KR20190127428A - 액체 렌즈 제어 회로, 카메라 모듈 및 액체 렌즈 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 개별 전극과 공통 전극을 포함하는 액체 렌즈 및 액체 렌즈의 상부 또는 하부에 배치되는 적어도 하나의 고체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리, 액체 렌즈의 계면을 제어하기 위해 액체 렌즈 내 복수의 개별 전극 중 적어도 하나 및 공통 전극을 통해 전압을 공급하는 구동 드라이버, 액체 렌즈 내 공통 전극과 복수의 개별 전극 중 적어도 하나 사이의 캐패시턴스를 측정하는 정전용량 측정회로, 액체 렌즈 내 온도 변화에 대응하여 변화하는 캐패시턴스에 대한 정보를 저장하는 동작상태저장부, 및 정전용량 측정 회로에서 측정된 캐패시턴스와 정보를 바탕으로 액체 렌즈 내 온도를 결정하는 제어부를 포함하는 카메라 모듈을 제공한다.

Description

액체 렌즈 제어 회로, 카메라 모듈 및 액체 렌즈 제어 방법{CONTROL CIRCUIT OF LIQUID LENS, CAMERA MODULE AND CONTROLLING METHOD FOR LIQUID LENS}
본 발명은 액체렌즈 및 이를 포함하는 카메라 모듈 및 광학기기에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전기 에너지를 이용하여 초점 거리를 조정할 수 있는 액체 렌즈를 제어하기 위한 제어 모듈 또는 제어 장치를 포함하는 카메라 모듈 및 광학기기에 관한 것이다.
휴대용 장치의 사용자는 고해상도를 가지며 크기가 작고 다양한 촬영 기능(예, 광학 줌 기능(zoom-in/zoom-out), 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, 이를 보호하기 위해 서 카메라 모듈과 별도로 커버 글라스를 추가하여야 하는바 전체 두께가 두꺼워 진다. 따라서 두 가지 액체의 계면의 곡률을 전기적으로 조절하여 오토 포커스와 손떨림 보정 기능을 수행하는 액체 렌즈에 대한 연구가 이루어지고 있다.
본 발명은 전기 에너지를 이용하여 초점 거리를 조정할 수 있는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 장치에서 액체 렌즈에 포함된 계면의 상태를 캐패시턴스의 변화를 통해 인식할 수 있는 피드백 회로를 제공함으로써 인가되는 전기 에너지에 대응하여 액체 렌즈의 계면의 움직임 및 액체 렌즈의 굴절률을 보다 정확히 인식할 수 있고 액체 렌즈의 계면을 보다 정확히 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 액체 렌즈의 온도 변화에 대응하여 액체 렌즈의 굴절률의 변화를 보상할 수 있는 제어회로를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 액체 렌즈의 온도 변화를 측정하기 위한 별도의 온도 센서 없이도 액체 렌즈의 전기적 특성의 변화를 바탕으로 액체 렌즈의 온도를 산출, 계산할 수 있는 제어회로를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 초점 거리를 조정할 수 있는 액체 렌즈의 계면의 움직임과 형상을 계면을 통과한 광신호를 이미지로 변환하여 인식하지 않고, 계면의 캐패시턴스의 변화를 통해 계면의 움직임과 형상을 직접 인식함으로써 액체 렌즈의 성능과 동작을 보다 정확히 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 액체 렌즈 내 계면의 움직임과 형상을 인지할 수 있어, 액체 렌즈 및 고체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리에서 렌즈 왜곡을 보정하거나 렌즈 어셈블리를 제어하는 데 보다 효율적인 카메라 장치 또는 광학기기 등을 제공할 수 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈은 복수의 개별 전극과 공통 전극을 포함하는 액체 렌즈 및 상기 액체 렌즈의 상부 또는 하부에 배치되는 적어도 하나의 고체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리; 상기 액체 렌즈의 계면을 제어하기 위해 상기 액체 렌즈 내 상기 복수의 개별 전극 중 적어도 하나 및 상기 공통 전극을 통해 전압을 공급하는 구동 드라이버; 상기 액체 렌즈 내 상기 공통 전극과 상기 복수의 개별 전극 중 적어도 하나 사이의 캐패시턴스를 측정하는 정전용량 측정회로; 상기 액체 렌즈 내 온도 변화에 대응하여 변화하는 캐패시턴스에 대한 정보를 저장하는 동작상태저장부; 및 상기 정전용량 측정 회로에서 측정된 상기 캐패시턴스와 상기 정보를 바탕으로 상기 액체 렌즈 내 온도를 결정하는 제어부를 포함하고, 상기 액체 렌즈는 전도성 액체와 비전도성 액체가 배치되는 캐비티를 포함하는 제1 플레이트; 상기 제1플레이트 위에 배치되는 제2 플레이트; 및 상기 제1 플레이트 아래에 배치되는 제3 플레이트를 더 포함하고, 상기 공통 전극은 상기 제1 플레이트 위에 배치되고, 상기 복수의 개별 전극은 상기 제1 플레이트 아래에 배치될 수 있다.
또한, 카메라 모듈은 상기 액체 렌즈와 상기 정전용량 측정회로 사이에 배치되는 제1스위치를 더 포함하고, 상기 제1스위치는 이미지 센서를 통해 하나의 이미지 프레임을 얻는 데 소요되는 시간과 동일하거나 짧은 시간 동안 켜질 수 있다.
또한, 상기 제어부는 오토포커싱 동작이 시작되는 시점에서 상기 정전용량 측정회로를 통해 상기 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정할 수 있다.
또한, 상기 오토포커싱 동작이 시작되는 시점은 초점 거리가 무한대(infinity)로 설정된 시점일 수 있다.
또한, 상기 제어부는 오토포커싱 또는 흔들림 방지 동작을 중단하고 상기 정전용량 측정회로를 통해 상기 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정한 후 상기 오토포커싱 또는 흔들림 방지 동작을 재개할 수 있다.
또한, 상기 정전용량 측정회로를 통해 상기 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정하기 위한 전압은 고정된 기 설정된 레벨을 가질 수 있다.
또한, 상기 정전용량 측정회로를 통해 상기 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정하기 위한 전압은 상기 계면을 제어하기 위한 전압과는 다른 레벨을 가질 수 있다.
또한, 카메라 모듈은 피사체와의 초점 거리를 측정할 수 있는 거리 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 구동 드라이버를 통해 상기 초점 거리에 대응하는 전압을 상기 액체 렌즈에 전달하고, 상기 정전용량 측정회로는 상기 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정할 수 있다.
또한, 상기 동작상태저장부는 상기 액체 렌즈 내 온도 변화 및 상기 구동 드라이버에서 공급되는 전압에 대응하여 변화하는 캐패시턴스에 대한 정보를 저장할 수 있다.
또한, 카메라 모듈은 상기 렌즈 어셈블리 내 상기 액체 렌즈 및 상기 적어도 하나의 고체 렌즈에 대한 전기적 특성 또는 광학적 특성을 저장하는 보정값저장부를 더 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 액체 렌즈의 온도 및 계면의 움직임과 변화를 보다 정확히 측정할 수 있는 방법과 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 액체 렌즈의 전기적 특성을 바탕으로 액체 렌즈의 내 계면의 움직임과 액체 렌즈의 형상에 대응하는 굴절률의 변화를 감지할 수 있어, 액체 렌즈를 통해 전달되는 광신호를 변환하여 얻어지는 영상 또는 이미지에 대하여 보다 효율적인 광학적 안정화를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 액체 렌즈의 내 계면의 움직임과 액체 렌즈의 형상에 대응하는 굴절률의 변화를 인지할 수 있어 액체 렌즈와 고체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리를 포함하는 카메라 장치 또는 광학 장치를 통해 얻어지는 이미지의 품질을 높일 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 개략적인 측면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 카메라 모듈의 일 실시 예에 의한 분해 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 카메라 모듈의 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 1 및 도 3에 도시된 홀더 및 액체 렌즈부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 전술한 실시 예에 의한 액체 렌즈를 포함하는 액체 렌즈부의 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 6은 카메라 모듈의 개략적인 블럭도이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 구동 전압에 대응하여 계면이 조정되는 액체 렌즈를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 액체 렌즈 내 계면의 변화를 설명한다.
도 9는 액체 렌즈와 연동하는 제어 회로를 설명한다.
도 10은 정전용량 측정 회로의 예를 설명한다.
도 11은 제어 회로의 제1예를 설명한다.
도 12는 도 11의 제어 회로의 동작을 설명한다.
도 13은 제어 회로의 제2예를 설명한다.
도 14는 도 13의 제어 회로의 동작을 설명한다.
도 15는 액체 렌즈와 제어 회로의 연결을 설명한다.
도 16은 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정하기 위한 도 15에 도시된 스위칭 소자들의 타이밍을 설명한다.
도 17은 액체 렌즈와 연동하는 피드백 회로를 설명한다.
도 18은 액체 렌즈 내 계면의 변화를 설명한다.
도 19는 액체 렌즈의 전극 구조를 설명한다.
도 20은 정전용량 측정 회로의 예를 설명한다.
도 21은 액체 렌즈의 연결부를 설명한다.
도 22는 온도 변화에 따른 액체 렌즈의 변화를 설명한다.
도 23은 온도 변화에 대응할 수 있는 카메라 모듈을 설명한다.
도 24는 렌즈의 캐패시턴스를 측정하여 온도를 결정하는 제1방법을 설명한다.
도 25는 렌즈의 캐패시턴스를 측정하여 온도를 결정하는 제2방법을 설명한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 또한, 실시예의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 실시예의 범위를 한정하는 것이 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 요소(element)의 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 요소(element)가 상기 두 요소(element)사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 요소(element)를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시 예에 의한 렌즈 어셈블리 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 데카르트 좌표계를 이용하여 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, x축, y축, z축은 직교하는 대신에 서로 교차할 수 있다.
이하, 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(100)을 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 다음과 같이 살펴본다.
도 1은 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(100)의 개략적인 측면도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 카메라 모듈(100)은 렌즈 어셈블리(22), 제어 회로(24) 및 이미지 센서(26)를 포함할 수 있다.
먼저, 렌즈 어셈블리(22)는 복수의 렌즈부 및 복수의 렌즈부를 수용하는 홀더를 포함할 수 있다. 후술되는 바와 같이, 복수의 렌즈부는 액체 렌즈를 포함할 수 있고 제1 렌즈부 또는 제2 렌즈부를 더 포함할 수 있다. 복수의 렌즈부는 제1 및 제2 렌즈부 및 액체 렌즈부를 포함할 수 있다.
제어 회로(24)는 액체 렌즈부에 구동 전압(또는, 동작 전압)을 공급하는 역할을 수행한다.
전술한 제어회로(24)와 이미지 센서(26)는 하나의 인쇄회로기판(PCB:Printed Circuit Board) 상에 배치될 수 있으나, 이는 하나의 예에 불과할 뿐 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
실시 예에 의한 카메라 모듈(100)이 광학 기기(Optical Device, Optical Instrument)에 적용될 경우, 제어 회로(24)의 구성은 광학 기기에서 요구하는 사양에 따라 다르게 설계될 수 있다. 특히, 제어 회로(24)는 하나의 칩(single chip)으로 구현되어, 렌즈 어셈블리(22)로 인가되는 구동 전압의 세기를 줄일 수 있다. 이를 통해, 휴대용 장치에 탑재되는 광학 기기의 크기가 더욱 작아질 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 카메라 모듈(100)의 일 실시 예에 의한 분해 사시도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 카메라 모듈(100)은 렌즈 어셈블리, 메인 기판(150) 및 이미지 센서(182)를 포함할 수 있다. 또한, 카메라 모듈(100)은 제1 커버(170) 및 미들 베이스(172)를 더 포함할 수 있다. 또한, 카메라 모듈(100)은 적어도 하나의 접착 부재를 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 접착 부재는 홀더(120)에 액체 렌즈부(140)를 결합시키거나 고정시키는 역할을 한다. 또한, 카메라 모듈(100)은 센서 베이스(178) 및 필터(176)를 더 포함할 수도 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 센서 베이스(178) 및 필터(176)를 포함하지 않을 수도 있다. 또한, 카메라 모듈(100)은 회로 커버(154)를 더 포함할 수 있다. 회로 커버(154)는 전자기 차폐기능을 할 수 있다.
아울러, 도 2에 도시된 카메라 모듈(100)은 센서 베이스(178) 및 필터(176)를 더 포함한다.
실시 예에 의하면, 도 2에 도시된 카메라 모듈(100B)의 구성 요소(110 내지 176) 중 적어도 하나는 생략될 수 있다. 또는, 도 2에 도시된 구성 요소(110 내지 176)와 다른 적어도 하나의 구성 요소가 카메라 모듈(100)에 더 추가되어 포함될 수도 있다.
도 3은 도 2에 도시된 카메라 모듈(100)의 단면도를 나타낸다. 즉, 도 3은 도 2에 도시된 카메라 모듈(100)을 A-A'선을 따라 절취한 절단면도를 나타낸다. 설명의 편의상 도 3에서 도 2에 도시된 제1 커버(170), 회로 커버(154) 및 커넥터(153)의 도시는 생략되었으며, 실제로 카메라 모듈(100)에서 생략될 수도 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 렌즈 어셈블리는 액체 렌즈부(140), 홀더(120), 제1 렌즈부(110, 110A), 제2 렌즈부(130, 130A) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 도 1에 도시된 렌즈 어셈블리(22)에 해당할 수 있다. 이러한 렌즈 어셈블리는 메인 기판(150)의 위에 배치될 수 있다.
렌즈 어셈블리에서 액체 렌즈부(140)와 구별하기 위하여 제1 렌즈부(110) 및 제2 렌즈부(130)를 '제1 고체 렌즈부' 및 '제2 고체 렌즈부'라고 각각 칭할 수도 있다.
제1 렌즈부(110)는 렌즈 어셈블리의 상측에 배치되며, 렌즈 어셈블리의 외부로부터 광이 입사되는 영역일 수 있다. 즉, 제1 렌즈부(110, 110A)는 홀더(120) 내에서 액체 렌즈부(140) 위에 배치될 수 있다. 제1 렌즈부(110, 110A)는 하나의 렌즈로 구현될 수도 있고, 중심축을 기준으로 정렬되어 광학계를 형성하는 2개 이상의 복수의 렌즈로 구현될 수도 있다.
여기서, 중심축이란, 카메라 모듈(100A)에 포함된 제1 렌즈부(110, 110A), 액체 렌즈부(140) 및 제2 렌즈부(130, 130A)가 형성하는 광학계의 광축(Optical axis)(LX)을 의미할 수도 있고, 광축(LX)과 나란한 축을 의미할 수도 있다. 광축(LX)은 이미지 센서(182)의 광축에 해당할 수 있다. 즉, 제1 렌즈부(110, 110A), 액체 렌즈부(140), 제2 렌즈부(130, 130A) 및 이미지 센서(182)는 액티브 얼라인(AA:Active Align)을 통해 광축(LX)으로 정렬되어 배치될 수 있다.
여기서, 액티브 얼라인이란, 보다 나은 이미지 획득을 위해 제1 렌즈부(110, 110A), 제2 렌즈부(130, 130A) 및 액체 렌즈부(140) 각각의 광축을 일치시키고, 이미지 센서(182)와 렌즈부들[(110, 110A), (130, 130A), (140)] 간의 축 또는 거리 관계를 조절하는 동작을 의미할 수 있다.
일 실시 예로, 액티브 얼라인은 특정 객체로부터 입사되는 광을 제1 렌즈부(110, 110A), 제2 렌즈부(130, 130A) 또는 액체 렌즈부(140) 중 적어도 하나를 통해 이미지 센서(182)가 수신하여 생성한 이미지 데이터를 분석하는 동작을 통해 수행될 수 있다. 예를 들어, 액티브 얼라인은 다음과 같은 순서로 수행될 수 있다.
일 례로, 홀더(120)에 고정되어 장착된 제1 렌즈부(110, 110A)와 제2 렌즈부(130, 130A) 및 이미지 센서(182) 간의 상대적 위치를 조절하는 액티브 얼라인(제1 정렬)이 완료된 뒤, 홀더(120)에 삽입된 액체 렌즈부(140)와 이미지 센서(182) 간 상대적 위치를 조절하는 액티브 얼라인(제2 정렬)이 수행될 수 있다. 제1 정렬은 그리퍼(gripper)가 미들 베이스(172)를 잡은 상태로 다양한 위치로 가변시키면서 수행될 수 있고, 제2 정렬은 그리퍼가 액체 렌즈부(140)의 스페이서(143)를 잡은 상태로 다양한 위치로 가변시키면서 수행될 수 있다.
그러나, 액티브 얼라인은 전술한 순서와 다른 순서로 수행될 수도 있다.
만일, 미들 베이스(172)가 생략될 경우, 그리퍼가 홀더(120)의 돌출부(124)를 잡은 상태로 액티브 얼라인이 수행될 수 있다. 이때, 돌출부(124)의 두께가 얇을 경우, 액티브 얼라인이 정확하게 수행되지 않을 수도 있다. 이를 방지하기 위해, 카메라 모듈(100A)은 홀더(120)의 돌출부(124)보다 더 두꺼운 두께를 갖는 미들 베이스(172)를 포함할 수 있다. 미들 베이스(172)의 형상보다 상대적으로 복잡한 홀더(120)의 형상을 사출 등을 이용하여 형성하기 위해서 홀더(120)의 두께관리가 필요할 수 있다. 액티브 얼라인을 위한 홀더(120) 부분의 두께가 그립을 위해 충분하지 않은 경우 미들 베이스(172)를 추가하여 미들 베이스(172) 부분을 그립하여 액티브 얼라인을 수행할 수 있다. 그러나, 돌출부(124)의 두께가 충분히 두꺼울 경우, 미들 베이스(172)는 생략될 수 있다. 또한, 돌출부(124)와 미들 베이스(172)는 접착 부재 예를 들어, 에폭시에 의해 서로 결합될 수 있다.
다른 예로, 홀더(120)에 고정되어 장착된 제1 렌즈부(110, 110A)와 제2 렌즈부(130, 130A) 및 액체 렌즈부(140) 간의 상대적 위치를 조절하는 액티브 얼라인(제3 정렬)이 완료된 뒤, 제3 정렬이 완료된 렌즈 어셈블리의 렌즈와 이미지 센서(182) 간의 상대적 위치를 조절하는 액티브 얼라인(제4 정렬)이 수행될 수 있다. 제3 정렬은 액체 렌즈부(140)의 스페이서(143)를 잡은 상태로 다양한 위치로 가변시키면서 수행될 수 있고, 제4 정렬은 그리퍼(gripper)가 미들 베이스(172)를 잡은 상태로 다양한 위치로 가변시키면서 수행될 수 있다.
또한, 도 3에 예시된 바와 같이, 제1 렌즈부(110A)는 예를 들어, 2개의 렌즈(L1, L2)를 포함할 수 있으나, 이는 예시적인 것이며 제1 렌즈부(110A)에 포함된 렌즈의 개수는 1개 또는 3개 이상일 수 있다.
또한, 제1 렌즈부(110, 110A)의 상측에 노출렌즈가 배치될 수 있다. 여기서, 노출 렌즈란, 제1 렌즈부(110, 110A)에 포함된 렌즈 중에서 최외곽 렌즈를 의미할 수 있다. 즉, 제1 렌즈부(110A)의 최상측에 위치한 렌즈(L1)가 상부로 돌출되므로, 노출 렌즈의 기능을 수행할 수 있다. 노출 렌즈는 홀더(120) 외부로 돌출되어 표면이 손상될 가능성을 갖는다. 만일, 노출 렌즈의 표면이 손상될 경우, 카메라 모듈(100A)에서 촬영되는 이미지의 화질이 저하될 수 있다. 따라서, 노출 렌즈의 표면 손상을 방지 및 억제하기 위해, 노출 렌즈의 상부에 커버 글래스(cover glass)를 배치하거나, 코팅층을 형성하거나, 노출 렌즈의 표면 손상을 방지하기 위해 다른 렌즈부의 렌즈보다 강성이 강한 내마모성 재질로 노출 렌즈를 구현할 수도 있다.
또한, 제1 렌즈부(110A)에 포함된 렌즈(L1, L2) 각각의 외경은 하부(예를 들어, -z축 방향)로 갈수록 증가할 수 있으나, 실시 예는 이에 한정되지 않는다.
도 4는 도 2 내지 및 도 3에 도시된 홀더(120)와 액체 렌즈부(140)를 설명하기 위한 도면이다. 즉, 도 4는 홀더(120) 및 액체 렌즈부(140)의 분해 사시도를 나타낸다. 도 4에 도시된 홀더(120)는 제1 및 제2 홀(H1, H2)과 제1 내지 제4 측벽을 포함할 수 있다.
도 2의 경우, 제1 연결 기판(141)과 제2 연결 기판(144)이 -z축 방향으로 벤딩되기 이전의 평면도를 나타내는 반면, 도 4의 경우 제1 연결 기판(141)과 제2 연결 기판(144)이 -z축 방향으로 벤딩된 이후의 모습을 나타낸다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 스페이서(143)는 제1 연결 기판(141)과 제2 연결 기판(144) 사이에 배치될 수 있으며, 홀더(120)의 제1 또는 제2 개구(OP1, OP2) 중 적어도 한곳으로부터 돌출되어 배치될 수 있다.
또한 스페이서(143)은 링 형상으로 액체 렌즈(142)의 측면을 둘러싸며 배치될 수 있다. 스페이서(143)의 상부와 하부에는 접착물질을 통한 연결 기판(141, 144)과의 결합력을 높이기 위해 요철부를 포함할 수 있다. 연결 기판(141, 144)도 스페이서(143)의 형상에 대응될 수 있으며, 링 형상을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 홀(H1, H2)은 홀더(120)의 상부와 하부에 각각 형성되어, 홀더(120)의 상부와 하부를 각각 개방시킬 수 있다. 여기서, 제1 홀(H1) 및 제2 홀(H2)은 관통 홀일 수 있다. 제1 렌즈부(110, 110A)는 홀더(120)의 내부에 형성된 제1 홀(H1)에 수용, 장착, 안착, 접촉, 고정, 가고정, 지지, 결합, 또는 배치될 수 있고, 제2 렌즈부(130, 130A)는 홀더(120)의 내부에 형성된 제2 홀(H2)에 수용, 장착, 안착, 접촉, 고정, 가고정, 지지, 결합, 또는 배치될 수 있다.
또한, 홀더(120)의 제1 및 제2 측벽은 광축(LX) 방향과 수직하는 방향(예를 들어, x축 방향)으로 서로 대면하여 배치되고, 제3 및 제4 측벽은 광축(LX) 방향과 수직하는 방향(예를 들어, y축 방향)으로 서로 대면하여 배치될 수 있다. 또한, 도 4에 예시된 바와 같이 홀더(120)에서 제1 측벽은 제1 개구(OP1)를 포함하고, 제2 측벽은 제1 개구(OP1)와 같은 또는 유사한 형상의 제2 개구(OP2)를 포함할 수 있다. 따라서, 제1 측벽에 배치된 제1 개구(OP1)와 제2 측벽에 배치된 제2 개구(OP2)는 광축(LX) 방향과 수직인 방향(예를 들어, x축 방향)으로 서로 대면하여 배치될 수 있다.
제1 및 제2 개구(OP1, OP2)에 의해 액체 렌즈부(140)가 배치될 홀더(120)의 내부 공간이 개방될 수 있다. 이때, 액체 렌즈부(140)는 제1 또는 제2 개구(OP1, OP2)를 통해 삽입되어 홀더(120)의 내부 공간에 장착, 안착, 접촉, 고정, 가고정, 지지, 결합, 또는 배치될 수 있다. 예를 들어, 액체 렌즈부(140)는 제1 개구(OP1)를 통해 홀더(120)의 내부 공간에 삽입될 수 있다.
이와 같이, 액체 렌즈부(140)가 제1 또는 제2 개구(OP1, OP2)를 통해 홀더(120) 내부 공간으로 삽입될 수 있도록, 광축(LX) 방향을 기준으로 홀더(120)의 제1 또는 제2 개구(OP1, OP2) 각각의 크기는 액체 렌즈부(140)의 y축과 z축 방향으로의 단면적보다 클 수 있다. 예를 들어, 광축(LX) 방향으로 제1 및 제2 개구(OP1, OP2) 각각의 크기에 해당하는 높이(H)는 액체 렌즈부(140)의 두께(TO)보다 클 수 있다.
제2 렌즈부(130, 130A)는 홀더(120) 내부에서 액체 렌즈부(140)의 아래에 배치될 수 있다. 제2 렌즈부(130, 130A)는 제1 렌즈부(110, 110A)와 광축 방향(예를 들어, z축 방향)으로 이격되어 배치될 수 있다.
카메라 모듈(100A)의 외부로부터 제1 렌즈부(110, 110A)로 입사된 광은 액체 렌즈부(140)를 통과하여 제2 렌즈부(130, 130A)로 입사될 수 있다. 제2 렌즈부(130, 130A)는 하나의 렌즈로 구현될 수도 있고, 중심축을 기준으로 정렬되어 광학계를 형성하는 2개 이상의 복수의 렌즈로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 도 3에 예시된 바와 같이, 제2 렌즈부(130A)는 3개의 렌즈(L3, L4, L5)를 포함할 수 있으나, 이는 예시적인 것이며 제2 렌즈부(130, 130A)에 포함된 렌즈의 개수는 2개 이하 또는 4개 이상일 수 있다.
또한, 제2 렌즈부(130A)에 포함된 렌즈(L3, L4, L5) 각각의 외경은 하부(예를 들어, -z축 방향)로 갈수록 증가할 수 있으나, 실시 예는 이에 한정되지 않는다.
액체 렌즈부(140)와 달리, 제1 렌즈부(110, 110A) 및 제2 렌즈부(130, 130A) 각각은 고체 렌즈로서, 유리 또는 플라스틱으로 구현될 수 있으나, 실시 예는 제1 렌즈부(110, 110A) 및 제2 렌즈부(130, 130A) 각각의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
또한, 도 3을 참조하면, 액체 렌즈부(140)는 제1 내지 제5 영역(A1, A2, A3, A4, A5)을 포함할 수 있다.
제1 영역(A1)은 홀더(120)의 제1 개구(OP1)의 내부에 배치된 영역이고, 제2 영역(A2)은 홀더(120)의 제2 개구(OP2)의 내부에 배치된 영역이며, 제3 영역(A3)은 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2) 사이의 영역이다. 제4 영역(A4)은 홀더(120)의 제1 개구(OP1)로부터 돌출되는 영역으로서 제1 개구(OP1) 측에서 홀더(120)의 외부에 배치된 영역이다. 제5 영역(A5)은 홀더(120)의 제2 개구(OP2)로부터 돌출되는 영역으로서 제2 개구(OP2) 측에서 홀더(120)의 외부에 배치된 영역이다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 액체 렌즈부(140)는 제1 연결 기판(또는, 개별 전극 연결 기판)(141), 액체 렌즈(또는, 액체 렌즈 본체)(142), 스페이서(143) 및 제2 연결 기판(또는, 공통 전극 연결 기판)(144)을 포함할 수 있다.
제1 연결 기판(141)은 액체 렌즈(142)에 포함된 복수의 제1 전극(미도시)을 메인 기판(150)에 전기적으로 연결하며, 액체 렌즈(142) 위에 배치될 수 있다. 제1 연결 기판(141)은 연성회로기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board)로 구현될 수 있다.
또한, 제1 연결 기판(141)은 복수의 제1 전극 각각과 전기적으로 연결된 연결 패드(미도시)를 통해 메인 기판(150) 상에 형성된 전극 패드(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 액체 렌즈부(140)가 홀더(120)의 내부 공간에 삽입된 후, 제1 연결 기판(141)은 메인 기판(150)을 향해 -z축 방향으로 벤딩(bending)된 후, 연결 패드(미도시)와 전극 패드(미도시)는 전도성 에폭시(conductive epoxy)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 다른 실시예로 제1 연결 기판(141)은 홀더(120)의 표면에 배치, 형성, 또는 코팅된 도전성 제1 홀더 표면 전극과 연결되어 홀더(120)의 표면에 배치된 도전성 제1 홀더 표면 전극을 통해 메인 기판(150)과 전기적으로 연결될 수 있으나, 실시 예는 이에 한정되지 않는다.
제2 연결 기판(144)은 액체 렌즈(142)에 포함된 제2 전극(미도시)을 메인 기판(150)에 전기적으로 연결하며, 액체 렌즈(142) 아래에 배치될 수 있다. 제2 연결 기판(144)은 FPCB 또는 단일 메탈 기판(전도성 메탈 플레이트)으로 구현될 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 전극에 대해서는 후술되는 도 5를 참조하여 상세히 설명된다.
제2 연결 기판(144)은 제2 전극과 전기적으로 연결된 연결 패드를 통해 메인 기판(150) 상에 형성된 전극 패드와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 액체 렌즈부(140)가 홀더(120)의 내부 공간에 삽입된 후, 제2 연결 기판(144)은 메인 기판(150)을 향해 -z축 방향으로 벤딩될 수 있다. 다른 실시예로 제2 연결 기판(144)은 홀더(120)의 표면에 배치, 형성, 또는 코팅된 도전성 제2 홀더 표면 전극과 연결되어 홀더(120)의 표면에 배치된 도전성 제2 홀더 표면 전극을 통해 메인 기판(150)과 전기적으로 연결될 수 있으나, 실시 예는 이에 한정되지 않는다.
액체 렌즈(142)는 캐비티(CA:cavity)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 캐비티(CA)에서 광이 입사되는 방향의 개구 면적은 반대 방향의 개구 면적보다 좁을 수 있다. 또는, 캐비티(CA)의 경사 방향이 반대가 되도록 액체 렌즈(142)가 배치될 수도 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 달리 캐비티(CA)에서 광이 입사되는 방향의 개구 면적은 반대 방향의 개구 면적보다 클 수도 있다. 또한, 캐비티(CA)의 경사 방향이 반대가 되도록 액체 렌즈(142)가 배치될 때, 액체 렌즈(142)의 경사 방향에 따라서 액체 렌즈(142)에 포함된 구성의 배치 전체 또는 일부가 함께 바뀌거나, 캐비티(CA)의 경사 방향만 변경되고 나머지 구성의 배치는 바뀌지 않을 수도 있다. 그 밖에 액체 렌즈(142)의 세부적인 구성에 대해서는 도 5를 참조하여 상세히 후술된다.
스페이서(143)는 액체 렌즈(142)를 둘러싸도록 배치되어, 액체 렌즈(142)를 외부 충격으로부터 보호할 수 있다. 이를 위해, 스페이서(143)는 액체 렌즈(142)가 그의 내부에 장착, 안착, 접촉, 고정, 가고정, 지지, 결합, 또는 배치될 수 있는 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 스페이서(143)는 액체 렌즈(142)를 수용되는 중공(143H) 및 가운데에 형성된 중공(143H)을 에워싸는 프레임을 포함할 수 있다. 이와 같이, 스페이서(143)는 가운데가 뚤린 사각형 평면 형상(이하, 'ㅁ' 자 형성이라 함)을 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 스페이서(143)는 제1 연결 기판(141)과 제2 연결 기판(144) 사이에 배치될 수 있으며, 홀더(120)의 제1 또는 제2 개구(OP1, OP2) 중 적어도 한 곳으로부터 돌출되어 배치될 수 있다. 즉, 스페이서(143)의 적어도 일부는 제1 및 제2 연결 기판(141, 144)과 함께 광축(LX)과 수직한 방향(예를 들어, x축 방향)으로 홀더(120)의 제1 또는 제2 측벽 중 적어도 한 곳으로부터 돌출된 형상을 가질 수 있다. 이는 스페이서(143)의 x축 방향으로의 길이가 홀더(120)의 x축 방향으로의 길이보다 길기 때문이다. 따라서, 스페이서(143)에서 제1 및 제2 측벽으로부터 돌출된 부분은 도 3에 도시된 제4 영역(A4) 및 제5 영역(A5)에 각각 해당할 수 있다.
또한, 스페이서(143)가 홀더(120)에 삽입될 때와 액티브 얼라인 과정에서, 스페이서(143)는 그리퍼와 접촉할 수 있다.
또한, 스페이서(143)의 적어도 일부는 제1 개구(OP1) 또는 제2 개구(OP2) 중 적어도 한 곳의 내부에 배치될 수 있다. 비록, 도 3의 경우, 스페이서(143)가 제1 개구(OP1)와 제2 개구(OP2)에 배치되지 않은 것처럼 도시되어 있다. 그러나, 이와 달리 도 2 및 도 4에 예시된 바와 같이, 스페이서(143)는 'ㅁ'자 형상을 가지며 액체 렌즈(142)를 에워싸므로 스페이서(143)의 적어도 일부가 제1 및 제2 개구(OP1, OP2) 각각의 내부에 배치됨을 알 수 있다.
또한, 액체 렌즈(142)의 적어도 일부는 제1 개구(OP1) 또는 제2 개구(OP2) 중 적어도 한 곳의 내부에 배치될 수 있다. 도 3을 참조하면, 액체 렌즈(142)의 구성 요소인 액체 렌즈(142)의 제1 플레이트(147)가 제1 및 제2 개구(OP1, OP2) 각각의 내부에 배치됨을 알 수 있다.
또한, 제1 및 제2 개구(OP1, OP2) 각각의 내부에 스페이서(143)의 적어도 일부만이 배치되고, 액체 렌즈(142)는 배치되지 않을 수도 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 홀더(120)는 액체 렌즈부(140) 위에 배치된 홀더 상부 영역(120U) 및 액체 렌즈부(140) 아래에 배치된 홀더 하부 영역(120D)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 접착 부재(162A, 164A) 각각은 홀더 상부 영역(120U)과 홀더 하부 영역(120D) 각각과 액체 렌즈부(140)를 결합시킬 수 있다.
제1 커버(170)는 홀더(120), 액체 렌즈부(140) 및 미들 베이스(172)를 둘러싸도록 배치되어, 이들(120, 140, 172)을 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다. 특히, 제1 커버(170)가 배치됨으로써, 광학계를 형성하는 복수의 렌즈들을 외부 충격으로부터 보호할 수 있다.
또한, 홀더(120)에 배치되는 제1 렌즈부(110, 110A)가 외부광에 노출될 수 있도록, 제1 커버(170)는 그(170)의 상부면에 형성된 상측 개구(170H)를 포함할 수 있다.
또한, 상측 개구(170H)에는 광투과성 물질로 구성된 윈도우가 배치될 수 있고, 이로 인해 카메라 모듈(100A)의 내부로 먼지나 수분 등의 이물질이 침투하는 것이 방지될 수 있다.
또한, 제1 커버(170)는 홀더(120)의 상면과 제1 내지 제4 측벽을 덮도록 배치될 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3을 참조하면, 미들 베이스(172)는 홀더(120)의 제2 홀(H2)을 둘러싸면서 배치될 수 있다. 이를 위해, 미들 베이스(172)는 제2 홀(H2)을 수용하기 위한 수용홀(172H)을 포함할 수 있다. 미들 베이스(172)의 내경(즉, 수용홀(172H)의 직경)은 제2 홀(H2)의 외경 이상일 수 있다.
여기서, 미들 베이스(172)의 수용홀(172H)과 제2 홀(H2)의 형상은 각각 원형인 것으로 도시되어 있으나, 실시 예는 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 변경될 수도 있다.
제1 커버(170)의 상측 개구(170H)와 마찬가지로 수용홀(172H)은 미들 베이스(172)의 중앙 부근에서, 카메라 모듈(100)에 배치된 이미지 센서(182)의 위치에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
미들 베이스(172)는 메인 기판(150) 상에서 회로 소자(151)와 이격되어 메인 기판(150)에 장착될 수 있다. 즉, 홀더(120)는 회로 소자(151)와 이격되어 메인 기판(150) 상에 배치될 수 있다.
메인 기판(150)은 미들 베이스(172)의 하부에 배치되고, 이미지 센서(182)가 장착, 안착, 접촉, 고정, 가고정, 지지, 결합, 또는 수용될 수 있는 홈, 회로 소자(151), 연결부(또는, FPCB)(152) 및 커넥터(153)를 포함할 수 있다.
메인 기판(150)의 회로 소자(151)는 액체 렌즈부(140) 및 이미지 센서(182)를 제어하는 제어 모듈을 구성할 수 있다. 여기서, 회로 소자(151)는 수동 소자 및 능동 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 다양한 넓이 및 높이를 가질 수 있다. 회로 소자(151)는 복수 개일 수 있으며, 메인 기판(150)의 높이보다 높은 높이를 가지면서 외부로 돌출될 수 있다. 복수의 회로 소자(151)는 홀더(120)와 광축(LX)에 평행한 방향상에서 오버랩 되지 않도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 회로 소자(151)는 파워 인덕터(power inductor) 및 자이로 센서 등을 포함할 수 있으나, 실시 예는 회로 소자(151)의 특정한 종류에 국한되지 않는다.
메인 기판(150)은 홀더(120)가 배치되는 홀더 영역과 복수의 회로소자(151)가 배치되는 소자 영역을 포함할 수 있다.
메인 기판(150)은 FPCB(152)를 포함하는 RFPCB(Rigid Flexible Printed Circuit Board)로 구현될 수 있다. FPCB(152)는 카메라 모듈(100)이 장착되는 공간이 요구하는 바에 따라 벤딩될 수 있다.
이미지 센서(182)는 렌즈 어셈블리(110, 120, 130, 140)의 제1 렌즈부(110), 액체 렌즈부(140) 및 제2 렌즈부(130)를 통과한 광을 이미지 데이터로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 이미지 센서(182)는 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이를 통해 광을 아날로그 신호로 변환하고, 아날로그 신호에 상응하는 디지털 신호를 합성하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
한편, 커넥터(153)는 메인 기판(150)을 카메라 모듈(100A) 외부의 전원 또는 기타 다른 장치(예를 들어, application processor)와 전기적으로 연결할 수 있다.
이하, 카메라 모듈(100)의 제조 방법의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
먼저, 메인 기판(150)에 이미지 센서(182)를 장착하고, 미들 베이스(172)와 제2 커버(174)가 결합 또는 배치된 홀더(120)를 메인 기판(150)에 장착, 안착, 접촉, 가고정, 지지, 결합, 또는 배치할 수 있다.
이때, 홀더(120)에 장착된 제1 렌즈부(110, 110A), 제2 렌즈부(130, 130A) 및 이미지 센서(182) 사이의 액티브 얼라인(제1 정렬)을 수행할 수 있다. 제1 정렬은 미들 베이스(172)의 양측을 지지하면서 미들 베이스(172)와 홀더(120)의 위치를 조절하여 수행될 수 있다. 미들 베이스(172)의 양측을 압착하여 고정하는 지그를 이동시키면서 제1 정렬이 수행될 수 있다. 제1 정렬이 완료된 상태에서 미들 베이스(172)를 메인 기판(150)에 고정시킬 수 있다.
이후, 홀더(120)의 제1 또는 제2 개구(OP1, OP2) 중 적어도 하나를 통해 액체 렌즈부(140)를 홀더(120)에 삽입하고, 액체 렌즈부(140)와 이미지 센서(182) 사이의 액티브 얼라인을 제2 정렬로서 수행할 수 있다. 제2 정렬은 액체 렌즈부(140)를 x축 방향에서 지지하여 액체 렌즈부(140)의 위치를 조절하여 수행할 수 있다. 제2 정렬은 액체 렌즈부(140)를 x축 방향에서 압착하여 고정하는 지그를 이동시키면서 진행될 수 있다.
이후, 제1 연결 기판(141)과 제2 연결 기판(144) 각각을 벤딩하여 메인 기판(150)과 전기적으로 연결한다. 벤딩 공정 이후 제1 연결 기판(141) 및 제2 연결 기판(144) 각각과 메인 기판(150) 간의 전기적인 연결을 위해 솔더링(soldering) 공정을 수행한다.
이후, 제1 커버(170)를 제1 렌즈부(110), 홀더(120), 제2 렌즈부(130), 액체 렌즈부(140) 및 미들 베이스(172)에 씌워서, 카메라 모듈(100A)을 완성한다.
한편, 도 2에 도시된 복수의 회로 소자(151) 중 일부는 전자 방해(EMI: electromagnetic interference)나 노이즈를 야기할 수 있다. 특히, 복수의 회로 소자(151) 중 파워 인덕터(151-1)는 다른 소자보다 더 많은 EMI를 야기할 수 있다. 이와 같이, EMI나 노이즈를 차단하기 위해, 회로 커버(154)는 메인 기판(150)의 소자 영역에 배치된 회로 소자(151)를 덮도록 배치될 수 있다.
또한, 회로 커버(154)가 회로 소자(151)를 덮도록 배치될 경우, 메인 기판(150)의 상부에 배치된 회로 소자(151)가 외부 충격으로부터 보호될 수 있다. 이를 위해 회로 커버(154)는 메인 기판(150)에 배치된 회로 소자(151)의 형상 및 위치를 고려하여 회로 소자(151)를 수용하여 덮기 위한 수용 공간을 포함할 수 있다.
한편, 필터(176)는 제1 렌즈부(110, 110A), 액체 렌즈부(140) 및 제2 렌즈부(130, 130A)를 통과한 광에 대해 특정 파장 범위에 해당하는 광을 필터링할 수 있다. 필터(176)는 적외선(IR) 차단 필터 또는 자외선(UV) 차단 필터일 수 있으나, 실시 예는 이에 한정되지 않는다. 필터(176)는 이미지 센서(182) 위에 배치될 수 있다. 필터(176)는 센서 베이스(178)의 내부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 필터(176)는 센서 베이스(178)의 내부 홈 또는 단차에 배치되거나 장착될 수 있다.
센서 베이스(178)는 미들 베이스(172)의 하부에 배치되고 메인 기판(150)에 부착될 수 있다. 센서 베이스(178)는 이미지 센서(182)를 둘러싸고 이미지 센서(182)를 외부의 이물질 또는 충격으로부터 보호할 수 있다.
메인 기판(150)은 센서 베이스(178)의 아래에 배치되고, 메인 기판(150) 상에 회로 소자(151)와 이격되어 센서 베이스(178)가 장착되며, 센서 베이스(178)의 위로 미들 베이스(172), 제2 렌즈부(130, 130A), 액체 렌즈부(140) 및 제1 렌즈부(110, 110A)가 배치된 홀더(120)가 배치될 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 카메라 모듈(100)은 센서 베이스(178) 및 필터(176)를 포함하지 않을 수도 있다.
이하, 전술한 실시 예에 의한 카메라 모듈(100)에 포함된 액체 렌즈부(140)의 일 예(140A)를 첨부된 도 5를 참조하여 다음과 같이 살펴본다. 도 5는 전술한 실시 예에 의한 액체 렌즈를 포함하는 액체 렌즈부(140)의 일 실시 예(140A)에 의한 단면도를 나타낸다.
도 5에 도시된 액체 렌즈부(140A 내지 140I) 각각은 제1 연결 기판(141), 액체 렌즈(142), 스페이서(143) 및 제2 연결 기판(144)을 포함할 수 있다. 스페이서(143)에 대한 설명은 전술한 바와 같으므로 중복되는 설명을 생략하며, 설명의 편의상, 도 5에서 스페이서(143)의 도시는 생략된다.
액체 렌즈(142)는 서로 다른 종류의 복수의 액체(LQ1, LQ2), 제1 내지 제3 플레이트(147, 145, 146), 제1 및 제2 전극(E1, E2) 및 절연층(148)을 포함할 수 있다. 액체 렌즈(142)는 광학층(190:190A 내지 190I)을 더 포함할 수 있다.
복수의 액체(LQ1, LQ2)는 캐비티(CA)에 수용되며, 전도성을 갖는 제1 액체(LQ1)와 비전도성을 갖는 제2 액체(또는, 절연 액체)(LQ2)를 포함할 수 있다. 제1 액체(LQ1)와 제2 액체(LQ2)는 서로 섞이지 않으며, 제1 및 제2 액체(LQ1, LQ2) 사이의 접하는 부분에 계면(BO)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 액체(LQ1) 위에 제2 액체(LQ2)가 배치될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 액체 렌즈(142)의 단면 형상에서 제1 및 제2 액체(LQ2, LQ1)의 가장 자리는 중심부보다 두께가 얇을 수 있다.
제1 액체(LQ1)는 오일(oil)일 수 있으며 예를 들면 페닐(phenyl) 계열의 실리콘 오일일 수 있다. 제2 액체(LQ2)는 예를 들면 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)과 브로민화나트륨(NaBr)이 혼합되어 형성될 수 있다.
제1 액체(LQ1)와 제2 액체(LQ2) 각각은 살균제 또는 산화 방지제 중 적어도 하나를 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. 이와 같이 제1 액체(LQ1) 및 제2 액체(LQ2) 각각이 산화 방지제와 살균제를 포함될 경우, 제1 및 제2 액체(LQ1, LQ2)가 산화되거나 미생물의 번식에 의한 제1 및 제2 액체(LQ1, LQ2)의 물성 변화를 방지할 수 있다.
제1 플레이트(147)의 내측면은 캐비티(CA)의 측벽(i)을 이룰 수 있다. 제1 플레이트(147)는 기 설정된 경사면을 갖는 상하의 개구부를 포함할 수 있다. 즉, 캐비티(CA)는 제1 플레이트(147)의 경사면, 제2 플레이트(145)와 접촉하는 제3 개구, 및 제3 플레이트(146)와 접촉하는 제4 개구로 둘러싸인 영역으로 정의될 수 있다.
제3 및 제4 개구 중에서 보다 넓은 개구의 직경은 액체 렌즈(142)에서 요구하는 화각(FOV) 또는 액체 렌즈(142)가 카메라 모듈(100A)에서 수행해야 할 역할에 따라 달라질 수 있다. 실시 예에 의하면, 제3 개구의 크기(또는, 면적, 또는 폭)(O1)보다 제4 개구의 크기(또는, 면적, 또는 폭)(O2)가 더 클 수 있다. 여기서, 제3 및 제4 개구들 각각의 크기는 수평 방향(예를 들어, x축과 y축 "??)의 단면적일 수 있다. 예를 들어, 제3 및 제4 개구들 각각의 크기란, 개구의 단면이 원형이면 반지름을 의미하고, 개구의 단면이 정사각형이면 대각선의 길이를 의미할 수 있다.
제3 및 제4 개구 각각은 원형의 단면을 가지는 홀(hole)의 형상일 수 있으며, 경사면은 55° 내지 65° 또는 50° 내지 70°의 범위의 경사도를 가질 수 있다. 두 액체가 형성한 계면(BO)은 구동 전압에 의해 캐비티(CA)의 경사면을 따라 움직일 수 있다.
제1 플레이트(147)의 캐비티(CA)에 제1 액체(LQ1) 및 제2 액체(LQ2)가 충진, 수용 또는 배치된다. 또한, 캐비티(CA)는 제1 렌즈부(110, 110A)를 통과한 광이 투과하는 부위이다. 따라서, 제1 플레이트(147)는 투명한 재료로 이루어질 수도 있고, 광의 투과가 용이하지 않도록 불순물을 포함할 수도 있다.
제1 플레이트(147)의 일면과 타면에 전극이 각각 배치될 수 있다. 복수의 제1 전극(E1)은 제2 전극(E2)과 이격되어 배치되고, 제1 플레이트(147)의 일면(예를 들어, 상부면과 측면 및 하부면)에 배치될 수 있다. 제2 전극(E2)은 제1 플레이트(147)의 타면(예를 들어, 하부면)의 적어도 일부 영역에 배치되고, 제1 액체(LQ1)와 직접 접촉할 수 있다.
또한, 제1 전극(E1)은 n개의 전극(이하, '개별 전극'이라 함)일 수 있고, 제2 전극(E2)은 한 개의 전극(이하, '공통 전극'이라 함)일 수 있다. 여기서, n은 2 이상의 양의 정수일 수 있다.
제1 및 제2 전극(E1, E2) 각각은 적어도 하나의 전극 섹터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(E1)은 둘 이상의 전극 섹터를 포함하고, 제2 전극(E2)은 적어도 하나의 전극 섹터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 전극(E1)은 광축을 중심으로 시계 방향(또는, 반시계 방향)을 따라 순차적으로 배치되는 복수의 전극 섹터를 포함할 수 있다. 여기서, 전극 섹터란, 전극의 일부분을 의미한다.
제1 플레이트(147)의 타면에 배치된 제2 전극(E2)의 일부(즉, 제2 전극(E2)의 전극 섹터)가 전도성을 갖는 제1 액체(LQ1)에 노출될 수 있다.
제1 및 제2 전극(E1, E2) 각각은 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, 캐비티(CA)를 채우는 전도성을 갖는 제1 액체(LQ1)에도 강한 특징이 있다.
또한, 제2 플레이트(145)는 제1 전극(E1)의 일면에 배치될 수 있다. 즉, 제2 플레이트(145)는 제1 플레이트(147)의 위에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 플레이트(145)는 제1 전극(E1)의 상면과 캐비티(CA) 위에 배치될 수 있다.
제3 플레이트(146)는 제2 전극(E2)의 일면에 배치될 수 있다. 즉, 제3 플레이트(146)는 제1 플레이트(147)의 아래에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제3 플레이트(146)는 제2 전극(E2)의 하면과 캐비티(CA) 아래에 배치될 수 있다.
제2 플레이트(145)와 제3 플레이트(146)는 제1 플레이트(147)를 사이에 두고 서로 대향하여 배치될 수 있다. 또한, 제2 플레이트(145) 또는 제3 플레이트(146) 중 적어도 하나는 생략될 수도 있다.
제2 또는 제3 플레이트(145, 146) 중 적어도 하나는 사각형 평면 형상을 가질 수 있다. 제3 플레이트(146)는 제1 플레이트(147)와 에지(edge) 주변의 접합 영역에서 맞닿아 접착될 수 있다.
제2 및 제3 플레이트(145, 146) 각각은 광이 통과하는 영역으로서, 투광성 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 제2 및 제3 플레이트(145, 146) 각각은 유리(glass)로 이루어질 수 있으며, 공정의 편의상 동일한 재료로 형성될 수 있다. 또한, 제2 및 제3 플레이트(145, 146) 각각의 가장 자리는 사각형 형상일 수 있으나, 반드시 이에 한정하지는 않는다.
제2 플레이트(145)는 제1 렌즈부(110, 110A)로부터 입사되는 광이 제1 플레이트(145)의 캐비티(CA) 내부로 진행하도록 허용하는 구성을 가질 수 있다.
제3 플레이트(146)는 제1 플레이트(145)의 캐비티(CA)를 통과한 광이 제2 렌즈부(130, 130A)로 진행하도록 허용하는 구성을 가질 수 있다. 제3 플레이트(146)는 제1 액체(LQ1)와 직접 접촉할 수 있다.
실시 예에 의하면, 제3 플레이트(146)는 제1 플레이트(147)의 제3 및 제4 개구 중에서 넓은 개구의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다. 또한, 제3 플레이트(146)는 제1 플레이트(147)와 이격된 주변 영역을 포함할 수 있다.
또한, 액체 렌즈(142)의 실제 유효 렌즈영역은 제1 플레이트(147)의 제3 및 제4 개구 중에서 넓은 개구의 직경(예를 들어, O2)보다 좁을 수 있다.
절연층(148)은 캐비티(CA)의 상부 영역에서 제2 플레이트(145)의 하부면의 일부를 덮으면서 배치될 수 있다. 즉, 절연층(148)은 제2 액체(LQ2)와 제2 플레이트(145)의 사이에 배치될 수 있다.
또한, 절연층(148)은 캐비티(CA)의 측벽을 이루는 제1 전극(E1)의 일부를 덮으면서 배치될 수 있다. 또한, 절연층(148)은 제1 플레이트(147)의 하부면에서, 제1 전극(E1)의 일부와 제1 플레이트(147) 및 제2 전극(E2)을 덮으며 배치될 수 있다. 이로 인해, 제1 전극(E1)과 제1 액체(LQ1) 간의 접촉 및 제1 전극(E1)과 제2 액체(LQ2) 간의 접촉이 절연층(148)에 의해 차단될 수 있다.
절연층(148)은 예를 들면 파릴렌 C(parylene C) 코팅제로 구현될 수 있으며, 백색 염료를 더 포함할 수도 있다. 백색 염료는 캐비티(CA)의 측벽(i)을 이루는 절연층(148)에서 광이 반사되는 빈도를 증가시킬 수 있다.
절연층(148)은 제1 및 제2 전극(E1, E2) 중 하나의 전극(예를 들어, 제1 전극(E1))을 덮고, 다른 하나의 전극(예를 들어, 제2 전극(E2))의 일부를 노출시켜 전도성을 갖는 제1 액체(LQ1)에 전기 에너지가 인가되도록 할 수 있다.
실시 예에 의한 카메라 모듈(100)의 경우, 자외선 차단이나 적외선 차단을 위한 필터(176)가 미들 베이스(172)와 이미지 센서(182) 사이에 배치되어, 제1 렌즈부(110), 액체 렌즈(142) 및 제2 렌즈부(130)를 통과한 광에 대해 특정 파장 범위에 해당하는 광을 필터링한다. 또한, 이러한 적외선 차단 필터 또는 자외선 차단 필터는 센서 베이스(178)의 내부 홈에 장착된다.
적어도 하나의 기판 예를 들어, 제1 연결 기판(141)과 제2 연결 기판(144)은 액체 렌즈(142)에 전압을 공급하는 역할을 한다. 이를 위해, 복수의 제1 전극(E1)은 제1 연결 기판(141)과 전기적으로 연결되고, 제2 전극(E2)은 제2 연결 기판(144)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 연결 기판(141)과 제2 연결 기판(144)을 통해 제1 및 제2 전극(E1, E2)으로 구동 전압이 인가될 때, 제1 액체(LQ1)와 제2 액체(LQ2) 사이의 계면(BO)이 변형되어 액체 렌즈(142)의 곡률과 같은 형상 또는 초점거리 중 적어도 하나가 변경(또는, 조정)될 수 있다. 예를 들어, 구동 전압에 대응하여 액체 렌즈(142) 내에 형성되는 계면(BO)의 굴곡 또는 경사도 중 적어도 하나가 변하면서 액체 렌즈(142)의 초점 거리가 조정될 수 있다. 이러한 계면(BO)의 변형, 곡률 반경이 제어되면, 액체 렌즈(142), 액체 렌즈(142)를 포함하는 렌즈 어셈블리(110, 120, 130, 140), 카메라 모듈(100) 및 광학 기기는 오토포커싱(AF:Auto-Focusing) 기능, 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(OIS:Optical Image Stabilizer) 기능 등을 수행할 수 있다.
제1 연결 기판(141)은 서로 다른 4개의 구동 전압(이하, '개별 전압'이라 함)을 액체 렌즈(142)로 전달할 수 있고, 제2 연결 기판(144)은 하나의 구동 전압(이하, '공통 전압'이라 함)을 액체 렌즈(142)로 전달할 수 있다. 공통 전압은 DC 전압 또는 AC 전압을 포함할 수 있으며, 공통 전압이 펄스 형태로 인가되는 경우 펄스의 폭 또는 듀티 사이클(duty cycle)은 일정할 수 있다. 제1 연결 기판(141)을 통해 공급되는 개별 전압은 액체 렌즈(142)의 각 모서리에 노출되는 복수의 제1 전극(E1)(또는, 복수의 전극 섹터)에 인가될 수 있다.
비록 도시되지는 않았지만, 제1 연결 기판(141)과 복수의 제1 전극(E1) 사이에 전도성 에폭시가 배치됨으로써, 제1 연결 기판(141)과 복수의 제1 전극(E1)이 접촉, 결합 및 통전될 수 있다. 또한, 제2 연결 기판(144)과 제2 전극(E2) 사이에 전도성 에폭시가 배치됨으로써, 제2 연결 기판(144)과 제2 전극(E2)이 접촉, 결합 및 통전될 수 있다.
또한, 제1 연결 기판(141)과 복수의 제1 전극(E1)은 서로 별개의 소자로 구현될 수도 있고 일체형으로 구현될 수도 있다. 또한, 제2 연결 기판(144)과 제2 전극(E2)은 서로 별개의 소자로 구현될 수도 있고, 일체형으로 구현될 수도 있다.
도 6은 카메라 모듈(200)의 개략적인 블럭도이다.
도 6을 참조하면, 카메라 모듈(200)은 제어 회로(210) 및 렌즈 어셈블리(250)를 포함할 수 있다. 제어 회로(210)는 도 1에 도시된 제어 회로(24)에 해당하고, 렌즈 어셈블리(250)는 도 1에 도시된 렌즈 어셈블리(22) 또는 도 2에 도시된 렌즈 어셈블리(110, 120, 130, 140)에 해당할 수 있다.
제어 회로(210)는 제어부(220)를 포함할 수 있으며, 액체 렌즈(280)를 포함하는 액체 렌즈부(140)의 동작을 제어할 수 있다.
제어부(220)는 AF 기능 및 OIS 기능을 수행하기 위한 구성을 가지며, 사용자의 요청 또는 감지 결과(예컨대, 자이로 센서(22A, 22B)의 움직임 신호 등)를 이용하여 렌즈 어셈블리(250)에 포함된 액체 렌즈(280)를 제어할 수 있다. 여기서, 액체 렌즈(280)는 전술한 액체 렌즈(142)에 해당할 수 있다.
제어부(220)는 자이로 센서(225), 컨트롤러(230) 및 전압 드라이버(235)를 포함할 수 있다. 자이로 센서(225)는 제어부(220)에 포함되지 않는 독립된 구성일 수도 있고, 제어부(220)에 포함될 수도 있다.
자이로 센서(225)는 광학 기기의 상하 및 좌우에 대한 손떨림을 보상하기 위해 요(Yaw)축과 피치(Pitch)축 두 방향의 움직임의 각속도를 감지할 수 있다. 자이로 센서(225)는 감지된 각속도에 상응하는 움직임 신호를 생성하여 컨트롤러(230)에 제공할 수 있다.
컨트롤러(230)는 OIS 기능 구현을 위해 저역 통과 필터(LPF:Low Pass Filter)를 이용하여 움직임 신호에서 높은 주파수의 노이즈 성분을 제거하여 원하는 대역만 추출하고, 노이즈가 제거된 움직임 신호를 사용하여 손떨림량을 계산하고, 계산된 손떨림량을 보상하기 위해 액체 렌즈 모듈(260)의 액체 렌즈(280)가 가져야 할 형상에 대응하는 구동 전압을 계산할 수 있다.
컨트롤러(230)는 광학 기기 또는 카메라 모듈(200)의 내부(예컨대, 이미지 센서(182)) 또는 외부(예컨대, 거리 센서 또는 애플리케이션 프로세서)로부터 AF 기능을 위한 정보(즉, 객체와의 거리 정보)를 수신할 수 있고, 거리 정보를 통해 객체에 초점을 맞추기 위한 초점 거리에 따라 액체 렌즈(280)가 가져야 할 형상에 대응하는 구동 전압을 계산할 수 있다.
컨트롤러(230)는 구동 전압과 구동 전압을 전압 드라이버(235)가 생성하도록 하기 위한 구동 전압 코드를 맵핑한 구동 전압 테이블을 저장할 수 있고, 계산된 구동 전압에 대응하는 구동 전압 코드를 구동 전압 테이블을 참조하여 획득하고, 획득된 구동 전압 코드를 전압 드라이버(235)로 출력할 수 있다.
전압 드라이버(235)는 컨트롤러(230)로부터 제공된 디지털 형태의 구동 전압 코드를 기초로, 구동 전압 코드에 상응하는 아날로그 형태의 구동 전압을 생성하여, 렌즈 어셈블리(250)에 제공할 수 있다.
전압 드라이버(235)는 공급 전압(예컨대, 별도의 전원 회로로부터 공급된 전압)을 입력 받아 전압 레벨을 증가시키는 전압 부스터, 전압 부스터의 출력을 안정시키기 위한 전압 안정기 및 액체 렌즈(280)의 각 단자에 전압 부스터의 출력을 선택적으로 공급하기 위한 스위칭부를 포함할 수 있다.
여기서, 스위칭부는 에이치브릿지(H Bridge)로 불리는 회로의 구성을 포함할 수 있다. 전압 부스터에서 출력된 고전압이 스위칭부의 전원 전압으로 인가된다. 스위칭부는 인가되는 전원 전압과 그라운드 전압(ground voltage)을 선택적으로 액체 렌즈(280)의 양단에 공급할 수 있다. 여기서, 액체 렌즈(280)는 구동을 위해 4개의 전극 섹터를 포함하는 4개의 제1 전극(E1), 제1 연결 기판(141), 1개의 제2 전극(E2) 및 제2 연결 기판(144)을 포함함은 전술한 바와 같다. 액체 렌즈(280)의 양단은 복수의 제1 전극(E1) 중 어느 하나와 제2 전극(E2)을 의미할 수 있다. 또한 액체 렌즈(280)의 양단은 4개의 제1 전극(E1)의 4개의 전극 섹터 중 어느 하나와 제2 전극(E2)의 1개의 전극 섹터를 의미할 수 있다.
액체 렌즈(280)의 각 전극 섹터에 기 설정된 폭을 가지는 펄스 형태의 전압이 인가될 수 있으며, 액체 렌즈(280)에 인가되는 구동 전압은 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 각각에 인가되는 전압의 차이이다.
또한, 전압 드라이버(235)가 컨트롤러(230)로부터 제공된 디지털 형태의 구동 전압 코드에 따라 액체 렌즈(280)에 인가되는 구동 전압을 제어하기 위해, 전압 부스터는 증가되는 전압레벨을 제어하고, 스위칭부는 공통 전극과 개별 전극에 인가되는 펄스 전압의 위상을 제어함에 의해 구동 전압 코드에 상응하는 아날로그 형태의 구동 전압이 생성되도록 한다.
즉, 제어부(220)는 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 각각에 인가되는 전압을 제어할 수 있다.
제어 회로(210)는 제어 회로(210)의 통신 또는 인터페이스의 기능을 수행하는 커넥터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, I2C(Inter-Integrated Circuit) 통신 방식을 사용하는 제어 회로(210)와 MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 통신 방식을 사용하는 렌즈 어셈블리(250) 간의 통신을 위해 커넥터는 통신 프로토콜 변환을 수행할 수 있다. 또한, 커넥터는 외부(예컨대, 배터리)로부터 전원을 공급받아, 제어부(220) 및 렌즈 어셈블리(250)의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다. 이 경우 커넥터는 도 2에 도시된 커넥터(153)에 해당할 수 있다.
렌즈 어셈블리(250)는 액체 렌즈 모듈(260)을 포함할 수 있으며, 액체 렌즈 모듈(260)은 구동 전압 제공부(270) 및 액체 렌즈(280)를 포함할 수 있다.
구동 전압 제공부(270)는 전압 드라이버(235)로부터 구동 전압을 제공받아, 액체 렌즈(280)에 구동 전압을 제공할 수 있다. 여기서, 구동 전압은 n개의 개별 전극 중 어느 하나의 개별 전극과 1개의 공통 전극 사이에 인가되는 아날로그 전압일 수 있다.
구동 전압 제공부(270)는 제어 회로(210)와 렌즈 어셈블리(250) 간의 단자 연결로 인한 손실을 보상하기 위한 전압 조정 회로(미도시) 또는 노이즈 제거 회로(미도시)를 포함할 수도 있고, 또는 전압 드라이버(235)로부터 제공되는 전압을 액체 렌즈(280)로 바이패스(bypass)할 수도 있다.
구동 전압 제공부(270)는 연결부(152)의 적어도 일부를 구성하는 FPCB(또는, 기판)에 배치될 수 있으나, 실시 예는 이에 한정되지 않는다. 연결부(152)는 구동 전압 제공부(270)를 포함할 수 있다.
액체 렌즈(280)는 구동 전압에 따라 제1 액체(LQ1)와 제2 액체(LQ2) 간의 계면(BO)이 변형되어 AF 기능 또는 OIS 기능 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.
도 7의 (a) 및 (b)는 구동 전압에 대응하여 계면이 조정되는 액체 렌즈(142)를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 7의 (a)는 실시 예에 의한 액체 렌즈(142)의 사시도를 나타내고, 도 7의 (b)는 액체 렌즈(142)의 등가회로를 나타낸다. 여기서, 액체 렌즈(142)는 도 2의 액체 렌즈(142)와 동일하므로, 동일한 참조부호를 사용한다.
먼저 도 7의 (a)를 참조하면, 구동 전압에 대응하여 계면(BO)의 형상이 조정되는 액체 렌즈(142)는 동일한 각 거리를 가지고 4개의 서로 다른 방향에 배치되어 복수의 제1 전극(E1)의 복수의 전극 섹터(E11, E12, E13, E14) 및 제2 전극(E2)의 전극 섹터(C0)를 통해서 구동 전압을 인가 받을 수 있다. 복수의 제1 전극(E1)의 복수의 전극 섹터(E11, E12, E13, E14) 중 어느 하나와 제2 전극(E2)의 전극 섹터(C0)를 통해서 구동 전압이 인가되면 캐비티(CA)에 배치된 제1 액체(LQ1)와 제2 액체(LQ2)의 계면(BO)의 형상이 변형될 수 있다. 제1 액체(LQ1)와 제2 액체(LQ2)의 계면(BO)의 변형의 정도 및 형태는 AF 기능 또는 OIS 기능 중 적어도 하나를 구현하기 위해, 컨트롤러(230)에 의해 제어될 수 있다.
또한, 도 7의 (b)를 참조하면, 액체 렌즈(142)는 그(142)의 일측이 제1 전극(E1)의 서로 다른 전극 섹터(E11, E12, E13, E14)로부터 전압을 인가 받고, 그(142)의 타측이 제2 전극(E2)의 전극 섹터(C0)과 연결되어 전압을 인가받는 복수의 캐패시터(143)로 설명될 수 있다.
도 7의 (a)에서, 복수의 제1 전극(E1)에 포함된 서로 다른 전극 섹터(E11, E12, E13, E14)의 개수가 4개인 것을 예시되어 있으나, 실시 예는 이에 한정되지 않는다.
여기서, 두 전극(E1, E2)은 전도성 액체(LQ1)에 노출되는 제2 전극(E2)과 전도성 액체(LQ1)에 노출되지 않는 제1 전극(E1)으로 구분된다. 도 3의 (a) 및 도 4를 참조하면, 전도성 액체(LQ1)에 노출되는 제2 전극(E2)은 공통 단자(C0)에 연결될 수 있고, 전도성 액체(LQ1)에 노출되지 않는 제1 전극(E1)은 서로 다른 개별 단자(L1, L2, L3, L4)와 연결될 수 있다. 서로 다른 개별 단자(L1, L2, L3, L4)와 연결되는 제1 전극(E1)은 전기적, 물리적으로 구분된 복수의 세그먼트로 구분될 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 제2 전극(E2)의 면적과 제1 전극(E1)의 면적은 실질적으로 동일할 수 있다. 여기서 제1 전극(E1)의 면적은 복수의 세그먼트를 합한 면적일 수 있다. 또한, 제1 전극(E1)에 포함된 복수의 세그먼트는 모두 실질적으로 동일한 면적을 가질 수 있다.
도 7의 (a)와 도 5에서 설명한 액체 렌즈(140A)는 도 7의 (b)에서 설명한 것과 같이, 제1 전극(E1)에 포함된 복수의 세그먼트를 기준하여 전기적 특성을 복수 개로 구분되어 병렬로 연결된 단위 캐패시터로 설명할 수 있다. 또한, 액체 렌즈(140A)의 제2 전극(E2)과 제1 전극(E1)을 기준하면 전기적 특성을 하나의 캐패시터로 설명할 수 있다. 제2 전극(E2)의 면적과 제1 전극(E1)의 면적은 실질적으로 동일한 경우 액체 렌즈(140A)를 하나의 캐패시터로 간주할 경우 캐패시터의 두 전극의 면적이 실질적으로 동일함을 의미할 수 있다. 또한, 제1 전극(E1)에 포함된 복수의 세그먼트가 모두 실질적으로 동일한 면적을 가지면, 병렬로 연결된 단위 캐패시터의 캐패시턴스가 동일한 환경 또는 조건에서 실질적으로 동일함을 의미할 수 있다. 이 경우, 캐패시터로 설명할 수 있는 액체 렌즈(140A)의 전기적 특징을 보다 명확히 특정할 수 있어, 액체 렌즈(140A)의 제어를 보다 정교하고 정확하게 수행할 수 있고, 제어 상의 오차가 줄어들 수 있다. 이는 액체 렌즈(140A)의 동작 안전성 및 성능을 향상시키는 요인이 된다.
도8은 액체 렌즈 내 계면의 변화를 설명한다. 구체적으로, (a) 내지 (c)는 액체 렌즈(28)의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 전압이 인가되는 경우 발생할 수 있는 계면(30a, 30b, 30c)의 움직임을 설명한다. 액체 렌즈(28)은 도 5에서 설명한 액체 렌즈(140A)에 대응할 수 있고, 계면(30a, 30b, 30c)은 도 5에서 설명한 두 액체(LQ1, LQ2)가 형성하는 계면(B0)에 대응할 수 있다.
먼저 (a)를 참조하면, 액체 렌즈(28)의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 실질적으로 동일한 전압을 인가한 경우, 계면(30a)은 원형에 가까운 형태를 유지할 수 있다. 상면에서 보았을 때, 계면의 수평거리(LH)와 계면의 수직거리 (LV)가 실질적으로 동일하고, 계면(30a)의 움직임(예, 경사각)이 균형을 이루는 형태를 가질 수 있다. 이 경우에는 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)를 통해 측정한 계면(30a)의 캐패시턴스 값이 실질적으로 동일하게 측정될 수 있다.
또한 (b)를 참조하면, 액체 렌즈(28)의 제1개별 전극(L1)과 제3개별 전극(L3)에 인가되는 전압이 제2개별 전극(L2)과 제4개별 전극(L4)에 인가되는 전압보다 높은 경우를 설명한다. 이 경우, 계면(30b)을 당기거나 미는 힘이 수평 또는 수직에서 다르기 때문에, 상면에서 보았을 때 계면의 수평거리(LH))가 상면에서 보았을 때 계면의 수직 거리(LV))보다 짧아질 수 있다. 제2개별 전극(L2)과 제4개별 전극(L4)에 인가되는 전압이 제1개별 전극(L1)과 제3개별 전극(L3)에 비하여 낮은 경우, 제2개별 전극(L2)과 제4개별 전극(L4)에서의 액체 렌즈(28)의 계면(30b)의 경사각이 제1개별 전극(L1)과 제3개별 전극(L3)에서의 액체 렌즈(28)의 계면(30b)의 경사각보다 작기 때문에, 평면상에서는 동일해 보이지만 입체적으로는 수직거리 (LV)가 수평거리 (LH)보다 길다. 이 경우에는 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)를 통해 측정한 계면(30a)의 캐패시턴스 값이 서로 다를 수 있다. 한편, 계면(30b)이 계면(30b)이 대칭적으로 변화하였기 때문에 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)를 통해 측정한 계면(30a)의 캐패시턴스 값이 대칭적일 수 있다. 이 경우 L1과 L3의 캐패시턴스 값이 같고, L2와 L4의 캐패시턴스 값이 같을 수 있다.
또한, (c)를 참조하면, 액체 렌즈(28)의 제1개별 전극(L1)과 제3개별 전극(L3)에 인가되는 전압과 제2개별 전극(L2)과 제4개별 전극(L4)에 인가되는 전압이 달라져, 상면에서 보았을 때 계면의 계면의 수직 거리(LV))가 수평거리(LH)) 보다 짧아 질 수 있다. (b)의 경우와 마찬가지로 계면(30c)이 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)을 통해 측정한 계면(30c)의 캐패시턴스가 서로 다를 수 있다. 한편, 계면(30c)이 계면(30b)이 대칭적으로 변화하였기 때문에 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)를 통해 측정한 계면(30a)의 캐패시턴스 값이 대칭적일 수 있다. 이 경우 L1과 L3의 캐패시턴스 값이 같고, L2와 L4의 캐패시턴스 값이 같을 수 있다.
또한, (a), (b) 및 (c)에 도시된 계면(30a, 30b, 30c)에서 측정된 캐패시턴스는 차이가 있고, 이러한 캐패시턴스의 차이를 통해 제1개별 전극(L1) 내지 제4개별 전극(L4)에 인가된 전압에 따라 계면(30a, 30b, 30c)이 이전과 달리 어떻게 움직였는지를 보다 직접적으로 정확하게 측정할 수 있다.
한편, 전술한 예에서는 액체 렌즈(28)가 4개의 개별 전극을 포함하는 구조를 들어 설명하였으나, 액체 렌즈(28)가 8개, 12개, 16개 등의 더 많은 개별 전극을 가지고 그에 대응하는 피드백 전극을 포함하는 경우 액체 렌즈(28)의 움직임을 보다 정교하게 제어할 수 있고, 해당 움직임을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
도9는 액체 렌즈와 연동하는 제어 회로를 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28)는 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)과 하나의 공통전극(C0, 도3참조)를 포함한다. 전압 제어 회로(40)는 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)과 하나의 공통전극(C0)에 인가되는 전압(VL1, VL2, VL3, VL4, VC0)을 생성하여 공급할 수 있다. 예를 들어, 도4 및 도5를 참조하면, 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)은 제1전극(E1)에 대응할 수 있고, 하나의 공통전극(C0)은 제2전극(E2)에 대응할 수 있다.
정전용량 측정 회로(50)는 액체 렌즈(28) 내 계면(30)의 위치, 형상 또는 움직임을 측정 또는 산출하기 위한 것이다. 액체 렌즈(28) 계면(30)의 위치, 형상 또는 움직임은 도3에서 설명한 것과 같이 캐패시턴스(정전용량, capacitance)를 이용하여 측정할 수 있다. 액체 렌즈(28)의 제1 전극과 제2 전극 사이의 캐패시턴스를 측정하기 위해, 액체 렌즈(28)에 포함된 적어도 하나의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)과 공통 전극을 이용할 수 있다.
전압 제어 회로(40)는 적어도 0V 내지 80V의 레벨의 전압(VL1, VL2, VL3, VL4, VC0)을 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4) 및 공통 전극(C0)에 서로 같은 시점 또는 다른 시점에 제공할 수 있다. 전압 제어 회로(40)는 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4) 및 공통 전극(C0)에 전압을 동일한 시점에 인가하지 않고, 전압 제어 회로(40) 내 또는 별도의 제어부(미도시)가 생성하는 타이밍에 대응하여 전달할 수 있다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28) 계면(30)은 복수의 개별 전극(L1, L2, L3, L4) 및 공통 전극(C0)에 전달되는 전압(VL1, VL2, VL3, VL4, VC0)이 형성하는 구동 전압에 대응하여 제어될 수 있다. 액체 렌즈(28) 내 계면(30)의 움직임, 위치, 또는 형상의 변화는 제1 내지 제4 전압(VL1, VL2, VL3, VL4)과 공통 전극(C0)에 인가되는 전압(VC0)의 전압차에 의해 발생할 수 있다.
제1 내지 제4 전압(VL1, VL2, VL3, VL4)과 공통 전극(C0)의 전압(VC0)의 전압차에 의해 액체 렌즈(28) 내 계면(30)의 움직임, 위치, 또는 형상의 변화가 발생하면 캐패시턴스의 변화가 발생할 수 있다. 액체 렌즈(28) 내 계면(30)의 움직임. 위치, 또는 형상의 변화에 따라 일어나는 캐패시턴스의 변화는 수 pF 내지 수십 pF의 작은 범위일 수 있다.
제1 내지 제4 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 인가되는 전압에 의한 계면(30)의 위치, 또는 형상은 공통 전극(C0)에 그라운드 전압(GND, 0V)가 인가한 후 공통 전극(C0)을 플로팅(floating)시켜 측정할 수 있다. 보다 구체적으로는, 공통 전극(C0)을 플로팅(floating)되고 제1 내지 제4 개별 전극(L1, L2, L3, L4) 중 하나에 인가되는 제1 내지 제4 전압(VL1, VL2, VL3, VL4)이 고전압(예, 10~80V)에서 그라운드 전압(0V)으로 떨어지는 폴링 에지(falling edge) 또는 라이징 에지일 때, 해당 전극에 인가되는 전압의 변화를 이용하여 캐패시턴스를 측정할 수 있다. (그라운드 플로팅 엣지 측정)
액체 렌즈(28) 내 공통 전극(C0) 측에 연결된 정전용량 측정 회로(50)는 액체 렌즈(28) 내 개별 전극과 공통 전극 사이의 캐패시턴스를 측정할 수 있다. 실시예에 따라, 정전용량 측정 회로(54)는 다양한 구성 요소를 포함할 수 있다.
예를 들어, 수 pF 내지 수십 pF의 작은 캐패시턴스의 변화를 측정하기 위한 정전용량 측정 회로(54)는 어떤 절대 값의 커패시턴스를 측정하는 것이 아니라 이미 값을 알고 있는 두 커패시터 중 하나 혹은 두 개 전부를 외부 변화에 노출시킬 때 발생하는 물리적 변화량의 차이를 통해 커패시턴스를 측정하는 차동 비교를 통해 캐패시턴스의 변화를 측정할 수 있다.
또 다른 예로, 수 pF 내지 수십 pF의 작은 캐패시턴스를 측정하기 위한 정전용량 측정 회로(54)는 이미 알려진 큰 값을 갖는 커패시터와 측정하고자 하는 작은 값을 갖는 커패시터와의 비율을 산정하여 그 값을 알아내는 방식을 통해 계면(30)의 캐패시턴스를 측정할 수도 있다.
정전용량 측정 회로(50)는 산출 또는 측정한 정보를 전압 제어 회로(40)로 전달하고, 전압 제어 회로(40)는 정보에 대응하여 전압(VL1, VL2, VL3, VL4, VC0)을 조정할 수 있다. 정전용량 측정 회로에서 산출 또는 측정한 정보는 전압 또는 캐패시턴스 값일 수 있다. 정전용량 측정 회로에서 산출된 정보를 전압 제어 회로로 전달하고, 전압 제어 회로는 산출된 정보를 이용하여 구동 전압을 조정하는 액체 렌즈 제어 회로를 구성할 수 있다.
도10은 정전용량 측정 회로의 예를 설명한다. 도10에 도시된 정전용량 측정 회로는 하나의 예로서 제시된 것으로, 실시예에 따라 다양한 구성 요소를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 피드백 전압 제어 회로(52)로부터 전달된 피드백 전압(VF)은 액체 렌즈에 배치된 피드백 전극 중 하나(L1)에 인가되면, 다른 하나(C0)와 연결된 정전용량 측정 회로(54)가 두 전극(L1, C0) 사이의 캐패시턴스를 측정하여 계면(30)의 상태를 인지할 수 있다.
전압(VL1)이 인가되고, 피드백 전압 제어 회로(52) 내 제1스위치(SW1)를 연결하면 계면(30)에 전하(Q)의 양은 전압의 변화량(ΔVL1)에 계면(30)의 캐패시턴스(C)를 곱한 것과 같을 수 있다. 제1스위치(SW1)가 연결되면 전하(Q)는 기준 캐패시터(Cap-m)으로 이동할 수 있다.
이후, 전압(VL1)이 그라운드 전압으로 떨어지는 폴링 에지(falling edge)에서 제1스위치(SW1)가 오프(OFF)되고 제2스위치(SW1)가 온(ON)되면, 기준 캐패시터(Cap-m)으로 이동했던 전하가 온칩 캐패시터(Cap-on)로 이동할 수 있다. 이때, 온칩 캐패시터(Cap-on)로 이동하는 전하(Q)의 양은 피드백 전압의 변화량(ΔVL1)에 온칩 캐패시터(Cap-on)의 캐패시턴스를 곱한 것과 같을 수 있다.
기준 캐패시터(Cap-m)에 누적되는 전하의 총량이 0이 되도록 계면(30)의 캐패시턴스(C)에 의한 커플링 횟수와 온칩 캐패시터(Cap-on)에 의한 커플링 횟수의 비를 조정하여 그 비율로부터 두 커패시턴스의 비를 구하게 된다. 온칩 캐패시터(Cap-on)의 캐패시턴스는 이미 알고 있는 값이므로, 계면(30)의 캐패시턴스(C)의 캐패시턴스를 측정할 수 있다.
전술한 정전용량 측정 회로(54)의 구성은 실시예에 따라 달라질 수 있으며, 그에 따른 동작과 제어 방법도 차이가 날 수 있다. 여기서, 정전용량 측정 회로(54)는 수 pF 내지 200 pF의 변화를 측정할 수 있도록 설계될 수 있다.
캐패시턴스를 측정하는 회로의 구성은 실시예에 따라 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 공통 전극에 LC 직렬 공진을 이용하여 공진 주파수를 바탕으로 캐패시턴스를 산출하는 회로가 사용될 수 있다. 다만, LC 직렬 공진을 이용하는 경우 공진 주파수를 찾기 위해서 각 주파수 별 파형을 인가해야 하기 때문에 캐패시턴스를 산출하는 데 시간이 소요될 수 있고, 이로 인해 액체 렌즈의 계면이 영향 받을 수 있다. 하지만, 전술한 정전용량 측정 회로(54)는 스위치드 캐패시터(switched capacitor)를 이용한 정전용량 측정회로이다. 스위치드 캐패시터는 2개의 스위치와 1개의 캐패시터를 포함할 수 있으며, 이를 이용해 흐르는 평균전류를 제어하는 장치로 평균저항이 커패시터 용량과 스위치 동작 주파수에 반비례할 수 있다. 스위치드 캐패시터를 이용하여 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정하는 경우, 매우 빠른 속도(예, 수십 ns)로 캐패시턴스를 측정할 수 있다.
또한, 캐패시턴스를 측정하기 위핸 회로로 저항, 인턱터, 캐패시터를 모두 포함해야 하는 LC 직렬 공진 회로보다는 캐패시터와 스위치만으로 구성될 수 있는 스위치드 캐패시터 회로가 직접도가 높아, 모바일 기기 등에 적용하기 용이할 수 있다. 제1 스위치의 일단은 액체 렌즈와 전압 제어 회로와 전기적으로 연결될 수 있다.
도11은 제어 회로의 제1예를 설명한다. 설명의 편의를 위해, 복수의 개별 전극 중 하나(L1)를 예로 들어 설명한다.
도시된 바와 같이, 제어 회로는 전압 제어 회로(40)와 정전용량 측정 회로(50)를 포함하고, 액체 렌즈(28)에 연결될 수 있다. 전압 제어 회로(40)는 고전압(예, 70V, 35V)과 그라운드 전압(GND) 중 하나를 선택적으로 액체 렌즈(28)에 포함된 개별 전극(L1)과 공통 전극(C0)에 전달할 수 있다.
정전용량 측정 회로(50)는 공통 전극(C0) 측에 연결될 수 있다. 정전용량 측정 회로(50)는 액체 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하기 위해 후술하는 제1스위치(SW1)을 연결하면, 액체 렌즈(28)의 캐패시터에 저장되었던 전하량이 정전용량 측정 회로(50)로 전달될 수 있다. 정전용량 측정 회로(50)는 비교기 외에도 캐패시터 등의 구성 요소들이 더 포함될 수 있어, 액체 렌즈(28)의 캐패시터로부터 전달되는 전하량을 측정할 수 있다.
제 1스위치는 정전용량 측정 회로와 액체 렌즈 사이에 배치될 수 있다.
액체 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하기 전에 공통 전극(C0)에 접지전압(GND)을 인가한다. 이후, 제1스위치(SW1)를 연결(ON)할 때, 전압 제어 회로(40)의 제2스위치(SW0)를 오프(OFF)시켜 공통 전극(C0)을 플로팅(floating) 상태로 만든다. 제2스위치(SW0)는 접지전압(GND)을 공통 전극(C0)에 인가하기 위한 스위치이다. 이후, 제1스위치(SW1)을 연결하고, 측정하고자 하는 개별 전극(L1)에 인가되는 전압(VL1)을 변화시키면 액체 렌즈(28)의 캐패시터에 저장된 전하들(예, Q(전하량) = ΔVL1 x C(액체 렌즈의 캐패시턴스))을 정전용량 측정 회로(50)으로 이동시킬 수 있다.
도12는 도11의 제어 회로의 동작을 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈의 복수의 개별 전극(L1, L2, L3, L4) 및 공통 전극(C0)에는 시분할 제어의 방법으로 제어되는 타이밍에 맞추어 고전압(예, 70V, 35V)과 그라운드 전압(예, 0V)이 인가될 수 있다.
공통 전극(C0)에 그라운드 전압이 인가되는 시점, 즉 전압 제어 회로(40)의 제2스위치(SW0)을 연결한 시점 이후, 제2스위치(SW0)을 끄고 공통 전극(C0)을 플로팅시킨 상태에서 정전용량 측정 회로(50) 내 제1스위치(SW1)를 연결(ON)한 상태에서 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 인가되는 전압이 고전압에서 그라운드 전압으로 떨어지는 폴링 에지에서 캐패시턴스의 측정은 이루어질 수 있다.
제1스위치(SW1)가 첫번째로 연결되는 시점에서 제3개별 전극(L3)에 인가되는 전압(VL3)의 폴링 에지가 있어, 제3개별 전극(L3)과 공통 전극(C0) 사이의 제3캐패시턴스(CL3)를 측정할 수 있다. 이후, 제1스위치(SW1)가 연결되는 시점에서, 제4개별 전극(L4)과 공통 전극(C0) 사이의 제4캐패시턴스(CL4), 제2개별 전극(L2)과 공통 전극(C0) 사이의 제2캐패시턴스(CL2), 제1개별 전극(L1)과 공통 전극(C0) 사이의 제1캐패시턴스(CL1)를 순차적으로 측정할 수 있다. 제1스위치(SW1)가 온(ON)되는 구간 동안 전압 제어 회로로부터 공통 전극(C0)에 전압이 공급되지 않는다.
한편, 캐패시턴스의 측정을 위해, 전압 제어 회로는 액체 렌즈에 포함된 복수의 개별 전극에 인가되는 전압을 시계방향 또는 반 시계방향으로 로테이션시켜 서로 다른 시점에 전달할 수 있다.
도13은 제어 회로의 제2예를 설명한다. 설명의 편의를 위해, 복수의 개별 전극 중 하나(L1)를 예로 들어 설명한다.
도시된 바와 같이, 제어 회로는 전압 제어 회로(40)와 정전용량 측정 회로(50)를 포함하고, 액체 렌즈(28)에 연결될 수 있다. 전압 제어 회로(40)는 고전압(예, 70V, 35V)과 그라운드 전압(GND) 중 하나를 선택적으로 액체 렌즈(28)에 포함된 개별 전극(L1)과 공통 전극(C0)에 전달할 수 있다.
정전용량 측정 회로(50)는 공통 전극(C0) 측에 연결될 수 있다. 정전용량 측정 회로(50)는 액체 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하기 위해 후술하는 제1스위치(SW1)을 연결하면, 액체 렌즈(28)의 캐패시터에 저장되었던 전하량이 정전용량 측정 회로(50)로 전달될 수 있다. 정전용량 측정 회로(50)는 비교기 외에도 캐패시터 등의 구성 요소들이 더 포함될 수 있어, 액체 렌즈(28)의 캐패시터로부터 전달되는 전하량을 측정할 수 있다.
제 1스위치는 정전용량 측정 회로와 액체 렌즈 사이에 배치될 수 있다.
어 회로는 전압 제어 회로(40)와 제1스위치의 사이 및/또는 전압 제어 회로와 액체 렌즈(28) 사이에 배치되는 제3스위치(SW3)를 더 포함할 수 있다. 제3 스위치(SW3)의 일단은 전압 제어 회로와 연결될 수 있고, 타단은 액체 렌즈 및 제1스위치와 연결될 수 있다. 제3 스위치(SW3)는 공통 전극(C0)에 연결된 정전용량 측정 회로(50)가 캐패시턴스를 측정하는 과정에서 플로팅 상태를 제어할 수 있다. 또한, 전압 제어 회로(40) 내부의 스위치를 이용하여 플로팅 상태를 제어하는 것보다 독립적으로 연결되는 스위치부(SW3)는 스위칭 소자의 내압을 낮추는 데 효과적일 수 있다.
액체 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하기 전에 제3스위치(SW3)를 연결하여 공통 전극(C0)에 접지전압(GND)을 인가한다. 이후, 제3스위치(SW3)는 공통 전압(C0)을 플로팅 시킨다. 제1스위치(SW1)를 연결(ON)할 때, 측정하고자 하는 개별 전극(L1)에 인가되는 전압(VL1)을 변화시키면 액체 렌즈(28)의 캐패시터에 저장된 전하들(예, Q(전하량) = ΔVL1 x C(액체 렌즈의 캐패시턴스))을 정전용량 측정 회로(50)으로 이동시킬 수 있다.
도14는 도13의 제어 회로의 동작을 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈의 복수의 개별 전극(L1, L2, L3, L4) 및 공통 전극(C0)에는 시분할 제어의 방법으로 제어되는 타이밍에 맞추어 고전압(예, 70V, 35V)과 그라운드 전압(예, 0V)이 인가될 수 있다.
캐패시턴스의 측정은 공통 전극(C0)에 그라운드 전압이 인가되는 시점, 즉 전압 제어 회로(40)와 제3스위치(SW3)는 연결될 수 있다. 제3스위치(SW3)가 연결된 상태에서 공통 전극(C0)에 그라운드 전압(GND)이 인가된 이후, 제3스위치(SW3)을 끄고 공통 전극(C0)을 플로팅시킨다. 공통 전극(C0)이 플로팅된 상태에서 정전용량 측정 회로(50) 내 제1스위치(SW1)를 연결(ON)한 상태에서 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 인가되는 전압이 고전압에서 그라운드 전압으로 떨어지는 폴링 에지가 일어나면 전하량의 이동이 이루어질 수 있다.
제1스위치(SW1)가 첫번째로 연결되는 시점에서 제3개별 전극(L3)에 인가되는 전압(VL3)의 폴링 에지가 있어, 제3개별 전극(L3)과 공통 전극(C0) 사이의 제3캐패시턴스(CL3)를 측정할 수 있다. 이후, 제2스위치(SW1)가 연결되는 시점에서, 제4개별 전극(L4)과 공통 전극(C0) 사이의 제4캐패시턴스(CL4), 제2개별 전극(L2)과 공통 전극(C0) 사이의 제2캐패시턴스(CL2), 제1개별 전극(L1)과 공통 전극(C0) 사이의 제1캐패시턴스(CL1)를 순차적으로 측정할 수 있다.
실시예에 따라, 액체 렌즈가 8개보다 더 많은 개별 전극을 가질 수도 있다. 다만 개별 전극의 수는 4의 배수일 수 있다. 또한, 액체 렌즈에 배치된 피드백 전극의 수는 액체 렌즈에 포함된 개별 전극의 수와 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.
도15는 액체 렌즈와 제어 회로의 연결을 설명한다. 특히, 도15는 도 9에서 설명한 제어 회로의 연결을 보다 구체적으로 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28)는 액체 렌즈(28)의 개별 전극 및 공통 전극에 전압을 공급하는 전압 제어 회로(40)와 연결되어 있고, 정전 용량 측정 회로(50)는 액체 렌즈(28)의 두 개의 전극 중 하나와 연결될 수 있다. 액체 렌즈(28) 내 캐패시턴스를 측정하고자 하는 위치, 즉 캐패시턴스를 가지는 양측인 두 개의 전극은 전술한 도8 내지 도11에서 설명한 것과 같이 선택될 수 있다.
한편, 전압 제어 회로(40)와 정전 용량 측정 회로(50)는 스위칭 소자(SW_V)를 통해 연결되어 있다. 액체 렌즈(28) 내 캐패시턴스를 측정하고자 하는 시점에 스위칭 소자(SW_V)는 온(ON)되어 전압 제어 회로(40)에서 부스트(boost)되기 전 입력전압(VIN)을 정전 용량 측정 회로(50)로 전달할 수 있다.
도16은 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정하기 위한 도15에 도시된 스위칭 소자들의 타이밍을 설명한다. 정전 용량 측정 회로(50)의 구체적인 동작은 도7에서 이미 설명하였다. 여기서는 도12에서 설명한 스위칭 회로의 동작 시점을 중심으로 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정하기 위해, 캐패시턴스를 측정하기 위한 전압(VIN)을 인가하기 위해, 스위칭 소자(SW_V)를 온(ON)시킨다. 또한, 제4스위치(SW13)를 온(ON)시켜 정전 용량 측정 회로(50) 내 기준 캐패시터(Cap-m)에 그라운드 전압(SW13)을 연결하여 전하를 방출시킨다.
이후, 제5스위치(SW11)를 연결하면 액체 렌즈의 캐패시턴스로 인해 축적된 전하가 기준 캐패시터(Cap-m)로 이동하고, 제5스위치(SW11)를 오프(OFF)한 뒤, 기준 캐패시터(Cap-m)에서 첫 번째 캐패시턴스의 값을 센싱할 수 있다(1st cap 센싱 윈도우).
이후, 스위칭 소자(SW_V)를 온(ON)시켜 전압(VIN)을 인가하고, 제6스위치(SW12)를 온(ON)시킨다. 이때, 기준 캐패시터(Cap-m)에 축적된 전하는 이동할 수 있다. 이후, 스위칭 소자(SW_V)와 제2스위치(SW12)를 오프(OFF)시킨 상태에서 기준 캐패시터(Cap-m)에서 두 번째 캐패시턴스의 값을 센싱할 수 있다(2nd cap 센싱 윈도우).
이후, 액체 렌즈의 캐패시턴스를 인지하는 방법은 도7에서 설명한 것과 동일할 수 있다.
정전용량 측정 회로에서 산출 또는 측정한 액체 렌즈의 캐패시턴스는 전압 제어 회로로 전달될 수 있다. 액체 렌즈의 캐패시턴스를 전달받은 전압 제어 회로는 캐패시턴스를 통해 액체 렌즈 내 계면의 형상, 상태를 인지할 수 있다. 만약 액체 렌즈 내 계면의 형상, 상태가 목표한 것과 차이가 있을 경우, 전압 제어 회로는 구동 전압을 조정할 수 있다.
전술한 바와 같이, 액체 렌즈의 제어 방법은 액체 렌즈의 공통 전극은 그라운드와 연결하고, 액체 렌즈의 개별 전극에는 전압이 인가되어, 공통 전극과 개별 전극 사이에 전하가 축적되는 단계, 정전용량 측정 회로와 액체 렌즈 사이에 배치되는 제1 스위치를 온(ON)하는 단계, 정전용량 측정 회로의 기준 캐패시터 양단의 전압을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이후, 기준 캐패시터 양단의 전압의 측정값을 이용하여 공통 전극과 개별 전극 사이의 캐패시턴스를 산출할 수 있다.
실시예에 따라, 액체 렌즈의 제어 방법은 액체 렌즈의 공통 전극과 개별 전극 중 하나는 그라운드와 연결하는 단계, 액체 렌즈의 공통 전극과 개별 전극중 다른 하나에 전압을 인가하는 단계, 공통 전극과 개별 전극 사이에 전하가 축적되는 단계, 제1 스위치를 온(ON)하는 단계, 정전용량 측정 회로의 기준 캐패시터 양단의 전압을 측정하는 단계, 기준 캐패시터 양단의 전압의 측정값을 이용하여 공통 전극과 개별 전극 사이의 캐패시턴스를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
도17은 액체 렌즈와 연동하는 피드백 회로를 설명한다. 액체 렌즈는 공통 전극, 제1 피드백 전극, 복수의 개별 전극, 제2 피드백 전극을 포함할 수 있다. 정전 용량 측정 회로는 제1 피드백 전극과 제2 피드백 전극 사이의 캐패시턴스를 정전용량 측정 회로로 산출할 수 있으다. 제2 피드백 전극은 복수의 개별전극 사이에 배치될 수 있고, 제1 피드백 전극은 제2 피드백 전극과 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 제1 피드백 전극은 제1 전극에 인접하게 배치될 수 있고, 제2 피드백 전극은 복수의 제2전극 사이에 배치될 수 있다. 연결부는 제1 기판 및 제2 기판을 포함할 수 있고, 제1 기판은 제1 피드백 전극에 전압을 전달할 수 있고, 제2 기판은 제2 전극에 전압 또는 상기 제2 피드백 전극에 피드백 전압을 전달할 수 있다. 제1 전극은 공통전극이고 제2 전극은 개별전극일 수 있다. 제2 피드백 전극의 수와 제2 전극의 수는 동일할 수 있다. 액체 렌즈의 캐비티 상에 복수의 제2 전극 및 제2 피드백 전극을 덮는 절연막을 포함할 수 있다. 정전 용량 측정 회로는 액체 렌즈의 복수의 제1 피드백 전극 중 두개의 제1 피드백 전극 사이의 캐패시턴스를 산출할 수 있다. 제1 피드백 전극은 복수의 개별전극 사이에 배치될 수 있다. 제1 피드백 전극은 공통 전극에 인접하여 배치될 수 있다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28)는 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)과 하나의 공통전극(C0, 미도시)을 포함한다. 전압 제어 회로(40)는 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)과 하나의 공통전극(C0)에 인가되는 구동 전압(VL1, VL2, VL3, VL4, VC0)을 생성하여 공급할 수 있다. 예를 들어, 도4 및 도14를 참조하면, 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)은 제1전극(E1)에 대응할 수 있고, 하나의 공통전극(C0)은 제2전극(E2)에 대응할 수 있다.
피드백 회로(70)는 액체 렌즈(28) 내 계면(30)의 움직임을 측정하기 위한 것이다. 액체 렌즈(28) 내 계면(30)은 도3에서 설명한 것과 같이 캐패시턴스(정전용량, capacitance)로 이해하고 측정할 수 있다. 액체 렌즈(28) 내 계면(30)의 캐패시턴스의 변화를 측정하기 위해, 액체 렌즈(28)에 포함된 적어도 하나의 피드백 전극(F1, F2, F3, F4)을 이용할 수 있다.
피드백 회로(70)는 피드백 전압 제어 회로(52)와 정전용량 측정 회로(54)를 포함할 수 있다. 피드백 전압 제어 회로는 제1 피드백 전극과 제2 피드백 전극 사이의 캐패시턴스를 측정하기 위해 제1 피드백 전극과 제2 피드백 전극중 어느 하나의 피드백 전극에 피드백 전압을 전달할 수 있다. 피드백 전압 제어 회로(52)는 적어도 하나의 피드백 전극(F1, F2, F3, F4)에 캐패시턴스를 측정하기 위한 피드백 전압(VF)을 출력한다. 전압 제어 회로(40)에 출력된 전압(VL1, VL2, VL3, VL4, VC0)은 적어도 10V 내지 80V의 높은 전압이므로, 계면(30)이 가지는 매우 작은 크기(약 수십 내지 200pF)의 캐패시턴스를 측정하기에 적합하지 않을 수 있다. 따라서, 피드백 전압 제어 회로(52)는 낮은 레벨(약, 1.5V 내지 5V)의 범위를 가질 수 있는 피드백 전압(VF)을 적어도 하나의 피드백 전극(F1, F2, F3, F4)에 공급할 수 있다. 피드백 전압은 1.5~5V의 범위를 가질 수 있고, 액체렌즈에 공급되는 전압은 10~80V의 범위를 가질 수 있다.
피드백 회로(70)는 서로 다른 두 피드백 전극과 피드백 전극 사이의 캐패시턴스를 측정하기 위해 서로 다른 두 피드백 전극 중 중 어느 하나의 피드백 전극에 피드백 전압을 전달할 수 있다. 서로 다른 두 피드백 전극은 액체 렌즈에 포함될 수 있다. 액체 렌즈는 전도성 액체와 비전도성 액체가 배치되는 캐비티를 포함하는 제1 플레이트, 제1플레이트 위에 배치되는 공통 전극과 제1 피드백 전극, 및 제1 플레이트 아래에 배치되는 복수의 개별 전극과 제2 피드백 전극을 포함할 수 있다.
액체 렌즈(28) 일측에 피드백 전압(VF)이 인가되면 타측과 연결된 정전용량 측정 회로(54)는 액체 렌즈(28) 내 일측과 타측 사이의 캐패시턴스를 측정할 수 있다. 실시예에 따라, 정전용량 측정 회로(54)는 다양한 구성 요소를 포함할 수 있다. 액체 렌즈(28) 내 계면(30)의 움직임과 변화에 따라 일어나는 캐패시턴스의 변화는 수 pF 내지 수십 pF의 작은 범위일 수 있다.
예를 들어, 수 pF 내지 수십 pF의 작은 캐패시턴스의 변화를 측정하기 위한 정전용량 측정 회로(54)는 어떤 절대 값의 커패시턴스를 측정하는 것이 아니라 이미 값을 알고 있는 두 커패시터 중 하나 혹은 두 개 전부를 외부 변화에 노출시킬 때 발생하는 물리적 변화량의 차이를 통해 커패시턴스를 측정하는 차동 비교를 통해 캐패시턴스의 변화를 측정할 수 있다.
또 다른 예로, 수 pF 내지 수십 pF의 작은 캐패시턴스를 측정하기 위한 정전용량 측정 회로(54)는 이미 알려진 큰 값을 갖는 커패시터와 측정하고자 하는 작은 값을 갖는 커패시터와의 비율을 산정하여 그 값을 알아내는 방식을 통해 계면(30)의 캐패시턴스를 측정할 수도 있다.
피드백 회로(70)는 산출 또는 측정한 정보를 전압 제어 회로(40)로 전달하고, 전압 제어 회로(40)는 정보에 대응하여 전압을 조정할 수 있다. 피드백 회로에서 산출 또는 측정한 정보는 전압 또는 캐패시턴스 값일 수 있다.
정전용량 측정 회로에서 산출된 정보를 상기 전압 제어 회로로 전달하고, 상기 전압 제어 회로는 산출된 정보에 대응하여 상기 구동 전압을 조정할 수 있다. 이때 산출된 정보는 전압 또는 캐패시턴스 값일 수 있다.
도18은 액체 렌즈 내 계면의 변화를 설명한다. 구체적으로, (a) 내지 (c)는 액체 렌즈(28)의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 구동 전압이 인가되는 경우 발생할 수 있는 계면(30a, 30b, 30c)의 움직임을 설명한다.
먼저 (a)를 참조하면, 액체 렌즈(28)의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 실질적으로 동일한 전압을 인가한 경우, 계면(30a)은 원형에 가까운 형태를 유지할 수 있다. 상면에서 보았을 때, 계면의 수평거리(LH)와 계면의 수직거리 (LV)가 실질적으로 동일하고, 계면(30a)의 움직임(예, 경사각)이 균형을 이루는 형태를 가질 수 있다. 이 경우에는 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)를 통해 측정한 계면(30a)의 캐패시턴스 값이 실질적으로 동일하게 측정될 수 있다.
또한 (b)를 참조하면, 액체 렌즈(28)의 제1개별 전극(L1)과 제3개별 전극(L3)에 인가되는 전압이 제2개별 전극(L2)과 제4개별 전극(L4)에 인가되는 전압보다 높은 경우를 설명한다. 이 경우, 계면(30b)을 당기거나 미는 힘이 수평 또는 수직에서 다르기 때문에, 상면에서 보았을 때 계면의 수평거리(LH))가 상면에서 보았을 때 계면의 수직 거리(LV))보다 짧아질 수 있다. 제2개별 전극(L2)과 제4개별 전극(L4)에 인가되는 전압이 제1개별 전극(L1)과 제3개별 전극(L3)에 비하여 낮은 경우, 제2개별 전극(L2)과 제4개별 전극(L4)에서의 액체 렌즈(28)의 계면(30b)의 경사각이 제1개별 전극(L1)과 제3개별 전극(L3)에서의 액체 렌즈(28)의 계면(30b)의 경사각보다 작기 때문에, 평면상에서는 동일해 보이지만 입체적으로는 수직거리 (LV)가 수평거리 (LH)보다 길다. 이 경우에는 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)를 통해 측정한 계면(30a)의 캐패시턴스 값이 서로 다를 수 있다. 한편, 계면(30b)이 계면(30b)이 대칭적으로 변화하였기 때문에 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)를 통해 측정한 계면(30a)의 캐패시턴스 값이 대칭적일 수 있다. 이 경우 L1과 L3의 캐패시턴스 값이 같고, L2와 L4의 캐패시턴스 값이 같을 수 있다.
또한, (c)를 참조하면, 액체 렌즈(28)의 제1개별 전극(L1)과 제3개별 전극(L3)에 인가되는 전압과 제2개별 전극(L2)과 제4개별 전극(L4)에 인가되는 전압이 달라져, 상면에서 보았을 때 계면의 계면의 수직 거리(LV))가 수평거리(LH)) 보다 짧아 질 수 있다. (b)의 경우와 마찬가지로 계면(30c)이 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)을 통해 측정한 계면(30c)의 캐패시턴스가 서로 다를 수 있다. 한편, 계면(30c)이 계면(30b)이 대칭적으로 변화하였기 때문에 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)를 통해 측정한 계면(30a)의 캐패시턴스 값이 대칭적일 수 있다. 이 경우 L1과 L3의 캐패시턴스 값이 같고, L2와 L4의 캐패시턴스 값이 같을 수 있다.
또한, (a), (b) 및 (c)에 도시된 계면(30a, 30b, 30c)에서 측정된 캐패시턴스는 차이가 있고, 이러한 캐패시턴스의 차이를 통해 제1개별 전극(L1) 내지 제4개별 전극(L4)에 인가된 전압에 따라 계면(30a, 30b, 30c)이 이전과 달리 어떻게 움직였는지를 보다 직접적으로 정확하게 측정할 수 있다.
한편, 전술한 예에서는 액체 렌즈(28)가 4개의 개별 전극을 포함하는 구조를 들어 설명하였으나, 액체 렌즈(28)가 8개, 12개, 16개 등의 더 많은 개별 전극을 가지고 그에 대응하는 피드백 전극을 포함하는 경우 액체 렌즈(28)의 움직임을 보다 정교하게 제어할 수 있고, 해당 움직임을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
도19는 액체 렌즈의 전극 구조를 설명한다. 구체적으로, (a)는 액체 렌즈(28, 도3참조)의 양측(상부, 하부)에서의 전극 배치를 설명하고, (b)는 액체 렌즈의 양측에 배치된 전극간의 캐패시턴스를 측정하는 방법을 설명한다.
먼저 (a)를 참조하면, 액체 렌즈의 일측에는 캐비티의 주위에 전압을 공급하는 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)이 있다. 또한, 액체 렌즈의 일측에는 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)의 사이에 적어도 하나의 피드백 전극(F1a, F2a, F3a, F4a)이 있다. 실시예에 따라, 액체 렌즈에 하나의 피드백 전극(F1)만 있을 수 있다. 또한, 개별 전극의 수와 피드백 전극의 수가 다를 수도 있다. 하지만, 피드백 전극이 캐비티를 중심으로 동일한 각거리를 가지도록 또는 대칭이 되도록 또는 4개의 코너에 배치되어야 계면(30)의 움직임과 형상을 측정하기에 더욱 용이하다.
액체 렌즈의 일측과 유사하게 공통전극(C0)이 배치된 액체 렌즈의 타측에도 적어도 하나의 피드백 전극(F1b, F2b, F3b, F4b)이 있을 수 있다. 액체 렌즈의 타측에 배치된 피드백 전극(F1b, F2b, F3b, F4b)은 일측에 배치된 피드백 전극(F1a, F2a, F3a, F4a)와 대응되도록 배치될 수 있다. 또한, 액체 렌즈의 타측에 배치된 피드백 전극(F1b, F2b, F3b, F4b)의 수는 일측에 배치된 피드백 전극(F1a, F2a, F3a, F4a)의 수와 동일할 수 있다.
또한 (b)를 참조하면, 액체 렌즈의 계면(30)에 대응되는 캐패시턴스를 측정하는 방법의 예를 설명한다. (a)에서 도시된 바와 같이 액체 렌즈의 양측에는 복수의 피드백 전극(F1a, F2a, F3a, F4a, F1b, F2b, F3b, F4b)이 배치되어 있어, 원하는 방향으로 캐패시턴스를 측정할 수 있다. 예를 들어, 액체 렌즈의 양측에 대응되는 위치에 배치된 두 피드백 전극(F1a, F2b) 사이의 캐패시턴스를 측정할 수 있다. 또한, 액체 렌즈의 일측에 배치된 두 피드백 전극(F1a, F2a) 사이의 캐패시턴스를 측정할 수도 있다. 또한, 액체 렌즈의 타측에 배치된 두 피드백 전극(F1b, F3b) 사이의 캐패시턴스를 측정할 수 있다. 이러한 캐패시턴스의 측정은 피드백 회로(70)와 액체 렌즈(28)의 사이에 스위칭 소자를 배치시켜 선택적으로 이루어질 수 있다. 다양한 방향, 방식의 캐패시턴스의 측정은 액체 렌즈 내 계면(30)의 특성(예, 공급되는 구동 전압에 따른 계면의 위치, 움직임 또는 형상의 변화)를 보다 정확히 이해할 수 있게 도와준다. 이는 액체 렌즈의 특성을 이해하고 왜곡을 보정하여 보다 정확히 제어하기 위해 요구되는 렌즈 캘리브레이션에도 도움이 될 수 있다.
카메라 장치 또한 광학기기에 탑재된 액체 렌즈를 구동하는 중에도 피드백 회로(70)는 계면(30)의 위치, 움직임 또는 형상에 따라 변화하는 캐패시턴스를 측정할 수 있다. 캐패시턴스를 통해 계면(30)의 위치, 움직임 또는 형상을 인지하면, 이를 전압 제어 회로(40)로 전달하여 왜곡이 발생한 경우 구동 전압을 조정할 수 있다.
도20은 정전용량 측정 회로의 예를 설명한다. 도20에 도시된 정전용량 측정 회로는 하나의 예로서 제시된 것으로, 실시예에 따라 다양한 구성 요소를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 피드백 전압 제어 회로(52)로부터 전달된 피드백 전압(VF)은 액체 렌즈에 배치된 피드백 전극 중 하나(F1a)에 인가되면, 다른 하나(F1b)와 연결된 정전용량 측정 회로(54)가 두 피드백 전극(F1a, F1b) 사이의 캐패시턴스를 측정하여 계면(30)의 상태를 인지할 수 있다.
피드백 전압(VF)이 인가되고, 피드백 전압 제어 회로(52) 내 제1스위치(SW1)를 연결하면 계면(30)에 전하(Q)의 양은 피드백 전압의 변화량(ΔVF)에 계면(30)의 캐패시턴스(C)를 곱한 것과 같을 수 있다. 제1스위치(SW1)가 연결되면 전하(Q)는 측정 캐패시터(Cap-m)으로 이동할 수 있다.
이후, 피드백 전압(VF) 대신 그라운드 전압이 인가되고 제1스위치(SW1)가 오프(OFF)되고 제2스위치(SW1)가 온(ON)되면, 측정 캐패시터(Cap-m)으로 이동했던 전하가 온칩 캐패시터(Cap-on)로 이동할 수 있다. 이때, 온칩 캐패시터(Cap-on)로 이동하는 전하(Q)의 양은 피드백 전압의 변화량(ΔVF)에 온칩 캐패시터(Cap-on)의 캐패시턴스를 곱한 것과 같을 수 있다.
측정 캐패시터(Cap-m)에 누적되는 전하의 총량이 0이 되도록 계면(30)의 캐패시턴스(C)에 의한 커플링 횟수와 온칩 캐패시터(Cap-on)에 의한 커플링 횟수의 비를 조정하여 그 비율로부터 두 커패시턴스의 비를 구하게 된다. 온칩 캐패시터(Cap-on)의 캐패시턴스는 이미 알고 있는 값이므로, 계면(30)의 캐패시턴스(C)의 캐패시턴스를 측정할 수 있다.
전술한 정전용량 측정 회로(54)의 구성은 실시예에 따라 달라질 수 있으며, 그에 따른 동작과 제어 방법도 차이가 날 수 있다. 여기서, 정전용량 측정 회로(54)는 수 pF 내지 200 pF의 변화를 측정할 수 있도록 설계될 수 있다.
도21은 액체 렌즈의 연결부를 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈와 구동회로(예, 제어회로)를 연결하는 연결부는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB)을 이용하여 전압을 각각의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 공급하기 위한 제1연결부(141)와 연성 인쇄 회로 기판(FPCB)을 이용하여 공통 전압(C0)을 공급하기 위한 제2연결부(144)를 포함할 수 있다. 또한, 제1연결부(141)와 제2연결부(144)에는 계면(30, 도20참조)의 캐패시턴스를 측정하기 위한 복수의 피드백 전극(F1a, F2a, F3a, F4a, F1b, F2b, F3b, F4b)에 피드백 전압 제어회로(52)와 정전용량 측정 회로(54, 도20참조)를 연결시키기 위한 단자들이 더 포함될 수 있다 피드백 전압 제어회로(52)는 피드백 전압(VF)을 공급하기 위함이며, 정전용량 측정 회로(54, 도20참조)는 계면(30)의 캐패시턴스를 측정하기 위함이다.
제1연결부(141)는 4개의 개별전극(L1, L2, L3, L4)과 피드백 전극(F1a, F2a, F3a, F4a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1연결부는 4개의 피드백 전극과 연결될 수 있다. 한편, 제2 연결부(144)는 공통 전압(예, 그라운드 전압 또는 0V 또는 공통 DC 또는 공통 AC)를 인가하기 위한 것으로, 피드백 전극(F1b, F2b, F3b, F4b)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2연결부는 4개의 피드백전극과 연결될 수 있다. 제2연결부는 제1연결부(42)과 대응되는 구조를 가질 수 있다 제1연결부(141)와 제2연결부(144)에 배치되어 복수의 전극과 연결되는 단자들은 액체 렌즈의 캐비티를 중심으로 동일한 각거리에 위치할 수 있다.
실시예에 따라, 액체 렌즈가 4개, 8개, 또는 8개 보다 더 많은 개별 전극을 가질 수도 있다. 다만 개별 전극의 수는 4의 배수일 수 있다. 또한, 액체 렌즈에 배치된 피드백 전극의 수는 액체 렌즈에 포함된 개별 전극의 수와 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.
한편, 실시예에 따라, 도18에서는 연결부(142, 144)는 일측이 오픈(open)된 구조를 가지는 것으로 설명되었으나, 오픈(open)된 영역 없이 액체 렌즈의 4면을 둘러싸도록 연결된 구조를 가질 수도 있다.
정전용량 측정 회로에서 산출 또는 측정한 액체 렌즈의 캐패시턴스는 전압 제어 회로로 전달될 수 있다. 액체 렌즈의 캐패시턴스를 전달받은 전압 제어 회로는 캐패시턴스를 통해 액체 렌즈 내 계면의 형상, 상태를 인지할 수 있다. 만약 액체 렌즈 내 계면의 형상, 상태가 목표한 것과 차이가 있을 경우, 전압 제어 회로는 구동 전압을 조정할 수 있다.
도22는 온도 변화에 따른 액체 렌즈의 변화를 설명한다. 구체적으로, 도22의 (a)는 상온에서의 초점 거리를 무한대로 조정한 액체 렌즈(140B)를 설명하고, 도22의 (b)는 고온에서의 초점 거리를 무한대로 액체 렌즈(140C)를 설명한다.
통상적으로, 액체 렌즈(140B, 140C)를 포함하는 카메라 모듈이 오토 포커싱(AF)을 수행할 때, 초점 거리를 맞추기 위해 초점 거리를 무한대로 설정한 후 점차 초점 거리를 줄여가며 최적의 초점 거리를 찾는다.
제1플레이트(145), 제2플레이트(147) 및 제3플레이트(146)에 의해 결정되는 캐비티(CA)에는 서로 다른 성질의 두 액체(LQ1, LQ2)가 충진되어 있다. 액체는 온도가 높아지면 팽창하는 성질을 가진다(예, 열팽창, thermal expansion).
캐비티(CA)에 충진되는 두 액체(LQ1, LQ2)는 전해질(또는 전도성) 액체(LQ1)와 비전해질(또는 비전도성) 액체(124)를 포함할 수 있다. 액체의 열팽창은 고체보다 더 클 수 있다. 물질의 온도가 높아지면 분자들의 운동이 활발해져 분자와 분자 사이의 간격이 멀어지고, 이로 인해 부피가 증가할 수 있다. 특히, 액체를 구성하는 분자들이 고체를 구성하는 분자들보다 더 자유롭게 움직일 수 있기 때문에 온도가 변하는 정도가 같을 경우 액체가 고체보다 열팽창 정도가 더 클 수 있다. 액체 렌즈에 사용되는 전해질(전도성) 액체에 대표적인 예로 물(H2O)을 들 수 있다. 물의 경우 4℃ 이상에서는 온도가 올라갈 때 부피가 팽창하지만, 4℃ 이하에서는 온도가 올라갈 때 부피가 줄어드는 특징을 가지고 있다. 물의 열팽창 계수는 약 1.8 (단위: 10-5/℃)정도로 알려져 있다.
도22의 (a)와 (b)를 비교하면, 비전도성 액체(LQ2)의 상온에서의 양(S1)보다 고온에서의 양(S2)이 더 큰 것을 알 수 있다. 고온에서는 전도성 액체(LQ1)와 비전도성 액체(LQ2)의 팽창으로 인하여 제3플레이트(146)가 부풀어 오를 수 있다.
도22의 (a)를 참조하면, 상온에서 캐비티(CA)에 충진된 두 액체(LQ1, LQ2)의 부피 변화가 없다면, 제1플레이트(145)을 통해 입사된 광(빛)은 캐비티(CA) 내 두 액체(LQ1, LQ2)가 형성하는 계면(B0)에 의한 굴절에 영향을 받아 제3플레이트(146)을 통과할 수 있다. 실시예에 따라, 광(빛)의 경로는 반대일 수도 있다. 액체 렌즈에 전기 에너지를 인가하여 계면(B0)의 곡률을 제어할 수 있다.
도22의 (b)를 참조하면, 고온에서 캐비티(CA)에 충진된 두 액체(LQ1, LQ2)의 부피 변화로 인하여 제1플레이트(145) 또는 제3플레이트(146)가 부풀어오르는 형상이 발생할 수 있다. 예를 들어, 고온에서 캐비티(CA)에 충진된 두 액체(LQ1, LQ2)의 부피 변화로 인하여 제3플레이트(146)가 부풀어오르는 형상이 발생할 수 있다. 즉,온도 변화에 따라 부피가 커지는 두 액체에 대응하여 제3플레이트(146)은 휘어질 수 있다. 예를 들어, 제3플레이트(146)는 온도에 따라 또는 제3플레이트(146)의 특성에 따라 부풀어 오르는 정도는 달라질 수 있다.
제3플레이트(146)가 어느 정도 부풀어 오르면, 제1플레이트(145)을 통해 입사되는 광(빛)은 전기 에너지를 통해 곡률이 제어되는 계면(B0)과는 별도로 제3플레이트(146)에서 발생한 굴곡률에 의해 다시 굴절될 수 있다. 이 경우, 제3플레이트(146)에서 발생하는 곡률은 렌즈(28)의 설계에 반영되어 있지 않을 수 있다.
렌즈(28)의 전기적 특징은 도7의 (b)에서 설명한 것과 같이 캐패시터로 이해할 수 있다. 한편, 도22의 (a)와 (b)를 비교하면, 온도가 상승하면, 액체 렌즈(140B, 140C) 내 비전도성 액체(LQ2)가 팽창하면서 절연층(148)의 양측에 전하가 집적되는 영역의 면적이 변화한다. 캐패시터에서 절연층(148)의 양측에 배치되는 두 전극의 면적이 변화하는 경우, 캐패시턴스에 변화가 발생한다(면적과 캐패시턴스는 비례 관계).
도9에서 설명한 바와 같이, 렌즈(28)의 제2전극(E2)과 제1전극(E1)에 전압(VL1, VL2, VL3, VL4, VC0)이 인가되면, 제2전극(E2)과 제1전극(E1) 사이에 캐패시턴스가 발생할 수 있다. 또한, 제2전극(E2)과 제1전극(E1)에 인가되는 전압(VL1, VL2, VL3, VL4, VC0)이 인가되면 도5에서 설명한 것과 같이 계면(B0)의 움직임이 변화한다. 하지만, 의도한 계면(B0)의 움직임과 달리 온도에 의한 변화가 발생하는 문제로 인하여, 온도에 의한 액체 렌즈(140B, 140C)의 굴절률 변화를 감안하여 제2전극(E2)과 제1전극(E1)에 전압(VL1, VL2, VL3, VL4, VC0)을 인가하면, 렌즈(28)의 굴절률을 정확히 제어하기 어려울 수 있다.
전술한 현상과 특징을 바탕으로, 액체 렌즈(140B, 140C)가 가지는 캐패시턴스를 측정하면, 렌즈(28)에서의 온도 변화를 산출할 수 있을 뿐만 아니라, 액체 렌즈(140B, 140C) 내 계면(B0)의 움직임을 온도 변화에 상응하여 보다 정교하게 제어할 수 있다.
도23은 온도 변화에 대응할 수 있는 카메라 모듈(300)을 설명한다. 일례로, 카메라 모듈(300)은 휴대용 기기에 탑재될 수 있으며, 휴대용 기기에 포함된 어플리케이션 프로세서(Application processor, 400) 등과 연동할 수 있다.
도시된 바와 같이, 카메라 모듈(200)은 액체 렌즈(28) 및 제어회로(210)를 포함할 수 있다. 여기서, 액체 렌즈(28)는 도3에서 설명하는 렌즈 어셈블리에 포함될 수 있으며, 도22에서 설명한 액체 렌즈(140B, 140C)와 같이 온도 변화에 대응하여 광학적 특성에 변화가 발생할 수 있다. 카메라 모듈(300)은 전기에너지로 제어하는 렌즈(28) 외에도 복수의 렌즈들을 더 포함할 수 있다.
카메라 모듈(300)에는 렌즈(28) 내 계면(30)의 움직임을 유도하기 위한 전압(VL1, VL2, VL3, VL4, VC0)을 인가하고, 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정할 수 있는 제어회로(310)가 포함된다. 제어회로(310)는 렌즈(28)에 전압(VL1, VL2, VL3, VL4, VC0)을 인가하는 구동 드라이버(340), 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하거나 캐패시턴스의 변화량을 측정하기 위한 정전용량 측정 회로(350), 렌즈(28)와 정전용량 측정 회로(350)의 전기적 연결을 제어하는 제1스위치(SW10), 렌즈(28) 내 온도에 따른 캐패시턴스의 변화를 저장하는 동작상태 저장부(360), 및 구동 드라이버(340)와 정전용량 측정 회로(350)의 동작을 제어하고 동작상태저장부(360)에 저장된 값을 읽거나 인지된 값을 쓸 수 있는 제어부(320)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 제어회로(310)는 적어도 하나의 반도체칩이 탑재된 회로 기판으로 구현될 수 있다. 또한, 제어부(320)는 설계 가능 논리 소자와 프로그래밍가능 내부선이 포함된 반도체 소자를 포함하는 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA) 혹은 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있으며, 동작상태저장부(360)는 적어도 하나의 메모리를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 동작상태저장부(360)는 렌즈(28)가 내부 온도의 변화에 따라 달라지는 전기적 성질(예, 캐패시턴스)을 저장할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 동작상태저장부(360)는 온도 외에도 렌즈(28)의 동작에 영향을 줄 수 있는 환경 요소와 렌즈(28)의 전기적 성질 사이의 연관관계를 저장할 수 있다.
제어회로(310)는 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하여, 렌즈(28)에 공급되는 전압(VL1, VL2, VL3, VL4, VC0)을 결정하는 데 사용할 수 있을 뿐만 아니라 측정된 캐패시턴스를 바탕으로 렌즈(28)의 온도를 산출, 계산 혹은 결정할 수 있다. 이를 위해, 카메라 모듈(300)이 오토포커싱(AF) 또는 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(OIS) 동작을 수행하기 전에 별도의 캐패시턴스 측정 동작을 수행할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 카메라 모듈(300)이 오토포커싱(AF)을 수행하는 초기에 캐패시턴스 측정 동작을 수행할 수 있다. 여기서, 카메라 모듈(200)에서 수행하는 캐패시턴스 측정 동작은 프레임 수(frame rate)에 대응하는 시간 동안 진행될 수 있다.
또한, 제어부(320)는 계산 혹은 결정된 온도를 바탕으로 온도조절장치(370)를 제어할 수도 있고, 카메라 모듈(200)과 연동하는 어플리케이션 프로세서(400)에 계산 혹은 결정된 온도에 대한 정보를 전달할 수도 있다.
또한, 카메라 모듈(300)에는 주변 온도를 내리거나 올릴 수 있는 온도조절장치(370) 및 카메라 모듈(300)의 렌즈 어셈블리의 광학적 특성을 보정하기 위한 보정값저장부(380)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 보정값저장부(380)는 카메라 모듈(300)에 전원이 공급되지 않더라도 데이터를 저장할 수 있는 메모리 장치로 구현될 수 있으며, 카메라 모듈(200)의 렌즈 어셈블리에 포함된 복수의 렌즈, 렌즈 어셈블리와 이미지 센서와의 거리, 렌즈 어셈블리와 이미지 센서가 이루는 각도 등의 카메라 모듈(300)에서 광학 특성에 영향을 미치는 기구적인 요소들에 의해 이미지 센서를 통해 얻어지는 이미지가 왜곡되는 것을 복원할 수 있는 데이터를 포함할 수 있다.
또한, 보정값저장부(380)는 렌즈(28)의 온도, 캐패시턴스 등과 관련한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 렌즈(28)에 기 설정된 전압이 인가되었을 때 렌즈(28)의 캐패시턴스, 렌즈(28) 내 변화되는 온도마다 기 설정된 전압이 인가되었을 때 렌즈(28)의 캐패시턴스 변화량 등이 저장될 수 있다. 실시예에 따라, 보정값저장부(380)에 렌즈(28)의 동작 환경(온도 등)에 따른 렌즈(28)의 전기적 특성에 대한 정보가 다양하고 구체적일수록 렌즈(28) 내 계면(30)의 움직임을 보다 정교하게 제어할 수 있다.
제어부(320)는 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하기 위해 구동 드라이버(340)를 제어할 수 있다. 실시예에 따라, 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하기 위해 인가되는 전압(VL1, VL2, VL3, VL4, VC0)은 계면(30)의 움직임을 유도하기 위한 전압과 크기는 실질적으로 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다. 하지만, 렌즈(28)에 캐패시턴스를 측정하기 위해 인가되는 전압(VL1, VL2, VL3, VL4, VC0)의 크기는 보정값 저장부(380)에 저장된 캐패시턴스에 대한 정보를 생성할 때 사용되었던 전압의 크기와 실질적으로 동일할 수 있다.
도24는 렌즈의 캐패시턴스를 측정하여 온도를 결정하는 제1방법을 설명한다. 예를 들어, (a) 및 (b)에서 설명하는 제1방법은 도23에서 설명한 카메라 모듈(300)이 수행될 때, 오토포커싱(AF)이 수행되는 과정의 초기에 렌즈의 캐패시턴스를 측정하는 방법을 설명한다.
도24의 (a)를 참조하면, 카메라 모듈이 켜지거나 사용자가 카메라의 촬영 영역을 바꾸는 경우, 오토포커싱(AF) 동작을 수행한 후 초점이 맞춰지면 촬영 모드(사용자가 촬영 버튼을 누를 수 있는 상태)로 전환될 수 있다. 카메라에서 수행되는 오토포커싱(AF)을 위한 방식으로는 위상차 검출방식(위상차 AF) 또는 콘트라스트 검출방식(콘트라스트 AF)이 있을 수 있다.
예를 들어, 위상차 AF는 피사체에서 반사된 빛(이미지)이 렌즈 어셈블리로 들어오면 렌즈 어셈블리의 뒷부분에서 이 빛을 나눠 카메라 내부에 있는 두 개 이상의 AF 센서로 각각 보낸다. AF 센서는 이 빛이 센서 위에서 서로 얼마나 떨어져 있는지를 계산하고, 렌즈를 움직여 두 빛의 거리가 최적 값에 맞도록 조절해 초점을 맞춘다. 이런 방식을 렌즈 어셈블리를 통과했다는 의미의 'TTL(Through the lens) 위상차 AF'라고도 부를 수 있다.
또한, 콘트라스트 AF는 피사체의 대비, 즉 밝은 부분과 어두운 부분의 차이를 구별해 초점을 잡는 방식이다. 초점이 정확하게 맞으면 이미지 윤곽이 뚜렷해 콘트라스트(대비)가 높아지고, 초점이 맞지 않으면 윤곽이 흐려져 콘트라스트가 낮아진다. 콤팩트 카메라 사용 시 반셔터로 초점을 맞추면 액정 화면에 나타나는 이미지가 흐려지고 선명해짐을 반복하다 초점이 맞는 것을 볼 수 있다. 카메라가 렌즈를 움직이며 콘트라스트가 가장 높은 곳을 찾는 과정이다.
도24의 (a)를 참조하면, 위상차 AF 또는 콘트라스트 AF 방식을 수행될 때 오토포커싱을 시작하는 시점에서는 초점 거리를 무한대(infinity)로 설정한 뒤 제1전압(302)을 인가하고, 초점 거리를 줄여가기 위한 제2전압(304)을 순차적으로 인가할 수 있다. 오토포커싱 동작의 시작 시점에 렌즈(28)에 인가되는 전압(302)은 무한대(infinity)의 초점 거리를 위한 것으로, 이를 이용하여 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정할 수 있다. 캐패시턴스 측정구간은 카메라 모듈이 하나의 이미지 프레임을 얻는 데 소요되는 시간과 동일하거나 그보다 더 짧을 수 있다.
무한대(infinity)의 초점 거리를 위한 전압(302)은 기 설정된 값이므로, 보정값저장부(280)에는 렌즈(28)의 보정을 위해 해당 전압(302)에 대응하는 캐패시턴스를 저장할 수 있다. 실시예에 따라, 렌즈(28)에 포함된 4개의 개별 전극(L1~L4)로 구분되는 복수의 세그먼트에 대응하는 제1전극(E1)에 동시에 전압(302)을 인가할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 렌즈(28)에 포함된 4개의 개별 전극(L1~L4)로 구분되는 복수의 세그먼트에 순차적으로 전압(302)을 인가할 수도 있다.
도24의 (b)를 참조하면, 보정값저장부(280)에는 렌즈(28)의 온도에 대응하는 캐패시턴스의 값이 저장될 수 있다. 예를 들어, 제1온도(T1)에서 렌즈(28)는 제1캐패시턴스(C1)를 가질 수 있고, 제2온도(T2)에서 렌즈(28)는 제2캐패시턴스(C2)를 가질 수 있다. 실시예에 따라, 렌즈(28)의 제1캐패시턴스(C1)와 제2캐패시턴스(C2)는 렌즈(28)의 전체 캐패시턴스일 수도 있고, 렌즈(28)에 포함된 제1전극(E1) 중 하나와 제2전극(E2) 사이에 형성되는 캐패시턴스일 수도 있다. 예를 들어, 보정값저장부(280)에 저장된 정보는 제1전극(E1)이 4개의 개별 전극(L1~L4)로 구분되는 복수의 세그먼트를 포함하는 경우, 도7의 (b)에서 설명한 것과 같이 각 세그먼트에 대응하는 4개의 단위 캐패시터의 전체 캐패시턴스일 수도 있고, 실시예에 따라 각 세그먼트에 대응하는 단위 캐패시터 각각의 캐패시턴스일 수도 있다.
정전용량 측정 회로(350)를 이용하여 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하고, 보정값저장부(380)를 통해 기 설정된 온도에서 렌즈(28)의 캐패시턴스와 비교할 수 있다. 제어부(320)는 보정값저장부(380)에 저장된 정보와 측정한 캐패시턴스를 비교하여, 측정한 캐패시턴스에 대응하는 렌즈(28)의 온도를 산출할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 제어부(320)는 렌즈(28)의 전기적 특징으로서 확인된 캐패시턴스의 변화량(ΔCap.)과 온도(T)와의 관계식(T = f(ΔCap.))을 통하여 온도를 산출할 수도 있다. 또한, 동작상태저장부(360)에 저장된 캐패시턴스의 변화량(ΔCap.)과 온도(T)와의 관계를 확인할 수 있는 순람표(順覽表, loop-up table)를 이용하여 제어부(320)는 렌즈(28)의 온도를 결정할 수도 있다.
도24에서 설명한 제1방법은 카메라 모듈이 오토포커싱 동작을 완료한 후 초점 거리의 변동이 없는 상태에서 촬영 모드가 유지되는 동안 렌즈(28)의 온도를 측정하기 어려울 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈이 장시간의 동영상을 촬영하는 경우, 렌즈(28)의 온도는 상승할 수 있지만 초점 거리의 변화가 없는 한 오토포커싱 동작을 수행할 필요가 없으므로 캐패시턴스를 측정하지 못할 수 있다.
이러한 문제를 극복하기 위한 방법으로, 카메라 모듈(300)에 초점거리를 감지할 수 있는 센서를 구비할 수 있다. 예를 들어, 적외선 센서와 같이 카메라 모듈(200)에 이미지 화면에 포함된 피사체와 카메라 모듈(300) 사이에 거리를 직접 측정할 수 있는 경우, 직접 측정된 초점 거리와 해당 초점 거리를 위해 렌즈(28)에 공급되는 전압의 크기를 알 수 있다. 이 경우, 해당 전압이 인가되었을 때의 온도 변화에 따른 캐패시턴스의 변화에 대한 관계식이나 대응하는 정보가 보정값저장부(380)에 포함되어 있다면, 카메라 모듈의 동작하는 동안 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정할 수 있는 구간이 보다 자유로울 수 있다.
전술한 바와 같이, 도24에서 설명한 렌즈의 캐패시턴스를 측정하여 온도를 결정하는 제1방법은 캐패시턴스 측정을 위해 별도의 구간을 설정하여 카메라 모듈의 동작을 방해하지 않아도 되는 장점이 있다. 또한, 카메라 모듈이 오토포커싱 동작을 수행하는 과정에서 사용하는 전압(302)을 캐패시턴스 측정을 위해서도 사용할 수 있으므로, 캐패시턴스 측정을 위한 별도의 전압을 렌즈(28)에 인가할 필요가 없는 장점도 있다.
도25은 렌즈의 캐패시턴스를 측정하여 온도를 결정하는 제2방법을 설명한다. 예를 들어, (a) 및 (b)에서 설명하는 제2방법은 도23에서 설명한 카메라 모듈(300)에 거리 센서가 포함되지 않더라도 카메라 모듈(300)의 동작 중 렌즈(28)의 캐패시턴스를 보다 자유롭게 측정할 수 있는 방법을 설명한다.
도24에서 설정한 제1방법과 같이, 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하기 위한 전압이 기 설정되어 있거나, 피사체와의 거리(초점 거리)를 별도로 수집할 수 있어서 현재 전압 혹은 캐패시턴스의 측정 시 전압을 특정할 수 있는 경우, 온도와 캐패시턴스의 상관관계만으로 렌즈(28)의 온도를 결정할 수 있다. 하지만, 거리 센서가 없는 카메라 모듈(300)에서도 동작 중 자유롭게 캐패시턴스를 측정하기 위해서는 도11에서 설명한 제2방법과 같이 온도 변화와 전압의 크기에 대응하는 캐패시턴스의 상관관계에 대한 정보가 있어야 렌즈(28)의 온도를 결정할 수 있다.
도25의 (a)를 참조하면, 카메라 모듈(300)이 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(OIS) 기능을 수행하는 동안 제어회로(310)가 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정할 수 있음을 설명하고 있다. 여기서, 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(OIS) 기능을 수행하는 것을 일 예로 들었으나, 카메라 모듈(300)이 오토포커싱(AF) 기능을 수행하거나 다른 동작을 수행하는 과정 중에도 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정할 수 있다.
예를 들어, 카메라 모듈(300)이 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(OIS) 기능을 수행하기 위해, 렌즈(28)에는 전압(404)이 인가될 수 있다. 하지만, 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(OIS) 기능을 위한 전압(404)이 인가되었을 때 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하는 경우, 계면(30) 움직임에 영향을 주어 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(OIS) 기능을 방해할 수 있다. 따라서, 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하는 구간에서는 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(OIS) 동작을 잠시 중단할 수 있고, 캐패시턴스를 측정하기 위한 별도의 전압(402)을 렌즈(28)에 인가할 수 있다. 여기서, 캐패시턴스를 측정하는 데 소요되는 시간은 카메라 모듈이 하나의 이미지 프레임을 얻는 데 소요되는 시간과 동일하거나 그보다 더 짧을 수 있기 때문에, 캐패시턴스 측정구간이 종료된 후 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(OIS) 동작을 다시 수행할 수 있다. 캐패시턴스 측정이 끝나면, 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(OIS)를 위한 전압(406)이 렌즈(28)에 인가될 수 있다.
캐패시턴스 측정을 위해 소요되는 시간은 매우 짧기 때문에, 카메라 모듈의 사용자들은 캐패시턴스 측정을 인지하지 못할 수 있다. 또한, 캐패시턴스 측정을 위한 전압을 별도로 인가하기 때문에, 렌즈(28)의 캐패시턴스 측정으로 인한 카메라 모듈이 수행하는 동작을 방해하지 않을 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 렌즈(28)에 포함된 4개의 개별 전극(L1~L4)로 구분되는 복수의 세그먼트에 대응하는 제1전극(E1)에 동시에 전압(402)을 인가할 수 있다. 또한, 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(OIS) 동작을 위한 전압(404, 406)은 4개의 개별 전극(L1~L4)로 구분되는 복수의 세그먼트에 서로 다르게 인가될 수 있기 때문에, 캐패시턴스 측정을 위해 렌즈(28)에 인가되는 전압(402)도 복수의 세그먼트에 서로 다르게 인가될 수도 있다. 한편, 실시예에 따라 렌즈(28)에 포함된 4개의 개별 전극(L1~L4)로 구분되는 복수의 세그먼트에 순차적으로 전압(402)을 인가하거나, 하나의 세그먼트에만 전압(402)을 인가하여 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정할 수도 있다.
도25의 (b)를 참조하면, 보정값저장부(380)에는 렌즈(28)의 온도의 변화 및 전압의 크기에 대응하는 캐패시턴스의 값이 저장될 수 있다. 예를 들어, 제1온도(T1)에서 제1전압(V1)이 인가되는 렌즈(28)는 제1캐패시턴스(C11)는 가지고, 제2온도(T2)에서 제1전압(V1)이 인가되는 렌즈(28)는 제2캐패시턴스(C12)를 가질 수 있다. 실시예에 따라, 렌즈(28)의 제1캐패시턴스(C1)와 제2캐패시턴스(C2)는 렌즈(28)의 전체 캐패시턴스일 수도 있고, 렌즈(28)에 포함된 제1전극(E1) 중 하나와 제2전극(E2) 사이에 캐패시턴스일 수도 있다. 예를 들어, 보정값저장부(380)에 저장된 정보는 제1전극(E1)이 4개의 개별 전극(L1~L4)로 구분되는 복수의 세그먼트를 포함하는 경우, 도7의 (b)에서 설명한 것과 같이 각 세그먼트에 대응하는 4개의 단위 캐패시터의 전체 캐패시턴스일 수도 있고, 실시예에 따라 각 세그먼트에 대응하는 단위 캐패시터 각각의 캐패시턴스일 수도 있다.
정전용량 측정 회로(350)를 이용하여 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하고, 보정값저장부(380)를 통해 기 설정된 온도와 렌즈(28)에 인가된 전압의 크기에서 렌즈(28)의 캐패시턴스와 비교할 수 있다. 제어부(320)는 보정값저장부(380)에 저장된 정보 및 캐패시턴스의 측정을 위해 인가된 전압의 크기를 측정한 캐패시턴스를 비교하여, 측정한 캐패시턴스에 대응하는 렌즈(28)의 온도를 산출할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 제어부(320)는 렌즈(28)의 전기적 특징으로서 확인된 인가된 전압 및 캐패시턴스의 변화량(ΔCap.)에 따라 변하는 온도(T)와의 관계식(T = f(V,ΔCap.)을 통하여 온도를 산출할 수도 있다. 또한, 동작상태저장부(360)에 저장된 전압(V) 및 캐패시턴스의 변화량(ΔCap.)과 온도(T)와의 관계를 확인할 수 있는 순람표(順覽表, loop-up table)를 이용하여 제어부(320)는 렌즈(28)의 온도를 결정할 수도 있다.
한편, 실시예에 따라, 카메라 모듈에 포함되는 액체 렌즈가 4개, 8개, 또는 8개 보다 더 많은 개별 전극을 가질 수도 있다. 다만 개별 전극의 수는 4의 배수일 수 있다. 또한, 액체 렌즈에 배치된 피드백 전극의 수는 액체 렌즈에 포함된 개별 전극의 수와 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.
정전용량 측정 회로에서 산출 또는 측정한 액체 렌즈의 캐패시턴스는 전압 제어 회로로 전달될 수 있다. 액체 렌즈의 캐패시턴스를 전달받은 전압 제어 회로는 캐패시턴스를 통해 액체 렌즈 내 계면의 형상, 상태를 인지할 수 있다. 만약 액체 렌즈 내 계면의 형상, 상태가 목표한 것과 차이가 있을 경우, 전압 제어 회로는 구동 전압을 조정할 수 있다.
전술한 액체 렌즈는 카메라 모듈에 포함될 수 있다. 카메라 모듈은 하우징에 실장되는 액체 렌즈 및 액체 렌즈의 전면 또는 후면에 배치될 수 있는 적어도 하나의 고체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리, 렌즈 어셈블리를 통해 전달되는 광신호를 전기신호로 변환하는 이미지센서, 및 액체 렌즈에 구동 전압을 공급하기 위한 제어회로를 포함할 수 있다.
실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.
전술한 카메라 모듈을 포함한 광학 기기(Optical Device, Optical Instrument)를 구현할 수 있다. 여기서, 광학 기기는 광신호를 가공하거나 분석할 수 있는 장치를 포함할 수 있다. 광학 기기의 예로는 카메라/비디오 장치, 망원경 장치, 현미경 장치, 간섭계 장치, 광도계 장치, 편광계 장치, 분광계 장치, 반사계 장치, 오토콜리메이터 장치, 렌즈미터 장치 등이 있을 수 있으며, 액체 렌즈를 포함할 수 있는 광학 기기에 본 발명의 실시예를 적용할 수 있다. 또한, 광학 기기는 스마트폰, 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 휴대용 장치로 구현될 수 있다. 이러한 광학 기기는 카메라 모듈, 영상을 출력하는 디스플레이부, 카메라 모듈과 디스플레이부를 실장하는 본체 하우징을 포함할 수 있다. 광학기기는 본체 하우징에 타 기기와 통신할 수 있는 통신모듈이 실장될 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 메모리부를 더 포함할 수 있다.
상술한 실시예에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 포함된다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상술한 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 복수의 개별 전극과 공통 전극을 포함하는 액체 렌즈 및 상기 액체 렌즈의 상부 또는 하부에 배치되는 적어도 하나의 고체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리;
    상기 액체 렌즈의 계면을 제어하기 위해 상기 액체 렌즈 내 상기 복수의 개별 전극 중 적어도 하나 및 상기 공통 전극을 통해 전압을 공급하는 구동 드라이버;
    상기 액체 렌즈 내 상기 공통 전극과 상기 복수의 개별 전극 중 적어도 하나 사이의 캐패시턴스를 측정하는 정전용량 측정회로;
    상기 액체 렌즈 내 온도 변화에 대응하여 변화하는 캐패시턴스에 대한 정보를 저장하는 동작상태저장부; 및
    상기 정전용량 측정 회로에서 측정된 상기 캐패시턴스와 상기 정보를 바탕으로 상기 액체 렌즈 내 온도를 결정하는 제어부를 포함하고,
    상기 액체 렌즈는
    전도성 액체와 비전도성 액체가 배치되는 캐비티를 포함하는 제1 플레이트;
    상기 제1플레이트 위에 배치되는 제2 플레이트; 및
    상기 제1 플레이트 아래에 배치되는 제3 플레이트를 더 포함하고,
    상기 공통 전극은 상기 제1 플레이트 위에 배치되고,
    상기 복수의 개별 전극은 상기 제1 플레이트 아래에 배치되는, 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액체 렌즈와 상기 정전용량 측정회로 사이에 배치되는 제1스위치를 더 포함하고,
    상기 제1스위치는 이미지 센서를 통해 하나의 이미지 프레임을 얻는 데 소요되는 시간과 동일하거나 짧은 시간 동안 켜지는 카메라 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 오토포커싱 동작이 시작되는 시점에서 상기 정전용량 측정회로를 통해 상기 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정하는 카메라 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 오토포커싱 동작이 시작되는 시점은 초점 거리가 무한대(infinity)로 설정된 시점인 카메라 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 오토포커싱 또는 흔들림 방지 동작을 중단하고 상기 정전용량 측정회로를 통해 상기 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정한 후 상기 오토포커싱 또는 흔들림 방지 동작을 재개하는 카메라 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 정전용량 측정회로를 통해 상기 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정하기 위한 전압은 고정된 기 설정된 레벨을 가지는 카메라 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 정전용량 측정회로를 통해 상기 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정하기 위한 전압은 상기 계면을 제어하기 위한 전압과는 다른 레벨을 가지는 카메라 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    피사체와의 초점 거리를 측정할 수 있는 거리 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 구동 드라이버를 통해 상기 초점 거리에 대응하는 전압을 상기 액체 렌즈에 전달하고,
    상기 정전용량 측정회로는 상기 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정하는 카메라 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 동작상태저장부는 상기 액체 렌즈 내 온도 변화 및 상기 구동 드라이버에서 공급되는 전압에 대응하여 변화하는 캐패시턴스에 대한 정보를 저장하는 카메라 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈 어셈블리 내 상기 액체 렌즈 및 상기 적어도 하나의 고체 렌즈에 대한 전기적 특성 또는 광학적 특성을 저장하는 보정값저장부를 더 포함하는 카메라 모듈.
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