KR20210141208A - 카메라 모듈 - Google Patents

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KR20210141208A
KR20210141208A KR1020200058580A KR20200058580A KR20210141208A KR 20210141208 A KR20210141208 A KR 20210141208A KR 1020200058580 A KR1020200058580 A KR 1020200058580A KR 20200058580 A KR20200058580 A KR 20200058580A KR 20210141208 A KR20210141208 A KR 20210141208A
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unit
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박강열
이창혁
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 카메라 모듈은 광원, 이미지 센서, 상기 광원 상에 배치되는 광학 부재, 상기 광학 부재 상에 배치되는 제1 렌즈부 및 상기 광학 부재를 광축에 수직한 제1 축 또는 제2 축으로 틸트시키는 제1 구동 부재를 포함하고, 상기 광학 부재는 상기 광원 및 상기 제1 렌즈부 사이에서 소정의 각도 범위 내에서 틸트 가능하게 배치된다.

Description

카메라 모듈{CAMERA MODULE}
실시예는 카메라 모듈에 관한 것이다.
카메라 모듈은 객체를 촬영하여 이미지 또는 동영상으로 저장하는 기능을 수행하며 다양한 어플리케이션에 장착되고 있다. 특히 카메라 모듈은 초소형으로 제작되어 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 등의 휴대용 디바이스 뿐만 아니라 드론, 차량 등에 적용되어 다양한 기능을 제공하고 있다.
예를 들어, 카메라 모듈은 이미지 센서와 렌즈 사이의 간격을 자동 조절하여 렌즈의 초점거리를 정렬하는 오토포커스(autofocus, AF) 기능을 수행할 수 있고, 줌 렌즈(zoom lens)를 통해 원거리의 객체의 배율을 증가 또는 감소시켜 촬영하는 줌 업(zoom up) 또는 줌 아웃(zoom out)의 주밍(zooming) 기능을 수행할 수 있다. 또한, 카메라 모듈은 영상 흔들림 방지(image stabilization, IS)기술을 채용하여 불안정한 고정장치 혹은 사용자의 움직임에 기인한 카메라의 움직임으로 인한 영상의 흔들림을 보정하거나 방지하는 기술이 채용되고 있다.
뿐만 아니라, 최근에는 3차원 컨텐츠에 대한 수요 및 공급이 증가하고 있다. 이에 따라 3차원 컨텐츠 구현을 위해 깊이 정보를 파악할 수 있는 다양한 기술들이 연구 및 개발되고 있다. 예를 들어, 깊이 정보를 파악할 수 있는 기술은 스테레오(Stereo) 카메라를 이용한 기술, 구조광(Structured light) 카메라를 이용한 기술, DFD(Depth from defocus) 카메라를 이용한 기술, TOF(Time of flight) 카메라 모듈을 이용한 기술 등이 있다.
먼저, 스테레오(Stereo) 카메라를 이용한 기술은 복수의 카메라, 예컨대 좌측 및 우측에 배치된 각각의 카메라를 통해 수신된 영상의 좌우 시차에서 발생하는 거리, 간격 등의 차이를 이용하여 깊이 정보를 생성하는 기술이다.
또한, 구조광(Structured light) 카메라를 이용한 기술은 설정된 패턴을 형성하도록 배치된 광원을 이용하여 깊이 정보를 생성하는 기술이며, DFD(Depth from defocus) 카메라를 이용한 기술은 초점의 흐려짐을 이용한 기술로 동일한 장면에서 촬영된 서로 다른 초점을 가지는 복수의 영상을 이용하여 깊이 정보를 생성하는 기술이다.
또한, TOF(Time of flight) 카메라는 광원에서 대상을 향해 방출한 광이 상기 대상에 반사되어 센서에 돌아오는 시간을 측정함으로써 상기 대상과의 거리를 계산하여 깊이 정보를 생성하는 기술이다. 이러한 TOF 카메라는 깊이 정보를 실시간으로 획득할 수 있는 장점이 있어 최근 주목받고 있다.
그러나, TOF 카메라는 상대적으로 높은 파장 대역의 광을 사용하여 안전상 문제가 있다. 자세하게, TOF 카메라에 사용되는 광은 일반적으로 적외선 파장 대역의 광을 사용하며, 상기 광이 사람의 민감한 부위, 예컨대 눈, 피부 등에 입사될 경우 각종 부상 및 질환을 유발할 수 있는 문제가 있다.
또한, TOF 카메라의 발광부는 광원과 렌즈 사이의 상대적인 거리를 조절하여 면 또는 점 광원을 구현할 수 있고, 이로 인해 객체에 조사되는 광의 세기를 조절할 수 있다. 그러나, 상기와 같은 경우 상기 광원 및 상기 렌즈 사이의 간격이 멀어지기 위한 공간이 요구되며 이로 인해 카메라의 전체 부피, 높이가 증가하는 문제점이 있다. 또한, 상기 광원 및 상기 렌즈 사이의 거리를 조절하기 위해서는 렌즈의 위치를 제어하는 액추에이터가 요구되며 상기 액추에이터에 의해 카메라의 전체 부피, 무게가 증가하는 문제점이 있다.
또한, TOF 카메라의 발광부는 카메라 전면에 위치한 객체의 크기, 객체와의 거리 등과 무관하게 동일한 광도 및 크기의 광을 발광하고 있으며, FOI(Field of illumination) 또는 특정 위치에 제한되어 발광하고 있다. 이에 따라, FOI 또는 특정 위치에 광이 도달하지 않거나, 낮은 세기의 광이 도달하여 깊이 정보에 대한 정확도가 감소하는 문제점이 있다. 또한, 발광부가 객체에 점 광원을 조사할 경우, 복수의 점 광원 사이 영역에는 광이 조사되지 않아 정확도가 감소하는 문제점이 있다 즉, 공간에 대한 해상도(spatial resolution) 특성이 낮은 문제점이 있다.
따라서, 상술한 문제를 해결할 수 있는 새로운 카메라 모듈이 요구된다.
실시예는 객체에 대한 깊이 정보의 정확도를 향상시킬 수 있는 카메라 모듈을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 장거리에 위치한 객체의 깊이 정보를 효과적으로 획득할 수 있는 카메라 모듈을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 향상된 공간 해상도를 가질 수 있는 카메라 모듈을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 두께 및 부피를 감소시킬 수 있는 카메라 모듈을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 카메라 모듈은 광원, 이미지 센서, 상기 광원 상에 배치되는 광학 부재, 상기 광학 부재 상에 배치되는 제1 렌즈부 및 상기 광학 부재를 광축에 수직한 제1 축 또는 제2 축으로 틸트시키는 제1 구동 부재를 포함하고, 상기 광학 부재는 상기 광원 및 상기 제1 렌즈부 사이에서 소정의 각도 범위 내에서 틸트 가능하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈부를 통해 방출된 광은 면 패턴 또는 복수의 점 패턴 중 선택되는 패턴의 광을 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈부를 통해 방출된 광은 복수의 점 패턴의 광을 형성하고, 상기 광원 및 상기 제1 렌즈부를 포함하는 발광부는 단위 시간당 복수의 프레임으로 객체에 광을 조사하며, 상기 복수의 프레임 중 선택되는 하나의 프레임 주기로 정의되는 노출 주기를 포함하고, 상기 제1 구동 부재는 하나의 구동 주기로 상기 광학 부재를 틸트시키고, 상기 제1 구동 부재의 구동 주기는 상기 발광부의 노출 주기보다 짧거나 같을 수 있다.
또한, 상기 광학 부재가 틸트되지 않을 경우 상기 복수의 점 패턴은 제1 위치로 정의되는 기준 위치에 위치하고, 상기 발광부는 상기 단위 시간동안 서로 다른 방향으로 n번 틸트하는 상기 광학 부재에 의해 상기 단위 시간동안 상기 복수의 점 패턴을 상기 제1 위치와 다른 n개의 위치로 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 복수의 점 패턴은 상기 제1 위치를 시작점으로 선형, 원형 또는 나선형의 형태로 이동할 수 있다.
또한, 상기 광학 부재의 굴절률은 공기(air)보다 클 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈부를 상기 광원 상에서 이동시키는 제2 구동 부재를 더 포함하고, 상기 제1 렌즈부는 상기 제2 구동 부재에 의해 상기 광원의 광축을 따라 이동할 수 있다.
또한, 상기 제2 구동 부재는 상기 제1 렌즈부와 상기 광원 사이의 간격을 제어하여 상기 객체에 조사되는 광 패턴의 형상을 면 또는 점으로 조정할 수 있다.
또한, 상기 광원은 수직 캐비티 표면 방출 레이저를 포함하고, 상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저는 복수의 어퍼쳐(aperture)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학 부재의 틸트에 의해 상기 어퍼쳐에서 방출된 광은, 상기 제1 축 또는 상기 제2 축 방향으로 인접한 어퍼쳐들 사이 거리의 40% 내지 60% 거리만큼 이동할 수 있다.
또한, 상기 이미지 센서를 포함하는 수광부를 포함하고, 상기 수광부는 상기 이미지 센서 상에 배치되는 제2 렌즈부를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 카메라 모듈은 광학 부재의 틸트하여 출력광의 점 패턴의 위치를 다양하게 할 수 있다. 자세하게, 발광부는 단위 시간동안 출력광의 점 패턴의 위치를 다양하게 이동시켜 단위 시간동안 제공되는 전체 점 패턴의 밀도를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 카메라 모듈은 단위 시간동안 객체에 제공되는 점 패턴의 밀도를 향상시킬 수 있고, 수광부가 수광하는 점 패턴의 밀도를 향상시키 수 있다. 따라서, 상기 카메라 모듈은 상기 객체에 대한 깊이 정보의 정확도를 향상시킬 수 있고, 향상된 공간 해상도를 가질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 카메라 모듈은 객체를 트래킹(tracking)할 수 있다. 자세하게, 상기 카메라 모듈은 상기 객체의 이동 등에 의해 위치가 변경될 경우 상기 광학 부재를 상기 객체의 움직임과 대응되도록 제어할 수 있다. 따라서, 객체의 위치가 변경되어도 정확한 깊이 정보를 실시간으로 획득할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 카메라 모듈은 상기 카메라 모듈은 광원과 제1 렌즈부 사이의 간격을 제어하는 제2 구동 부재를 생략할 수 있다. 자세하게, 실시예는 단위 시간동안 상기 광학 부재를 다양한 방향으로 틸트시켜 점 패턴이 형성되는 위치를 다양할 수 있고, 이로 인해 상기 객체에 단위 시간동안 면 패턴의 광이 제공되는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 카메라 모듈은 보다 슬림한 구조로 제공될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 카메라 모듈의 구성도이다.
도 2는 실시예에 따른 카메라 모듈에서 발광부 및 수광부의 구성도이다.
도 3은 실시예에 따른 카메라 모듈에서 발광부의 배치를 나타낸 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 카메라 모듈에서 발광부가 생성하는 광 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 실시예에 따른 카메라 모듈의 광 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 실시예에 따른 카메라 모듈에서 발광부의 다른 예에 대한 도면이다.
도 9 내지 도 12는 실시예에 따른 카메라 모듈에서 광학 부재의 틸트에 따라 형성되는 광 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 13 및 도 14는 실시예에 따른 카메라 모듈이 적용된 이동 단말기 및 차량의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 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 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 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 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 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 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 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 경우뿐만 아니라, 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 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 카메라 모듈의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 따른 카메라 모듈(1000)은 상기 카메라 모듈(1000)은 발광부(100), 수광부(300) 및 제어부(710)를 포함할 수 있다.
상기 발광부(100)는 광을 방출할 수 있다. 상기 발광부(100)는 설정된 세기의 광, 예컨대 출력광을 방출할 수 있다. 상기 발광부(100)는 설정된 방향으로 설정된 파장 대역의 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 상기 발광부(100)는 가시광 또는 적외선 파장 대역의 광을 방출할 수 있다. 상기 발광부(100)는 약 700nm 내지 약 1mm 파장 대역의 적외선 광을 방출할 수 있다. 상기 발광부(100)는 상기 발광부(100)의 전면 방향으로 광을 방출할 수 있다. 예컨대, 상기 발광부(100)는 광 출사 방향에 위치한 객체를 향해 광을 방출할 수 있다.
상기 수광부(300)는 광을 수광할 수 있다. 상기 수광부(300)는 상기 객체에 반사된 광, 예컨대 입력광을 감지할 수 있다. 상기 수광부(300)는 상기 발광부(100)에서 방출된 광을 감지할 수 있다. 상기 수광부(300)는 상기 발광부(100)가 방출한 광과 대응되는 파장 대역의 광을 감지할 수 있다. 자세하게, 상기 수광부(300)는 상기 발광부(100)에서 방출되어 상기 객체에 반사된 광을 감지할 수 있다.
상기 제어부(710)는 상기 발광부(100) 및 상기 수광부(300) 중 적어도 하나와 연결될 수 있다. 상기 제어부(710)는 상기 발광부(100) 및 상기 수광부(300) 중 적어도 하나의 구동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(710)는 객체의 크기, 위치, 형태 등에 따라 상기 발광부(100)의 구동 부재를 제어하여 상기 객체를 향해 조사되는 광 패턴의 형태, 광의 세기 등을 제어할 수 있다.
상기 카메라 모듈(1000)은 객체를 향해 광을 방출하고 객체에 반사되어 되돌아오는 광의 시간 또는 위상 차이를 바탕으로 객체의 깊이 정보를 산출하는 TOF(Time of flight) 카메라일 수 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나 상기 카메라 모듈(1000) 결합부(미도시) 및 연결부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 결합부는 후술할 광학 기기와 연결될 수 있다. 상기 결합부는 회로기판 및 상기 회로기판 상에 배치되는 단자를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 단자는 상기 광학 기기와의 물리적, 전기적 연결을 위한 커넥터일 수 있다.
상기 연결부는 후술할 상기 카메라 모듈(1000)의 기판과 상기 결합부 사이에 배치될 수 있다. 상기 연결부는 상기 기판과 상기 결합부를 연결할 수 있다. 일례로, 상기 연결부는 연성 PCB(FBCB)를 포함할 수 있고, 상기 기판과 상기 결합부의 회로기판을 전기적으로 연결할 수 있다. 여기서 상기 기판은 상기 발광부(100)의 제1 기판 및 상기 수광부(300)의 제2 기판 중 적어도 하나일 수 있다.
도 2는 실시예에 따른 카메라 모듈에서 발광부 및 수광부의 구성도이고, 도 3은 실시예에 따른 카메라 모듈에서 발광부의 배치를 나타낸 도면이다. 또한, 도 4는 실시예에 따른 카메라 모듈에서 발광부가 생성하는 광 신호를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 실시예에 따른 카메라 모듈의 광 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참조하여 실시예에 따른 발광부(100) 및 수광부(300)에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 상기 발광부(100)는 광원(110), 제1 렌즈부(130), 광학 부재(150), 제1 구동 부재(170) 및 제2 구동 부재(190)를 포함할 수 있다.
상기 발광부(100)는 제1 기판(미도시) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 기판은 상기 발광부(100)를 지지할 수 있다. 상기 제1 기판은 상기 발광부(100)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 기판은 회로기판일 수 있다. 상기 제1 기판은 상기 발광부(100)에 전원을 공급하기 위한 배선층을 포함할 수 있고, 복수의 수지층으로 형성된 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board)일 수 있다. 일례로, 상기 제1 기판은 리지드 PCB(Rigid PCB), 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB), RFPCB(Rigid Flexible PCB) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 기판은 글래스(glass), 수지, 에폭시 등을 포함하는 합성 수지를 포함할 수 있고, 열전도성이 우수한 세라믹(ceramic), 표면이 절연된 금속을 포함할 수 있다. 상기 제1 기판은 플레이트, 리드 프레임과 같은 형태를 가질 수 있으며 이에 대해 한정하지 않는다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제1 기판 상에는 제너 다이오드, 변압 조절기 및 저항 등이 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다.
상기 제1 기판 상에는 절연층(미도시) 또는 보호층(미도시)이 배치될 수 있다. 상기 절연층 또는 보호층은 상기 제1 기판의 일면 및 타면 중 적어도 하나의 면 상에 배치될 수 있다.
상기 광원(110)은 상기 제1 기판 상에 배치될 수 있다. 상기 광원(110)은 상기 제1 기판의 상면과 직접 접촉하며 상기 제1 기판과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 광원(110)은 발광소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(110)은 발광 다이오드(LED; Light Emitting diode), 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL; Vertical Cavity Surface Emitting Laser), 유기 발광 다이오드(OLED; Organic Light Emitting diode) 및 레이저 다이오드(LD; Laser diode) 중 적어도 하나의 발광소자를 포함할 수 있다.
상기 광원(110)은 하나 또는 복수의 발광소자를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 광원(110)이 하나의 발광소자를 포함할 경우, 상기 하나의 발광소자는 상기 발광소자에서 광이 방출되는 영역, 예컨대 광 방출을 위한 복수의 어퍼쳐(aperture)가 소정의 규칙을 가지도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 기판 상에 복수의 발광소자가 배치될 경우, 상기 복수의 발광소자는 상기 제1 기판 상에서 설정된 패턴을 따라 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 복수의 발광소자는 상기 복수의 발광소자에서 광이 방출되는 영역, 예컨대 광 방출을 위한 적어도 하나의 어퍼쳐(aperture)가 소정의 규칙을 가지도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 광원(110)은 설정된 방향으로 설정된 세기의 광을 방출할 수 있다.
상기 광원(110)은 설정된 파장 대역의 광을 방출할 수 있다. 자세하게, 상기 광원(110)은 가시광 또는 적외선 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(110)은 약 380nm 내지 약 700nm 파장 대역의 가시광을 방출할 수 있다. 또한, 상기 광원(110)은 약 700nm 내지 약 1mm 파장 대역의 적외선 광을 방출할 수 있다.
상기 광원(110)은 설정된 광 신호를 형성할 수 있다.
예를 들어, 도 4(a)를 참조하면, 상기 광원(110)은 일정한 주기로 광 펄스를 생성할 수 있다. 상기 광원(110)은 소정의 펄스 반복 주기(tmodulation)로 소정의 펄스 폭(tpulse)을 가지는 광 펄스를 생성할 수 있다.
또한, 도 4(b)를 참조하면, 상기 광원(110)은 일정 개수의 광 펄스를 그룹핑(grouping)하여 하나의 위상 펄스를 생성할 수 있다. 상기 광원(110)은 소정의 위상 펄스 주기(tphase)와 소정의 위상 펄스 폭(texposure, tillumination, tintegration)을 가지는 위상 펄스를 생성할 수 있다. 여기서, 하나의 위상 펄스 주기(tphase)는 하나의 서브 프레임에 대응할 수 있다. 서브 프레임(sub-frame)은 위상 프레임(phase frame)으로 불릴 수 있다. 위상 펄스 주기는 소정의 개수로 그룹핑 될 수 있다. 4개의 위상 펄스 주기(tphase)를 그룹핑하는 방식은 4-phase 방식으로 불릴 수 있다. 8개의 주기(tphase)를 그룹핑하는 것은 8-phase 방식으로 불릴 수 있다.
또한, 도 4(c)를 참조하면, 상기 광원(110)은 일정 개수의 위상 펄스를 그룹핑하여 하나의 프레임 펄스를 생성할 수 있다. 상기 광원(110)은 소정의 프레임 펄스 주기(tframe)와 소정의 프레임 펄스 폭(tphase group(sub-frame group))을 가지는 프레임 펄스를 생성할 수 있다. 여기서, 하나의 프레임 펄스 주기(tframe)는 하나의 프레임에 대응할 수 있다. 따라서, 10 FPS로 객체를 촬영하는 경우, 1초에 10번의 프레임 펄스 주기(tframe)가 반복될 수 있다. 4-pahse 방식에서, 하나의 프레임에는 4개의 서브 프레임이 포함될 수 있다. 즉, 하나의 프레임은 4개의 서브 프레임을 통해 생성될 수 있다. 8-phase 방식에서, 하나의 프레임에는 8개의 서브 프레임이 포함될 수 있다. 즉, 하나의 프레임은 8개의 서브 프레임을 통해 생성될 수 있다. 상기에서 설명을 위해, 광 펄스, 위상 펄스 및 프레임 펄스의 용어를 이용하였으나, 이에 한정되지 않는다.
제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)과 이격되며 적어도 하나의 렌즈 및 상기 렌즈를 수용하는 하우징을 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 제어하는 콜리메이터 렌즈(collimator lens)를 포함할 수 있다. 상기 콜리메이터 렌즈는 상기 광원(110)에서 방출된 광의 발산각을 보다 작게 제어할 수 있다. 또한, 상기 콜리메이터 렌즈는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 평행광으로 집광할 수 있다. 상기 렌즈는 유리(glass), 플라스틱(plastic) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광의 방출 경로 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)과 대응되는 영역 상에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 제1 렌즈부(130)는 중심이 상기 광원(110)의 광축(OA)과 중첩되는 영역에 배치될 수 있다.
상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광의 경로를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 집광, 확산 및 산란 중 적어도 하나를 시킬 수 있다. 상기 제1 렌즈부(130)는 출력광의 FOI(Field of illumination)를 제어할 수 있다. 일례로, 출력광의 FOI 각도는 약 60도 내지 약 120도일 수 있다.
상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 다양한 형태로 변형시킬 수 있다. 일례로, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 단면 형상으로 변형시킬 수 있다. 즉, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 면 광원 형태로 변형시킬 수 있다. 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 상기 수광부(300)의 이미지 센서(310)의 유효 영역과 대응되는 형상으로 변형시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 복수의 점 광원 형태로 변형시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광이 객체에 직접적으로 조사되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광을 제어하여 사람의 눈, 피부 등과 같이 광에 민감한 영역에 광이 직접적으로 조사되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)에서 방출된 광의 휘도 균일도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 렌즈부(130)는 상기 광원(110)의 발광소자가 배치된 곳, 예컨대 상기 발광소자의 어퍼쳐와 대응되는 영역에 광이 집중되는 핫스팟(hot spot)이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
상기 광학 부재(150)는 상기 광원(110) 상에 배치될 수 있다. 상기 광학 부재(150)는 상기 광원(110) 및 상기 제1 렌즈부(130) 사이에 배치될 수 있다. 상기 광학 부재(150)는 상기 광원(110) 및 상기 제1 렌즈부(130)와 이격될 수 있다. 상기 광학 부재(150)는 상기 광원(110)에서 방출된 광의 방출 경로 상에 배치될 수 있다. 상기 광학 부재(150)는 상기 광원(110)과 대응되는 영역 상에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 광학 부재(150)는 중심이 상기 광원(110)의 광축(OA)과 중첩되는 영역에 배치될 수 있다.
상기 광학 부재(150)는 플레이트(plate) 형상을 가질 수 있다. 상기 광학 부재(150)는 소정의 두께를 가지며, 유리(glass), 플라스틱(plastic) 및 소정의 굴절률을 만족하는 소재 중 적어도 하나의 재질로 제공될 수 있다.
또한, 상기 광학 부재(150)는 약 0.05mm 내지 약 1.5mm의 두께를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 광학 부재(150)는 약 0.1mm 내지 약 1mm의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 부재(150)가 상술한 범위보다 얇은 두께를 가질 경우, 상기 광학 부재(150)의 중심 영역이 쳐지는 문제가 발생하여 플레이트 형상을 유지하지 못할 수 있다. 또한, 상기 광학 부재(150)의 두께가 상술한 범위보다 두꺼울 경우, 카메라 모듈(1000)의 전체 두께가 증가할 수 있고 광학적 특성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 광학 부재(150)는 1보다 큰 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 부재(150)의 굴절률은 공기(air) 보다 클 수 있다. 자세하게, 상기 광학 부재(150)의 굴절률은 약 1.4 내지 약 2 일 수 있다. 상기 광학 부재(150)는 AR(Anti-Reflection) 필터를 포함할 수 있다.
상기 광학 부재(150)는 상기 광원(110)에서 방출된 광의 경로를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(110)에서 방출된 광은 상기 광학 부재(150)를 통과하는 과정에 광 경로가 변경(shift)되어 상기 제1 렌즈부(130)에 입사될 수 있다.
상기 제1 구동 부재(170)는 상기 광학 부재(150)와 인접하게 배치될 수 있다. 상기 제1 구동 부재(170)는 상기 광학 부재(150)와 결합할 수 있다. 상기 제1 구동 부재(170)는 적어도 하나의 액추에이터(actuator)를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 구동 부재(170)는 액추에이터로 VCM(Voice Coil Motor)을 포함할 수 있고, 상기 VCM의 전자기력을 이용하여 상기 광학 부재(150)를 틸트 제어할 수 있다. 또한, 상기 제1 구동 부재(170) 피에조 소자(Piezo-electric device) 또는 형상 기억 합금 등을 포함할 수 있고, 상기 소자의 물리적 변화를 이용하여 상기 광학 부재(150)를 틸트 제어할 수 있다.
상기 제1 구동 부재(170)는 상기 광학 부재(150)를 틸트시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 구동 부재(170)는 상기 광축(OA)과 중첩되는 상기 광학 부재(150)의 중심을 기준 축으로 하여 상기 광학 부재(150)를 제1 축 또는 제2 축으로 틸트시킬 수 있다. 즉, 상기 광학 부재(150)를 광축(OA)에 수직한 제1 축 또는 제2 축으로 틸트시킬 수 있다. 이때, 상기 제1 구동 부재(170)는 구동력을 제어하여 상기 광학 부재(150)의 틸트 정도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 부재(150)는 상기 제1 구동 부재(170)의 구동력에 의해 약 30도 이하의 각도로 틸트될 수 있다. 이에 따라, 상기 광학 부재(150)는 상기 광원(110) 및 상기 제1 렌즈부(130) 사이에서 소정의 각도 범위 내에서 틸트 가능하게 배치될 수 있다.
상기 제1 구동 부재(170)는 상기 광원(110)에서 방출된 광의 경로를 변경할 수 있다. 상기 제1 구동 부재(170)는 상기 광학 부재(150)를 틸트하여 방출되는 광의 경로를 제어할 수 있다. 일례로, 상기 발광부(100)가 상기 객체에 점 패턴의 광을 조사할 경우, 상기 제1 구동 부재(170)는 상기 광학 부재(150)를 틸트하여 조사되는 상기 광의 점 패턴의 위치를 이동(shift)시킬 수 있다. 즉, 상기 제1 구동 부재(170)는 상기 발광부(100)로부터 방출되는 출력광 및 객체에 반사되어 상기 수광부(300)에 입사되는 입력광 중 적어도 하나의 광 경로를 변경할 수 있다.
상기 광학 부재(150) 및 상기 제1 구동 부재(170)에 대해서는 후술할 도면을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.
상기 발광부(100)는 제2 구동 부재(190)를 더 포함할 수 있다. 제2 구동 부재(190)는 상기 제1 렌즈부(130) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 구동 부재(190)는 상기 제1 렌즈부(130)와 결합할 수 있다. 일례로, 상기 제2 구동 부재(190)는 상기 제1 렌즈부(130)의 하우징과 결합할 수 있다. 또한, 상기 제2 구동 부재(190)는 상기 제1 렌즈부(130)의 적어도 하나의 렌즈와 결합할 수 있다.
상기 제2 구동 부재(190)는 상기 제1 렌즈부(130)를 이동시킬 수 있다. 상기 제2 구동 부재(190)는 적어도 하나의 액추에이터(actuator)를 포함할 수 있다. 일례로, 제2 구동 부재(190)는 액추에이터로 VCM(Voice Coil Motor)을 포함할 수 있고, 상기 VCM의 전자기력을 이용하여 상기 제1 렌즈부(130)의 위치를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제2 구동 부재(190) 피에조 소자(Piezo-electric device) 또는 형상 기억 합금 등을 포함할 수 있고, 상기 소자의 물리적 변화를 이용하여 상기 제1 렌즈부(130)의 위치를 제어할 수 있다.
상기 제2 구동 부재(190)는 상기 광원(110) 및 상기 제1 렌즈부(130) 사이의 거리를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 구동 부재(190)는 상기 제1 렌즈부(130)를 상기 광원(110) 상에서 이동시킬 수 있다. 상기 제1 구동 부재(170)는 상기 제1 렌즈부(130)를 상기 광원(110)의 광축(OA)을 따라 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 렌즈부(130)와 상기 광원(110) 사이의 거리는 증가 또는 감소할 수 있다.
또한, 상기 제2 구동 부재(190)는 상기 광원(110)의 광축(OA)을 따라 상기 제1 렌즈부(130)의 적어도 하나의 렌즈를 이동시킬 수 있다. 이 경우, 상기 하나의 렌즈와 상기 광원(110) 사이의 거리는 증가 또는 감소할 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈부(130)가 복수의 렌즈를 포함할 경우, 상기 제2 구동 부재(190)는 상기 복수의 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈를 이동시킬 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 렌즈들 사이의 거리는 증가 또는 감소할 수 있다.
즉, 상기 제2 구동 부재(190)는 상기 제1 렌즈부(130)의 위치를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 광원(110)에서 방출된 광의 경로를 변경할 수 있다. 자세하게, 상기 제2 구동 부재(190)는 상기 광원(110)과 상기 제1 렌즈부(130) 사이의 간격이 가까워지도록 구동하여 상기 발광부(100)에서 방출된 광이 면 광원을 형성하도록 할 수 있다. 이 경우 상기 카메라 모듈(1000)은 전방에 위치한 객체에 면 광원을 조사할 수 있다. 또한, 상기 제2 구동 부재(190)는 상기 광원(110)과 상기 제1 렌즈부(130)의 간격이 멀어지도록 구동하여 상기 카메라 모듈(1000)에서 방출된 광이 점 광원을 형성하도록 할 수 있다. 이 경우 상기 카메라 모듈(1000)은 전방에 위치한 객체에 점 광원을 조사할 수 있다. 여기서, 면 광원은 도 5(a)와 같이 설정된 영역에 균일하게 조사되는 광원을 의미할 수 있고, 점 광원은 도 5(b)와 같이 설정된 영역에 점 형태로 조사되는 광원을 의미할 수 있다.
상기 수광부(300)는 제2 기판 상에 배치되며 이미지 센서(310) 및 제2 렌즈부(330)를 포함할 수 있다.
상기 제2 기판은 상기 수광부(300)를 지지할 수 있다. 상기 제2 기판은 상기 수광부(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 기판은 회로기판일 수 있다. 상기 제2 기판은 상기 발광부(100)에 전원을 공급하기 위한 배선층을 포함할 수 있고, 복수의 수지층으로 형성된 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board)일 수 있다. 일례로, 상기 제2 기판은 리지드 PCB(Rigid PCB), 메탈 코어 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB), RFPCB(Rigid Flexible PCB) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 기판은 글래스(glass), 수지, 에폭시 등을 포함하는 합성 수지를 포함할 수 있고, 열전도성이 우수한 세라믹(ceramic), 표면이 절연된 금속을 포함할 수 있다. 상기 제2 기판은 플레이트, 리드 프레임과 같은 형태를 가질 수 있으며 이에 대해 한정하지 않는다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제2 기판 상에는 제너 다이오드, 변압 조절기 및 저항 등이 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다.
상기 제2 기판 상에는 절연층(미도시) 또는 보호층(미도시)이 배치될 수 있다. 상기 절연층 또는 보호층은 상기 제2 기판의 일면 및 타면 중 적어도 하나의 면 상에 배치될 수 있다.
상기 제2 기판은 상기 제1 기판과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 기판은 상기 제1 기판과 분리되어 이격되거나, 일체로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 이미지 센서(310)는 상기 제2 기판 상에 배치될 수 있다. 상기 이미지 센서(310)는 상기 제2 기판의 상면과 직접 접촉하며 상기 제2 기판과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 이미지 센서(310)는 상기 제2 기판과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 이미지 센서(310)는 광을 감지할 수 있다. 상기 이미지 센서(310)는 객체에 반사되어 상기 카메라 모듈(1000)에 입사된 광을 감지할 수 있다. 자세하게, 상기 이미지 센서(310)는 상기 발광부(100)에서 방출되어 상기 객체에 반사되어 입사되는 반사광을 감지할 수 있다. 상기 이미지 센서(310)는 상기 광원(110)에서 방출된 광과 대응되는 파장의 광을 감지할 수 있다. 상기 이미지 센서(310)는 후술할 제2 렌즈부(330)를 통해 입사된 광을 감지할 수 있다. 상기 이미지 센서(310)는 상기 광원(110)으로부터 방출되어 상기 객체에 반사된 광을 감지할 수 있고, 시간 또는 위상 차를 이용해 상기 객체의 깊이 정보를 감지할 수 있다.
상기 이미지 센서(310)는 상기 광원(110)과 다른 방향으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 이미지 센서(310)의 광축과 상기 광원(110)의 광축(OA)은 서로 다른 방향일 수 있다. 자세하게, 상기 이미지 센서(310)의 광축과 상기 광원(110)의 광축(OA)은 수직일 수 있다.
상기 제2 렌즈부(330)는 상기 이미지 센서(310) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 렌즈부(330)는 상기 이미지 센서(310)와 이격되며 적어도 하나의 렌즈 및 상기 렌즈를 수용하는 하우징을 포함할 수 있다. 상기 렌즈는 유리(glass), 플라스틱(plastic) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 렌즈부(330)는 상기 수광부(300)로 입사되는 광 경로 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 렌즈부(330)는 상기 광원(110)에서 방출되어 상기 객체에 반사된 광을 상기 이미지 센서(310) 방향으로 통과시킬 수 있다. 이를 위해, 상기 제2 렌즈부(330)는 광축이 상기 이미지 센서(310)의 광축과 대응될 수 있다.
상기 수광부(300)는 필터(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 필터는 상기 객체와 상기 이미지 센서(310) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 필터는 상기 이미지 센서(310) 및 상기 제2 렌즈부(330) 사이에 배치될 수 있다.
상기 필터는 설정된 파장 대역의 광을 통과시키고, 이와 다른 파장 대역의 광을 필터링 할 수 있다. 자세하게, 상기 필터는 상기 제2 렌즈부(330)를 통해 상기 수광부(300)에 입사된 광 중, 상기 광원(110)과 대응되는 파장의 광을 통과시킬 수 있고, 상기 광원(110)과 다른 파장 대역의 광을 차단할 수 있다.
도 6 및 도 7은 실시예에 따른 카메라 모듈에서 발광부의 다른 예에 대한 도면이다. 도 6 및 도 7을 이용한 설명에서는 앞서 설명한 카메라 모듈과 동일 유사한 구성에 대해서는 설명을 생략하며 동일 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 카메라 모듈(1000)에서 상기 제2 구동 부재(190)는 생략될 수 있다. 이 경우, 상기 발광부(100)는 점 패턴 및 면 패턴 중 선택되는 하나의 패턴을 가지는 광원을 형성할 수 있다. 자세하게, 상기 광원(110) 및 상기 제1 렌즈부(130)는 설정된 간격으로 고정되어 점 또는 면 패턴의 광원을 형성할 수 있다.
일례로, 상기 발광부(100)는 복수의 점 패턴 형상을 가지는 광원을 방출할 수 있고, 상기 제1 구동 부재(170)는 상기 광학 부재(150)를 틸트시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 구동 부재(170)는 상기 객체에 조사되는 점 패턴의 광원의 위치는 변화할 수 있다. 자세하게, 상기 광학 부재(150)의 틸트에 의해 상기 발광부(100)에서 방출되는 점 패턴의 위치(이동 위치)는, 상기 광학 부재(150)가 틸트되지 않았을 때 방출되는 점 패턴의 위치(초기 위치)와 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 부재(150)의 틸트에 의해 방출되는 점 패턴의 위치는 상기 광학 부재(150)가 틸트되지 않았을 때 방출되는 점 패턴들의 사이 영역으로 이동할 수 있다.
이에 따라, 상기 발광부(100)는 설정된 시간동안 보다 높은 밀도의 점 광원을 제공할 수 있다. 자세하게, 상기 발광부(100)는 상기 초기 위치뿐만 아니라 상기 이동 위치에도 광을 제공할 수 있어, 상기 객체에 높은 밀도의 점 광원을 제공할 수 있다. 따라서, 상기 카메라 모듈(1000)은 향상된 공간 해상도를 가질 수 있다.
또한, 상기 카메라 모듈(1000)은 상기 발광부(100)에서 방출되는 광 패턴을 점에서 면으로, 또는 면에서 점으로 변화시킬 수 있는 제2 구동 부재(190), 자세하게 상기 광원(110) 및 상기 제1 렌즈부(130) 사이의 간격을 제어하는 제2 구동 부재(190)를 생략할 수 있다. 따라서, 상기 카메라 모듈(1000)은 보다 경량으로 제공할 수 있고, 상기 발광부(100) 내에서 상기 제1 렌즈부(130)가 이동하는 공간을 제거할 수 있어 보다 얇고 소형으로 구현할 수 있다. 즉, 실시예는 상기 발광부(100)에서 방출되는 복수의 점 패턴의 광원을 이용하여 면 패턴의 광원과 대응되는 효과를 얻을 수 있다.
도 8 내지 도 12는 실시예에 따른 카메라 모듈에서 광학 부재의 틸트에 따라 형성되는 광 패턴을 설명하기 위한 도면이다. 도 8 내지 도 12에서 상기 발광부(100)에서 방출되는 출력광의 패턴은 복수의 점 패턴일 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 광학 부재(150)는 상기 제어부(710)에서 인가되는 신호에 의해 틸트되지 않거나 상기 제어부(710)에서 인가되는 신호에 의해 틸트될 수 있다.
먼저 도 8을 참조하면, 상기 광학 부재(150)는 도 8(a)와 같이 상기 광원(110) 및 상기 제1 렌즈부(130) 사이에서 틸트되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 구동 부재(170)는 상기 광학 부재(150)에 구동력을 인가하지 않을 수 있고, 이로 인해 상기 광학 부재(150)는 설정된 위치에 배치될 수 있다.
이 경우, 상기 발광부(100)는 도 8(b)와 같이 설정된 위치로 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 상기 발광부(100)의 출력광은 복수의 점 패턴을 포함할 수 있고, 상기 점 패턴은 기준 위치로 정의되는 제1 위치(Pa)에 위치할 수 있다.
또한, 도 9를 참조하면, 상기 광학 부재(150)는 도 9(a)와 같이 상기 광원(110) 및 상기 제1 렌즈부(130) 사이에서 틸트될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 구동 부재(170)는 상기 광학 부재(150)에 구동력을 인가할 수 있고, 이로 인해 상기 광학 부재(150)는 소정의 각도 범위, 예컨대 약 30도 이하의 범위 내에서 틸트될 수 있다. 상기 광학 부재(150)는 상기 제1 구동 부재(170)의 구동력에 의해 제1 축 또는 제2 축 방향으로 틸트될 수 있다.
이 경우, 상기 발광부(100)는 도 9(b)와 같이 설정된 위치로 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 상기 발광부(100)의 출력광은 복수의 점 패턴을 포함할 수 있고, 상기 점 패턴은 상기 제1 위치(Pa)와 다른 제2 위치(Pb)에 위치할 수 있다. 자세하게, 상기 발광부(100)의 출력광은 상기 광학 부재(150)의 틸트에 의해 광 경로가 변경될 수 있다. 따라서, 발광부(100)는 기준 위치인 상기 제1 위치(Pa)와 다른 제2 위치(Pb)에 점 패턴이 형성되는 광을 방출할 수 있다.
자세하게, 도 10을 참조하면 상기 광학 부재(150)는 상기 제1 구동 부재(170)의 구동력에 의해 제1 축 또는 제2 축 방향으로 틸트될 수 있다. 이 경우, 상기 광원(110)에서 방출된 광(L)은 상기 광학 부재(150)의 틸트에 의해 경로가 변경될 수 있다.
예를 들어, 상기 광원(110)에서 방출된 광(L)은 틸트된 상기 광학 부재(150)에 의해 제1 축 또는 제2 축 방향으로 제1 거리(d1)만큼 경로가 이동될 수 있다. 여기서 상기 제1 거리(d1)는 하기 수학식 1 내지 수학식 3을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
[수학식 2]
Figure pat00002
[수학식 3]
Figure pat00003
상기 수학식 1 내지 수학식 3에서 L1은 매질(광학 부재(150)) 내의 광(L)의 길이를 의미하고, θ1은 상기 광학 부재(150)의 틸트 각도(deg)를 의미하고, θ2는 매질(광학 부재(150)) 내의 광(L)의 각도를 의미한다.
또한, 상기 T는 상기 광학 부재(150)의 두께를 의미하고, 상기 수학식 3에서 n은 상기 광학 부재(150)의 굴절률을 의미한다. 그리고, θ1의 각도는 θ2 및 θ3의 각도의 합과 같을 수 있다.
실시예에 따른 광원(110)의 발광소자는 상술한 바와 같이복수의 어퍼쳐를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 거리(d1)는 인접한 상기 복수의 어퍼쳐 사이의 거리에 따라 변화할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 거리(d1)는 상기 어퍼쳐 사이 거리의 약 40% 내지 약 60%일 수 있다. 자세하게, 상기 제1 거리(d1)는 상기 제1 축 또는 상기 제2 축 방향으로 인접한 어퍼쳐들 사이의 거리의 약 40% 내지 약 60%일 수 있다.
일례로, 상기 광원(110)의 어퍼쳐 사이의 간격은 약 30 ㎛ 내지 50㎛이고, 상기 광학 부재(150)는 인가되는 구동력에 의해 약 30도 이하의 각도로 틸트될 수 있다. 이 경우, 상기 광(L)이 틸트되는 제1 거리(d1)는 약 12㎛ 내지 약 30㎛일 수 있다. 자세하게, 상기 제1 거리(d1)는 약 15㎛ 내지 약 25㎛일 수 있다. 바람직하게 상기 제1 거리(d1)는 약 20㎛일 수 있고, 상기 투광 부재(150)의 굴절률, 두께, 틸트 각도 및 상기 제1 거리(d1)는 하기 표 1을 만족할 수 있다.
실시예 1 2 3 4 5 6 7 8 9
투광 부재의 굴절률(n) 1.5 1.5 1.5 1.7 1.7 1.7 1.9 1.9 1.9
투광 부재의 두께(T) (mm) 0.3 0.5 0.7 0.3 0.5 0.7 0.3 0.5 0.7
투광 부재의 틸트 각도(θ1) (deg) 11.3 6.8 4.9 9.2 5.6 4 8 4.8 3.5
제1 거리(d1) (㎛) 20 20 20 20 20 20 20 20 20
또한, 도 11을 참조하면, 상기 광학 부재(150)는 상기 제어부(710)에서 인가되는 신호에 의해 상기 광원(110) 및 상기 제1 렌즈부(130) 사이에서 다양한 방향으로 틸트될 수 있다.
자세하게, 상기 광학 부재(150)는 도 11(a)와 같이 제1 축 또는 제2 축 방향으로 틸트될 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 부재(150)는 상기 제1 구동 부재(170)의 구동력에 의해 소정의 각도 범위 내에서 틸트될 수 있다.
이 경우, 상기 발광부(100)는 다양한 위치로 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 부재(150)는 인가되는 구동력에 의해 틸트될 수 있고, 상기 출력광의 점 패턴은 기본 위치인 제1 위치(P1)와 다른 제2 위치(P2)에 위치할 수 있다. 여기서, 상기 제1 위치(P1)는 상기 광학 부재(150)가 틸트되지 않은 상태에서의 상기 점 패턴의 위치일 수 있다. 또한, 상기 제2 위치(P2)는 상기 제1 위치(P1)와 이격된 영역일 수 있다. 상기 제2 위치(P2)는 상기 제1 위치(P1)에 배치된 점 패턴들의 사이 영역일 수 있다.
또한, 상기 광학 부재(150)는 인가되는 구동력에 의해 다른 방향으로 틸트될 수 있고, 상기 출력광의 점 패턴은 상기 제1 위치(P1) 및 상기 제2 위치(P2)와 다른 제3 위치(P3)에 위치할 수 있다. 여기서, 상기 제3 위치(P3)는 상기 제1 및 제2 위치(P1, P2)와 이격된 영역일 수 있다. 상기 제3 위치(P3)는 상기 제1 및 제2 위치(P1, P2)에 배치된 점 패턴들의 사이 영역일 수 있다.
또한, 상기 광학 부재(150)는 인가되는 구동력에 의해 또 다른 방향으로 틸트될 수 있고, 상기 출력광의 점 패턴은 상기 제1 위치(P1), 상기 제2 위치(P2) 및 상기 제3 위치(P3)와 다른 제4 위치(P4)에 위치할 수 있다. 여기서 상기 제4 위치(P4)는 상기 제1 내지 제3 위치(P1, P2, P3)와 이격된 영역일 수 있다. 상기 제4 위치(P4)는 상기 제1 내지 제3 위치(P1, P2, P3)에 배치된 점 패턴들의 사이 영역일 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 출력광의 점 패턴은 다양한 위치(P1, P2, P3, P4)에 위치할 수 있다. 즉, 상기 출력광의 광 경로는 상기 광학 부재(150) 및 상기 제1 구동 부재(170)에 의해 다양하게 변화할 수 있고, 상기 객체에 반사되어 상기 수광부(300)에 입사되는 입력광의 광 경로 역시 상기 출력광과 대응되도록 변화할 수 있다.
이때, 상기 발광부(100)의 출력광은 설정된 시간동안 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광부(100)는 단위 시간당, 예컨대 초(second)당 복수의 프레임으로 광을 방출할 수 있다. 자세하게, 상기 발광부(100)는 상술한 바와 같이 일정 개수의 위상 펄스를 그룹핑하여 하나의 프레임 펄스를 생성할 수 있다. 상기 발광부(100)는 소정의 프레임 펄스 주기(tframe)와 소정의 프레임 펄스 폭(tphase group(sub-frame group))을 가지는 프레임 펄스를 생성할 수 있다. 여기서, 하나의 프레임 펄스 주기(tframe)는 하나의 프레임에 대응할 수 있다. 상기 하나의 프레임 펄스 주기(tframe)는 상기 하나의 프레임의 주기로 정의되는 노출 주기일 수 있다.
또한, 상기 수광부(300)는 단위 시간당, 예컨대 초(second)당 복수의 프레임으로 광을 수광할 수 있다. 상기 수광부(300)는 상기 발광부(100)와 대응되는 복수의 프레임을 포함할 수 있다. 상기 수광부(300)는 상기 복수의 프레임 중 하나의 프레임 주기로 정의되는 수광 주기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 구동 부재(170)는 단위 시간당, 예컨대 초(second)당 복수의 프레임으로 구동할 수 있고, 상기 광학 부재(150)에 구동력을 인가하는 구동 주기를 가질 수 있다. 상기 광학 부재(150)는 상기 제1 구동 부재(170)의 하나의 구동 주기로 틸트될 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 발광부(100)가 복수의 위치(P1, P2, P3, P4)에 점 패턴을 위치시킬 경우, 상기 출력광은 각각의 위치에 설정된 시간동안 점 패턴을 위치시킬 수 있다. 자세하게, 상기 제1 구동 부재(170)의 하나의 구동 주기는 상기 발광부(100)의 하나의 노출 주기보다 짧거나 같을 수 있다.
예를 들어, 도 11(b)와 같이 상기 발광부(100)의 출력광은 상기 제1 내지 제4 위치(P1, P2, P3, P4)에 점 패턴을 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 출력광의 점 패턴을 상기 제1 위치(P1)에 위치하기 위한 상기 제1 구동 부재(170)의 구동 주기는 상기 발광부(100)의 노출 주기의 1/4보다 짧거나 같을 수 있다. 또한, 상기 출력광의 점 패턴을 상기 제2 위치(P2)에 위치하기 위한 상기 제1 구동 부재(170)의 구동 주기는 상기 발광부(100)의 노출 주기의 1/4보다 짧거나 같을 수 있다. 또한, 상기 출력광의 점 패턴을 상기 제3 위치(P3)에 위치하기 위한 상기 제1 구동 부재(170)의 구동 주기는 상기 발광부(100)의 노출 주기의 1/4보다 짧거나 같을 수 있다. 또한, 상기 출력광의 점 패턴을 상기 제4 위치(P4)에 위치하기 위한 상기 제1 구동 부재(170)의 구동 주기는 상기 발광부(100)의 노출 주기의 1/4보다 짧거나 같을 수 있다.
또한, 상기 제1 구동 부재(170)의 하나의 구동 주기는 상기 수광부(300)의 하나의 수광 주기보다 짧거나 같을 수 있다. 예를 들어, 상기 출력광의 점 패턴을 상기 제1 위치(P1), 상기 제2 위치(P2), 상기 제3 위치(P3) 및 상기 제4 위치(P4) 각각에 위치하기 위한 상기 제1 구동 부재(170)의 구동 주기 각각은, 상기 수광부(300)의 수광 주기보다 짧거나 같을 수 있다. 일례로, 상기 제1 구동 부재(170)의 구동 주기 각각은, 상기 수광부(300)의 수광 주기의 1/4 보다 짧거나 같을 수 있다.
즉, 상기 발광부(100)가 단위 시간동안 n번 틸트하여 n개의 위치에 점 패턴을 위치시킬 경우, 상기 제1 구동 부재(170)의 하나의 구동 주기는 상기 발광부(100)의 노출 주기의 1/n보다 짧거나 같을 수 있다. 또한, 상기 제1 구동 부재(170)의 하나의 구동 주기는 상기 수광부(300)의 수광 주기보다 짧거나 같을 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 발광부(100)는 단위 시간동안 제1 크기를 가지는 출력광의 점 패턴의 위치를 다양하게 이동시켜 단위 시간동안 제공되는 전체 점 패턴(P)의 밀도를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 카메라 모듈(1000)은 단위 시간동안 객체에 제공되는 점 패턴의 밀도를 향상시킬 수 있고, 상기 수광부(300)가 수광하는 점 패턴의 밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 단위 시간동안 다양한 위치에 점 패턴의 광을 제공할 수 있어, 도 11(c)와 같이 단위 시간동안 객체에 면 패턴의 광이 제공되는 효과를 얻을 수 있다. 그러므로, 상기 카메라 모듈(1000)은 객체에 대한 깊이 정보의 정확도를 향상시킬 수 있으며 향상된 공간 해상도를 가질 수 있다.
또한, 도 12를 참조하면, 상기 광학 부재(150)는 상기 제어부(710)에서 인가되는 신호에 의해 상기 광원(110) 및 상기 제1 렌즈부(130) 사이에서 틸트될 수 있다. 자세하게, 상기 광학 부재(150)는 도 11(a)와 같이 제1 축 또는 제2 축 방향으로 틸트될 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 부재(150)는 상기 제1 구동 부재(170)의 구동력에 의해 소정의 각도 범위 내에서 틸트될 수 있다.
이 경우, 상기 발광부(100)는 다양한 위치로 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 상기 발광부(100)는 도 11(b)와 같이 방출되는 광의 점 패턴이 궤적을 형성하도록 방출할 수 있다. 예를 들어, 상기 발광부(100)에서 방출되는 광의 점 패턴은 상기 제1 구동 부재(170) 및 상기 광학 부재(150)에 의해 상기 제1 위치(P1)를 시작점으로 선형, 원형, 나선형 등의 형태로 이동될 수 있고, 이 과정에 궤적을 형성할 수 있다.
즉, 상기 발광부(100)는 단위 시간동안 n개의 위치로 점 패턴을 이동시켜 궤적을 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 구동 부재(170)의 하나의 구동 주기는 상기 발광부(100)의 노출 주기의 1/n보다 짧거나 같을 수 있다. 또한, 상기 제1 구동 부재(170)의 하나의 구동 주기는 상기 수광부(300)의 수광 주기의 1/n보다 짧거나 같을 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 발광부(100)는 단위 시간동안 제1 크기를 가지는 출력광의 점 패턴의 밀도를 증가시킬 수 있다, 따라서, 상기 수광부(300)가 수광하는 전체 광 패턴의 밀도를 향상시킬 수 있으며, 상기 카메라 모듈(1000)은 향상된 깊이 정보의 정확도, 공간 해상도를 가질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 카메라 모듈(1000)은 상기 광원(110)과 상기 제1 렌즈부(130) 사이의 거리를 제어하지 않거나, 소정의 간격만을 제어하여 면 패턴(P)의 광을 제공하는 효과를 얻을 수 있다. 자세하게, 상기 단위 시간동안 점 패턴이 형성하는 궤적을 이용하여 단위 시간동안 상기 객체에 면 패턴(P)의 광을 제공하는 효과를 얻을 수 있다. 이에 따라, 상기 카메라 모듈(1000)은 향상된 깊이 정보 정확도 및 공간 해상도를 가질 수 있다. 또한, 상기 카메라 모듈(1000)은 상기 제2 구동 부재(190)를 생략할 수 있고, 상기 제2 구동 부재(190)의 이동 변위를 최소한으로 감소시킬 수 있어, 보다 슬림한 구조로 제공될 수 있다.
또한, 상기 카메라 모듈(1000)은 상기 객체를 트래킹(tracking)할 수 있다. 예를 들어, 상기 객체의 위치가 변경되거나 상기 카메라 모듈(1000)과 상기 객체 사이의 거리가 변화할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 구동 부재(170)는 상기 객체에 출력광의 점 패턴이 집중되도록 상기 광학 부재(150)를 틸트시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 카메라 모듈(1000)은 위치가 변화하는 객체에 대해 보다 정확한 초점을 잡을 수 있고, 깊이 정보를 실시간으로 획득할 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 실시예에 따른 카메라 모듈은 광학 기기에 적용될 수 있다.
먼저, 도 13을 참조하면 실시예에 따른 카메라 모듈(1000)은 이동 단말기(1500)에 적용될 수 있다. 실시예에 따른 이동 단말기(1500)는 후면에 제 1 카메라 모듈(1000), 제 2 카메라 모듈(1010)이 배치될 수 있다.
상기 제 1 카메라 모듈(1000)은 상술한 카메라 모듈(1000)로 발광부(100) 및 수광부(300)를 포함할 수 있다. 상기 카메라 모듈(1000)은 TOF(Time of flight) 카메라일 수 있다.
상기 제 2 카메라 모듈(1010)은 이미지 촬영 기능을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 2 카메라 모듈(1000)은 자동 초점(Auto focus), 줌(zoom) 기능 및 OIS 기능 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제 2 카메라 모듈(1010)은 촬영 모드 또는 화상 통화 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지 영상 또는 동셩상의 화상 프레임을 처리할 수 있다. 처리된 화상 프레임은 소정의 디스플레이부에 표시될 수 있으며 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만 상기 이동 단말기(1500)의 전면에도 카메라가 배치될 수 있다.
상기 이동 단말기(1500)의 후면에는 플래시 모듈(1530)이 배치될 수 있다. 상기 플래시 모듈(1530)은 내부에 광을 발광하는 발광소자를 포함할 수 있다. 상기 플래쉬 모듈(1530)은 이동 단말기의 카메라 작동 또는 사용자의 제어에 의해 작동될 수 있다.
이에 따라, 사용자는 상기 이동 단말기(1500)를 이용하여 객체를 촬영 및 디스플레이할 수 있다. 또한, 사용자는 상기 제 1 카메라 모듈(1000)을 이용하여 상기 객체의 깊이 정보를 효과적으로 파악할 수 있다.
또한, 도 14를 참조하면, 실시예에 따른 카메라 모듈(1000)은 차량(3000)에 적용될 수 있다.
실시예에 따른 차량(3000)은, 동력원에 의해 회전하는 바퀴(13FL, 13FR), 소정의 센서를 구비할 수 있다. 상기 센서는 카메라 센서(2000)를 포함할 수 있고, 상기 카메라 센서(2000)는 상술한 카메라 모듈(1000)을 포함하는 카메라 센서일 수 있다.
실시예에 따른 차량(3000)은, 전방 영상 또는 주변 영상을 촬영하는 카메라 센서(2000)를 통해 영상 정보 및 깊이 정보를 획득할 수 있고, 영상 및 깊이 정보를 이용하여 차선 미식별 상황을 판단하고 미식별시 가상 차선을 생성할 수 있다.
예를 들어, 카메라 센서(2000)는 차량(3000)의 전방을 촬영하여 전방 영상을 획득하고, 프로세서(미도시)는 이러한 전방 영상에 포함된 객체를 분석하여 영상 정보를 획득할 수 있다.
예를 들어, 카메라 센서(2000)가 촬영한 영상에 차선, 인접차량, 주행 방해물, 및 간접도로 표시물에 해당하는 중앙 분리대, 연석, 가로수 등의 객체를 촬영할 경우, 프로세서는 이러한 객체의 영상 정보뿐만 아니라 깊이 정보를 검출할 수 있다. 즉, 실시예는 차량(3000)의 탑승자에게 객체에 대한 보다 구체적이고 정확한 정보를 제공할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 광원;
    이미지 센서;
    상기 광원 상에 배치되는 광학 부재;
    상기 광학 부재 상에 배치되는 제1 렌즈부; 및
    상기 광학 부재를 광축에 수직한 제1 축 또는 제2 축으로 틸트시키는 제1 구동 부재를 포함하고,
    상기 광학 부재는 상기 광원 및 상기 제1 렌즈부 사이에서 소정의 각도 범위 내에서 틸트 가능하게 배치되는 카메라 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈부를 통해 방출된 광은 면 패턴 또는 복수의 점 패턴 중 선택되는 패턴의 광을 형성하는 카메라 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈부를 통해 방출된 광은 복수의 점 패턴의 광을 형성하고,
    상기 광원 및 상기 제1 렌즈부를 포함하는 발광부는 단위 시간당 복수의 프레임으로 객체에 광을 조사하며, 상기 복수의 프레임 중 선택되는 하나의 프레임 주기로 정의되는 노출 주기를 포함하고,
    상기 제1 구동 부재는 하나의 구동 주기로 상기 광학 부재를 틸트시키고,
    상기 제1 구동 부재의 구동 주기는 상기 발광부의 노출 주기보다 짧거나 같은 카메라 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 광학 부재가 틸트되지 않을 경우 상기 복수의 점 패턴은 제1 위치로 정의되는 기준 위치에 위치하고,
    상기 발광부는 상기 단위 시간동안 서로 다른 방향으로 n번 틸트하는 상기 광학 부재에 의해 상기 단위 시간동안 상기 복수의 점 패턴을 상기 제1 위치와 다른 n개의 위치로 이동시키는 카메라 모듈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 복수의 점 패턴은 상기 제1 위치를 시작점으로 선형, 원형 또는 나선형의 형태로 이동하는 카메라 모듈.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 부재의 굴절률은 공기(air)보다 큰 카메라 모듈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈부를 상기 광원 상에서 이동시키는 제2 구동 부재를 더 포함하고,
    상기 제1 렌즈부는 상기 제2 구동 부재에 의해 상기 광원의 광축을 따라 이동하는 카메라 모듈.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 구동 부재는 상기 제1 렌즈부와 상기 광원 사이의 간격을 제어하여 객체에 조사되는 광 패턴의 형상을 면 또는 점으로 조정하는 카메라 모듈.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 광원은 수직 캐비티 표면 방출 레이저를 포함하고,
    상기 수직 캐비티 표면 방출 레이저는 복수의 어퍼쳐(aperture)를 포함하는 카메라 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 광학 부재의 틸트에 의해 상기 어퍼쳐에서 방출된 광은, 상기 제1 축 또는 상기 제2 축 방향으로 인접한 어퍼쳐들 사이 거리의 40% 내지 60% 거리만큼 이동하는 카메라 모듈.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서를 포함하는 수광부를 포함하고,
    상기 수광부는 상기 이미지 센서 상에 배치되는 제2 렌즈부를 포함하는 카메라 모듈.
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