KR20200092645A

KR20200092645A - 액체 렌즈

Info

Publication number: KR20200092645A
Application number: KR1020190009791A
Authority: KR
Inventors: 김원진; 엄성수; 한정은
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2020-08-04
Also published as: WO2020153786A1

Abstract

실시 예에 의한 액체 렌즈는 전도성 액체와 비전도성 액체가 배치되는 캐비티를 포함하는 제1 플레이트와, 제1 플레이트 상에 배치되는 제1 전극과, 제1 전극과 이격되어 제1 플레이트 상에 배치되며 적어도 일부가 캐비티 상에 배치되는 제2 전극과, 제2 전극 상에 배치되는 절연층 및 전도성 액체와 비전도성 액체 사이에 배치되는 광학 부재를 포함한다.

Description

액체 렌즈{LIQUID LENS}

실시 예는 액체 렌즈에 관한 것이다.

휴대용 장치의 사용자는 고해상도를 가지며 크기가 작고 다양한 촬영 기능을 갖는 광학 기기를 원하고 있다. 예를 들어, 다양한 촬영 기능이란, 광학 줌 기능(zoom-in/zoom-out), 오토 포커싱(AF:Auto-Focusing) 기능 또는 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(OIS:Optical Image Stabilizer) 기능 중 적어도 하나를 의미할 수 있다.

기존의 경우, 전술한 다양한 촬영 기능을 구현하기 위해, 여러 개의 렌즈를 조합하고, 조합된 렌즈를 직접 움직이는 방법을 이용하였다. 그러나, 이와 같이 렌즈의 수를 증가시킬 경우 광학 기기의 크기가 커질 수 있다.

오토 포커스와 손떨림 보정 기능은, 렌즈 홀더에 고정되며 광축으로 정렬된 여러 개의 렌즈가, 광축 또는 광축의 수직 방향으로 이동하거나 틸팅(Tilting)하여 수행되며, 이를 위해, 복수의 렌즈로 구성된 렌즈 어셈블리를 구동시키는 별도의 렌즈 구동 장치가 요구된다. 그러나 렌즈 구동 장치는 전력 소모가 높으며, 이를 보호하기 위해서 카메라 모듈과 별도로 커버 글라스를 추가하여야 하는 등, 기존의 카메라 모듈의 전체 크기가 커지는 문제가 있다. 이를 해소하기 위해, 두 가지 액체의 계면의 곡률을 전기적으로 조절하여 오토 포커스와 손떨림 보정 기능을 수행하는 액체 렌즈부에 대한 연구가 이루어지고 있다.

특히, 액체 렌즈가 대구경으로 갈수록 계면의 파면 에러(WFE:Wave Front Error)가 증가하여 이를 해소시키기 위한 다각도의 연구가 진행되고 있다.

실시 예는 파면 에러가 감소된 액체 렌즈를 제공하기 위한 것이다.

실시 예에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시 예에 의한 액체 렌즈는, 전도성 액체와 비전도성 액체가 배치되는 캐비티를 포함하는 제1 플레이트; 상기 제1 플레이트 상에 배치되는 제1 전극; 상기 제1 전극과 이격되어 상기 제1 플레이트 상에 배치되며 적어도 일부가 상기 캐비티 상에 배치되는 제2 전극; 상기 제2 전극 상에 배치되는 절연층; 및 상기 전도성 액체와 상기 비전도성 액체 사이에 배치되는 광학 부재를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 광학 부재의 굴절률은 상기 제1 액체의 굴절률과 상기 제2 액체의 굴절률 사이의 값을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 광학 부재는 상기 제1 및 제2 액체 각각의 유동성보다 작은 유동성을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 광학 부재는 95% 이상의 투광성을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 광학 부재와 상기 제2 액체 간의 젖음성은 상기 광학 부재와 상기 제1 액체 간의 젖음성보다 클 수 있다.

예를 들어, 상기 광학 부재의 재질은 규산염(silicate)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 액체 렌즈가 0 디옵터가 되는 기준 디옵터에서 상기 광학 부재의 적어도 일부는 상기 절연층으로부터 이격될 수 있다.

예를 들어, 상기 캐비티는 일측의 제1 개구와 타측의 제2 개구를 형성하고 상기 제1 개구의 크기는 상기 제2 개구의 크기보다 크고, 상기 광학 부재의 크기는 상기 제1 개구보다 작고 상기 제2 개구보다 클 수 있다.

예를 들어, 상기 광학 부재는 상기 기준 디옵터에서 상기 제1 액체와 상기 제2 액체 사이의 계면의 크기보다 작은 크기를 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 액체 렌즈는, 상기 절연층 상에 배치되는 코팅층을 포함할 수 있다.

실시 예에 따른 액체 렌즈는 제1 액체와 제2 액체 사이에 제1 및 제2 액체 각각의 유동성보다 더 작은 유동성을 갖는 광학 부재를 배치하여 OIS 기능을 수행하기 위해 액체 렌즈에 공급되는 구동 전압의 변화량이 큰 경우에도 파면 에러의 발생이 최소화될 수 있어 대구경에서 조차도 파면 에러에 의해 영향을 받지 않고 OIS 기능을 충실히 수행할 수 있다.

또한, 본 실시 예에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며 언급하지 않은 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 실시 예에 의한 액체 렌즈를 포함하는 액체 렌즈 모듈의 단면도를 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 ‘A’ 부분의 실시 예에 의한 부분 확대 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 액체 렌즈에서 광학 부재가 틸팅된 모습을 예시적으로 나타낸다.
도 4는 비교 례 및 실시 예에 의한 파면 에러를 나타내는 그래프이다.
도 5는 실시 예에 의한 액체 렌즈 모듈을 포함하는 렌즈 어셈블리의 개념도를 나타낸다.
도 6은 실시 예에 의한 액체 렌즈 모듈을 포함하는 카메라 모듈의 개념도를 나타낸다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들 간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시 예에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개이상)”으로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우 뿐만아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐만아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

이하, 실시 예에 의한 액체 렌즈, 이 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리 및 이 어셈블리를 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.

도 1은 실시 예에 의한 액체 렌즈를 포함하는 액체 렌즈 모듈(100)의 단면도를 나타낸다.

액체 렌즈 모듈(100)은 액체 렌즈, 제1 연결 기판(141) 및/또는 제2 연결 기판(144)을 포함할 수 있다.

실시 예에 의한 액체 렌즈는 서로 다른 종류의 제1 및 제2 액체(LQ1, LQ2), 제1 내지 광학 부재(P1, P2, P3, P4), 제1 및 제2 전극(E1, E2) 및 절연층(148)을 포함할 수 있다.

제1 및 제2 액체(LQ1, LQ2)는 캐비티(CA:Cavity)에 충진, 수용 또는 배치되며, 전도성을 갖는 제1 액체(또는, 전도성 액체)(LQ1)와 비전도성을 갖는 제2 액체(또는, 절연 액체 또는 비전도성 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, 제2 액체(LQ2) 위에 제1 액체(LQ1)가 배치될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

외부로부터 액체 렌즈로 구동 전압이 인가되지 않은 상태에서 제1 및 제2 액체(LQ2, LQ1)의 가장 자리는 중심부보다 두께가 얇은 단면 형상을 가질 수 있다.

제1 플레이트(P1)는 캐비티(CA)를 포함할 수 있다. 제1 플레이트(P1)의 내측면(i)은 캐비티(CA)의 측부를 정의할 수 있다. 이때, 제1 플레이트(P1)의 내측면(i)은 도 1에 도시된 바와 같이 경사질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

제1 플레이트(P1)는 상하의 제1 및 제2 개구(O1, O2)를 포함할 수 있다. 즉, 캐비티(CA)는 제1 플레이트(P1)의 내측면(i), 제1 개구(O1) 및 제2 개구(O2)로 둘러싸인 영역으로 정의될 수 있다. 캐비티(CA)는 일측의 제1 개구(O1)와 타측의 제2 개구(O2)를 형성하고 제1 개구(O1)의 크기는 제2 개구(O2)의 크기보다 클 수 있다.

제1 및 제2 개구(O1, O2) 중에서 보다 넓은 개구의 직경은 액체 렌즈에서 요구하는 화각(FOV) 또는 액체 렌즈를 포함하는 후술되는 카메라 모듈에서 수행해야 할 역할에 따라 달라질 수 있다. 실시 예에 의하면, 제1 개구(O1)의 크기(또는, 면적 또는 폭)는 제2 개구(O2)의 크기(또는, 면적 또는 폭)보다 더 클 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 개구(O1, O2) 각각의 크기는 수평 방향(예를 들어, x축과 y축 방향)의 단면적일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 개구(O1, O2) 각각의 크기란, 개구의 단면이 원형이면 반지름 또는 지름을 의미하고, 개구의 단면이 정사각형이면 대각선의 길이를 의미할 수 있다. 제1 및 제2 개구(O1, O2) 각각은 원형의 단면을 가지는 홀(hole)의 형상일 수 있다.

캐비티(CA)는 외부로부터 입사되는 광이 투과하는 부위이다. 따라서, 캐비티(CA)를 이루는 제1 플레이트(P1)는 투명한 재료로 이루어질 수도 있고, 광의 투과가 용이하지 않도록 불투명한 재질이거나 불순물을 포함할 수도 있다.

광은 캐비티(CA)에서 제2 개구(O2)보다 넓은 제1 개구(O1)를 통해 입사되어 제2 개구(O2)를 통해 출사될 수도 있고, 제1 개구(O1)보다 좁은 제2 개구(O2)를 통해 입사되어 제1 개구(O1)를 통해 출사될 수 있다. 이하, 광이 제2 개구(O2)를 통해 입사된 후 제1 개구(O1)를 통해 출사되는 것으로 설명하지만, 광이 제1 개구(O1)를 통해 입사된 후 제2 개구(O2)를 통해 출사되는 경우에도 하기의 설명은 적용될 수 있다.

또한, 제2 플레이트(P2)는 제1 플레이트(P1)의 위 또는 아래 중 한 곳에 배치되고, 제3 플레이트(P3)는 제1 플레이트(P1)의 위 또는 아래 중 다른 곳에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 플레이트(P2)는 제1 플레이트(P1)의 위에 배치되고, 제3 플레이트(P3)는 제1 플레이트(P1)의 아래에 배치될 수 있다. 이 경우, 제2 플레이트(P2)는 제1 전극(E1)의 상면과 캐비티(CA) 위에 배치될 수 있다. 제3 플레이트(P3)는 제2 전극(E2)의 하면과 캐비티(CA) 아래에 배치될 수 있다.

제2 플레이트(P2)와 제3 플레이트(P3)는 제1 플레이트(P1)를 사이에 두고 서로 대향하여 배치될 수 있다. 또한, 제2 플레이트(P2) 또는 제3 플레이트(P3) 중 적어도 하나는 생략될 수도 있다.

제2 또는 제3 플레이트(P2, P3) 중 적어도 하나는 사각형 평면 형상을 가질 수 있다. 제2 및 제3 플레이트(P2, P3) 각각은 광이 통과하는 영역으로서, 투광성 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 제2 및 제3 플레이트(P2, P3) 각각은 유리(glass)로 이루어질 수 있으며, 공정의 편의상 동일한 재료로 형성될 수 있다. 또한, 제2 및 제3 플레이트(P2, P3) 각각의 가장 자리는 사각형 형상일 수 있으나, 반드시 이에 한정하지는 않는다.

제2 플레이트(P2)는 입사되는 광이 제1 플레이트(P1)의 캐비티(CA) 내부로 진행하도록 허용하는 구성을 가질 수 있다. 제3 플레이트(P3)는 제1 플레이트(P1)의 캐비티(CA)를 통과한 광이 출사되도록 허용하는 구성을 가질 수 있다. 제2 플레이트(P2)는 제1 액체(LQ1)와 직접 접촉할 수 있다.

또한, 액체 렌즈의 실제 유효 렌즈 영역은 제1 플레이트(P1)의 제1 및 제2 개구(O1, O2) 중에서 넓은 제1 개구(O1)의 직경보다 좁을 수 있다. 제1 플레이트(P1)의 일면과 타면에 제1 및 제2 전극(E1, E2)이 각각 배치될 수 있다. 제1 전극(E1)은 제1 플레이트(P1)의 일면(예를 들어, 상부면)의 적어도 일부 영역에서 제2 전극(E2)과 이격되어 배치될 수 있다. 제1 플레이트(P1)의 일면에 배치된 제1 전극(E1)의 일부가 전도성을 갖는 제1 액체(LQ1)에 노출되어 제1 액체(LQ1)와 직접 접촉할 수 있다. 복수의 제2 전극(E2)은 제1 플레이트(P1)의 타면(예를 들어, 상부면, 내측면 및 하부면)에 배치될 수 있다.

또한, 제1 전극(E1)은 제1 플레이트(P1) 상에 배치되고, 제2 전극(E2)은 제1 전극(E1)과 이격되어 제1 플레이트(P1) 상에 배치되며 적어도 일부가 캐비티(CA) 상에 배치될 수 있다.

또한, 제1 전극(E1)은 한 개의 전극(이하, ‘공통 전극’이라 함)이고, 제2 전극(E2)은 n개의 전극(이하, ‘개별 전극’이라 함)일 수 있다. 여기서, n은 2 이상의 양의 정수일 수 있다.

예를 들어, 복수의 제2 전극(E2)은 광축(LX)을 중심으로 시계 방향(또는, 반시계 방향)을 따라 순차적으로 배치될 수 있다.

제1 및 제2 전극(E1, E2) 각각은 도전성 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 금속으로 이루어질 수 있다.

한편, 절연층(148)은 캐비티(CA)의 하부 영역에서 제3 플레이트(P3)의 상부면의 일부를 덮으면서 배치될 수 있다. 즉, 절연층(148)은 제2 액체(LQ2)와 제3 플레이트(P3)의 사이에 배치될 수 있다.

또한, 절연층(148)은 제2 전극(E2) 상에 배치될 수 있다.

또한, 절연층(148)은 캐비티(CA)의 측벽을 이루는 제2 전극(E2)의 일부를 덮으면서 배치될 수 있다. 또한, 절연층(148)은 제1 플레이트(P1)의 상부면에서, 제1 전극(E1)의 일부와 제2 전극(E2)의 전체를 덮으며 배치될 수 있다. 또한, 절연층(148)은 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)의 이격에 의해 노출된 제1 플레이트(P1)의 상부면의 일부를 덮으면서 배치될 수 있다.

이와 같이, 절연층(148)은 제2 전극(E2)과 제1 액체(LQ1) 간의 접촉, 제2 전극(E2)과 제2 액체(LQ2) 간의 접촉 및 제3 플레이트(P3)와 제2 액체(LQ2) 간의 접촉을 차단할 수 있다.

절연층(148)이 제1 및 제2 전극(E1, E2) 중 하나의 전극(예를 들어, 제2 전극(E2))을 덮고, 다른 하나의 전극(예를 들어, 제1 전극(E1))의 일부를 노출시켜 전도성을 갖는 제1 액체(LQ1)에 전기 에너지가 인가되도록 할 수 있다.

한편, 제1 연결 기판(141)은 제1 전극(E1)과 전기적으로 연결된 연결 패드를 통해 후술되는 메인 기판(미도시) 상에 형성된 전극 패드와 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 연결 기판(144)은 복수의 제2 전극(E2) 각각과 전기적으로 연결된 연결 패드를 통해 메인 기판 상에 형성된 전극 패드와 전기적으로 연결될 수 있다.

예를 들어, 제1 연결 기판(141)은 FPCB 또는 단일 메탈 기판(전도성 메탈 플레이트)으로 구현되고, 제2 연결 기판(144) 각각은 연성회로기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board)로 구현될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

비록 도시되지는 않았지만, 제1 연결 기판(141)과 제1 전극(E1) 사이에 전도성 에폭시가 배치됨으로써, 제1 연결 기판(141)과 제1 전극(E1)이 접촉, 결합 및 통전될 수 있다. 또한, 제2 연결 기판(144)과 복수의 제2 전극(E2) 사이에 전도성 에폭시가 배치됨으로써, 제2 연결 기판(144)과 복수의 제2 전극(E2)이 접촉, 결합 및 통전될 수 있다. 제1 연결 기판(141)과 제1 전극(E1)은 서로 별개의 소자로 구현될 수도 있고, 일체형으로 구현될 수도 있다. 또한, 제2 연결 기판(144)과 복수의 제2 전극(E2)은 서로 별개의 소자로 구현될 수도 있고 일체형으로 구현될 수도 있다.

제1 연결 기판(141)은 하나의 전압(이하, ‘공통 전압’이라 함)을 액체 렌즈로 전달할 수 있고, 제2 연결 기판(144)은 서로 다른 4개의 전압(이하, ‘개별 전압’이라 함)을 액체 렌즈로 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. 제2 연결 기판(144)을 통해 공급되는 개별 전압은 액체 렌즈의 각 모서리에 노출되는 복수의 제2 전극(E2)에 인가될 수 있다. 즉, 제1 연결 기판(141)과 제2 연결 기판(144)을 통해 액체 렌즈에 전압이 공급될 수 있다.

한편, 실시 예에 의한 액체 렌즈의 광학 부재(P4)는 제1 액체(LQ1)와 제2 액체(LQ2) 사이에 배치될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 광학 부재(P4)의 굴절률은 제1 액체(LQ1)의 굴절률과 제2 액체(LQ2)의 굴절률 사이의 값을 가질 수 있다. 이는 제2 개구(O2)로부터 입사된 광이 제1 개구(O1)를 통해 출사되거나 제1 개구(O1)로부터 입사된 광이 제2 개구(O2)를 통해 출사되도록 하기 위함이다.

다른 실시 예에 의하면, 광학 부재(P4)의 굴절률은 제1 액체(LQ1)의 굴절률과 동일하거나 제2 액체(LQ2)의 굴절률과 동일할 수도 있다. 예를 들어 제2 액체(LQ2)가 오일일 경우, 광학 부재(P4)의 굴절률은 오일(LQ2)의 굴절률과 동일할 수 있다.

또한, 광학 부재(P4)는 95% 이상의 투광성을 가질 수 있다. 따라서, 광학 부재(P4)의 방해를 받지 않고 또는 방해를 최소한으로 받으면서, 광이 제2 액체(LQ2), 광학 부재(P4) 및 제1 액체(LQ1)를 경유하여 캐비티(CA)를 통과할 수 있다.

또한, 광학 부재(P4)는 판 형상의 플레이트일 수 있고, 박막 또는 멤브레인(membrane) 형태일 수도 있다. 또한, 광학 부재(P4)는 잘 휘지 않는(rigid) 재질로 구현되거나 플렉서블(flexibl)한 재질로 구현될 수 있다.

또한, 광학 부재(P4)의 재질은 규산염(silicate)을 포함할 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 ‘A’ 부분의 실시 예(A1, A2)에 의한 부분 확대 단면도를 나타낸다.

도 3은 도 1에 도시된 액체 렌즈에서 광학 부재(P4)가 틸팅된 모습을 예시적으로 나타낸다. 광학 부재(P4)가 틸팅된 모습을 제외하면, 도 3에 도시된 액체 렌즈는 도 1에 도시된 액체 렌즈와 동일하므로, 동일한 참조부호를 사용한다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 광학 부재(P4)는 액체 렌즈 기준 디옵터에서 평평한 단면 형상을 가질 수 있다. 여기서, 기준 디옵터란, ‘0’ 디옵터를 의미할 수 있다. ‘0’ 디옵터란, 제1 액체(LQ1)와 제2 액체(LQ2) 사이의 계면(BO)이 틸팅되지 않고 광축(LX)과 수직한 방향(예를 들어, x축 및 y축 방향)과 나란한 상태를 의미할 수 있다. 구동 전압을 액체 렌즈에 공급하여 액체 렌즈를 ‘0’ 디옵터 상태로 만들 수 있다.

또한, 기준 디옵터에서 광학 부재(P4)의 적어도 일부는 절연층(148)으로부터 이격되어 배치될 수 있다.

또는, 기준 디옵터에서 도 1 및 도 2b에 도시된 바와 같이 광학 부재(P4)의 단부(P4E)는 제1 플레이트(P1)의 내측면(i)에 배치된 절연층(148)에 접하여 배치될 수 있다.

또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 액체 렌즈는 코팅층(150)을 더 포함할 수 있다. 코팅층(150)은 제1 플레이트(P1)의 내측면(i) 상에 배치될 수 있다. 즉, 제1 플레이트(P1)의 내측면(i) 중에서 광학 부재(P4)가 틸팅될 때 마주하는 경로 상에 코팅층(150)이 배치될 수 있으며 절연층(148) 상에 배치될 수 있다.

만일, 도 1에 도시된 바와 같이, 광학 부재(P4)의 단부(P4E)가 절연층(148)에 접하여 배치될 경우, 광학 부재(P4)가 틸팅을 시작할 때 또는 틸팅되는 동안에 단부(P4E)와 절연층(148) 사이의 마찰에 의해 광학 부재(P4)의 틸팅이 방해를 받을 수 있다. 그러나, 도 2b에 도시된 바와 같이, 코팅층(150)을 마련할 경우, 단부(P4E)가 절연층(148) 대신에 코팅층(150)에 접하므로 광학 부재(P4)의 틸팅의 방해가 해소될 수 있다. 이를 위해, 단부(P4E)와의 마찰력이 절연층(148)보다 더 작은 물질로 코팅층(150)을 구현할 수 있다. 예를 들어, 코팅층(150)은 불소를 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

또는, 기준 디옵터에서, 도 2a 또는 도 3에 도시된 바와 같이 광학 부재(P4)의 단부(P4E)는 내측면(i)(또는, 절연층(148))으로부터 일정 거리(d1, d2)만큼 이격될 수 있다. 즉, 기준 디옵터에서 광학 부재(P4)의 단부(P4E)와 절연층(148) 사이에 제1 또는 제2 액체(LQ1, LQ2)가 위치할 수 있다. 따라서, 단부(P4E)가 절연층(148)에 접하는 도 1에 도시된 바와 달리, 도 2a 및 도 3에 도시된 바와 같이 단부(P4E)가 절연층(148)에 접하지 않으므로, 광학 부재(P4)의 틸팅 시에 단부(P4E)와 절연층(148) 간의 마찰력이 발생하지 않으므로, 도 2b에 도시된 코팅층(150)은 생략될 수 있다.

또한, 광학 부재(P4)와 제2 액체(LQ2) 간의 젖음성(또는, 습윤성)은 광학 부재(P4)와 제1 액체(LQ1) 간의 젖음성보다 클 수 있다. 따라서, 도 2a 및 도 3에 도시된 바와 같이, 광학 부재(P4)는 제1 액체(LQ1)와 제2 액체(LQ2) 간의 계면(BO) 아래에서 제2 액체(LQ2)의 상측에 배치될 수 있다.

또한, 광학 부재(P4)의 크기(또는, 면적 또는 직경)(X1)는 제1 개구(O1)의 크기보다 작고 제2 개구(O2)의 크기보다 클 수 있다.

또한, 광학 부재(P4)의 크기(또는, 면적 또는 직경)(X1)는 기준 디옵터에서 제1 액체(LQ1)와 제2 액체(LQ2) 사이의 계면(BO)의 크기(또는, 면적 또는 직경)(X2)보다 작을 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 렌즈의 계면(BO)이 틸팅될 수 있다. 이때, 도 3에 예시된 바와 같이 계면(BO)이 틸팅될 때, 광학 부재(P4)도 함께 틸팅될 수 있다. 이때, 광학 부재(P4)가 절연층(148)의 상부면까지 ?K팅되지 않도록 제2 액체(LQ2)의 량을 조정할 수 있다.

구동 전압에 대응하여 액체 렌즈 내에 형성되는 계면(BO) 및 광학 부재(P4)가 틸팅되는 각도가 변함으로써, 실시 예에 의한 액체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리, 카메라 모듈 및 광학 기기는 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(OIS:Optical Image Stabilizer) 기능을 수행할 수 있다.

이하, 비교 례 및 실시 예에 의한 액체 렌즈를 다음과 같이 비교하여 설명한다.

도 4는 비교 례 및 실시 예에 의한 파면 에러(WFE)를 나타내는 그래프로서, 횡축은 액체 렌즈에 공급되는 구동 전압(V)의 변화량(ΔV)을 나타내고, 종축은 파면 에러(WFE)를 나타낸다.

비교 례에 의한 액체 렌즈는 광학 부재(P4)를 포함하지 않는다. 따라서, OIS 기능을 수행하기 위해 비교 례에 의한 액체 렌즈에 공급되는 구동 전압(V)의 변화량(ΔV)이 클 경우, 액체 렌즈의 계면(BO)에서의 파면 에러(WFE1)가 커질 수 있다. 이러한 파면 에러(WFE1)는, 액체 렌즈가 대구경화 됨에 따라 예를 들어, 제2 개구(O2)의 직경이 3 ㎜ 이상일 때, 더욱 심해질 수 있다.

그러나, 실시 예에 의한 액체 렌즈의 경우, 제1 액체(LQ1)와 제2 액체(LQ2) 사이에 광학 부재(P4)를 배치한다. 이때, 광학 부재(P4)의 유동성이 제1 및 제2 액체(LQ1, LQ2) 각각의 유동성보다 더 작을 경우, OIS 기능을 수행하기 위해 액체 렌즈에 공급되는 구동 전압(V)의 변화량(ΔV)이 큰 경우에도 파면 에러(WFE2)의 발생이 최소화되어 비교 례보다 작아질 수 있다.

액체 렌즈의 계면(BO) 중에서 파면 에러(WFE)가 OIS 기능에 영향을 미치는 영역은 제2 개구(O2)와 광축(LX) 방향과 나란한 방향(예를 들어, z축 방향)으로 중첩되는 영역이다. 따라서, 광학 부재(P4)의 크기(또는, 면적 또는 직경)(X1)가 제2 개구(O2)의 크기보다 크기 때문에, 실시 예에 의한 액체 렌즈는 대구경에서 조차도 파면 에러(WFE)에 의해 영향을 받지 않고 OIS 기능을 충실히 수행할 수 있다.

전술한 실시 예에 의한 액체 렌즈를 포함하는 액체 렌즈 모듈은 다양한 분야에 적용될 수 있다.

이하, 실시 예에 의한 액체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리(200)를 첨부된 도면을 참조하여 설명하지만, 실시 예에 의한 렌즈 어셈블리(200)는 이에 국한되지 않는다.

도 5는 실시 예에 의한 액체 렌즈 모듈(100)을 포함하는 렌즈 어셈블리(200)의 분해도를 나타낸다.

도 5에 도시된 렌즈 어셈블리(200)는 홀더(210), 제1 렌즈부(220), 액체 렌즈 모듈(230) 및 제2 렌즈부(240) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 액체 렌즈 모듈(230)은 도 1 내지 도 3에 도시된 액체 렌즈 모듈(100)일 수 있다.

제1 렌즈부(220)는 액체 렌즈 모듈(230)의 상측에 배치되며, 렌즈 어셈블리(200)의 외부로부터 광이 입사되는 영역일 수 있다. 즉, 제1 렌즈부(220)는 홀더(210) 내에서 액체 렌즈 모듈(230) 위에 배치될 수 있다. 제1 렌즈부(220)는 하나의 렌즈로 구현될 수도 있고, 중심축을 기준으로 정렬되어 광학계를 형성하는 2개 이상의 복수의 렌즈로 구현될 수도 있다. 여기서, 중심축이란, 제1 렌즈부(220), 액체 렌즈 모듈(230) 및 제2 렌즈부(240)가 형성하는 광학계의 광축(LX)을 의미할 수도 있고, 광축(LX)과 나란한 축을 의미할 수도 있다. 광축(LX)은 후술되는 카메라 모듈(300)에 포함되는 이미지 센서(340)의 광축에 해당할 수 있다. 즉, 제1 렌즈부(220), 액체 렌즈 모듈(230), 제2 렌즈부(240) 및 이미지 센서(340)는 액티브 얼라인(AA:Active Align)을 통해 광축(LX)으로 정렬되어 배치될 수 있다.

제2 렌즈부(240)는 홀더(210) 내부에서 액체 렌즈 모듈(230)의 아래에 배치될 수 있다. 제2 렌즈부(240)는 제1 렌즈부(220)와 광축 방향(예를 들어, z축 방향)으로 이격되어 배치될 수 있다. 제2 렌즈부(240)는 하나의 렌즈로 구현될 수도 있고, 중심축을 기준으로 정렬되어 광학계를 형성하는 2개 이상의 복수의 렌즈로 구현될 수도 있다.

렌즈 어셈블리(200)의 외부로부터 제1 렌즈부(220)로 입사된 광은 액체 렌즈 모듈(230)를 통과하여 제2 렌즈부(240)로 입사될 수 있다. 액체 렌즈 모듈(230)과 달리, 제1 렌즈부(220) 및 제2 렌즈부(240) 각각은 고체 렌즈로서, 유리 또는 플라스틱으로 구현될 수 있으나, 실시 예는 제1 렌즈부(220) 및 제2 렌즈부(240) 각각의 특정한 재질에 국한되지 않는다. 또한, 제1 렌즈부(220) 또는 제2 렌즈부(240) 중 적어도 하나를 생략될 수도 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 달리 액체 렌즈 모듈(230)은 제1 렌즈부(220)의 위 또는 제2 렌즈부(240)의 아래에 배치될 수도 있다.

홀더(210)는 제1 렌즈부(220), 액체 렌즈 모듈(230) 및 제2 렌즈부(240)를 수용, 장착, 안착, 접촉, 고정, 가고정, 지지, 결합, 또는 배치시키는 역할을 한다. 제1 렌즈부(220) 및 제2 렌즈부(240)는 홀더(210)의 내부에 수용되는 반면, 액체 렌즈 모듈(230) 중 일부는 홀더(210)의 내부에 수용되고, 타부는 홀더(210)의 외부로 돌출되어 배치될 수도 있다. 이는, 액체 렌즈 모듈(230)의 제1 및 제2 연결 기판(141, 144)을 도 6에서 후술되는 메인 기판(350)과 전기적으로 연결하기 위함이다. 제1 및 제2 연결 기판(141, 144)이 메인 기판(350)과 연결됨으로써, 액체 렌즈 모듈(230)은 구동을 위한 구동 전압을 메인 기판(350)으로부터 전달받을 수 있다.

이하, 실시 예에 의한 액체 렌즈 모듈을 포함하는 카메라 모듈(300)을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.

도 6은 실시 예에 의한 액체 렌즈 모듈(100)을 포함하는 카메라 모듈(300)의 분해도를 나타낸다.

도 6에 도시된 카메라 모듈(300)은 렌즈 어셈블리(200), 이미지 센서(340) 및 메인 기판(350)을 포함할 수 있다. 여기서, 렌즈 어셈블리(200)는 도 5에 도시된 렌즈 어셈블리에 해당하므로 동일한 참조부호를 사용하며, 중복되는 설명을 생략한다.

이미지 센서(340)는 메인 기판(350)과 렌즈 어셈블리(200) 사이에 배치되어, 렌즈 어셈블리(200)의 제1 렌즈부(220), 액체 렌즈 모듈(230) 및 제2 렌즈부(240)를 통과한 광을 이미지 데이터로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 이미지 센서(340)는 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이를 통해 광을 아날로그 신호로 변환하고, 아날로그 신호에 상응하는 디지털 신호를 합성하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다.

메인 기판(350)은 렌즈 어셈블리(200)의 하부에 배치되고, 이미지 센서(340)가 장착, 안착, 접촉, 고정, 가고정, 지지, 결합, 또는 수용될 수 있는 홈, 회로 소자(미도시), FPCB등의 연결부(미도시) 및 커넥터(미도시) 등을 포함할 수 있다. 메인 기판(350)은 제1 및 제2 연결 기판(141, 144)을 통해 액체 렌즈의 개별 전극(E2) 및 공통 전극(E1)으로 구동 전압을 인가하는 역할을 한다.

메인 기판(350)의 회로 소자는 액체 렌즈 모듈(230) 및 이미지 센서(340)를 제어하는 제어 모듈을 구성할 수 있다. 메인 기판(350)은 홀더(210)가 배치되는 홀더 영역과 복수의 회로소자가 배치되는 소자 영역을 포함할 수 있다.

카메라 모듈(300)은 미들 베이스(320)를 더 포함할 수 있다. 미들 베이스(320)는 도 5에 도시된 홀더(210)의 하부를 둘러싸면서 배치될 수 있다. 미들 베이스(320)는 도 6에 도시된 카메라 모듈(300)에서 액티브 얼라인을 수행할 때 그리퍼에 의해 그립핑되기 위해 존재하는 부재로서 생략될 수 있다.

미들 베이스(320)는 메인 기판(350) 상에 배치된 회로 소자(미도시)와 이격되어 메인 기판(350)에 장착될 수 있다.

카메라 모듈(300)은 센서 베이스와 필터(330)를 더 포함할 수 있다. 필터는 제1 렌즈부(220), 액체 렌즈 모듈(230) 및 제2 렌즈부(240)를 통과한 광에 대해 특정 파장 범위에 해당하는 광을 필터링할 수 있다. 필터는 적외선(IR) 차단 필터 또는 자외선(UV) 차단 필터일 수 있으나, 실시 예는 이에 한정되지 않는다. 필터는 이미지 센서(340) 위에 배치될 수 있다. 필터는 센서 베이스의 내부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 필터는 센서 베이스의 내부 홈 또는 단차에 배치되거나 장착될 수 있다.

센서 베이스는 미들 베이스(320)의 하부에 배치되고 메인 기판(350)에 부착될 수 있다. 센서 베이스는 이미지 센서(340)를 둘러싸고 이미지 센서(340)를 외부의 이물질 또는 충격으로부터 보호할 수 있다.

카메라 모듈(300)은 커버(310)를 더 포함할 수 있다. 커버(310)는 홀더(210), 액체 렌즈 모듈(230) 및 미들 베이스(320)를 둘러싸도록 배치되어, 이들(210, 230, 320)을 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다. 커버(310)는 광학계를 형성하는 복수의 렌즈들을 외부 충격으로부터 보호할 수 있다.

실시 예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시 예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시 형태로 구현될 수도 있다.

한편, 전술한 실시 예에 의한 렌즈 어셈블리를 포함하는 카메라 모듈(300)을 이용하여 광학 기기를 구현할 수 있다. 여기서, 광학 기기는 광 신호를 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, 렌즈 어셈블리를 포함할 수 있는 광학 기기에 본 실시 예를 적용할 수 있다.

또한, 광학 기기는 스마트폰, 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 휴대용 장치로 구현될 수 있다. 이러한 광학 기기는 카메라 모듈(300), 영상을 출력하는 디스플레이부(미도시), 카메라 모듈(300)에 전원을 공급하는 배터리(미도시), 카메라 모듈(300)과 디스플레이부와 배터리를 실장하는 본체 하우징을 포함할 수 있다. 광학 기기는 타 기기와 통신할 수 있는 통신모듈과, 데이터를 저장할 수 있는 메모리부를 더 포함할 수 있다. 통신 모듈과 메모리부 역시 본체 하우징에 실장될 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.

100: 액체 렌즈 모듈 141: 제1 연결 기판
144: 제2 연결 기판 148: 절연층
150: 코팅층

Claims

전도성 액체와 비전도성 액체가 배치되는 캐비티를 포함하는 제1 플레이트;
상기 제1 플레이트 상에 배치되는 제1 전극;
상기 제1 전극과 이격되어 상기 제1 플레이트 상에 배치되며 적어도 일부가 상기 캐비티 상에 배치되는 제2 전극;
상기 제2 전극 상에 배치되는 절연층;및
상기 전도성 액체와 상기 비전도성 액체 사이에 배치되는 광학 부재를 포함하는 액체 렌즈.
제1 항에 있어서, 상기 광학 부재의 굴절률은 상기 제1 액체의 굴절률과 상기 제2 액체의 굴절률 사이의 값을 갖는 액체 렌즈.
제1 항에 있어서, 상기 광학 부재는 상기 제1 및 제2 액체 각각의 유동성보다 작은 유동성을 갖는 액체 렌즈.
제1 항에 있어서, 상기 광학 부재는 95% 이상의 투광성을 갖는 액체 렌즈.
제1 항에 있어서, 상기 광학 부재와 상기 제2 액체 간의 젖음성은 상기 광학 부재와 상기 제1 액체 간의 젖음성보다 큰 액체 렌즈.
제1 항에 있어서, 상기 광학 부재의 재질은 규산염(silicate)을 포함하는 액체 렌즈.
제1 항에 있어서, 상기 액체 렌즈가 0 디옵터가 되는 기준 디옵터에서 상기 광학 부재의 적어도 일부는 상기 절연층으로부터 이격되는 액체 렌즈.
제1 항에 있어서, 상기 캐비티는 일측의 제1 개구와 타측의 제2 개구를 형성하고 상기 제1 개구의 크기는 상기 제2 개구의 크기보다 크고,
상기 광학 부재의 크기는 상기 제1 개구보다 작고 상기 제2 개구보다 큰 액체 렌즈.
제7 항에 있어서, 상기 광학 부재는 상기 기준 디옵터에서 상기 제1 액체와 상기 제2 액체 사이의 계면의 크기보다 작은 크기를 갖는 액체 렌즈.
제1 항에 있어서, 상기 절연층 상에 배치되는 코팅층을 포함하는 액체 렌즈.