래스(cover glass)가 배치될 수 있다. 노출렌즈는 홀더(500) 외부로 돌출되어 외부에 노출되어 표면이 손상될 수 있다. 만약, 렌즈의 표면이 손상될 경우, 카메라 모듈에서 촬영되는 이미지의 화질이 저하될 수 있다. 따라서, 노출렌즈의 표면손상을 방지, 억제하기 위해, 커버 글래스를 배치시키거나 코팅층을 형성하거나 노출렌즈가 표면손상을 방지하기 위한 내마모성 재질로 구성하는 방법 등을 적용할 수 있다.
액체 렌즈(300)는 제1 렌즈부(100)의 아래에 배치될 수 있고, 제2 렌즈부(400)는 액체 렌즈(300)의 아래에 배치될 수 있다. 제2 렌즈부(400)는 외부로부터 제1 렌즈부(100)로 입사하는 광은 액체 렌즈(300)를 통과하여 제2 렌즈부(400)로 입사할 수 있다. 제2 렌즈부(400)는 제1 렌즈부(100)와 이격되어 홀더(500)에 형성되는 관통 홀에 배치될 수 있다.
제2 렌즈부(400)는 적어도 하나의 렌즈로 구성될 수 있고, 2개 이상의 복수의 렌즈들이 포함되는 경우 중심축을 기준으로 정렬하여 광학계를 형성할 수도 있다.
액체 렌즈(300)는 제1 렌즈부(100)와 제2 렌즈부(400) 사이에 배치될 수 있다. 액체 렌즈(300)의 구성은, 도 2 등을 참조하여 후술한다.
홀더(500)의 내부에는 액체 렌즈(300)와 상부의 제1 렌즈부(100) 및 하부의 제2 렌즈부(400)가 고정되며 배치될 수 있다. 액체 렌즈(300)는 제1 렌즈부(100)와 제2 렌즈부(400)와 마찬가지로 중심축을 기준으로 정렬될 수 있다.
액체 렌즈(300)의 제1,2 연결 전극(도 2B의 356,346)이, 홀더(500)의 외부에 노출된 연결 기판(380)의 패드(385)와 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 연결 기판(380)은 예를 들면 연성 회로 기판(Flexible printed corcuit board)일 수 있고, 패드(385)는 하부의 회로 기판(800)의 패드(810)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상술한 패드(385, 810)는 각각 연결 기판(380)과 회로 기판(800)에서 노출되는 단자일 수 있다.
도시되지 않았으나, 제1 전극(355)과 제1 연결 전극(356)의 사이에는 전도성 에폭시가 배치될 수 있고, 제2 전극(345) 및 제2 연결 전극(346)의 사이에도 전도성 에폭시가 배치될 수 있다.
제1,2 연결 전극(356, 346)은 연결 기판(380)에 배치될 수 있다. 그리고, 연결 기판(380)은 복수의 단자를 포함하는 상부 단자와 복수의 단자를 포함하는 하부 단자로 이루어질 수 있다. 여기서, 상부 단자는 액체 렌즈(300)의 제1,2 전극(355, 345)과 연결될 수 있는데, 상술한 제1 연결 전극(356)에 해당할 수 있다. 그리고, 하부 단자는 센서 기판의 단자와 연결 될 수 있는데, 예를 들면 하부 단자는 패드(385)에 대응될 수 있고, 센서 기판의 단자는 회로 기판(800)의 패드(810)에 대응될 수 있다.
제1 렌즈(100), 제2 렌즈(400), 액체 렌즈(300), 홀더(500)를 둘러싸고 커버(cover, 600)가 배치되고, 커버(600)와 홀더(500) 등은 베이스(700)의 상부에 배치될 수 있다. 베이스(700)는 생략될 수 있다.
회로 기판(800)은 베이스(700)의 하부에 배치되고, 패드(810)가 액체 렌즈(300)의 제1,2 전극(도 2A의 355, 345)에 전류를 공급할 수 있다.
그리고, 도시되지는 않았으나 제2 렌즈부(400)의 아래에는 이미지 센서 등의 수광소자가 배치될 수 있다. 수광소자는 상술한 회로 기판(800)과 함께 센서 기판 내에 구비될 수 있다. 이미지 센서(900)의 단위 픽셀의 가로 및/또는 세로의 길이는 예를 들면 2 um(마이크로 미터) 이하일 수 있다.
도 2A 및 도 2B는 도 1의 카메라 모듈의 액체 렌즈를 나타낸 도면이다.
액체 렌즈(300)는, 전도성의 제1 액체(350)와 비전도성의 제2 액체(340)를 수용하는 캐비티(cavity)가 형성된 제1 플레이트(310)와, 제1 플레이트 상부(310)에 배치되는 제1 전극(355)과, 제1 플레이트 하부에 배치되는 제2 전극(345)과, 제1 전극(355) 상부에 배치되는 제2 플레이트(320), 및 제2 전극(345) 하부에 배치되는 제3 플레이트(330)를 포함할 수 있다.
제1 플레이트(310)는 제2 플레이트(320)와 제3 플레이트(330)의 사이에 배치되고, 기설정된 경사면(예를 들면, 약 59~61도의 각도를 가지는 경사면)을 가지는 상하의 개구부를 포함할 수 있다. 상술한 경사면과 제2 플레이트(320)와 접촉하는 개구부 및 제3 플레이트(330)와 접촉하는 개구부로 둘러싸인 영역을 '캐비티(cavity)'라 할 수 있다.
제1 플레이트(310)는 제1,2 액체(350, 340)를 수용하는 구조물이다. 제2 플레이트(320) 및 제3 플레이트(330)는 광이 통과하는 영역을 포함하고 있어서 투광성 재료로 이루어질 수 있고 예를 들면 유리(glass)로 이루어질 수 있으며, 공정의 편의상 제2 플레이트(320)와 제3 플레이트(330)는 동일한 재료로 형성될 수 있다.
또한, 제1 플레이트(310)는 광의 투과가 용이하지 않도록 불순물을 포함할 수도 있다.
제2 플레이트(320)는 제1 렌즈부(100)로부터 입사되는 광이 상기의 캐비티 내부로 진행할 때 입사하는 구성이고, 제3 플레이트(330)는 상술한 캐비티를 통과한 광이 제2 렌즈부(400)로 진행할 때 통과하는 구성이다.
상술한 캐비티에는 서로 다른 성질의 제1 액체(350)와 제2 액체(340)가 채워질 수 있고, 제1 액체(350)와 제2 액체(340)의 사이에는 계면이 형성될 수 있다. 제1 액체(350)와 제2 액체(340)가 이루는 계면은 굴곡, 경사도 등이 변할 수 있으며, 도 5 및 도 6에서도 동일하다.
즉, 전기로 제1,2 액체(350, 340)의 표면장력을 변화시키면 고체 렌즈를 움직여(렌즈 간 거리를 조정하여) 초점 거리를 조장하는 것 보다 카메라 장치의 크기를 작게 할 수 있을 뿐만 아니라, 렌즈를 모터 등을 사용하여 기계적으로 움직이는 것 보다 전력 소모가 작다.
제1 액체(350)는 오일(oil)일 수 있으며 예를 들면 페닐(phenyl) 계열의 실리콘 오일일 수 있다.
제2 액체(340)는 예를 들면 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)과 브로민화나트륨(NaBr)이 혼합되어 형성될 수 있다.
제1 액체(350)와 제2 액체(340)에는 살균제와 산화 방지제 중 적어도 하나가 각각 포함될 수 있다. 살균제는 페널계 산화 방지제 또는 인(P)계 산화 방지제일 수 있다. 그리고, 살균제는 알코올계, 알데이트계 및 페놀계 중 어느 하나의 살균제일 수 있다.
제1 전극(355)은 제1 플레이트(310)의 상부면의 일부 영역에 배치되고, 제2 액체(350)과 직접 접촉할 수 있다. 제2 전극(345)은 제1 전극(35)과 이격되어 배치되고, 제1 플레이트(310)의 상부면과 측면 및 하부면에 배치될 수 있다.
제1 플레이트(310)의 측면 또는 절연층(360)의 측면은 캐비티의 경사면 내지 측벽을 이룰 수 있다. 제1 전극(355)은 후술하는 절연층(360)을 사이에 두고, 제1 액체(350) 및 제2 액체(340)와 접촉할 수 있다.
제1 전극(355)과 제2 전극(345)은 제1 액체(350)와 제2 액체(340)의 경계면을 제어하기 위하여 외부의 회로 기판으로부터 수신되는 전기 신호를 인가할 수 있다.
제1 전극(355)과 제2 전극(345)은 도전성 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 금속으로 이루어질 수 있고, 상세하게는 크롬(Cr)을 포함할 수 있다. 크로뮴(chromium) 또는 크롬(Chrom)은 은색의 광택이 있는 단단한 전이 금속으로, 부서지기 쉬우며 잘 변색되지 않고 녹는점이 높다.
그리고, 크로뮴을 포함한 합금은 부식에 강하고 단단하기 때문에 다른 금속과 합금한 형태로 사용될 수 있으며, 특히 크롬(Cr)은 부식과 변색이 적기 때문에, 캐비티를 채우는 도전성 액체에도 강한 특징이 있다.
절연층(360)은 캐비티의 바닥면에서 제3 플레이트(330)의 상부면과, 캐비티의 측벽을 이루는 제2 전극(145)과, 제1 플레이트(310)의 상부면에서 제1 전극(355)의 일부와 제1 플레이트(310) 및 제2 전극(345)를 덮으며 배치될 수 있다. 절연층(360)은 예를 들면 파릴렌 C(parylene C) 코팅제로 구현될 수 있으며, 백색 염료를 더 포함할 수도 있다. 백색 염료는 캐비티의 측벽(i)을 이루는 절연층(360)에서 광이 반사되는 빈도를 증가시킬 수 있다.
도시된 바와 같이 제2 액체(340)는 절연층(360)을 사이에 두고 제3 플레이트(330)와 면접촉하고, 제1 액체(350)는 제2 플레이트(320)와 직접 면접촉할 수 있다.
캐비티는, 제2 플레이트(320) 방향의 제1 개구부와 제3 플레이트(330) 방향의 제2 개구부를 포함할 수 있다. 제1 개구부의 단면의 크기가 제2 개구부의 단면의 크기보다 더 클 수 있다. 여기서, 제1,2 개구부의 크기는 개구부의 단면이 원형이면 반지름을 뜻하고, 정사각형이면 한 변의 길이를 뜻할 수 있다.
제1 렌즈부(100) 중 액체 렌즈(300)와 접촉하는 제2 렌즈(120)의 상기 액체 렌즈(300)와 접촉하는 면은, 제1 개구부 또는 제2 개구부 중 광축에 수직한 방향으로의 크기가 큰 개구부인, 제1 개구부와 광축에 평행한 방향 상에서 오버랩(overlap) 내지 중첩되며 배치될 수 있다.
또한, 제2 렌즈부(400) 중 액체 렌즈(300)와 접촉하는 제3 렌즈(410)의 상기 액체 렌즈(300)와 접촉하는 면은, 제1 개구부 또는 제2 개구부 중 광축에 수직한 방향으로의 크기가 작은 개구부인, 제2 개구부와 광축에 평행한 방향 상에서 오버랩되지 않을 수 있다.
제2 플레이트(320)와 제3 플레이트(330)의 가장 자리는 사각형 형상일 수 있으나, 반드시 이에 한정하지는 않는다.
제1 전극(355)은 제2 플레이트(320)의 외곽의 적어도 하나의 영역에서 노출되고, 제2 전극(345)은 제3 플레이트(330)의 가장 자리의 적어도 하나의 영역에서 노출될 수 있다.
그리고, 제2 플레이트(320)의 바깥 영역에서 제1 전극(355) 상에는 제1 접촉 전극(356)이 배치되고, 제3 플레이트(300)의 바깥 영역에서 제2 전극(345) 상에는 제2 접촉 전극(346)이 배치될 수 있다.
제1 접촉 전극(356)과 제2 접촉 전극(346)은, 제1 전극(355) 및 제2 전극(345)에 각각 일체형으로 구비될 수도 있다.
제1 접촉 전극(356)과 제2 접촉 전극(346)은, 상술한 바와 같이 연성 회로 기판 등의 연결 기판(380)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 액체 렌즈의 제1 전극의 배치를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2의 액체 렌즈의 제2 전극의 배치를 나타낸 도면이다.
도 3a에서 제1 전극은 4개의 셀(A,B,C,D)들로 나뉘어 구비되고 있으며, 도 3b에서 제2 전극은 8개의 셀(A,B,C,D,E,F,G,H)으로 나뉘어 구비되고 있다. 그리고, 제1 전극을 이루는 각각의 셀들 내부에는 제1 액체(350)가 배치될 수 있다.
도 4는 도 2의 제2 전극의 배치를 나타낸 도면이다.
제2 전극(345)은 절연층(360)의 둘레에 하나의 셀로 구비되고 있다. 도 4에서 절연층(360)이 도 3a 및 도 3b의 절연층(160)보다 크게 도시되고 있으나 더 작을 수도 있다.
도 5는 도 1의 카메라 모듈의 렌즈 어셈블리의 단면도이다.
홀더(500)의 내부에는 상부로부터 하부 방향으로 제1 렌즈부와 액체 렌즈 및 제2 렌즈부가 배치되고 있다. 제1 렌즈부는 제1,2 렌즈(110, 120)를 포함하고, 제2 렌즈부는 제3,4,5 렌즈(410, 420, 430)를 포함할 수 있다.
제2 렌즈부의 하부에는 이미지 센서(900)가 배치되고, 홀더(500)의 측면과 상부면 중 일부를 커버(600)가 덮으며 배치될 수 있다.
홀더(500) 내부의 관통 홀에서 제1 렌즈부의 하부면, 상세하게는 제2 렌즈(120)의 하부면이 액체 렌즈(300)의 상부면 상세하게는 제2 플레이트(320)의 상부면과 면접촉할 수 있다. 그리고, 액체 렌즈(300)의 하부면은 상세하게는 제3 플레이트(330)의 하부면이 제2 렌즈의 상부면, 상세하게는 제3 렌즈(430)의 상부면과 면접촉할 수 있다.
도 5에서, 홀더(500) 내부의 관통 홀의 제1 영역(A)에서 제2 렌즈(120)의 하부면이 제2 플레이트(320)의 상부면과 면접촉하고, 제2 영역(B)에서 제3 플레이트(330)의 하부면이 제3 렌즈(430)의 상부면과 면접촉하고 있다.
제1 렌즈부가 수용되는 영역에서 홀더(500)의 내벽은 단차 구조를 가진다. 이때, 제1,2 렌즈(110, 120)의 가장 자리 영역은 상술한 단차 구조와 접촉하고 있으며, 예를 들면 면접촉할 수 있다.
그리고, 제2 렌즈부가 수용되는 영역에서 홀더(500)의 내벽은 단차 구조를 가진다. 이때, 제3~5 렌즈(410~430)의 가장 자리 영역은 상술한 단차 구조와 접촉하고 있으며, 예를 들면 면접촉할 수 있다.
또한 홀더의 내벽은 광축을 향해 돌출되는 돌출부를 포함할 수 있다. 돌출부의 일면은 액체렌즈의 하면의 일부와 대면하고, 돌출부 타면의 일부는 제2 렌즈부를 구성하는 적어도 하나의 고체렌즈의 측면과 대면할 수 있다. 그리고, 돌출부의 타면은 돌출부의 일면에서 연장되어 형성되는 면일 수 있다.
액체 렌즈(300)에서 상부의 제2 플레이트(320) 방향의 개구부를 제1 개구부라고 하고, 하부의 제3 플레이트(330) 방향의 개구부를 제2 개구부라고 할 수 있다. 도 2A와 2B 미치 도 5에 도시된 바와 같이 제1 개구부의 크기가 상기 제2 개구부의 크기보다 클 수 있다. 제1 개구부와 제2 개구부의 '크기'는, 광축에 수직한 방향 즉 도면의 좌우 방향에서의 각각의 개구부의 단면적의 크기 또는 단면의 한변의 길이나 지름을 뜻한다.
그리고, 도 5에서 좌우 방향, 즉 광축(Light axis)에 수직한 방향에서, 상기 액체 렌즈(300)의 크기는, 제1 렌즈부(100) 또는 제2 렌즈부(400)를 이루는 각각의 렌즈(110,120,410,420,430)의 크기보다 클 수 있다.
제1 개구부의 크기는 제1 렌즈부의 유효 영역, 특히 제2 렌즈(120)의 유효 영역의 크기보다 클 수 있다. 그리고, 제2 개구부의 크기는 제2 렌즈부 내의 렌즈들의 유효 영역의 크기, 특히 제3 렌즈의 유효 영역(410)의 크기보다 클 수 있다. 여기서, 제1 개구부와 제2 개구부의 크기는 광축에 수직한 방향 즉, 도 5에서 좌우 방향의 크기일 수 있다.
여기서, '유효 영역'이라 함은 렌즈의 제1 면 또는 제2 면이 구면이거나 비구면일 때 구면 또는 비구면 영역을 뜻하며, 광이 진행할 수 있는 경로이다.
렌즈는 렌즈 중심부와 렌즈 주변부를 포함할 수 있다. 렌즈 중심부는 광축을 포함하고 곡면을 포함하는 부분일 수 있고, 렌즈 주변부는 주변부 외측으로 연장되어 형성되는 평면부분을 포함하는 플랜지부 일 수 있다. '유효 영역'은 광축을 포함하는 렌즈 중심부일 수 있다.
이때, 제1 개구부(100)의 광축에 수직한 방향(도면의 세로 방향)의 크기는, 제1 렌즈부(100)에서 액체 렌즈(300)와 접촉하는 렌즈인 제2 렌즈(120)의 렌즈 중심부의 광축에 수직한 방향의 크기보다 클 수 있다. 그리고, 제2 개구부(400)의 광축에 수직한 방향의 크기는, 제2 렌즈부(400)에서 액체 렌즈(300)와 접촉하는 렌즈인 제3 렌즈(410)의 렌즈 중심부의 광축에 수직한 방향의 크기보다 클 수 있다.상술한 구조는, 제1 렌즈부 특히 제2 렌즈(120)로부터 입사되는 광이 모두 액체 렌즈(300)의 캐비티로 진행할 수 있고, 제2 렌즈부 특히 제3 렌즈(410)의 유효 영역 전체에 액체 렌즈(300)에서 하부로 진행하는 광이 입사될 수 있다.
그리고, 홀더(500) 내에서 액체 렌즈가 배치되는 영역을 '액체 렌즈 수용부'라고 할 수 있다. 이때, '액체 렌즈 수용부'에 대응하는 영역에서 홀더(500)의 측면이 오픈될 수 있고, 상술한 오픈된 영역을 통하여 액체 렌즈(300)가 홀더 내부로 삽입될 수 있다. 여기서, 홀더(500)의 측면에 구비된 오픈된 영역을 '홀'이라 할 수 있다. 홀더(500)의 측면에 구비된 홀을 통해 액체 렌즈의 상부 또는 하부에 배치되는 기판(예를들어 연성회로기판)이 액체 렌즈 수용부로부터 빠져나와 홀더(500) 아래에 배치될 수 있는 센서기판과 전기적 및/또는 물리적으로 연결될 수 있다.
상기 액체 렌즈 수용부의 광축에 평행한 방향에서의 높이는, 액체 렌즈(300)의 광축에 평행한 방향에서의 높이보다 클 수 있다.
도 6은 도 1의 카메라 모듈의 렌즈 어셈블리의 다른 실시예의 단면도이다.
본 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 배치는 도 5와 유사하나, 액체 렌즈(300)에서 상부의 제1 개구부의 크기가 하부의 제2 개구부의 크기보다 작은 차이점이 있다.
본 실시예에 따른 카메라 모듈은, 상대적으로 외부 충격에 약한 액체 렌즈가 고체 렌즈인 제1,2 렌즈부와 접촉하며 내부에서 고정될 수 있다. 그리고, 액체 렌즈가 별도의 하우징 없이 제1,2 렌즈부와 직접 면접촉하며 배치되어, 카메라 모듈의 부피가 감소할 수 있으며, 내부 공차 관리에 유리하며 액체 렌즈의 틸팅을 방지하는데 유리하다.
상술한 액체 렌즈가 포함된 카메라 모듈은, 디지털 카메라나 스마트폰이나 노트북 및 테블렛(tablet) PC 등의 다양한 디지털 기기(digital device)에 내장될 수 있고, 특히 모바일 기기에 내장되어 고성능, 초박형의 줌 렌즈를 구현할 수 있다.
예를 들면, 상술한 액체 렌즈와 제1,2 렌즈부과 필터 및 수광 소자를 포함하는 카메라 모듈에서 외부에서 입사된 이미지를 전기적 신호로 변환하는 디지털 기기는, 전기적인 신호에 의하여 색이 변화하는 복수 개의 픽셀들로 이루어지는 디스플레이 모듈과 카메라 모듈은 제어부에서 제어할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 제1 렌즈부;
    상기 제1 렌즈부 아래에 배치되는 액체 렌즈;
    상기 액체 렌즈 아래에 배치되는 제2 렌즈부;
    상기 제1 렌즈부와 액체 렌즈 및 제2 렌즈부를 수용하고, 측면에 상기 액체렌즈를 삽입하기 위한 홀, 및 내부에 상기 액체 렌즈가 배치되는 액체 렌즈 수용부를 포함하는 홀더; 및
    상기 제2 렌즈부의 아래에 배치되는 이미지 센서를 포함하는 센서 기판을 포함하고,
    상기 제1 렌즈부의 하부면과 상기 액체 렌즈의 상부면이 면접촉하고, 상기 액체 렌즈의 하부면과 상기 제2 렌즈부의 상부면이 면접촉하며, 상기 액체 렌즈의 광축에 수직한 방향의 크기는 상기 제1 렌즈부 또는 상기 제2 렌즈부를 이루는 각각의 렌즈의 크기보다 큰 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 홀더는 내부에서 광축을 향해 돌출되는 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부의 일면은 상기 액체렌즈의 하면의 일부와 대면하고, 상기 돌출부 타면의 적어도 일부는 상기 제2 렌즈부의 적어도 하나의 고체렌즈의 측면과 대면하는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈부는 제1 렌즈와 제2 렌즈를 포함하고, 상기 제2 렌즈의 하부면이 상기 액체 렌즈의 상부면과 면접촉하는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈부는 제3 렌즈 내지 제5 렌즈를 포함하고, 상기 제3 렌즈의 상부면이 상기 액체 렌즈의 하부면과 면접촉하는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 렌즈는,
    전도성의 제1 액체와 비전도성의 제2 액체를 수용하는 캐비티를 포함하는 제1 플레이트;
    상기 제1 플레이트 상부에 배치되는 제1 전극;
    상기 제1 플레이트 하부에 배치되는 제2 전극;
    상기 제1 전극 상부에 배치되는 제2 플레이트; 및
    상기 제2 전극 하부에 배치되는 제3 플레이트;를 포함하고,
    상기 제1 렌즈부의 하부면이 상기 제2 플레이트의 상부면과 면접촉하고, 상기 제2 렌즈부의 상부면이 상기 제3 플레이트의 하부면과 면접촉하는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  6. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈부와 상기 제2 렌즈부는 글라스 또는 플라스틱 계열의 렌즈로 이루어지는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 제2 플레이트 방향의 제1 개구부와 상기 제3 플레이트 방향의 제2 개구부를 포함하고, 상기 제1 개구부의 광축에 수직한 방향의 크기가 상기 제2 개구부의 상기 광축에 수직한 방향의 크기보다 큰 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 제2 플레이트 방향의 제1 개구부와 상기 제3 플레이트 방향의 제2 개구부를 포함하고,
    상기 제1 렌즈부의 상기 액체 렌즈와 접촉하는 렌즈의 상기 액체 렌즈와 접촉하는 면은 상기 제1 개구부 또는 제2 개구부 중 광축에 수직한 방향으로의 크기가 큰 개구부와 광축에 평행한 방향상에서 중첩되어 배치되는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 제2 플레이트 방향의 제1 개구부와 상기 제3 플레이트 방향의 제2 개구부를 포함하고,
    상기 제2 렌즈부의 상기 액체 렌즈와 접촉하는 렌즈의 상기 액체 렌즈와 접촉하는 면은 상기 제1 개구부 또는 제2 개구부 중 광축에 수직한 방향으로의 크기가 작은 개구부와 광축에 평행한 방향상에서 비중첩되는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 액체 렌즈 수용부의 광축에 평행한 방향의 높이는 상기 액체 렌즈의 광축에 평행한 방향의 높이보다 큰 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  11. 제5 항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 제2 플레이트 방향의 제1 개구부와 상기 제3 플레이트 방향의 제2 개구부를 포함하고, 상기 제1 개구부의 광축에 수직한 방향의 크기가 상기 제2 개구부의 상기 광축에 수직한 방향의 크기보다 작은 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 개구부의 광축에 수직한 방향의 크기는, 상기 액체 렌즈와 접촉하는 상기 제1 렌즈부 렌즈의 광축을 포함하는 곡면 영역인 렌즈 중심부의 광축에 수직한 방향의 크기보다 큰 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 개구부의 광축에 수직한 방향의 크기는, 상기 액체 렌즈와 접촉하는 상기 제2 렌즈부 렌즈의 광축을 포함하는 곡면 영역인 렌즈 중심부의 광축에 수직한 방향의 크기보다 큰 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  14. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈부가 수용되는 영역에서 상기 홀더의 내벽은 단차 구조를 가지고, 상기 단차 구조에서 상기 제1 렌즈와 제2 렌즈의 가장 자리 영역이 접촉하는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  15. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈부가 수용되는 영역에서 상기 홀더의 내벽은 단차 구조를 가지고, 상기 단차 구조에서 상기 제3 렌즈 내지 제5 렌즈의 가장 자리 영역이 접촉하는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  16. 제1 렌즈부와, 상기 제1 렌즈부 아래에 배치되는 액체 렌즈와, 상기 액체 렌즈 아래에 배치되는 제2 렌즈부와, 상기 제1 렌즈부와 액체 렌즈 및 제2 렌즈부를 수용하는 홀더, 상기 제2 렌즈부의 아래에 배치되는 이미지 센서를 포함하는 센서 기판, 상기 촬상 렌즈를 통과한 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과하는 필터, 및 상기 필터를 투과한 빛을 수용하는 수광 소자를 포함하는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈;
    상기 카메라 모듈을 통하여 입사된 이미지를 전기적인 신호로 변환하는 제어부; 및
    상기 전기적인 신호에 의하여 색이 변화하는 복수 개의 픽셀로 이루어지는 디스플레이 모듈을 포함하고,
    상기 홀더는 상기 제1 렌즈부로부터 입사되어 상기 제2 렌즈부로 진행하는 광의 광축 방향으로 관통 홀이 형성되고, 상기 홀더의 내부에 액체 렌즈 수용부가 형성되고, 상기 액체 렌즈 수용부에 대응하는 상기 홀더의 측면이 오픈되고, 상기 액체 렌즈는 상기 액체 렌즈 수용부에 배치되고, 상기 관통 홀의 내부에서 상기 제1 렌즈부의 하부면과 상기 액체 렌즈의 상부면이 면접촉하고, 상기 액체 렌즈의 하부면과 상기 제2 렌즈부의 상부면이 면접촉하며, 상기 액체 렌즈의 광축에 수직한 방향의 크기는 상기 제1 렌즈부 또는 상기 제2 렌즈부를 이루는 각각의 렌즈의 크기보다 큰 광학 기기.
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