KR20210112525A - 이미지 센서 및 3차원 센서를 갖는 카메라 모듈 - Google Patents

이미지 센서 및 3차원 센서를 갖는 카메라 모듈 Download PDF

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Abstract

카메라 모듈이 제안된다. 상기 카메라 모듈은 이미지 센서, 3차원 센서, 및 액추에이터 컨트롤러를 포함할 수 있다. 상기 액추에이터 컨트롤러는 상기 이미지 센서로부터 이미지 정보를 제공받아 오토 포커싱 제어 신호를 생성할 수 있다. 상기 액추에이터 컨트롤러는 상기 오토 포커싱 제어 신호에 기초하여 액추에이터 구동 신호를 생성할 수 있고, 및 상기 액추에이터 구동 신호를 상기 3차원 센서로 제공할 수 있다. 상기 제3차원 센서는 상기 액추에이터 구동 신호에 기초하여 시야 각을 조절할 수 있다.

Description

이미지 센서 및 3차원 센서를 갖는 카메라 모듈{Camera Module Having an Image Sensor and a Three-Dimensional Sensor}
본 발명은 이미지 센서 및 3차원 센서를 가진 카메라 모듈 및 카메라 모듈을 포함하는 카메라 시스템에 관한 것이다.
최근 모바일 기기 등 휴대가 가능한 카메라 모듈에서는 3차원 센서를 추가적으로 도입함으로써 보다 입체적인 영상을 구현하고 있다. 3차원 센서로는 특시 ToF (time of flight) 센서가 주목 받고 있다. ToF 센서는 적외선 레이저를 피사체를 향하여 방사한 후, 피사체로부터 반사된 레이저를 수광하고, 그 시간 차이를 측정함으로써, 피사체의 3차원 정보를 획득할 수 있다. ToF 센서가 감지할 수 있는 3차원 정보의 최대 유효 거리는 레이저의 파워에 기초한다. 예를 들어, 레이저의 파워가 높을수록, ToF 센서는 먼 거리에 위치한 피사체의 3차원 정보를 보다 정확하게 센싱할 수 있다. 그러나, 특히 모바일(mobile)에 이용된 3차원 센서의 레이저 파워는 소비 전력의 한계 (배터리의 능력)과 시각적 안전(eye safety) 때문에 충분히 상승할 수 없다. 단위 면적 당 레이저 파워를 높이기 위하여 ToF 센서의 레이저 방사 각도를 작게 할 경우, 조명 영역(FOI: Field Of Illumination)이 좁아지고 따라서 유효 시야 (FOI: Field Of View) 도 좁아지게 된다. 이 경우, 가까이 위치한 피사체 및 큰 피사체는 조명 영역 또는 시야를 넘게 되어 전체 이미지를 획득할 수 없다. 반대로, 넓은 유효 시야를 확보하기 위하여 ToF 센서의 레이저 방사 각도를 크게 할 경우, 단위 면적 당 레이저 파워가 작아지므로 유효한 3차원 정보를 얻기 어렵다 (노이즈 성분이 커진다).
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 카메라 모듈과 피사체 간의 거리에 따라 레이저 방사각이 조절되는 3차원 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 카메라 모듈과 피사체 간의 거리에 따라 오토 포커싱 기능 및 레이저 방사각 조절 기능을 갖는 카메라 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 카메라 모듈과 피사체 간의 거리에 따라 이미지 센서의 오토 포커싱 제어 신호에 기초하여 레이저 방사각 조절 기능을 갖는 3차원 센서를 포함하는 카메라 모듈 및 카메라 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 카메라 모듈은 제1 센서, 제2 센서, 프리-프로세서, 및 액추에이터 컨트롤러를 포함할 수 있다. 상기 프리-프로세서는 상기 제1 센서로부터 이미지 정보를 제공받아 오토 포커싱 제어 신호를 생성하여 상기 액추에이터 컨트롤러로 제공할 수 있다. 상기 액추에이터 컨트롤러는 상기 오토 포커싱 제어 신호에 기초하여(based on) 액추에이터 구동 신호를 생성하여 상기 제2 센서로 제공할 수 있다. 상기 제2 센서는 상기 액추에이터 구동 신호에 기초하여 시야 각을 조절할 수 있다.
상기 제2 센서는 기판 상에 배치된 발광체, 상기 발광체 위에 배치된 디퓨저, 및 액추에이터를 포함할 수 있다. 상기 액추에이터는 상기 액추에이터 구동 신호에 기초하여 상기 발광체와 상기 디퓨저 사이의 거리를 조절할 수 있다.
상기 액추에이터는 하우징 및 캐리어를 포함할 수 있다. 상기 캐리어는 상기 디퓨저를 지지하고 및 이동시킬 수 있다.
상기 하우징은 상기 발광체, 상기 디퓨저, 및 상기 캐리어를 둘러쌀 수 있다.
상기 하우징은 구동 코일을 포함할 수 있다. 상기 캐리어는 마그넷을 포함할 수 있다.
상기 구동 코일은 적어도 세 개 이상일 수 있다.
상기 디퓨저는 단일 층일 수 있다. 상기 디퓨저는 고정 방사각을 가질 수 있다.
본 설명의 일 실시예에 의한 카메라 시스템은 이미지 정보를 획득하는 이미지 센서, 3차원 정보를 획득하는 3차원 센서, 상기 이미지 센서로부터 상기 이미지 정보를 제공받아 오토 포커싱 제어 신호를 생성하는 프리-프로세서, 상기 프리-프로세서로부터 상기 오토 포커싱 제어 신호를 제공받아 액추에이터 구동 신호를 생성하는 액추에이터 컨트롤러, 상기 이미지 센서 및 상기 3차원 센서로부터 상기 이미지 정보 및 상기 3차원 정보를 제공받아 이미지 데이터를 생성하는 이미지 신호 프로세서, 상기 이미지 데이터를 저장하는 메모리 유닛. 및 상기 이미지 데이터에 기초하여 시각적 이미지를 디스플레이하는 디스플레이 유닛을 포함할 수 있다. 상기 3차원 센서는 발광체, 디퓨저, 및 액추에이터를 포함할 수 있다. 상기 액추에이터는 상기 액추에이터 구동 신호에 기초하여 상기 발광체와 상기 디퓨저 사이의 거리를 조절할 수 있다.
상기 액추에이터 컨트롤러는 오토 포커싱 구동 신호를 생성하여 상기 이미지 센서로 제공할 수 있다. 상기 이미지 센서는 상기 오토 포커싱 구동 신호에 기초하여 오토 포커싱 동작을 수행할 수 있다.
상기 액추에이터는 구동 코일을 가진 하우징 및 마그넷을 가진 캐리어를 포함할 수 있다.
상기 하우징은 상기 발광체 및 상기 디퓨저를 둘러쌀 수 있다. 상기 캐리어는 상기 디퓨저를 지지하고 및 이동시킬 수 있다.
상기 디퓨저는 단일 층일 수 있다. 상기 디퓨저는 고정 방사각을 가질 수 있다.
본 설명의 일 실시예에 의한 3차원 센서는 기판 상에 배치된 발광체, 상기 발광체 위에 배치된 디퓨저, 및 액추에이터를 포함할 수 있다. 상기 액추에이터는 하우징 및 캐리어를 포함할 수 있다. 상기 캐리어는 상기 디퓨저를 지지하고 및 이동시킬 수 있다.
상기 캐리어는 상기 발광체와 상기 디퓨저 사이의 거리를 적어도 세 단계 이상 조절하도록 상기 디퓨저를 이동시킬 수 있다.
상기 하우징은 상기 발광체, 상기 디퓨저, 및 상기 캐리어를 둘러쌀 수 있다.
상기 디퓨저는 상기 캐리어에 의해 상기 발광체로부터 다양한 거리에 이격될 수 있다.
상기 기판은 PCB(printed circuit board)를 포함할 수 있다.
상기 발광체는 반도체 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 하우징은 구동 코일을 포함할 수 있다. 상기 캐리어는 마그넷을 포함할 수 있다.
상기 구동 코일은 상기 캐리어를 낮은 위치로 끌어당기는 바텀 구동 코일 및 상기 캐리어를 높은 위치로 끌어당기는 탑 구동 코일을 포함할 수 있다.
상기 디퓨저는 단일 층일 수 있다. 상기 디퓨저는 고정 방사각을 가질 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 카메라 모듈과 피사체의 거리에 따라 3차원 센서의 레이저 방사각이 조절되므로 레이저 파워 상승 없이 적절한 3차원 정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 카메라 모듈과 피사체의 거리가 변동되어도 3차원 센서의 레이저 밀도가 비교적 균일하게 유지될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 이미지 센서의 초점 정보에 기초하여 3차원 센서의 시야 각이 빠르게 조절될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 이미지 센서의 초점 정보에 기초하여 3차원 센서의 시야 각이 조절되므로 카메라 모듈의 구조가 간단해질 수 있다.
카메라 모듈과 피사체의 거리에 따라 3차원 센서의 레이저 방사각이 조절되므로 레이저 파워 상승 없이 적절한 3차원 정보를 획득할 수 있다.
기타 언급되지 않은 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 효과들은 본문 내에서 언급될 것이다.
도 1a는 본 설명의 일 실시예에 따른 카메라 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1b는 본 설명의 일 실시예에 의한 카메라 모듈을 간단하게 설명하는 블록도이다.
도 2a 내지 2e는 본 설명의 실시예들에 따른 카메라 모듈들을 개략적으로 도시한다.
도 3a 및 3b는 본 설명의 일 실시예에 따른 3차원 센서의 구성을 개략적으로 표현한 상면도 및 종단면도이다.
도 4a 내지 4c는 본 설명의 일 실시예에 따른 3차원 센서의 캐리어가 다단계로 상하 이동하는 것을 설명하는 도면이다.
도 5a 및 5b는 피사체와 카메라 모듈의 거리에 따라 3차원 센서의 시야 각이 변하는 것을 설명하는 도면들이다.
도 6a는 본 설명의 일 실시예에 의한 3차원 센서의 시야 각을 조절하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6b는 본 설명의 일 실시예에 의한 3차원 센서의 시야 각을 조절하여 3차원 이미지를 획득하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7은 본 설명의 일 실시예에 의한 카메라 모듈을 가진 다양한 카메라 시스템을 개략적으로 도시한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 ‘접속된(connected to)’ 또는 ‘커플링된(coupled to)’ 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 ‘직접 접속된(directly connected to)’ 또는 ‘직접 커플링된(directly coupled to)’으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. ‘및/또는’은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 ‘아래(below)’, ‘아래(beneath)’, ‘하부(lower)’, ‘위(above)’, ‘상부(upper)’ 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 ‘아래(below)’ 또는 ‘아래(beneath)’로 기술된 소자는 다른 소자의 ‘위(above)’에 놓여질 수 있다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
명세서 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.
도 1a는 본 설명(disclosure)의 일 실시예에 따른 카메라 시스템(1000)을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1a를 참조하면, 본 설명의 일 실시예에 따른 카메라 시스템(1000)은 제1 센서(111), 제2 센서(112), 제1 프리-프로세서(121)(pre-processor), 제2 프리-프로세서(122), 액추에이터(actuator) 컨트롤러(130), 이미지 신호 프로세서(140), 중앙 처리 유닛(150), 메모리 유닛(160), 오디오 유닛(170), 및 디스플레이 유닛(180)을 포함할 수 있다.
제1 센서(111)는 이미지 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 센서(111)는 씨모스 이미지 센서를 포함할 수 있다. 제2 센서(112)는 3차원 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 센서(112)는 ToF(Time of Flight) 센서를 포함할 수 있다.
제1 프리-프로세서(121)는 제1 센서(111)로부터 최초(initial) 이미지 정보를 받아 노이즈를 제거하고, 자동 노출(auto exposure) 및 오토 포커싱(auto-focusing)을 위한 오토 포커싱 제어 신호를 생성할 수 있다. 오토 포커싱 제어 신호는 액추에이터 컨트롤러(130)로 제공될 수 있다. 제1 프리-프로세서(121)는 제1 센서(111)의 오토 포커싱 동작이 완료된 후, 제1 센서(111)로부터 유효 이미지 신호를 받아 노이즈를 제거하고, 및 가공된 유효 이미지 정보를 이미지 신호 프로세서(140)로 제공할 수 있다.
제2 프리-프로세서(122)는 제2 센서(112)로부터 3차원 정보를 받아 노이즈를 제거하고, 및 가공된 3차원 정보를 중앙 처리 유닛(150)으로 제공할 수 있다.
액추에이터 컨트롤러(130)는 제1 프리-프로세서(121)로부터 제공받은 오토 포커싱 제어 신호에 기초하여(based on) 오토 포커싱 구동 신호를 생성할 수 있다. 오토 포커싱 구동 신호는 제1 센서(111)로 제공될 수 있다. 제1 센서(111)는 제공받은 오토 포커싱 구동 신호에 기초하여 오토 포커싱 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제1 센서(111)는 렌즈를 줌-인 또는 줌-아웃 시킴으로써 오토 포커싱 동작을 수행할 수 있다.
액추에이터 컨트롤러(130)는 제1 프리-프로세서(121)로부터 제공받은 오토 포커싱 제어 신호에 기초하여 액추에이터 구동 신호를 생성할 수 있다. 액추에이터 구동 신호는 제2 센서(112)로 제공될 수 있다. 제2 센서(112)는 액추에이터 구동 신호에 기초하여 시야 각 (FOI, Field of Illumination) 조절 동작을 수행할 수 있다. 제2 센서(112)의 시야 각 조절 동작은 후술된다.
이미지 신호 프로세서(140)는 제1 프리-프로세서(121) 및 제2 프리-프로세서(122)로부터 제공받은 이미지 정보 및 3차원 정보를 가공하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
중앙 처리 유닛(150)은 이미지 신호 프로세서(140), 메모리 유닛(160), 오디오 유닛(170), 및 디스플레이 유닛(180)을 제어할 수 있다. 중앙 처리 유닛(150)은 이미지 데이터를 메모리 유닛(160)으로 제공할 수 있다. 메모리 유닛(160)은 이미지 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 메모리 유닛(160)은 저장된 이미지 데이터를 중앙 처리 유닛(150)으로 다시 제공할 수 있다. 메모리 유닛(160)은 메모리 컨트롤러, 디램, 또는 플래시 메모리를 포함할 수 있다.
오디오 유닛(170)은 오디오 컨트롤러를 포함할 수 있다. 오디오 유닛(170)은 이미지 데이터에 기초하여 음성 및 음향을 출력할 수 있다.
디스플레이 유닛(180)은 디스플레이 컨트롤러 및 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 디스플레이 유닛(180)은 이미지 데이터에 기초하여 시각적 이미지를 디스플레이할 수 있다.
도 1b는 본 설명의 일 실시예에 의한 카메라 모듈(100)을 간단하게 설명하는 블록도이다.
도 1b를 참조하면, 본 설명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈(100)은 이지미 센서(111), 3차원 센서(112), 및 액추에이터 컨트롤러(130)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(111)는 씨모스 이미지 센서를 포함할 수 있고, 및 3차원 센서(112)는 ToF(Time of Flight) 센서를 포함할 수 있다. 액추에이터 컨트롤러(130)는 이미지 센서(111)로부터 피사체에 대한 초점 정보를 받아 3차원 센서(112)로 전달할 수 있다. 3차원 센서(112)의 시야 각이 수신된 초점 정보에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(111)로부터 제공된 초점 정보에 따라 3차원 센서(112)의 시야 각이 넓어지거나 좁아질 수 있다.
도 2a 내지 2e는 본 설명의 실시예들에 따른 카메라 모듈들(100A-100E)을 개략적으로 도시한다.
도 2a를 참조하면, 본 설명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈(100A)은 나란하게 배치된 이미지 센서(111) 및 3차원 센서(112)를 포함할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 본 설명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈(100B)은 삼각형 모양으로 나란하게 배치된 두 개의 이미지 센서들(111a, 111b) 및 3차원 센서(112)를 포함할 수 있다.
도 2c를 참조하면, 본 설명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈(100C)은 동일한 방향으로 나란하게 배치된 두 개의 이미지 센서들(111a, 111b) 및 3차원 센서(112)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 3차원 센서(112)는 이미지 센서들(111a, 111b) 사이에 배치될 수 있다. 도 2c에는 로우 방향으로 나란하게 배열된 이미지 센서들(111a, 111b) 및 3차원 센서(112)가 도시되었으나, 이미지 센서들(111a, 111b) 및 3차원 센서(112)는 컬럼 방향으로 나란하게 배열될 수도 있다.
도 2d 및 2e를 참조하면, 본 설명의 실시예들에 따른 카메라 모듈들(100D, 100E)은 컬럼 방향으로 나란하게 배열된 다수의 이미지 센서들(111a, 111b, 111c)을 포함할 수 있고, 및 다수의 이미지 센서들(111a, 111b, 111c) 중 어느 하나와 로우 방향으로 인접하도록 배열된 3차원 센서(112)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다수의 이미지 센서들(111a, 111b, 111c) 및 3차원 센서(112)는 T-자 모양 또는 L-자 모양을 가질 수 있다.
도 2b 내지 2e에서, 이미지 센서들(111a, 111b, 111c)과 3차원 센서(112)의 위치들은 다양하게 바뀔 수 있다. 부가하여, 본 설명의 다양한 실시예들에 의하면, 카메라 모듈(100)은 spt 이상의 이미지 센서들(111) 및/또는 둘 이상의 3차원 센서들(112)을 포함할 수 있다.
도 3a 및 3b는 본 설명의 일 실시예에 따른 3차원 센서(112)의 구성을 개략적으로 표현한 상면도 및 종단면도이다.
도 3a 및 3b를 참조하면, 본 설명의 일 실시예에 따른 3차원 센서(112)는 기판(10) 상에 실장된 발광체(20), 디퓨저(30), 및 액추에이터(40)를 포함할 수 있다.
기판(10)은 PCB(Printed Circuit Board), FPCB(Flexible PCB), 유리, 세라믹, 또는 실리콘 층 같은 전기적 회로 배선을 가진 기판을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기판(10)은 PCB를 포함할 수 있다.
발광체(20)는 VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)를 방출할 수 있는 반도체 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.
디퓨저(30)는 발광체(20)로부터 전달된 레이저 빛을 외부로 방사할 수 있다. 예를 들어, 80° 내지 150°로 다양하게 빛을 방사할 수 있다. 디퓨저(30)는 고정된 시야 각(θ)을 가질 수 있다. 본 설명의 기술적 사상을 이해하기 쉽도록, 발광체(20)로부터 디퓨저(30)로 방사되는 레이저(L)는 직진광인 것으로 가정되었다. 본 설명에서, 디퓨저(30)는 단일 층일 수 있다. 예를 들어, 디퓨저(30)가 다층인 경우, 레이저(L) 손실 때문에 적절한 3차원 정보를 획득하기 어렵다. 즉, 본 설명의 기술적 사상의 단일 디퓨저(30)를 이동시키는 것이다.
액추에이터(40)는 디퓨저(30)를 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 액추에이터(40)는 디퓨저(30)를 상하 방향으로 이동시킴으로써 발광체(20)와 디퓨저(30) 간의 거리(D)를 조절할 수 있다.
액추에이터(40)는 하우징(41) 및 캐리어(45)를 포함할 수 있다. 하우징(41)은 발광체(20), 디퓨저(30), 및 캐리어(45)를 둘러쌀 수 있다. 하우징(41)은 발광체(20), 디퓨저(30), 및 캐리어(45)를 외부의 물리적 및 화학적 공격(attack)으로부터 보호할 수 있다. 일 실시예에서, 하우징(41)은 금속, 세라믹, 플라스틱, 또는 고분자 수지 중 하나를 포함할 수 있다. 하우징(41)은 구동 코일(42)을 포함할 수 있다. 캐리어(45)는 디퓨저(30)를 지지하고 이동시킬 수 있다. 캐리어(45)는 마그넷(46)을 포함할 수 있다. 하우징(41) 내의 구동 코일(42)은 전압이 인가되면 자성을 가질 수 있다. 자성을 가진 구동 코일(42)은 마그넷(46)을 끌어당길 수 있고, 캐리어(45)가 상하 이동할 수 있다.
도 4a 내지 4c는 본 설명의 일 실시예에 따른 3차원 센서(112)의 캐리어(45)가 다단계로 상하 이동하는 것을 설명하는 도면이다. 예시적으로, 하우징(41)이 세 개의 구동 코일들(42b, 42t, 42m)을 가짐으로써, 캐리어(45)는 세 단계 레벨에 위치할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 액추에이터(40)는 더 많은 구동 코일들(42, 42b, 42t, 42m)을 가질 수 있다.
도 4a를 참조하면, 3차원 센서(112)와 피사체 간의 거리가 가까울 경우, 디퓨저(30)는 발광체(20)에 가깝게 위치할 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(100)과 피사체의 거리가 가까울 경우, 이미지 센서(111)로부터 제공된 오토 포커싱 제어 신호에 의하여 액추에이터 컨트롤러(130)는 바텀 코일(42b)에 전압 및 전류를 인가할 수 있다. 자성을 가진 바텀 코일(42b)에 의해 마그넷(46)이 끌어당겨지고, 따라서 디퓨저(30)는 가장 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 발광체(20)와 디퓨저(30)의 제1 거리(D1)는 발광체(20)와 디퓨저(30)가 이격될 수 있는 최소 거리일 수 있다. 따라서, 3차원 센서(112)의 제1 시야 각(θ1)은 최대 각도를 가질 수 있다. 즉, 3차원 센서(112)는 가장 넓은 시야 각(θ1)을 가질 수 있다.
도 4b를 참조하면, 3차원 센서(112)와 피사체 간의 거리가 멀 경우, 디퓨저(30)는 발광체(20)로부터 멀게 위치할 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(100)과 피사체의 거리가 멀 경우, 이미지 센서(111)로부터 제공된 오토 포커싱 제어 신호에 의하여 액추에이터 컨트롤러(130)는 탑 코일(42t)에 전압 및 전류를 인가할 수 있다. 자성을 가진 탑 코일(42t)에 의해 마그넷(46)이 끌어당겨지고, 따라서 디퓨저(30)는 가장 높은 레벨에 위치할 수 있다. 발광체(20)와 디퓨저(30)의 제2 거리(D2)는 발광체(20)와 디퓨저(30)가 이격될 수 있는 최대 거리일 수 있다. 따라서, 3차원 센서(112)의 제2 시야 각(θ2)은 최소 각도를 가질 수 있다. 즉, 3차원 센서(112)는 가장 좁은 시야 각(θ2)을 가질 수 있다.
도 4c를 참조하면, 3차원 센서(112)와 피사체 간의 거리가 중간일 경우, 디퓨저(30)는 발광체(20)로부터 최소 이격 거리(D1)와 최대 이격 거리(D2)의 중간에 위치할 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(100)과 피사체의 거리가 중간일 경우, 이미지 센서(111)로부터 제공된 오토 포커싱 제어 신호에 의하여 액추에이터 컨트롤러(130)는 중간 코일(42m)에 전압 및 전류를 인가할 수 있다. 자성을 가진 중간 코일(42m)에 의해 마그넷(46)이 끌어당겨지고, 따라서 디퓨저(30)는 낮은 레벨과 높은 레벨 사이의 중간 레벨에 위치할 수 있다. 따라서, 3차원 센서(112)의 시야 각(θ3)은 중간 각도(θ3)를 가질 수 있다. 즉, 3차원 센서(112)는 중간 시야 각(θ3)을 가질 수 있다.
도 5a 및 5b는 피사체(Ob)와 카메라 모듈(100)의 거리에 따라 3차원 센서(112)의 시야 각이 변하는 것을 설명하는 도면들이다.
도 5a 및 5b를 참조하면, 피사체(Ob)가 카메라 모듈(100)과 상대적으로 가까울 경우, 즉 피사체(Ob)와 카메라 모듈(100) 간의 거리가 상대적으로 작을 경우, 3차원 센서(112)는 상대적으로 큰 시야 각을 가질 수 있고, 및 피사체(Ob)가 카메라 모듈(100)과 상대적으로 멀 경우, 즉 피사체(Ob)와 카메라 모듈(100) 간의 거리가 상대적으로 클 경우, 3차원 센서(112)는 상대적으로 작은 시야 각을 가질 수 있다. 언급되었듯이, 피사체(Ob)와 카메라 모듈(100) 간의 거리가 상대적으로 작을 경우, 3차원 센서(112)로부터 방사되는 레이저의 밀도(density)는 낮아지나, 3차원 센서(112)는 넓은 시야 각을 가질 수 있다. 또한, 피사체(Ob)와 카메라 모듈(100) 간의 거리가 상대적으로 클 경우, 3차원 센서(112)의 시야 각은 좁아지나, 3차원 센서(112)로부터 방사되는 레이저의 밀도(density)는 높아질 수 있다. 도 5a 및 5b에서, 3차원 센서(112)의 구경(NA: numerical aperture)의 크기를 조절하여 본 설명의 기술적 사상을 이해하기 쉽도록 도시하였다.
도 6a는 본 설명의 일 실시예에 의한 3차원 센서(112)의 시야 각을 조절하는 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 1 내지 도 6a을 참조하면, 본 설명의 일 실시예에 의한 3차원 센서(112)의 시야 각을 조절하는 방법은:
S10: 제1 카메라, 즉 이미지 센서(111)를 이용하여 피사체의 이미지 정보를 획득(capture)하고,
S20: 획득된 이미지 정보를 프리-프로세서(121)로 제공하고,
S30: 프리-프로세서(121)를 이용하여 제공받은 이미지 정보에 기초하여 오토 포커싱 제어 신호를 생성하고,
S40: 오토 포커싱 제어 신호를 액추에이터 컨트롤러(130)로 제공하고,
S50: 액추에이터 컨트롤러(130)를 이용하여 제2 카메라, 즉 3차원 센서(112)의 디퓨저(30)를 구동하기 위한 액추에이터 구동 신호를 생성하고,
S60: 액추에이터 구동 신호를 3차원 센서(112)의 액추에이터(40)로 제공하고, 및
S70: 액추에이터 구동 신호에 기초하여 액추에이터(40)는 디퓨저(30)를 이동시켜 3차원 센서(112)의 시야 각을 조절하는 것을 포함할 수 있다.
도 6b는 본 설명의 일 실시예에 의한 3차원 센서(112)의 시야 각을 조절하여 3차원 이미지를 획득하는 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 1 내지 도 6b를 참조하면, 본 설명의 일 실시예에 의한 3차원 이미지를 획득하는 방법은:
S10: 제1 카메라, 즉 이미지 센서(111)를 이용하여 피사체의 이미지 정보를 획득하고,
S20: 획득된 이미지 정보를 프리-프로세서(121)로 제공하고,
S30: 프리-프로세서(121)를 이용하여 제공받은 이미지 정보에 기초하여 오토 포커싱 제어 신호를 생성하고,
S40: 오토 포커싱 제어 신호를 액추에이터 컨트롤러(130)로 제공하고,
S50: 액추에이터 컨트롤러(130)를 이용하여 제2 카메라, 즉 3차원 센서(112)의 디퓨저(30)를 구동하기 위한 액추에이터 구동 신호를 생성하고,
S60: 액추에이터 구동 신호를 3차원 센서(112)의 액추에이터(40)로 제공하고,
S70: 액추에이터 구동 신호에 기초하여 액추에이터(40)는 디퓨저(30)를 이동시켜 3차원 센서(112)의 시야 각을 조절하고,
S80: 3차원 센서(112)를 이용하여 피사체에 대한 3차원 정보를 획득(obtain)하고 및 이미지 신호 프로세서로 제공하고,
S90: 이미지 센서(111)로부터 제공받은 이미지 정보와 3차원 센서(112)로부터 제공된 3차원 정보를 이미지 신호 프로세서(140)에서 처리하여 3차원 이미지 데이터를 생성하고, 및
S100: 3차원 이미지 데이터를 저장 및/또는 디스플레이하는 것을 포함할 수 있다.
도 7은 본 설명의 일 실시예에 의한 카메라 모듈(100)을 가진 다양한 카메라 시스템(1000)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 설명의 일 실시예에 의한 카메라 시스템(1000)은 본 설명의 일 실시예에 의한 카메라 모듈(100)을 포함할 수 있다. 카메라 시스템(1000)은 모바일 폰일 수 있다. 일 실시예에서, 카메라 시스템(1000)은 태블릿 컴퓨터, 디지털 카메라, 폐쇄 회로 TV, 또는 기타 다양한 이미지 획득 시스템을 포함할 수 있다. 도 7에는 도 2a에 도시된 카메라 모듈(100A)이 예시적으로 도시되었다. 다른 실시예들에서, 카메라 시스템(1000)은 도 2b 내지 2e에 도시된 다양한 카메라 모듈들(100B-100E)을 포함할 수 있다. 부가하여, 카메라 모듈(100A)은 카메라 시스템(1000)의 다양한 위치에 배치될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100, 100A-100E: 카메라 모듈
111: 제1 센서
112: 제2 센서
121: 제1 전처리부
122: 제2 전처리부
130: 액추에이터 컨트롤러
140: 이미지 신호 프로세서
150: 중앙 처리 유닛
160: 메모리 유닛
170: 오디오 유닛
10: 기판
20: 발광체
30: 디퓨저
40: 액추에이터
41: 하우징
42: 구동 코일
45: 캐리어
46: 마그넷
1000: 카메라 시스템

Claims (20)

  1. 제1 센서;
    제2 센서; 및
    액추에이터 컨트롤러를 포함하고,
    상기 액추에이터 컨트롤러는 상기 제1 센서로부터 이미지 정보를 제공받아 오토 포커싱 제어 신호를 생성하고,
    상기 액추에이터 컨트롤러는 상기 오토 포커싱 제어 신호에 기초하여 액추에이터 구동 신호를 상기 제2 센서로 제공하고, 및
    상기 제2 센서는 상기 액추에이터 구동 신호에 기초하여 시야 각을 조절하는 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 센서는:
    기판 상에 배치된 발광체;
    상기 발광체 위에 배치된 디퓨저; 및
    액추에이터를 포함하고,
    상기 액추에이터는 상기 액추에이터 구동 신호에 기초하여 상기 발광체와 상기 디퓨저 사이의 거리를 조절하는 카메라 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 액추에이터는 하우징 및 캐리어를 포함하고,
    상기 캐리어는 상기 디퓨저를 지지하고 및 이동시킬 수 있는 카메라 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 발광체, 상기 디퓨저, 및 상기 캐리어를 둘러싸는 카메라 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 하우징은 구동 코일을 포함하고, 및
    상기 캐리어는 마그넷을 포함하는 카메라 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동 코일은 적어도 세 개 이상인 카메라 모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 디퓨저는 단일 층이고 고정 방사각을 갖는 카메라 모듈.
  8. 이미지 정보를 획득하는 이미지 센서;
    3차원 정보를 획득하는 3차원 센서;
    상기 이미지 센서로부터 상기 이미지 정보를 제공받아 오토 포커싱 제어 신호를 생성하는 프리-프로세서;
    상기 프리-프로세서로부터 상기 오토 포커싱 제어 신호를 제공받아 액추에이터 구동 신호를 생성하는 액추에이터 컨트롤러;
    상기 이미지 센서 및 상기 3차원 센서로부터 상기 이미지 정보 및 상기 3차원 정보를 제공받아 이미지 데이터를 생성하는 이미지 신호 프로세서;
    상기 이미지 데이터를 저장하는 메모리 유닛; 및
    상기 이미지 데이터에 기초하여 시각적 이미지를 디스플레이하는 디스플레이 유닛을 포함하고,
    상기 3차원 센서는:
    발광체;
    디퓨저; 및
    액추에이터를 포함하고,
    상기 액추에이터는 상기 액추에이터 구동 신호에 기초하여 상기 발광체와 상기 디퓨저 사이의 거리를 조절하는 카메라 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 액추에이터 컨트롤러는 오토 포커싱 구동 신호를 생성하여 상기 이미지 센서로 제공하고, 및
    상기 이미지 센서는 상기 오토 포커싱 구동 신호에 기초하여 오토 포커싱 동작을 수행하는 카메라 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 액추에이터는 구동 코일을 가진 하우징 및 마그넷을 가진 캐리어를 포함하고,
    상기 하우징은 상기 발광체 및 상기 디퓨저를 둘러싸고, 및
    상기 캐리어는 상기 디퓨저를 지지하고 및 이동시킬 수 있는 카메라 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 디퓨저는 단일 층이고 고정 방사각을 갖는 카메라 시스템.
  12. 기판 상에 배치된 발광체;
    상기 발광체 위에 배치된 디퓨저; 및
    액추에이터를 포함하고,
    상기 액추에이터는 하우징 및 캐리어를 포함하고,
    상기 캐리어는 상기 디퓨저를 지지하고 및 이동시킬 수 있는 3차원 센서.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 캐리어는 상기 발광체와 상기 디퓨저 사이의 거리를 적어도 세 단계 이상 조절하도록 (bo adjust) 상기 디퓨저를 이동시킬 수 있는 3차원 센서.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 발광체, 상기 디퓨저, 및 상기 캐리어를 둘러싸는 3차원 센서.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 디퓨저는 상기 캐리어에 의해 상기 발광체로부터 다양한 거리에 이격되는 3차원 센서.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 기판은 PCB(printed circuit board)를 포함하는 3차원 센서.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 발광체는 반도체 레이저 다이오드를 포함하는 3차원 센서.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 하우징은 구동 코일을 포함하고, 및
    상기 캐리어는 마그넷을 포함하는 3차원 센서.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 구동 코일은 상기 캐리어를 낮은 위치로 끌어당기는 바텀 구동 코일 및 상기 캐리어를 높은 위치로 끌어당기는 탑 구동 코일을 포함하는 3차원 센서.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 디퓨저는 한 층이고 고정 방사각을 갖는 3차원 센서.
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