KR20220000599A - 카메라 모듈 - Google Patents

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KR20220000599A
KR20220000599A KR1020200078434A KR20200078434A KR20220000599A KR 20220000599 A KR20220000599 A KR 20220000599A KR 1020200078434 A KR1020200078434 A KR 1020200078434A KR 20200078434 A KR20200078434 A KR 20200078434A KR 20220000599 A KR20220000599 A KR 20220000599A
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김철
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 광원; 상기 광원에서 출력되는 광을 면 형태 또는 복수의 점 형태로 변환하여 출력하는 광학부; 및 이미지 센서;를 포함하고, 상기 광원은 주기적으로 온(on)/오프(off)되고, 상기 광학부는 상기 광원이 온(on)될 때 제1 위치에 위치하도록 이동하고, 상기 광학부는 상기 광원이 오프(off)될 때 초기위치로 이동하는 카메라 모듈을 개시한다.

Description

카메라 모듈{CAMERA MODULE}
실시예는 카메라 모듈에 관한 것이다.
3 차원 콘텐츠는 게임, 문화뿐만 아니라 교육, 제조, 자율주행 등 많은 분야에서 적용되고 있으며, 3차원 콘텐츠를 획득하기 위하여 깊이 정보(Depth Map)가 필요하다. 깊이 정보는 공간 상의 거리를 나타내는 정보이며, 2차원 영상의 한 지점에 대하여 다른 지점의 원근 정보를 나타낸다. 깊이 정보를 획득하는 방법으로, IR(Infrared) 구조광을 객체에 투사하는 방식, 스테레오 카메라를 이용하는 방식, TOF(Time of Flight) 방식 등이 이용되고 있다.
이러한 TOF 방식이나 구조광 방식의 경우 적외선 파장 영역의 빛을 이용하고 있는데, 최근에는 적외선 파장 영역의 특징을 이용하여 생체 인증에 이용하고자 하는 시도가 있다. 예를 들어, 손가락 등에 퍼진 정맥의 모양은 태아 때부터 일생 동안 변하지 않고, 사람마다 다르다고 알려져 있다. 이에 따라, 적외선 광원이 탑재된 카메라 장치를 이용하여 정맥 패턴을 식별할 수 있다. 이를 위하여, 손가락을 촬영한 후, 손가락의 색과 형상을 기반으로 배경을 제거하여 각 손가락을 검출할 수 있으며, 검출된 각 손가락의 색 정보로부터 각 손가락의 정맥 패턴을 추출할 수 있다. 즉, 손가락의 평균 색깔, 손가락에 분포된 정맥의 색깔, 및 손가락에 있는 주름의 색깔은 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 손가락에 분포된 정맥의 색깔은 손가락의 평균 색깔에 비하여 적색이 약할 수 있으며, 손가락에 있는 주름의 색깔은 손가락의 평균 색깔에 비하여 어두울 수 있다. 이러한 특징을 이용하여 픽셀 별로 정맥에 근사한 값을 계산할 수 있으며, 계산한 결과를 이용하여 정맥 패턴을 추출할 수 있다. 그리고, 추출된 각 손가락의 정맥 패턴과 미리 등록된 데이터를 대비하여 개인을 식별할 수 있다.
다만, 출력되는 광신호의 패턴을 거리에 따라 변형시키는 경우, 사람의 안구 등을 손상시키는 문제가 존재한다. 또한, 에너지 효율이 저하되는 문제가 존재한다.
실시예는 광신호의 형태를 변형하는 구동부를 포함하는 카메라 장치를 제공하기 위한 것이다.
실시예는 렌즈와 렌즈 모듈의 손상 등의 이상을 용이하게 감지하여 인체 등이 광신호의 에너지에 의해 손상을 입는 것을 방지하는 카메라 모듈을 제공한다.
실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 광원; 상기 광원에서 출력되는 광을 면 형태 또는 복수의 점 형태로 변환하여 출력하는 광학부; 및 이미지 센서;를 포함하고, 상기 광원은 주기적으로 온(on)/오프(off)되고, 상기 광학부는 상기 광원이 온(on)될 때 제1 위치에 위치하도록 이동하고, 상기 광학부는 상기 광원이 오프(off)될 때 초기위치로 이동한다.
상기 광학부는 광원이 온(on) 되기 소정의 시간 전에 초기위치에서 제1 위치를 향하여 이동할 수 있다.
상기 광학부가 상기 초기위치에 위치할 때, 상기 광학부는 상기 광을 상기 면 형태와 상기 복수의 점 형태 중 어느 하나로 출력하고, 상기 광학부가 제1 위치에 위치할 때, 상기 광학부는 상기 광을 상기 면 형태와 상기 복수의 점 형태 중 다른 하나로 출력할 수 있다.
상기 광학부는 상기 초기위치와 상기 제1 위치 중 어느 하나의 위치에 있는 경우, 상기 광학부와 상기 광원 간의 거리는 상기 광학부의 후방초점거리와 같을 수 있다.
상기 제1 위치는 제1-A 위치 및 제1-B 위치를 포함하고, 상기 광학부는 상기 제1-A 위치에 위치할 때, 상기 광을 상기 복수의 점 형태로 출력하고, 상기 광학부는 상기 제1-B 위치에 위치할 때, 상기 광을 상기 면 형태로 출력할 수 있다.
상기 광원과 상기 제1-A 위치에서의 상기 광학부 사이의 거리는 상기 광원과 상기 초기위치에서의 상기 광학부 사이의 거리보다 작고, 상기 광원과 상기 제1-B 위치에서의 상기 광학부 사이의 거리는 상기 광원과 상기 초기위치에서의 상기 광학부 사이의 거리보다 클 수 있다.
상기 초기위치와 상기 제1-A 위치 사이의 거리는 상기 초기위치와 상기 제1-B 위치 사이의 거리보다 작을 수 있다.
상기 광원과 상기 제1-A 위치에서의 상기 광학부 사이의 거리는 상기 광원과 초기위치에서의 상기 광학부 사이의 거리보다 크고, 상기 제1-B 위치에서의 상기 광원과 상기 광학부 사이의 거리는 상기 제1-A 위치에서의 상기 광원과 상기 광학부 사이의 거리보다 클 수 있다.
상기 제1-A 위치와 상기 초기위치 사이의 거리는 상기 제1-B 위치와 상기 초기위치 사이의 거리보다 작을 수 있다.
상기 광원과 상기 초기위치에서의 상기 광학부 사이의 거리는 상기 광원과 상기 제1-B 위치에서의 상기 광학부 사이의 거리보다 크고, 상기 제1-B 위치에서의 상기 광원과 상기 광학부 사이의 거리는 상기 제1-A 위치에서의 상기 광원과 상기 광학부 사이의 거리보다 클 수 있다.
상기 광학부를 상하 이동시키는 구동부; 및 상기 광원이 상기 광을 출력하도록 제어하는 광조사 신호와, 상기 광학부의 이동을 위해 상기 구동부로 출력되는 구동신호를 출력하는 제어부;를 더 포함하고, 상기 구동신호는 상기 광조사 신호의 출력 이전에 출력되어 상기 광학부가 상기 광원의 온(on) 상태가 되기 이전에 상기 제1 위치로 이동할 수 있다.
상기 광원의 오프(off) 상태가 된 이후에 상기 광학부가 초기상태로 이동할 수 있다.
상기 광조사 신호는 프레임 주기를 가질 수 있다.
상기 이미지 센서는 노출신호에 따라 노출(exposure)을 수행할 수 있다.
상기 구동신호는 상기 노출신호와 적어도 일부 중첩되고, 상기 구동신호는 상기 노출신호가 오프(off) 된 이후 소정의 시간 이후에 온(on)될 수 있다.
상기 구동신호는 상기 광조사 신호의 온(on) 이전에 온(on)되는 제1 구간, 상기 광조사 신호의 온(on) 구간과 중첩되는 제2 구간을 포함할 수 있다,.
상기 제1 구간은 유휴 구간과 중첩될 수 있다.
상기 제1 구간의 길이는 상기 면 형태 또는 상기 점 형태에 대응하여 조절될 수 있다.
상기 구동신호는 상기 면 형태에 대응하는 극성과 상기 점 형태에 대응하는 극성이 서로 반대일 수 있다.
실시예에 따른 카메라 모듈은 광원; 상기 광원 상에 배치되는 광학부; 및 이미지 센서;를 포함하고, 상기 광원은 광조사 신호에 의해 제어되고, 상기 광학부는 상기 광조사 신호가 온될 때 특정 위치로 위치하도록 이동하고, 상기 광조사 신호가 오프될 때, 초기 위치로 이동한다.
상기 광학부는 구동신호에 의해 이동하고, 상기 광조사 신호는 프레임 주기를 갖고, 상기 구동신호는 상기 광조사 신호의 온(on) 이전에 온(on)되는 제1 구간, 상기 광조사 신호의 온(on) 구간과 중첩되는 제2 구간을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 구동 방법은 광원의 온(on)/오프(off)를 제어하는 광조사 신호를 송신하는 단계; 및 상기 광조사 신호에 의해 상기 광원이 온(on)될 때 광학부를 제1 위치로 이동하고, 상기 광원이 오프(off)될 때 초기위치로 이동하는 구동신호를 출력하는 단계;를 포함하고, 상기 광학부는 상기 광원에서 출력되는 광을 면 형태 또는 복수의 점 형태로 변환하여 출력한다.
실시예에 따른 카메라 모듈은 광원; 상기 광원의 출력을 제어하는 광제어부; 상기 광원에서 출력되는 광 경로에 배치되는 광학부; 상기 광학부의 위치를 제어하는 구동제어부; 복수 개의 픽셀을 포함하는 이미지 센서; 및 제어부를 포함하고, 상기 이미지 센서는 상기 픽셀의 노출 주기에 대응하는 트리거 신호를 출력하고, 상기 제어부는 상기 트리거 신호를 수신하여 상기 구동제어부로 구동신호를 출력하고, 상기 구동제어부는 상기 구동신호의 온(on) 또는 오프(off)에 따라 상기 광학부의 위치를 초기위치 또는 제1위치로 이동시키고, 상기 구동신호는 상기 트리거 신호가 오프(off)된 이후에 온(on)되고, 상기 구동신호는 상기 트리거 신호가 오프(off)에서 온(on)된 이후에도 온(on)으로 유지되고, 상기 구동신호는 상기 트리거 신호가 온(on)에서 오프(off)로 변할 때 또는 오프(off)된 이후에 오프(off)된다.
실시예에 따르면, 객체와의 거리, 해상도 등 다양한 변수에 따라 광 또는 광신호의 광패턴을 변경함으로써 다양한 어플리케이션의 요구에 따라 유연하게 구동될 수 있다.
또한, 실시예에 따르면 렌즈와 렌즈 모듈의 손상 등의 이상을 용이하게 감지하여 인체 등이 광신호의 에너지에 의해 손상을 입는 것을 방지할 수 있다.
실시예에 따르면, 소비 전력을 줄일 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 실시예에 따른 카메라 모듈의 사시도이고,
도 2는 도 1에서 AA'로 절단된 단면도이고,
도 3은 실시예에 따른 카메라 모듈의 분해 사시도이고,
도 4는 실시예에 따른 발광부의 하우징을 도시한 도면이고,
도 5는 실시예에 따른 발광부의 제1 광학부 및 제1 렌즈 배럴을 도시한 도면이고,
도 6은 실시예에 따른 발광부의 구동 마그넷부 및 구동 코일부을 도시한 도면이고,
도 7은 실시예에 따른 발광부의 탄성부의 결합을 나타낸 도면이고,
도 8은 실시예에 따른 발광부의 제1 탄성부재를 도시한 도면이고,
도 9는 실시예에 따른 발광부의 제2 탄성부재를 도시한 도면이고,
도 10은 실시예에 따른 발광부의 측면 기판의 일측을 도시한 도면이고,
도 11은 실시예에 따른 발광부의 측면 기판의 타측을 도시한 도면이고,
도 12는 실시예에 따른 카메라 모듈의 베이스를 도시한 도면이고,
도 13은 실시예에 따른 수광부의 제2 광학부 및 제2 렌즈 배럴을 도시한 도면이고,
도 14는 실시예에 따른 카메라 모듈의 커버를 도시한 도면이고,
도 15는 실시예에 따른 발광부에서 제1 광학부 및 제1 렌즈 모듈의 이동을 설명하는 도면이고,
도 16은 제1 광학부 및 제1 렌즈 모듈의 이동에 따른 광신호 형태를 설명하는 도면이고,
도 17은 제1 광학부 및 제1 렌즈 모듈의 이동에 따른 수광부의 이미지의 예를 도시한 도면이고,
도 18는 실시예에 따른 센서에서 전기 신호 생성 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 19은 실시예에 따른 센서를 설명하기 위한 도면이고,
도 20는 실시예에 따른 센서에서 1 프레임을 생성하는 타이밍도이고,
도 21는 다른 실시예에 따른 센서에서 거리 영상을 생성하는 1 프레임 주기의 타이밍도이고
도 22은 도 21에서 프레임 주기 내의 노출 주기 별 전기 신호를 생성하는 타이밍도이고,
도 23은 도 21에서 노출 주기(PL1)에서 타이밍도이고,
도 24은 도 21에서 노출 주기(PL2)에서 타이밍도이고,
도 25는 도 21에서 노출 주기(PL3)에서 타이밍도이고,
도 26은 도 21에서 노출 주기(PL4)에서 타이밍도이고,
도 27a은 실시예에 따른 제어부의 구동을 설명하는 도면이고,
도 27b는 제1 실시예에 따른 광학부의 이동을 설명하는 도면이고,
도 27c는 제2 실시예에 따른 광학부의 이동을 설명하는 도면이고,
도 27d는 제3 실시예에 따른 광학부의 이동을 설명하는 도면이고,
도 27e는 제4 실시예에 따른 광학부의 이동을 설명하는 도면이고,
도 27f는 제5 실시예에 따른 광학부의 이동을 설명하는 도면이고,
도 27g는 실시예에 따른 카메라 모듈의 블록도이고,
도 28은 제1 실시예에 따른 제어부의 구동을 설명하는 도면이고,
도 29는 면 형태 또는 점 형태를 제공하기 위한 구동신호의 조절을 설명하는 도면이고,
도 30은 면 형태 또는 점 형태를 제공하기 위한 구동신호의 제1 예를 설명하는 도면이고,
도 31은 면 형태 또는 점 형태를 제공하기 위한 구동신호의 제2 예를 설명하는 도면이고,
도 32는 제2 실시예에 따른 제어부의 구동을 설명하는 도면이고,
도 33은 제3 실시예에 따른 제어부의 구동을 설명하는 도면이고,
도 34는 실시예에 따른 카메라 모듈을 포함하는 광학기기를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시예들간 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, C 중 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 실시예의 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 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 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.
이하에서는 본 실시예에 따른 광학기기를 설명한다.
광학기기는 핸드폰, 휴대폰, 스마트폰(smart phone), 휴대용 스마트 기기, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player) 및 네비게이션 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 다만, 광학기기의 종류가 이에 제한되는 것은 아니며 영상 또는 사진을 촬영하기 위한 어떠한 장치도 광학기기에 포함될 수 있다.
광학기기는 본체를 포함할 수 있다. 본체는 바(bar) 형태일 수 있다. 또는, 본체는 2개 이상의 서브 몸체(sub-body)들이 상대 이동 가능하게 결합하는 슬라이드 타입, 폴더 타입, 스윙(swing) 타입, 스위블(swirl) 타입 등 다양한 구조일 수 있다. 본체는 외관을 이루는 케이스(케이싱, 하우징, 커버)를 포함할 수 있다. 예컨대, 본체는 프론트 케이스와 리어(rear) 케이스를 포함할 수 있다. 프론트 케이스와 리어 케이스의 사이에 형성된 공간에는 광학기기의 각종 전자 부품이 내장될 수 있다.
광학기기는 디스플레이를 포함할 수 있다. 디스플레이는 광학기기의 본체의 일면에 배치될 수 있다. 디스플레이는 영상을 출력할 수 있다. 디스플레이는 카메라에서 촬영된 영상을 출력할 수 있다.
광학기기는 카메라를 포함할 수 있다. 카메라는 ToF(Time of Flight) 카메라 장치를 포함할 수 있다. ToF 카메라 장치는 광학기기의 본체의 전면에 배치될 수 있다. 이 경우, ToF 카메라 장치는 광학기기의 보안인증을 위한 사용자의 얼굴인식, 홍채인식 등 다양한 방식의 생체인식에 사용될 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 ToF 카메라 장치의 구성을 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 카메라 모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1에서 AA'로 절단된 단면도이고, 도 3은 실시예에 따른 카메라 모듈의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 카메라 모듈(10)은 발광부(1), 수광부(2), 커넥트부(3), 메인 기판(4), 연장 기판(5), 연결 기판(6) 및 커넥터(7)를 포함할 수 있다. 그리고 실시예에 따른 카메라 모듈(10)은 제어부(CT)를 포함할 수 있다. 제어부(CT)는 발광부(1), 수광부(2), 커넥트부(3), 메인 기판(4) 중 어느 하나에 위치할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 카메라 모듈은 발광부(1) 및 수광부(2) 중 어느 하나만을 갖는 개념일 수 있다. 또는 카메라 모듈은 발광부(1) 및 수광부(2) 중 어느 하나와 전기적으로 연결된 기판(예로, 메인 기판(4))을 포함하는 개념일 수 있다.
먼저, 발광부(1)는 발광모듈, 발광유닛, 발광어셈블리 또는 발광장치일 수 있다. 발광부(1)는 광 또는 광신호를 생성한 후 객체에 조사할 수 있다. 이하에서, 광 또는 광신호를 혼용하여 사용한다. 이때, 발광부(1)는 펄스파(pulse wave)의 형태나 지속파(continuous wave)의 형태로 광신호를 생성하여 출력할 수 있다. 지속파는 사인파(sinusoid wave)나 사각파(squared wave)의 형태일 수 있다.
그리고 광신호를 펄스파나 지속파 형태로 생성함으로써, 예컨대, ToF 카메라 장치는 발광부(1)로부터 출력된 광신호와 광신호가 객체(O)로부터 반사된 후 ToF 카메라 장치의 수광부(2)로 입력된 입력광 사이의 위상 차를 검출할 수 있다. 본 명세서에서, 출력광은 발광부(1)로부터 출력되어 객체(O)에 입사되는 광신호를 의미하고, 입력광 또는 반사광은 발광부(1)로부터 출력되어 객체(O)에 도달하여 객체(O)로부터 반사된 후 ToF 카메라 장치로 입력되는 광신호를 의미할 수 있다. 또한, 객체(O)의 입장에서 출력광은 입사광이 될 수 있고, 입력광은 반사광이 될 수 있다.
발광부(1)는 생성된 광신호를 소정의 노출주기(integration time) 동안 객체(O)에 조사한다. 여기서, 노출주기란 1개의 프레임 주기를 의미한다. 복수의 프레임을 생성하는 경우, 설정된 노출주기가 반복된다. 예를 들어, ToF 카메라 장치가 20 FPS로 객체를 촬영하는 경우, 노출주기는 1/20[sec]가 된다. 그리고 100개의 프레임을 생성하는 경우, 노출주기는 100번 반복될 수 있다. 이에 광원도 프레임 주기로 출사될 수 있다.
또한, 발광부(1)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 광신호를 생성할 수 있다. 발광부(1)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 광신호를 순차적으로 반복하여 생성할 수 있다. 또는, 발광부(1)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 광신호를 동시에 생성할 수도 있다.
발광부(1)는 광원(LS)을 포함할 수 있다. 광원(LS)은 빛을 생성할 수 있다. 광원(LS)은 빛을 출력할 수 있다. 광원(LS)은 빛을 조사할 수 있다. 광원(LS)이 생성하는 빛은 파장이 770㎚ 내지 3000㎚인 적외선 일 수 있다. 또는 광원(LS)이 생성하는 빛은 파장이 380㎚ 내지 770㎚인 가시광선 일 수 있다. 광원(LS)은 광을 생성하여 출력하는 다양한 소자를 모두 포함할 수 있다. 예컨대, 광원(LS)은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED), 수직 공진 표면 발광 레이저 (VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원(LS)이 수직 공진 표면 발광 레이저인 경우, 복수 개의 이미터가 광축에 수직한 평면에 가로 또는 세로 방향으로 배치된 형태로 이루어질 수 있다. 나아가, 점 형태로 광이 출력되는 경우, 이러한 점 형태는 이미터가 배열된 형태와 대응할 수 있다. 예컨대, 이미터가 3X3(가로X세로)인 경우, 점 형태의 광도 3X3일 수 있다.
또한, 광원(LS)은 일정한 패턴에 따라 배열된 형태의 복수의 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 광원(LS)은 유기 발광 다이오드(Organic light emitting diode, OLED)나 레이저 다이오드(Laser diode, LD)를 포함할 수 있다.
발광부(1)는 빛을 변조하는 광변조부를 포함할 수 있다. 광원(LS)은 일정 시간 간격으로 점멸(on/off)을 반복하여 펄스파 형태나 지속파 형태의 광신호를 생성할 수 있다. 일정 시간 간격은 광신호의 주파수일 수 있다. 광원(LS)의 점멸은 광변조부에 의해 제어될 수 있다. 광변조부는 광원(LS)의 점멸을 제어하여 광원(LS)이 지속파나 펄스파 형태의 광신호를 생성하도록 제어할 수 있다. 광변조부는 주파수 변조(frequency modulation)나 펄스 변조(pulse modulation) 등을 통해 광원(LS)이 지속파나 펄스파 형태의 광신호를 생성하도록 제어할 수 있다. 광변조부는 제어부 내에 위치할 수 있다. 이에, 후술하는 바와 같이 제어부는 광변조부를 제어하여 광원에 의한 광신호의 출력을 차단(off 또는 꺼진) 또는 제공(on)할 수 있음을 이해해야 한다.
발광부(1)는 디퓨져(미도시됨)를 포함할 수 있다. 디퓨져(미도시됨)는 디퓨져 렌즈일 수 있다. 디퓨져(미도시됨)는 광원(LS)의 전방에 배치될 수 있다. 광원(LS)으로부터 출사된 광은 디퓨져(미도시됨)를 통과하여 객체(O)에 입사될 수 있다. 디퓨져(미도시됨)는 광원(LS)으로부터 출사되는 광의 경로를 변경할 수 있다. 디퓨져(미도시됨)는 광원(LS)으로부터 출사되는 광을 확산할 수 있다. 디퓨져(미도시됨)는 후술하는 제1 광학부 내에 위치할 수도 있다.
구체적으로, 발광부(1)는 상술한 광원(LS), 하우징(110), 제1 광학부(120), 제1 렌즈 배럴(130), 구동 마그넷부(140)와 구동 코일부(150)를 포함하는 구동부, 탄성부(160), 측면 기판(170), 위치 센서(180)를 포함할 수 있다.
먼저, 하우징(110)은 후술하는 커버(400) 내측에 위치할 수 있다. 하우징(110)은 후술하는 제1 렌즈 배럴(130), 측면 기판(170), 구동 코일부(150), 탄성부(160)와 결합할 수 있다.
하우징(110)은 내부에 개구된 배럴 수용부를 포함할 수 있다. 배럴 수용부에는 상술한 제1 렌즈 배럴(130) 및 구동 코일부(150)가 위치할 수 있다.
제1 광학부(120)는 하우징(110) 내에 위치할 수 있다. 제1 광학부(120)는 후술하는 제1 렌즈 배럴(130)에 의해 홀딩(holding)되고, 제1 렌즈 배럴(130)을 통해 하우징(110)과 결합할 수 있다.
제1 광학부(120)는 복수 개의 광학 요소 또는 렌즈로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 광학부(120)는 복수 개의 렌즈로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 광학부(120)는 콜리메이터 렌즈(collimator lens)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 콜리메이터 렌즈는 복수 개의 렌즈로 구성될 수 있으며, 60도 내지 120도의 화각(FoI)을 가질 수 있다. 이러한 콜리메이터 렌즈는 광원에서 출력되는 광의 발산각을 낮춰줄 수 있다. 광원인 수직 공진 표면 발광 레이저(VCESL)의 각 어퍼처의 레이저 발산각이 20도 내지 25도인 경우 콜리메이터 렌즈를 통과한 광의 발산각이 1도 이하일 수 있다.
그리고 제1 광학부(120)는 광원(LS)으로부터 출력된 광신호를 기 설정된 복제 패턴에 따라 복제할 수 있다. 이에, 제1 광학부(120)는 회절광학소자(diffractive optical element, DOE)나 디퓨져 렌즈(diffuser lens)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 광학부(120)는 마이크로 스케일(micro scale)이나 나노 스케일(nano scale)의 구조를 갖는 광학부재를 포함할 수 있다.
광원(LS)으로부터 객체를 향해 출사하는 광신호(출력광)가 제1 렌즈 배럴(130)을 통과할 수 있다. 제1 렌즈 배럴(130)의 광축과 광원(LS)의 광축은 얼라인(align)될 수 있다. 또한, 제1 렌즈 배럴(130)은 하우징(110)과 결합될 수 있다. 그리고 제1 렌즈 배럴(130)은 하우징(110)에 고정될 수 있다. 제1 렌즈 배럴(130)은 복수의 광학 요소로 이루어진 제1 광학부(120)를 홀딩(holding)할 수 있다.
제1 렌즈 배럴(130)은 제1 광학부(120)가 안착하는 렌즈 수용부(131)를 포함할 수 있다. 제1 렌즈 배럴(130)은 후술하는 바와 같이 보이스 코일 모터 등에 의하여 상하 등으로 이동될 수 있다. 즉, 제1 렌즈 배럴(130)은 보이스 코일 모터 등인 엑추에이터(actuator)에 의해 광축 방향을 따라 상하 이동할 수 있다. 이로써, 후술하는 바와 같이 광원에서 발생된 광이 제1 렌즈 배럴(130)을 지나면서 면 형태 또는 점 형태로 바뀔 수 있다. 그리고 제1 렌즈 배럴(130)은 구동 마그넷부가 안착하는 마그넷 안착홈(132)을 포함할 수 있다.
또한, 렌즈 수용부(131)의 측면에는 제1 광학부(120)와의 결합을 위해 나사산 구조가 형성될 수 있다. 이에, 제1 광학부(120)는 후술하는 구동부에 의해 제1 렌즈 배럴(130)과 함께 하우징(110) 내에서 상하 이동할 수 있다.
또한, 측면 기판(170)은 하우징(110)과 결합할 수 있다. 측면 기판(170)은 하우징(110)의 측면에 위치하는 기판홈(112)에 위치할 수 있다. 또한, 측면 기판(170)은 메인 기판(4)과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 구동부는 구동 마그넷부(140)와 구동 코일부(150)를 포함할 수 있다.
구동 마그넷부(140)는 복수 개의 마그넷을 포함할 수 있다. 복수 개의 마그넷은 제1 렌즈 배럴(130)의 측면에 위치한 마그넷 안착홈(132)에 위치할 수 있다
구동 마그넷부(140)는 후술하는 구동 코일부(150)와 전자기적 상호작용에 의해 제1 렌즈 배럴(130) 및 제1 광학부(120)를 하우징(110)에 대해 상하 이동할 수 있다. 이에 따라, 하부의 광원(LS)으로부터 제1 광학부(120) 및 제1 렌즈 배럴(130)까지의 이격 거리가 증가 또는 감소될 수 있다. 그리고 상술한 이격 거리에 따라 출력광이 객체에 대해 면 형태(또는 면 광원) 또는 점 형태(또는 점 광원)의 광원 형태를 가질 수 있다.
구동 코일부(150)는 복수 개의 코일을 포함하며, 하우징(110)의 측면에 위치할 수 있다. 구동 코일부(150)는 구동 마그넷부(140)와 대향하여 위치할 수 있다. 이에, 구동 코일부(150)로 전류가 주입되면 구동 코일부(150)와 구동 마그넷부(140) 간의 전자기적 상호 작용(예컨대, 로렌츠의 힘)으로 제1 렌즈 배럴(130)이 이동할 수 있다.
구동 코일부(150)는 하우징(110)의 측면에 형성된 각 코일 안착부(114)에 위치할 수 있다. 구동 코일부(150)는 측면 기판(170)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 구동 코일부(150)는 측면 기판(170)과 와이어 등을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고 측면 기판(170)은 상술한 바와 같이 하우징(110)과 결합하므로, 구동 코일부(150)도 하우징(110)의 측면에 형성된 코일 안착부(114) 내에 안착하여 하우징과 결합할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
탄성부(160)는 하우징(110) 상에 배치될 수 있다. 탄성부(160)는 제1 렌즈 배럴(130) 및 하우징(110)과 결합할 수 있다. 하우징(110)은 메인 기판(4) 또는 후술하는 베이스(200)와 결합되어 고정될 수 있다. 이와 달리, 제1 렌즈 배럴(130)은 상술한 로렌츠의 힘에 의해 하우징(110)에 대해 상하로 이동할 수 있다. 탄성부(160)는 이러한 제1 렌즈 배럴(130) 또는 제1 광학부(120)의 상하 이동에 대해 예압을 제공할 수 있다. 이에 따라, 구동부에 의한 로렌츠의 힘이 발생하지 않는 경우 제1 렌즈 배럴(130)은 하우징(110)에 대해 소정의 위치를 유지할 수 있다. 또한, 구동부에 의한 로렌츠의 힘이 발생하는 경우에도 제1 렌즈 배럴(130)과 하우징(110) 간의 위치 관계를 일정 범위로 유지하므로 카메라 모듈의 신뢰성이 개선될 수 있다.
위치 센서(180)는 측면 기판(170)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 위치 센서(180)는 측면 기판(170) 상에 위치할 수 있다. 그리고 위치 센서(180)는 상술한 구동 마그넷부(140)와 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
위치 센서(180)는 홀 센서 또는 홀 IC를 포함할 수 있다. 위치 센서(180)는 구동 마그넷부(140)의 자기력을 감지할 수 있다.
실시예에 따른 위치 센서(180)는 구동 마그넷부로부터의 자기장 세기를 감지하여 제1 렌즈 배럴(130) 또는 제1 광학부(120)의 광원(LS)에 대한 위치 정보를 출력할 수 있다. 이에 따라, 제어부는 위치 센서(180)의 위치 정보를 바탕으로 제1 광학부(120) 또는 제1 렌즈 배럴(130)의 결함을 판단하고 판단한 결과에 대응하여 광원(LS)의 출력을 제어(on/off)할 수 있다.
실시예로, 위치 센서(180)는 복수의 위치 센서를 포함할 수 있다. 위치 센서(180)는 2개의 센서를 포함할 수 있다. 위치 센서(180)는 광축 방향으로의 제1 렌즈 배럴(130) 및 제1 광학부(120)의 이동을 감지할 수 있다. 본 명세서에서, Z축 방향은 제3 방향으로 광축 방향 또는 수직 방향이다. 그리고 X축 방향은 Z축 방향에 수직한 방향이며 실시예에서 발광부에서 수광부를 향한 방향으로 제1 방향이다. 그리고 Y축 방향은 X축 방향과 Z축 방향에 수직한 방향이며 제2 방향이다. 이를 기준으로 이하 설명한다.
수광부(2)는 수광모듈, 수광유닛, 수광어셈블리 또는 수광장치일 수 있으며, 카메라 모듈의 일 구성요소일 수 있다. 이러한 수광부(2)는 발광부(1)로부터 출사되어 객체로부터 반사된 광(반사광)을 수신하고, 수신된 광을 전기 신호로 변환할 수 있다.
수광부(2)는 발광부(1)에서 출력된 광신호에 대응하는 입력광을 생성할 수 있다. 수광부(2)는 발광부(1)와 나란히 배치될 수 있다. 수광부(2)는 발광부(1) 옆에 배치될 수 있다. 수광부(2)는 발광부(1)와 같은 방향으로 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 수광부(2)에서는 입력광의 수신 효율이 개선될 수 있다.
수광부(2)는 반사광을 노출주기 동안 수신하고 이에 대한 전기신호를 생성할 수 있다. 실시예로, 카메라 모듈은 수광부(2)를 통해 직접(direct) 거리 측정 또는 비직접(indirect) 거리 측정을 수행할 수 있다.
먼저, 직접 거리 측정의 경우, 카메라 모듈은 반사광의 수신 시점과 출력광의 출력시점의 시간차를 통해 객체에 대한 거리를 측정할 수 있다.
그리고 비직접 거리 측정의 경우, 카메라 모듈은 출력광에 대해 동기화되고 위상이 상이한 참조신호와 반사광 간의 합성을 통해 객체에 대한 거리를 측정할 수 있다.
직접 거리 측정은 비직접 거리 측정 대비 원거리 측정이 용이하며, 스위칭속도가 나노초로 측정속도가 상대적으로 빠를 수 있고, 복수의 에코(echoes)에 강하다. 이에 대비하여 비직접 거리 측정은 직접 거리 측정 대비 스위칭 속도가 느리나 근거리 측정이 용이하며 다수픽셀에 적용가능하며 거리측정을 위한 데이터 볼륨이 적은 이점이 있다.
실시예에 다른 카메라 모듈은 상술한 직접 비행거리시간측정(direct-TOF)(또는 직접 거리 측정에 대응) 또는 비직접 비행거리시간측정(indirect-TOF)(또는 비직접 거리 측정에 대응)을 수행할 수 있다.
수광부(2)는 제2 렌즈 배럴(320), 제2 광학부(310) 및 이미지 센서(IS)를 포함할 수 있다.
제2 렌즈 배럴(320)은 후술하는 베이스(200)와 결합할 수 있다. 제2 렌즈 배럴(320)은 후술하는 베이스와 나사 결합 등으로 결합할 수 있다. 이에, 제2 렌즈 배럴(320)은 측면에 위치한 나사산을 포함할 수 있다. 제2 렌즈 배럴(320)은 제2 광학부(310)와 일체로 이루어질 수도 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 광학부(310)는 제2 렌즈 배럴(320)과 결합할 수 있다. 제2 광학부(310)는 제2 렌즈 배럴(320)을 통해 베이스(200)와 결합될 수 있다. 제2 광학부(310)는 제2 렌즈 배럴(320)과 다양한 결합 방식을 통해 결합될 수 있다. 제2 광학부(310)는 제2 렌즈 배럴(320)과 상술한 바와 같이 나사 결합을 통해 이루어질 수 있다.
제2 광학부(310)는 복수 개의 렌즈를 포함할 수 있다. 그리고 제2 광학부(310)는 하부의 이미지 센서(IS)와 정렬(align)될 수 있다. 이에, 제2 광학부(310)를 통과한 반사광이 이미지 센서(IS)로 수광될 수 있다.
이미지 센서(IS)는 반사광을 감지할 수 있다. 그리고 이미지 센서(IS)는 반사광을 감지하여 전기적 신호로 출력할 수 있다. 실시예로, 이미지 센서(IS)는 광원(LS)에서 출력하는 광의 파장에 대응하는 파장의 광을 감지할 수 있다. 예컨대, 이미지 센서(IS)는 적외선을 감지할 수 있다. 또는, 이미지 센서(IS)는 가시광선을 감지할 수 있다. 이러한 이미지 센서(IS)는 광을 센싱하는 다양한 이미지 센서를 포함할 수 있다.
실시예로, 이미지 센서(IS)는 제2 렌즈 배럴(320) 및 제2 광학부(310)를 통과한 광을 수신하여 광에 대응하는 전기 신호로 변환하는 픽셀 어레이, 픽셀 어레이에 포함된 복수의 픽셀을 구동하는 구동 회로 및 각 픽셀의 아날로그 픽셀 신호를 리드(read)하는 리드아웃회로를 포함할 수 있다. 리드아웃회로는 아날로그 픽셀 신호를 기준 신호와 비교하여 아날로그-디지털 변환을 통해 디지털 픽셀 신호(또는 영상 신호)를 생성할 수 있다. 여기서, 픽셀 어레이에 포함된 각 픽셀의 디지털 픽셀 신호는 영상 신호를 구성하며, 영상 신호는 프레임 단위로 전송됨에 따라 이미지 프레임으로 정의될 수 있다. 즉, 이미지 센서는 복수의 이미지 프레임을 출력할 수 있다.
나아가, 수광부(2)는 이미지 합성부를 더 포함할 수 있다. 이미지 합성부는 이미지 센서(IS)로부터 영상 신호를 수신하고, 영상 신호를 처리(예컨대, 보간, 프레임 합성 등)하는 이미지 프로세서를 포함할 수 있다. 특히, 이미지 합성부는 복수의 프레임의 영상 신호(저해상도)를 이용하여 하나의 프레임의 영상 신호(고해상도)로 합성할 수 있다. 즉, 이미지 합성부는 이미지 센서(IS)로부터 받은 영상 신호에 포함된 복수의 이미지 프레임을 합성하고, 합성된 결과를 합성 이미지로서 생성할 수 있다. 이미지 합성부에서 생성된 합성 이미지는 이미지 센서(IS)로부터 출력되는 복수의 이미지 프레임보다 높은 해상도를 가질 수 있다. 즉, 이미지 합성부는 슈퍼레졸루션(Super Resolution, SR) 기법을 통해 고해상도의 이미지를 생성할 수 있다. 복수의 이미지 프레임은 필터(F, F')의 이동에 의해 서로 다른 광 경로로 변경되어 생성된 이미지 프레임을 포함할 수 있다. 이러한 이미지 합성부는 수광부(2) 내에 또는 외부에 위치할 수 있다.
필터(F, F')는 베이스(200)에 결합될 수 있다. 필터(F, F')는 제1 렌즈 배럴(130)과 광원(LS) 사이에 또는 제2 렌즈 배럴(320)과 이미지 센서(IS) 사이에 배치될 수 있다. 이에, 필터(F, F')는 객체와 이미지 센서(IS) 사이의 광경로 또는 객체와 광원(LS) 사이의 광경로 상에 배치될 수 있다. 필터(F, F')는 소정 파장 범위를 갖는 광을 필터링할 수 있다.
필터(F, F')는 특정 파장의 광을 통과시킬 수 있다. 즉, 필터(F, F')는 특정 파장 외의 광을 반사 또는 흡수하여 차단할 수 있다. 예컨대, 필터(F, F')는 적외선을 통과시키고 적외선 이외의 파장의 광을 차단시킬 수 있다. 또는, 필터(F, F')는 가시광선을 통과시키고 가시광선 이외의 파장의 광을 차단시킬 수 있다. 필터(F, F')는 적외선 통과 필터(infrared rays band pass filter)일 수 있다. 이로써, 필터(F, F')는 적외선의 광만을 통과할 수 있다. 또는 광학 부재는 렌즈 모듈과 분리된 별도의 초점고정렌즈 또는 초점가변렌즈(ex: 액체렌즈) 일 수 있다.
또한, 필터(F, F')는 이동할 수 있다. 실시예로, 필터(F, F')는 틸팅(tilting)될 수 있다. 필터(F, F')가 틸팅되면, 광경로가 조절될 수 있다. 필터(F, F')가 틸팅되면 이미지 센서(IS)로 입사되는 광의 경로가 변경될 수 있다. 예컨대, 수광부(2)에서 필터(F')는 입사되는 광의 FOV(Field of View) 각도 또는 FOV의 방향 등을 변경시킬 수 있다. 또한, 실시예에서 필터(F, F')는 경사지게 틸팅 됨에 따라 빛이 들어오는 경로를 변경하여 고해상도 ToF(Time of Flight)가 가능하게 할 수 있다.
커버(400)는 브라켓일 수 있다. 커버(400)는 '커버 캔'을 포함할 수 있다. 커버(400)는 발광부(1) 및 수광부(2)를 감싸도록 배치될 수 있다. 커버(400)는 하우징(110) 및 베이스(200)에 결합될 수 있다. 커버(400)는 발광부(1) 및 수광부(2)를 수용할 수 있다. 이에, 커버(400)는 카메라 모듈의 최외측에 위치할 수 있다.
또한, 커버(400)는 비자성체일 수 있다. 또한, 커버(400)는 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 커버(400)는 금속의 판재로 형성될 수 있다.
커버(400)는 메인 기판(4)의 그라운드부와 연결될 수 있다. 이를 통해, 커버(400)는 그라운드될 수 있다. 그리고 커버(400)는 전자 방해 잡음(EMI, electromagnetic interference)을 차단할 수 있다. 이때, 커버(400)는 'EMI 쉴드캔'으로 호칭될 수 있다. 커버(400)는 최종적으로 조립되는 부품으로 제품을 외부의 충격에서부터 보호할 수 있다. 커버(400)는 두께가 얇으면서 강도가 높은 재질로 형성될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 카메라 모듈(10)에서 메인 기판(4)(PCB, Printed Circuit Board) 상에는 발광부(1)와 수광부(2)가 배치될 수 있다. 메인 기판(4)은 발광부(1) 및 수광부(2)와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 카메라 모듈(10)에서 커넥트부(3)는 메인 기판(4)과 전기적으로 연결될 수 있다. 커넥트부(3)는 광학기기의 구성과 연결될 수 있다. 커넥트부(3)는 광학기기의 구성과 연결되는 커넥터(7)를 포함할 수 있다. 커넥트부(3)에는 커넥터(7)가 배치되고 연결 기판(6)과 연결되는 연장 기판(5)을 포함할 수 있다. 연장 기판(5)은 PCB일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 카메라 모듈에서 연결 기판(6)은 메인 기판(4)과 커넥트부(3)의 연장 기판(5)을 연결할 수 있다. 연결 기판(6)은 연성을 가질 수 있다. 연결 기판(6)은 연성의 인쇄회로기판(FPCB, Flexible PCB)일 수 있다.
또한, 메인 기판(4), 연결 기판(6) 및 연장 기판(5)은 일체로 또는 분리되어 형성될 수 있다.
카메라 모듈은 보강판(8)을 포함할 수 있다. 보강판(8)은 스티프너(stiffener)를 포함할 수 있다. 보강판(8)은 메인 기판(4)의 하면에 배치될 수 있다. 보강판(8)은 서스(SUS)로 형성될 수 있다.
나아가, 수광부(2)는 렌즈 구동 장치를 포함할 수 있다. 즉, 수광부(2)는 보이스 코일 모터(VCM, Voice Coil Motor)를 포함할 수 있다. 또한, 수광부(2)는 렌즈 구동 모터를 포함할 수 있다. 또한, 수광부(2)는 렌즈 구동 액츄에이터를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 상술한 바와 같이 실시예에 따른 수광부(2)는 필터(F')를 틸트(tilt)시킬 수 있다. 그리고 필터(F')가 틸트됨에 따라, 필터(F, F')를 통과한 입력광의 광경로가 소정의 규칙에 따라 반복하여 이동할 수 있다. 이로써, 수광부(2)는 필터(F')의 틸트에 따라 이미지 센서에서 변환한 복수 개의 이미지 정보를 이용하여 고해상도의 이미지 정보를 출력하고, 출력된 이미지 정보는 외부의 광학기기로 제공될 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 발광부의 하우징을 도시한 도면이고, 도 5는 실시예에 따른 발광부의 제1 광학부 및 제1 렌즈 배럴을 도시한 도면이고, 도 6은 실시예에 따른 발광부의 구동 마그넷부 및 구동 코일부을 도시한 도면이고, 도 7은 실시예에 따른 발광부의 탄성부의 결합을 나타낸 도면이고, 도 8은 실시예에 따른 발광부의 제1 탄성부재를 도시한 도면이고, 도 9는 실시예에 따른 발광부의 제2 탄성부재를 도시한 도면이고, 도 10은 실시예에 따른 발광부의 측면 기판의 일측을 도시한 도면이고, 도 11은 실시예에 따른 발광부의 측면 기판의 타측을 도시한 도면이고, 도 12는 실시예에 따른 카메라 모듈의 베이스를 도시한 도면이고, 도 13은 실시예에 따른 수광부의 제2 광학부 및 제2 렌즈 배럴을 도시한 도면이고, 도 14는 실시예에 따른 카메라 모듈의 커버를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 발광부의 하우징(110)은 하우징 홀(111), 기판홈(112), 센서홀(113) 및 코일 안착부(114)를 포함할 수 있다.
하우징 홀(111)은 하우징(110)의 중앙에 위치할 수 있다. 하우징 홀(111)에는 제1 광학부와 제1 렌즈 배럴 그리고 구동부가 안착할 수 있다.
기판홈(112)은 하우징(110)의 외측면에 위치할 수 있다. 하우징(110)은 평면상 사각형 형상일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 기판홈(112)에는 측면 기판과 결합하기 위한 결합 돌기가 위치할 수 있다. 결합 돌기는 하우징(110)의 측면에서 외측을 향해 연장될 수 있다. 또한, 측면 기판에는 결합 홀이 구비되며, 결합 돌기가 결합 홀로 삽입되어 측면 기판과 하우징(110)이 서로 결합할 수 있다.
센서홀(113)은 기판홈(112)과 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)으로 중첩할 수 있다. 센서홀(113)에는 위치 센서가 안착할 수 있다. 이에, 위치 센서는 측면 기판과 전기적으로 용이하게 연결될 수 있다. 또한, 위치 센서는 하우징(110)과의 결합 위치가 고정되어 구동 마그넷부의 위치를 정확하게 측정할 수 있다.
코일 안착부(114)는 하우징(110)의 내측면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 코일 안착부(114)는 하우징(110)의 내측면에서 내측으로 연장된 턱으로 이루어질 수 있다. 본 명세서에서, 내측은 하우징에서 제1 광학부를 향한 방향이고, 외측은 내측의 반대 방향으로 제1 광학부에서 하우징을 향한 방향일 수 있다.
코일 안착부(114)에는 구동 코일부가 안착할 수 있다. 구동 코일부는 후술하는 바와 같이 폐루프 형태일 수 있다. 이에, 코일 안착부(114)도 구동 코일부의 형상에 대응하여 폐루프 형상일 수 있다.
도 5를 참조하면, 발광부의 제1 광학부(120)는 제1 렌즈 배럴(130)의 렌즈 수용부(131) 내로 삽입될 수 있다. 상술한 바와 같이 제1 광학부(120)는 복수 매의 렌즈로 이루어질 수 있다. 그리고 제1 광학부(120)는 외측면에 위치한 나사산을 포함할 수 있다. 제1 렌즈 배럴(130)도 내측면에 제1 광학부(120)의 상기 나사산에 대응하는 홈을 가질 수 있다. 이에, 제1 광학부(120)와 제1 렌즈 배럴(130)은 서로 나사 결합할 수 있다.
또한, 제1 렌즈 배럴(130)은 상술한 렌즈 수용부(131)뿐만 아니라, 마그넷 안착홈(132)을 포함할 수 있다. 마그넷 안착홈(132)은 복수 개일 수 있다. 실시예로, 마그넷 안착홈(132)은 4개이며, 제1 렌즈 배럴(130)의 서로 마주보는 제1 외측면(132a)과 제2 외측면(132b) 그리고 서로 마주보며 제1 외측면(132a)과 제2 외측면(132b) 사이에 위치하는 제3 외측면(132c)과 제4 외측면(132d)에 위치할 수 있다.
즉, 마그넷 안착홈(132)은 제1 외측면(132a) 내지 제4 외측면(132d) 각각에 위치하여 후술하는 제1 마그넷 내지 제4 마그넷이 제1 외측면(132a) 내지 제4 외측면(132d)의 마그넷 안착홈(132)에 안착할 수 있다. 마그넷 안착홈(132)에는 접합부재가 도포될 수 있다. 이에, 제1 마그넷 내지 제4 마그넷과 제1 렌즈 배럴(130) 간의 결합력이 개선될 수 있다.
도 6을 참조하면, 구동부는 구동 마그넷부(140)와 구동 코일부(150)를 포함할 수 있다. 구동 마그넷부(140)는 복수 개의 마그넷을 포함할 수 있다.
실시예로, 구동 마그넷부(140)는 제1 마그넷(141) 내지 제4 마그넷(144)을 포함할 수 있다. 제1 마그넷(141) 및 제2 마그넷(142)은 서로 마주보게 위치할 수 있다. 예컨대, 제1 마그넷(141)과 제2 마그넷(142)은 제2 방향을 기준으로 대칭으로 배치될 수 있다.
제3 마그넷(143)과 제4 마그넷(144)은 서로 마주보게 위치하며, 제1 마그넷(141)과 제2 마그넷(142) 사이에 위치할 수 있다. 예컨대, 제3 마그넷(143)과 제4 마그넷(144)은 제1 방향을 기준으로 대칭으로 배치될 수 있다.
제1 마그넷(141) 내지 제4 마그넷(144)은 상술한 마그넷 안착홈에 위치할 수 있다.
구동 코일부(150)는 상술한 바와 같이 평면 상(XY) 폐루프 형상일 수 있다. 구동 코일부(150)는 코일 안착부에 안착할 수 있다. 그리고 구동 코일부(150)는 구동 마그넷부(140)와 적어도 일부가 제1 방향 또는 제2 방향으로 중첩될 수 있다.
또한, 구동 코일부(150)는 구동 마그넷부(140)를 감싸도록 배치될 수 있다. 즉, 구동 마그넷부(140)는 구동 코일부(150)의 폐루프 상에 위치할 수 있다.
또한, 구동 코일부(150)는 구동 마그넷부(140)와 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
또한, 구동 코일부(150)는 일단에 측면 기판과 전기적으로 연결하기 위한 제1 와이어(w1)와 제2 와이어(w2)를 포함할 수 있다. 제1 와이어(w1)와 제2 와이어(w2)는 측면 기판에 대응하는 위치에 배치되어 전기적 저항이 최소화될 수 있다. 이에, 저항에 의한 정확도 감소가 방지되고 전력 효율이 향상될 수 있다.
제1 와이어(w1)와 제2 와이어(w2)는 코일로 이루어진 구동 코일부(150)의 일단과 타단 각각에 연결될 수 있다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 탄성부(160)는 제1 탄성부재(161) 및 제2 탄성부재(162)를 포함할 수 있다. 탄성부(160)는 제1 렌즈 배럴(130)의 상부 또는 하부에 위치하여 하우징(110) 및 제1 렌즈 배럴(130)과 결합할 수 있다. 이에, 구동부에 의해 제1 렌즈 배럴(130)이 상하 이동하더라도 하우징(110)과 결합된 탄성부(160)를 통해 제1 렌즈 배럴(130)의 상하 이동에 예압이 가해질 수 있다. 이에, 구동 코일부에 전류가 인가되지 않는다면, 제1 렌즈 배럴(130)은 하우징(110) 내에서 탄성부(160)의 복원력에 의해 동일한 위치에 존재할 수 있다.
제1 탄성부재(161)는 제1 렌즈 배럴(130)의 상부에 위치할 수 있다. 제2 탄성부재(162)는 제1 렌즈 배럴(130)의 하부에 위치할 수 있다.
제1 탄성부재(161)는 제1 탄성결합부(P1)와 제2 탄성결합부(P2)를 포함할 수 있다. 제1 탄성결합부(P1)는 제2 탄성결합부(P2)보다 외측에 위치할 수 있다. 그리고 제1 탄성결합부(P1)는 하우징(110)의 돌기와 결합할 수 있다. 또한, 제2 탄성결합부(P2)는 제1 렌즈 배럴(130)과 결합할 수 있다. 이 때, 제1 탄성결합부(P1)와 제2 탄성결합부(P2)에는 상술한 결합을 위해 접합 부재가 도포될 수 있다. 예컨대, 접합 부재는 댐퍼액을 포함할 수 있다.
마찬가지로, 제2 탄성부재(162)는 제3 탄성결합부(P3)와 제4 탄성결합부(P4)를 포함할 수 있다. 제3 탄성결합부(P3)는 제4 탄성결합부(P4)보다 외측에 위치할 수 있다.
그리고 제3 탄성결합부(P3)는 하우징(110)의 돌기와 결합할 수 있다. 또한, 제4 탄성결합부(P4)는 제1 렌즈 배럴(130)과 결합할 수 있다. 이 때, 제3 탄성결합부(P3)와 제4 탄성결합부(P4)에도 접합 부재가 도포되어 상술한 결합이 이루어질 수 있다.
또한, 제1 탄성결합부(P1)와 제2 탄성결합부(P2) 사이에는 다양한 굴곡을 갖는 제1 패턴부(PT)가 위치할 수 있다. 즉, 제1 패턴부(PT)를 사이에 두고 제1 탄성결합부(P1)와 제2 탄성결합부(P2)는 서로 결합할 수 있다. 이러한 제1 패턴부(PT)는 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)으로 대칭으로 위치할 수 있다.
마찬가지로, 제3 탄성결합부(P3)와 제4 탄성결합부(P4) 사이에는 다양한 굴곡을 갖는 제2 패턴부(PT')가 위치할 수 있다. 즉, 제2 패턴부(PT')를 사이에 두고 제3 탄성결합부(P3)와 제4 탄성결합부(P4)는 서로 결합할 수 있다. 이러한 제2 패턴부(PT')는 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)으로 대칭으로 위치할 수 있다.
도 10 내지 도 11을 참조하면, 측면 기판(170)은 일측면과 일측면에 대향하고 하우징과 접하는 타측면을 가질 수 있다.
측면 기판(170)은 일측면 상에 구동 코일부의 제1,2 와이어와 연결되는 제1,2 도전부(EC1, EC2)를 포함할 수 있다. 그리고 측면 기판(170)은 타측면에 결합 홀(170a)을 포함할 수 있다. 결합홀(170a)은 상술한 바와 같이 하우징의 결합 돌기와 결합할 수 있다. 이에, 측면 기판(170)은 하우징의 측면에 결합할 수 있다.
그리고 측면 기판(170)의 타측면 상에는 위치 센서(180)가 위치할 수 있다. 위치 센서(180)는 측면 기판(170)의 타측면 상에 안착하여 센서홀로 삽입될 수 있다.
도 12를 참조하면, 베이스(200)는 메인 기판(4) 상에 위치하며, 메인 기판(4)과 접할 수 있다. 또한, 베이스(200)에는 상술한 제1 렌즈 배럴, 제1 광학부, 제2 렌즈 배럴, 제2 광학부 및 하우징이 안착할 수 있다.
베이스(200)는 이격 배치되는 제1 베이스부(210)와 제2 베이스부(220)를 포함할 수 있다. 제1 베이스부(210)에는 제1 광학부, 제1 렌즈 배럴 및 하우징 등 발광부의 구성요소가 안착할 수 있다. 그리고 제2 베이스부(220)는 제2 광학부 및 제2 렌즈 배럴이 안착할 수 있다.
제1 베이스부(210)와 제2 베이스부(220)는 각각 베이스홀(210a, 220a)을 포함할 수 있다. 이러한 베이스홀(210a, 220a)을 통해 광원으로부터의 광신호가 객체를 향해 출력되고, 객체에서 반사된 광신호(반사광)가 이미지 센서로 제공될 수 있다.
또한, 제1 베이스부(210)와 제2 베이스부(220)에는 상술한 필터가 각각 안착할 수 있다. 나아가, 제1 베이스부(210)와 제2 베이스부(220)는 일체형으로 도시되어 있으나, 분리될 수 있다. 그리고 제2 베이스부(220)는 상술한 바와 같이 틸트될 수 있고, 제2 베이스부(220)에 부착된 필터도 틸트되어 실시예에 따른 카메라 모듈은 상술한 슈퍼 레졸루션 기법을 수행할 수 있다.
도 13을 참조하면, 제2 광학부(310)는 제2 렌즈 배럴(320)과 결합할 수 있다. 제2 광학부(310)는 제2 렌즈 배럴(320)에서 중앙에 위치한 홀에 삽입될 수 있다. 또한, 제2 렌즈 배럴(320)은 외측면에 나사산을 가져 베이스(200)의 제2 베이스부(220)와 나사 결합될 수 있다.
제2 광학부(310)도 복수 매의 렌즈로 이루어질 수 있다.
도 14를 참조하면, 커버(400)는 상술한 내용 이외에 제1 커버부(410)와 제2 커버부(420)를 포함할 수 있다. 제1 커버부(410)는 제1 베이스부 상에 위치하며, 제1 광학부와 중첩되는 제1 커버홀(410a)을 포함할 수 있다. 제1 커버홀(410a)을 통해 제1 광학부를 통과한 광신호(출력광)가 객체로 조사될 수 있다.
제2 커버부(420)는 제2 베이스부 상에 위치하며, 제2 광학부와 중첩되는 제2 커버홀(420a)을 포함할 수 있다. 제2 커버홀(420a)을 통해 제2 광학부를 통과한 광신호(반사광)가 이미지 센서로 조사될 수 있다.
도 15는 실시예에 따른 발광부에서 제1 광학부 및 제1 렌즈 모듈의 이동을 설명하는 도면이고, 도 16은 제1 광학부 및 제1 렌즈 모듈의 이동에 따른 광신호 형태를 설명하는 도면이고, 도 17은 제1 광학부 및 제1 렌즈 모듈의 이동에 따른 수광부의 이미지의 예를 도시한 도면이다.
도 15 내지 도 17을 참조하면, 실시예에 따른 제1 광학부 및 제1 렌즈 모듈이 상하 방향으로 이동하여 광신호(출력광)는 면 광원 또는 점 광원으로 변환될 수 있다.
즉, 출력광은 광원과 제1 렌즈 모듈(또는 제1 광학부/제2 광학부(이하 광학부와 둥과 혼용함) 사이의 간격에 따라 면 광원이나 점 광원의 형태 또는 패턴으로 출력될 수 있다.
실시예로, 제1 광학부 및 제1 렌즈 모듈은 구동부에 의해 광축 방향(Z축 방향)으로 이동할 수 있다. 그리고 상술한 바와 같이 구동 코일부에 흐르는 전류의 양에 따라 제1 광학부 및 제1 렌즈 모듈 상부로 이동하는 이동량이 조절될 수 있다.
예를 들어, 실시예에 따른 카메라 모듈에서 제1 광학부 및 제1 렌즈 모듈은 광원으로부터의 거리가 최대(도 15(a) 참조)에서 최소(도 15(b) 참조)를 갖도록 이동할 수 있다. 구체적으로, 상술한 광원과 광학부(제1 광학부) 간의 거리는 광원의 어퍼쳐의 최상면에서 광학부의 최하면 사이의 거리일 수 있다. 그리고 광원의 어퍼처의 최상면과 광학부의 최하면 사이가 소정의 거리(예로, 80㎛)이하인 경우에 광이 점 형태로 출력된다. 또한, 광원의 어퍼처의 최상면과 광학부의 최하면 사이가 소정의 거리(예로, 530㎛)이상인 경우에 광원이 면 형태로 출력될 수 있다.
즉, 제어부는 구동 코일부로 제공되는 전류의 양을 제어하여 제1 렌즈 모듈(또는 제1 광학부)와 광원 사이의 거리를 조절하여, 최종적으로 출력광의 형태(면 광원 또는 점 광원)를 제어할 수 있다. 예컨대, 제어부는 구동 코일부로 제공되는 전류의 양이 변경되면(예로, 전류값 증가/감소) 엑추에이터에 의한 제1 렌즈 모듈의 이동량이 변경될 수 있다.
실시예로, 광원과 제1 렌즈 모듈(또는 제1 광학부) 사이의 간격이 일정 거리 이상이 되면, 광신호(출력광)는 도 16(a) 및 도 17(a)와 같이 면 광원 또는 면 형태로 출력될 수 있다. 즉, 광원과 제1 렌즈 모듈(또는 제1 광학부) 사이의 거리가 기설정된 거리(또는 일정 거리)와 최대거리 사이라면, 광신호(출력광)는 면 광원 또는 면 형태로 출력될 수 있다. 여기서, 최대거리는 광원과 이동 가능한 제1 렌즈 모듈 사이의 간격이 최대일 때의 거리이며, 엑추에이터의 최대 구동(예로, 전류 최대) 시 제1 렌즈 모듈의 위치와 광원 사이의 거리일 수 있다.
반면, 광원과 제1 렌즈 모듈(또는 제1 광학부) 사이의 간격이 일정 거리 이하가 되면, 광신호는 도 16(b) 및 도 17(b)와 같이 점 광원 또는 점 형태로 출력될 수 있다. 즉, 광원과 제1 렌즈 모듈(또는 제1 광학부) 사이의 거리가 기설정된 거리(또는 일정 거리)와 최소거리 사이라면 광신호는 점 광원 또는 점 형태로 출력될 수 있다. 여기서, 최소거리는 광원과 이동 가능한 제1 렌즈 모듈(또는 제1 광학부) 사이의 간격이 최소일 때의 거리이며, 엑추에이터의 미 구동 시 제1 렌즈 모듈의 위치(초기위치)와 광원 사이의 거리일 수 있다. 다만, 이러한 위치에 대한 다양한 실시예는 후술한다.
또한, 소정 거리 이하의 범위에서 광원으로부터의 광신호(출력광)는 상술한 바와 같이 점 형태로 출력되고, 객체에 보다 높은 에너지가 가해질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈(10)은 출력광의 해상도, 객체와의 거리, 전력 소모 정도 등에 따라 출력광의 광패턴을 면 광원에서 점 광원으로 변경하거나 점 광원의 해상도를 변경할 수 있어, 다양한 어플리케이션의 요구 사항에 유연하게 대처하는 이점을 제공한다.
도 18는 실시예에 따른 센서에서 전기 신호 생성 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 18를 참조하면, 상술한 바와 같이 반사광(입력광, LS2)은 입사광(출력광, LS1)이 객체에 입사된 후 반사되어 돌아오는 거리만큼 위상이 지연될 수 있다.
또한, 참조 신호는 상술한 바와 같이 복수 개일 수 있으며, 실시예에서는 도 18에 나타난 바와 같이 참조 신호는 4개(C1 내지 C4)일 수 있다. 그리고 각 참조 신호(C1 내지 C4)는 광 신호와 동일한 주파수를 가지되, 서로 90도 위상차를 가질 수 있다. 4개의 참조 신호 중 하나(예컨대, C1)는 광 신호와 동일한 위상을 가질 수 있다. 그리고 이러한 참조 신호(C1 내지 C4)는 센서 내로 인가되어, 센서는 참조 신호에 따라 반사광(LS2)으로부터 전기 신호를 생성할 수 있다. 실시예로, 센서는 전기 신호를 발생하는 충전 소자와 스위칭 소자를 포함할 수 있으며, 스위칭 소자는 참조 신호에 따라 On/Off 동작을 수행할 수 있다. 다시 말해, 센서는 각 참조 신호에 대응하여 센서의 유효 영역을 노출시키며, 노출시키는 시간(노출 시간) 동안에 광 신호를 수광할 수 있다. 즉, 센서는 참조 신호가 on(양)인 경우에 반사광(LS2)으로부터 전하를 충전하여 전기 신호를 생성할 수 있다. 이에 따라, 센서는 도 18의 음영 부분에 대응하는 전기 신호를 생성할 수 있다.
또한, 이 때 충전 소자는 커패시터(capacitor) 등을 포함하며, 스위칭 소자는 전계 효과 트랜지스터 등 다양한 스위칭 소자를 포함할 수 있으며, 상술한 종류에 한정되지 않는다.
또한, 본 발명에서 센서는 이미지 센서를 의미하며, 제어부는 카메라 모듈 내 또는 이미지 센서 내에 위치할 수 있다. 그리고 후술하는 바와 같이 제어부는 광원으로 입사광의 출력을 제어하는 제어신호(후술하는 조사광 신호)를 출력할 수 있다. 또한, 제어부는 출력된 제어신호와 동기화되어 노출신호를 출력할 수 있다. 노출신호는 상술한 참조 신호에 대응할 수 있다. 그리고 참조신호 또는 노출신호는 입사광의 출력과 제어신호의 송신을 위한 소정의 딜레이를 가질 수 있다(이하 도 28 이하). 다만, 이론상 설명을 위해 도 18 내지 도 26에서는 동일 시점으로 설명한다.
그리고 다른 실시예로 노출 시간 동안 복수의 주파수로 광 신호가 생성될 수 있다. 이 때, 센서는 복수의 주파수에 따른 입력광 신호를 흡수한다. 예를 들어, 주파수 f1과 f2로 광 신호가 생성되고, 복수의 참조 신호는 서로 90도의 위상차를 가진다고 가정한다. 그러면, 입사광 신호 역시 주파수 f1과 f2를 가지므로, 주파수가 f1인 입력광 신호와 이에 대응하는 4개의 참조 신호를 통해 4개의 전기 신호가 생성될 수 있다. 그리고 주파수가 f2인 입력광 신호와 이에 대응하는 4개의 참조 신호를 통해 4개의 전기 신호가 생성될 수 있다. 따라서, 전기 신호는 총 8개가 생성될 수 있다. 이하에서는 하나의 주파수로 광 신호가 생성된 경우로 설명하나, 상술한 바와 같이 광 신호는 복수 개의 주파수를 가지고 생성될 수 있다.
도 19은 실시예에 따른 센서를 설명하기 위한 도면이고, 도 20는 실시예에 따른 센서에서 1 프레임을 생성하는 타이밍도이다.
먼저, 도 19을 참조하면 이미지 센서(IS)는 상술한 바와 같이 복수의 픽셀을 가지고 어레이 구조로 이루어질 수 있다. 이 때, 이미지 센서(IS)는 능동 픽셀 센서(Active pixel sensor, APS)로 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서일 수 있다. 또한, 이미지 센서(IS)는 CCD(Charge Coupled Device) 센서일 수도 있다. 이러한 이미지 센서(IS)는 피사체에 반사되는 적외선 광을 받아들여 시간 또는 위상 차를 이용해 거리를 측정하는 ToF 센서를 포함할 수 있다.
예컨대, 이미지 센서(IS)에서 복수 개의 픽셀은 제1 방향 및 제2 방향으로 나란히 배치될 수 있다. 일예로, 복수 개의 픽셀은 매트릭스 형태일 수 있다. 또한, 실시예로 제1 픽셀 및 제2 픽셀을 포함할 수 있다. 이러한 제1 픽셀 및 제2 픽셀은 제1 방향 및 제2 방향으로 교번하여 배치될 수 있다. 즉, 하나의 제1 픽셀에서 복수의 제2 픽셀이 제1 방향 및 제2 방향으로 인접하게 배치될 수 있다. 예컨대, 이미지 센서(IS)에서 제1 픽셀 및 제2 픽셀은 체커보드 패턴(checkerboard pattern)으로 배치될 수 있다. 즉, 도 19과 같이 320x240 해상도의 이미지 센서(IS)의 경우 76,800개의 픽셀이 그리드(grid) 형태로 배열될 수 있다.
또한, 제1 픽셀과 제2 픽셀은 서로 다른 파장 대역을 피크 파장으로 수광하는 픽셀일 수 있다. 예컨대, 제1 픽셀은 적외선 대역을 피크 파장으로 갖는 광을 받을 수 있다. 그리고 제2 픽셀은 적외선 대역 이외의 파장을 피크 파장으로 갖는 광을 받을 수 있다. 뿐만 아니라, 제1 픽셀 및 제2 픽셀 중 어느 하나는 광을 받지 않을 수 있다.
그리고 실시예로, 복수의 픽셀은 수광 소자가 배치되는 유효 영역 및 유효 영역 이외의 영역인 비유효 영역을 포함할 수 있다. 유효 영역은 수광하여 소정의 전기 신호를 생성할 수 있고, 비유효 영역은 수광하여 전기신호를 생성하지 않거나 수광하지 않는 영역일 수 있다. 즉, 비유효 영역은 내부에 수광 소자가 위치하더라도, 광에 의한 전기적 신호를 생성하지 못하는 경우도 포함하는 의미일 수 있다.
또한, 제1 픽셀은 유효 영역을 포함할 수 있으나, 제2 픽셀은 유효 영역이 존재하지 않는 비유효 영역으로만 이루어질 수 있다. 예컨대, 포토 다이오드 등의 수광 소자가 제1 픽셀에만 위치하고, 제2 픽셀에 위치하지 않을 수 있다. 또한, 예를 들어 이미지 센서(IS)는 행 방향으로 교번하여 배치되는 유효 영역과 비유효 영역을 포함하는 복수 개의 행 영역을 포함할 수 있다. 또한, 실시예에서 이미지 센서(IS)는 열 방향으로 교번하여 배치되는 유효 영역과 비유효 영역을 포함하는 복수 개의 열 영역을 포함할 수 있다.
또한, 복수 개의 픽셀은 사각형, 삼각형, 다각형, 원형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 나아가, 픽셀 내의 유효 영역도 사각형, 삼각형, 다각형, 원형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
즉, 복수의 픽셀은 일정한 간격으로 서로 이격 배치될 수 있다. 이러한 이격된 거리는 픽셀의 크기 대비 매우 작을 수 있고, 와이어 등이 배치될 수 있다. 이하에서 본 명세서에는 이러한 이격 거리를 무시하여 설명한다.
또한, 실시예로, 각 픽셀(DX, 예컨대 제1 픽셀)은 제1 포토 다이오드 및 제1 트랜지스터를 포함하는 제1 픽셀(DX-1)과 제2 포토 다이오드 및 제2 트랜지스터를 포함하는 제2 픽셀(DX-2)을 포함할 수 있다.
제1 픽셀(DX-1)은 출력광의 파형과 동일 위상에서 입력광 신호를 수신한다. 즉, 광원이 켜진 시간에, 제1 포토 다이오드는 턴온(turn-on)되어 입력광 신호를 흡수한다. 그리고 광원이 꺼진(off) 시간에, 제1 포토 다이오드는 턴오프(turn-off)되어 입력광 흡수를 중단한다. 제1 포토 다이오드는 흡수한 입력광 신호를 전류로 변환하여 제1 트랜지스터에 전달한다. 제1 트랜지스터는 전달받은 전류를 전기 신호로 변환하여 출력한다.
제2 픽셀(DX-2)은 출력광의 파형과 반대 위상에서 입력광 신호를 수신한다. 즉, 광원이 켜진 시간에, 제2 포토 다이오드는 턴오프되어 입력광 신호를 흡수한다. 그리고 광원이 꺼진 시간에, 제2 포토 다이오드는 턴온되어 입력광 흡수를 중단한다. 제2 포토 다이오드는 흡수한 입력광 신호를 전류로 변환하여 제2 트랜지스터에 전달한다. 제2 트랜지스터는 전달받은 전류를 전기 신호로 변환한다.
이에 따라, 제1 픽셀(DX-1)은 In Phase 수신 유닛이라 할 수 있고, 제2 픽셀(DX-2)은 Out Phase 수신 유닛이라 할 수 있다. 이와 같이, 제1 픽셀(DX-1) 및 제2 픽셀(DX-2)이 시간 차를 두고 활성화되면, 객체와의 거리에 따라 수신되는 광량에 차이가 발생하게 된다. 예를 들어, 객체가 카메라 모듈(100) 바로 앞에 있는 경우(즉, 거리=0인 경우)에는 광원로부터 광이 출력된 후 객체에서 반사되어 오는데 걸리는 시간이 0이므로, 광원의 점멸 주기는 그대로 광의 수신 주기가 된다. 이에 따라, 제1 픽셀(DX-1)만이 빛을 수신하게 되고, 제2 픽셀(DX-2)은 빛을 수신하지 못하게 된다. 다른 예로, 객체가 카메라 모듈(100)과 소정 거리 떨어져 위치하는 경우, 광원로부터 광이 출력된 후 객체에서 반사되어 오는데 시간이 걸리므로, 광원의 점멸 주기는 광의 수신 주기와 차이가 나게 된다. 이에 따라, 제1 픽셀(DX-1)과 제2 픽셀(DX-2)이 수신하는 빛의 양에 차이가 발생하게 된다. 즉, 제1 픽셀(DX-1)과 제2 픽셀(DX-2)에 입력된 광량의 차를 이용하여 객체의 거리가 연산될 수 있다. 다시 말해, 제어부는 이러한 이미지 센서(IS)로부터 수신한 전기 신호를 이용하여 출력광과 입력광 사이의 위상차를 계산하고, 위상차를 이용하여 객체와 카메라 모듈(100) 사이의 거리를 계산한다.
보다 구체적으로, 제1 노출 주기(PL1) 동안 제1 픽셀(DX-1)에 제1 참조 신호(C1)가 제공되고, 제2 픽셀(DX-2)에 제2 참조 신호(C2)가 제공될 수 있다. 그리고 제2 노출 주기(PL2) 동안 제1 픽셀(DX-1)에 제3 참조 신호(C3)가 제공되고 제2 픽셀(DX-2)에 제4 참조 신호(C4)가 제공될 수 있다. 제1 노출 주기(PL1)와 제2 노출 주기(PL2)는 하나의 프레임 주기를 이룰 수 있으며, 제1 노출 주기(PL1)와 제2 노출 주기(PL2) 사이에는 리드아웃(read out)이 존재할 수 있다. 이 때, 리드아웃(read out)은 픽셀 내 각 수광부에 충전된 전하량을 방전하는 구간이다. 이 때, 제1 참조 신호(C1) 내지 제4 참조 신호(C4)는 픽셀 내에서 충전 소자의 충전을 조절하는 신호로 스위칭 소자에서 게이트 신호일 수 있으며, 이는 도 18에서 설명한 내용과 동일하게 적용될 수 있다. 이러한 방식을 통해, 이미지 센서(IS)는 복수 개의 픽셀 각각에서 참조 신호에 대응하는 전기 신호를 각각 출력할 수 있다. 그리고 참조 신호를 통해 입사광과 반사광 차이의 위상차를 계산할 수 있다. 상기에서 설명한 바와 같이, 광 신호에 대해 하나의 프레임 주기 마다 전기 신호는 4개가 생성될 수 있다. 따라서, 제어부는 아래의 수학식 1을 이용하여 광 신호와 입력광 신호 사이의 위상차(td)를 계산할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, Q1 내지 Q4는 4개의 전기 신호 각각의 전하충전량(이하 전하량)이다. Q1은 광 신호와 동일한 위상의 참조 신호에 대응하는 전기 신호의 전하량이다. Q2는 광 신호보다 위상이 180도 느린 참조 신호에 대응하는 전기 신호의 전하량이다. Q3는 광 신호보다 위상이 90도 느린 참조 신호에 대응하는 전기 신호의 전하량이다. Q4는 광 신호보다 위상이 270도 느린 참조 신호에 대응하는 전기 신호의 전하량이다.
다만, 하나의 프레임 주기에서 광 신호와 입력광 신호 사이의 위상차(td)를 계산하기 위해 필요한 노출 주기는 이미지 센서(IS) 내의 충전 소자의 개수, 스위칭 소자의 개수 및 수광부의 개수에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 예컨대, 각 수광부에 2개의 충전 소자가 연결될 수도 있다(즉, 2개의 수광부는 전체 4개의 충전 소자를 가짐). 이 때, 하나의 노출 주기에서 각 수광부마다 2개의 참조 신호가 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 노출 주기에서 제1 참조 신호 및 제2 참조 신호가 제1 수광부에 제공되고, 제3 참조 신호 및 제4 참조 신호가 제2 수광부에 제공될 수 있다. 이를 통해, 각 참조 신호에 대응하는 전기 신호가 생성되고, 제어부는 상술한 바와 같이 각 전기 신호의 전차 충전량을 이용하여 광 신호와 입력광 신호 사이의 위상차(td)를 계산할 수 있다.
또한, 다른 실시예로 하나의 프레임 주기에 4개의 노출 주기가 존재하고, 각 노출 주기마다 90도 위상차이를 갖는 4개의 참조 신호가 수광부로 제공될 수 있다. 그리고 제어부는 각 노출 주기 동안 생성된 전기 신호의 전하량을 이용하여 상술한 광 신호와 입력광 신호 사이의 위상차(td)를 계산할 수 있다.
또한, 도 20를 참조하면, 하나의 프레임 주기는 순차로 제1 노출 주기와 제2 노출 주기를 포함할 수 있다. 이미지 센서(IS)는 제1 노출 주기 동안 제1 참조 신호(C1)와 제2 참조 신호(C2)를 각각 제1 픽셀(DX-1)과 제2 픽셀(DX-2)로 제공할 수 있다. 그리고 제2 노출 주기 동안 제3 참조 신호(C3)와 제4 참조 신호(C4)를 각각 제1 픽셀(DX-1)과 제2 픽셀(DX-2)로 제공할 수 있다. 이에 따라, 제1 노출 주기에서 Q1, Q2를 생성하고, 제2 노출 주기에서 Q3, Q4를 생성할 수 있다. 이에 따라, 제어부는 하나의 프레임에서 Q1 내지 Q4를 모두 생성할 수 있고, 생성된 4개의 전기 신호의 전하량을 이용하여 광 신호와 입력광 신호 사이의 위상차(td)를 계산할 수 있다.
또한, 제어부는 광 신호와 입력광 신호의 위상차(td)를 이용하여 객체와 카메라 모듈(100) 사이의 거리를 계산할 수 있다. 이때, 제어부는 아래의 수학식 2를 이용하여 객체와 카메라 모듈(100) 사이의 거리(d, 수학식 2 참조)를 계산할 수 있다.
Figure pat00002
여기서, c는 빛의 속도이고, f는 출력광의 주파수이다.
실시예에 따르면, 카메라 모듈(100)로부터 ToF IR 영상 및 거리(depth) 영상을 얻을 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 ToF 카메라 모듈 또는 ToF 카메라 모듈이라 지칭될 수도 있다.
나아가, 하나의 프레임에서 제1 참조 신호 내지 제4 참조신호는 동일한 노출 주기에 인가될 수도 있고, 상술한 바와 같이 일부 또는 각각 서로 다른 노출 주기가 인가될 수도 있다.
이와 관련하여 더욱 구체적으로 설명하면, 도 21에 예시된 바와 같이 실시예에 따른 카메라 모듈(100)은 4개의 위상에 대한 로우(raw) 영상을 생성할 수 있다. 여기서, 4개의 위상은 0°, 90°, 180°, 270°일 수 있으며, 각 위상에 대한 로우 영상은 위상 별로 디지털화된 픽셀 값 또는 아날로그 픽셀 값으로 이루어진 영상일 수 있고, 위상 영상, 위상 IR 영상 등과 혼용될 수 있다.
도 21는 다른 실시예에 따른 센서에서 거리 영상을 생성하는 1 프레임 주기의 타이밍도이고, 도 22은 도 21에서 프레임 주기 내의 노출 주기 별 전기 신호를 생성하는 타이밍도이고, 도 23은 도 21에서 노출 주기(PL1)에서 타이밍도이고, 도 24은 도 21에서 노출 주기(PL2)에서 타이밍도이고, 도 25는 도 21에서 노출 주기(PL3)에서 타이밍도이고, 도 26은 도 21에서 노출 주기(PL4)에서 타이밍도이다.
도 21를 참조하면, 다른 실시예에 따른 센서에서 거리 영상 이미지를 추출할 수 있는 1 프레임 주기 동안 4개의 노출 주기(integration time) 및 4개의 리드아웃이 존재할 수 있다. 다만, 상술한 바와 같이, 노출 주기의 개수 및 리드아웃의 개수는 수광부의 개수, 충전 소자 및 스위칭의 개수에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 도 21 내지 도 26에서는 입사광(LS1)의 듀티비(duty ratio)를 25%로 설정하여 설명한다. 다만, 본 발명에서 입사광의 듀티비는 이에 제한되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.
1 프레임 주기는 순차로 수행되는 제1 노출 주기(PL1), 제2 노출 주기(PL2), 제3 노출 주기(PL3) 및 제4 노출 주기(PL4)를 포함할 수 있다. 그리고 각 노출 주기 사이에는 리드아웃이 수행될 수 있다. 이에 대한 설명은 상술한 내용과 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 각 노출 주기는 입사광(LS1)의 주기와 동일할 수 있다.
도 22을 참조하면, 각 노출 주기마다 각 픽셀에서는 상이한 위상에 대한 전기 신호를 생성할 수 있다. 즉, 상이한 참조 신호가 인가될 수 있다. 구체적으로, 하나의 픽셀은 제1 픽셀(DX-1) 및 제2 픽셀(DX-2)으로 이루어지는 것으로 이하 설명한다. 제1 노출 주기(PL1)에서 제1 픽셀(DX-1)은 입사광(LS1)과 동일한 위상을 갖는 제1 참조 신호(상술한 C1에 대응)가 인가되고, 제2 픽셀(DX-2)은 제1 참조 신호와 180도 위상이 늦은 제2 참조 신호(상술한 C2에 대응)가 인가될 수 있다. 그리고 제2 노출 주기(PL2)에서 제1 픽셀(DX-1)은 제1 참조 신호(C1)에 90도 늦은 제3 참조 신호(상술한 C3에 대응)가 인가되고, 제2 픽셀(DX-2)은 제2 참조 신호와 180도 위상이 늦은 제4 참조 신호(상술한 C4에 대응)가 인가될 수 있다. 또한, 제3 노출 주기(PL3)에서 제1 픽셀(DX-1)은 제2 참조 신호(C2)가 인가되고 제2 픽셀(DX-2)은 제1 참조 신호(C1)가 인가될 수 있다. 그리고 제4 노출 주기(PL4)에서 제1 픽셀(DX-1)은 제4 참조 신호(C4)가 인가되고, 제2 픽셀(DX-2)은 제3 참조 신호(C3)가 인가될 수 있다.
이에 따라, 제1 노출 주기(PL1)에서 제1 픽셀(DX-1)은 상술한 전하량(Q1)에 대응하는 전하량(Q0°)을 생성하고, 제2 픽셀(DX-2)은 상술한 전하량(Q2)에 대응하는 전하량(Q180°)을 생성할 수 있다. 그리고 제2 노출 주기(PL2)에서 제1 픽셀(DX-1)은 상술한 전하량(Q3)에 대응하는 전하량(Q90°)을 생성하고, 제2 픽셀(DX-2)은 상술한 전하량(Q4)에 대응한 전하량(Q270°)을 생성할 수 있다. 또한, 제3 노출 주기(PL3)에서 제1 픽셀(DX-1)은 전하량(Q180°)을 생성하고, 제2 픽셀(DX-2)은 전하량(Q0°)을 생성하며, 제4 노출 주기(PL4)에서 제1 픽셀(DX-1)은 전하량(Q270°)을 생성하고, 제2 픽셀(DX-2)은 전하량(Q90°)을 생성할 수 있다.
그리고 실시예에 따르면 픽셀은 각 노출 주기에서 제1 수광부와 제2 수광부에서 생성한 전기 신호의 차를 출력할 수 있다. 즉, 픽셀은 제1 노출 주기에서 전하량(Q0°)- 전하량(Q180°)을 출력하고, 제2 노출 주기에서 전하량(Q90°)- 전하량(Q270°)을 출력할 수 있다.
도 22 내지 도 26을 참조하면, 복수 개의 노출 주기(P1 내지 P4)는 복수 개의 서브 노출 주기로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 노출 주기(PL1)는 복수 개의 서브 노출 주기(PL11 내지 PL13)을 포함하고, 제2 노출 주기(PL2)는 복수 개의 서브 노출 주기(PL21 내지 PL23)을 포함하고, 제3 노출 주기(PL3)는 복수 개의 서브 노출 주기(PL31 내지 PL33)을 포함하고, 제4 노출 주기(PL4)는 복수 개의 서브 노출 주기(PL41 내지 PL43)을 포함할 수 있다. 이 경우, 각 서브 노출 주기가 입사광(LS1)의 주기와 동일할 수 있다. 그리고 각 노출주기에서 제1 픽셀(DX-1)과 제2 픽셀(DX-2)에서 생성되는 전기 신호는 도 21에서 상술한 내용과 동일하다.
이 때, 제어부는 복수 개의 서브 노출 주기를 통해 얻은 전기 신호의 평균을 1 노출 주기의 전기 신호로 처리할 수 있다. 이에 따라, 거리에 대한 전기 신호의 정확도를 더욱 개선할 수 있다.
도 27a는 실시예에 따른 제어부의 구동을 설명하는 도면이다.
도 27a를 참조하면, 실시예에 따른 카메라 장치에서 제어부는 소정의 주기(예로, 프레임 주기)로 광원이 광을 조사하도록 제어하는 광조사 신호를 출력할 수 있다. 실시예로, 광원은 제어부의 광조사 신호에 의해 주기적으로 온(on) 또는 오프(off)될 수 있다.
제어부는 광조사 신호를 광원으로 제공할 수 있다. 이에, 광원은 광조사 신호에 따라 소정의 주기를 갖는 광을 출사할 수 있다. 예컨대, 조사된 광은 상술한 입사광에 대응할 수 있다. 그리고 광은 소정의 프레임 주기로 조사될 수 있다. 예컨대, 광은 30FPS로 조사될 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 카메라 모듈은 1초당 30프레임을 생성할 수 있다. 또한, 광조사 신호는 상술한 입사광 또는 입사광 신호에 대응할 수 있다.
광조사 신호는 광원을 구동하는 신호이며, 상술한 바와 같이 복수 개의 펄스로 이루어질 수 있다. 실시예로, 광조사 신호는 복수 개의 파장을 갖는 신호일 수 있다.
또한, 예로써 광조사 신호는 1프레임 주기에서, 복수 개의 펄스로 이루어질 수 있다. 즉, 광조사 신호는 1프레임 주기에서 복수 개의 펄스를 갖고, 복수 개의 펄스에 대해 이미지 센서가 노출 신호에 따라 거리 측정을 위한 상술한 전기 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상술한 바와 하나의 프레임 주기에서 복수 개의 노출신호는 동시에 또는 서로 다른 노출 주기로 출력될 수 있다. 이는 이미지 센서의 수광부의 개수 및 상 구동 방식에 따라 변경될 수 있다.
예컨대, 광조사 신호는 하나의 프레임 주기에서, 4개의 펄스를 가질 수 있다. 4개의 펄스에 의해 4개의 참조 신호를 통한 4개의 전기 신호가 생성될 수 있다. 그리고 상술한 바와 같이 4개의 전기 신호에 의해 하나의 프레임 마다 영상이 생성될 수 있다. 그리고 노출주기는 4개의 전기 신호에 대응하여 1, 2, 4개 등 다양할 수 있다. 이하에서는 하나의 프레임 주기는 하나의 노출주기를 갖는 것으로 설명한다. 즉, 하나의 노출신호의 주기(노출 주기) 동안 4개의 전기 신호가 생성되는 것을 기준으로 설명한다.
제어부는 이미지 센서 내에 위치할 수 있다. 즉, 광조사 신호는 이미지 센서에서 광원으로 이동할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 노출신호와 광조사 신호 간의 동기화 또는 싱크(sync)가 용이하기 이루어져 전송에 따른 시간오차를 최소화할 수 있다. 그리고 최소화된 시간오차에 의해, 구성요소의 구동 정확도가 개선될 수 있다.
또한, 제어부는 이미지 센서의 노출(exposure)을 제어하는 노출 신호를 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 노출 신호는 이미지 센서 내의 이미지 센서 제어부(또는 드라이버)로부터 출력될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
그리고 노출 신호에 의해 이미지 센서 내의 제1,2 수광부는 흡수한 입력광 신호를 전기 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 이러한 수행은 상술한 비직접 비행거리시간측정(indirect-TOF)에서의 수행일 수 있다.
그리고 직접 비행거리시간측정(direct-TOF) 시에 노출 신호는 이미지 센서가 반사광을 수신한 신호일 수 있다. 즉, 제어부는 광조사 신호에 의해 입사광이 출력된 이후에 반사광을 노출신호와 같이 수신할 수 있다. 이 때, 제어부는 후술하는 바와 동일하게 광조사 신호 즉, 입력광이 출력되기 전에 후술하는 구동신호를 출력하여 광학부를 원하는 위치로 이동시킬 수 있다.
이하에서는 비직접 비행거리시간측정(indirect-TOF)을 기준으로 설명한다.
노출 신호는 상술한 노출 주기(integration time)와, 리드아웃(read out) 및 유휴 구간을 가질 수 있다. 유후 구간(Idle time)은 프레임 주기 내에서 노출 주기(integration time)와 리드아웃(read out) 이후에 위치할 수 있다. 유휴 구간은 이미지 센서 내의 수광부의 동작이 수행되지 않는 구간일 수 있다. 이러한 유휴 구간은 리드아웃 이후에 이루어질 수 있다.
또한, 제어부는 상술한 바와 같이 이미지 센서 내에 위치할 수 있다. 그리고 노출 신호를 기준으로 광조사 신호 및 후술하는 구동신호가 동기화될 수 있다. 이로써, 이미지 센서의 노출 신호를 기준으로 광조사 신호가 출력되어 입사광 및 반사광에 따른 거리 측정의 오차를 최소화할 수 있다.
또한, 후술하는 바와 같이 제어부는 광학부의 이동을 위해 구동부로 출력되는 구동신호를 출력할 수 있다. 이러한 제어부는 이미지 센서 내에 또는 카메라 모듈 내에 위치할 수 있다. 뿐만 아니라, 수광부 또는 발광부에 위치할 수 있다. 그리고 이러한 제어부는 광조사 신호 또는 노출 신호를 출력하는 제어부와 별도로 이루어질 수 있다. 즉, 실시예에 따르면 제어부는 복수 개일 수 있으며, 다양한 위치를 가질 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
그리고 실시예에 따르면 광조사 신호가 인가될 때, 카메라 모듈의 광학부는 구동부에 의해 초기(initial)위치에서 광이 점 형태를 제공하는 위치(spot) 또는 광이 면 형태를 제공하는 위치(flood)로 이동할 수 있다. 또는 광학부는 구동부에 의해 점 형태의 광을 제공하는 위치 또는 면 형태의 광을 제공하는 위치로 이동할 수 있다. 실시예로, 광학부는 광원이 온(on)되기 소정의 시간 전에 초기위치에서 제1 위치(면 형태에서의 광학부 위치 또는 점 형태에서의 광학부 위치)로 이동할 수 있다. 이하 이러한 광학부의 이동에 대해 설명한다. 그리고 본 명세서에서 초기위치는 구동신호가 인가되지 않은 경우 광학부의 위치를 의미한다. 또한, 점 형태의 광은 광학부를 통과한 후 광원 또는 광학부(또는 카메라 모듈)과 소정의 거리 이격된 객체에서 가장 작은 크기를 제공하는 광일 수 있다. 또는 면 형태의 광은 광학부를 통과한 후 광원 또는 광학부(또는 카메라 모듈)과 소정의 거리 이격된 객체에서 가장 큰 크기를 제공하는 광일 수 있다. 또한, 이는 초기위치를 제외한 광학부의 제어되는 범위에서 적용될 수 있다.
도 27b는 제1 실시예에 따른 광학부의 이동을 설명하는 도면이다.
도 27b를 참조하면, 제1 실시예에 따른 광학부는 광원이 온(on)될 때, 제1 위치로 이동하고, 광원이 오프(off)될 때 초기위치로 이동할 수 있다. 이하에서, 광원이 온(on)되는 경우는 소정의 주기 내에서 복수 개의 펄스 전체 또는 적어도 하나의 복수 개의 펄스가 온(on) 또는 인가되는 경우를 의미한다. 그리고 광원이 오프(off)되는 경우는 소정의 주기 내에서 복수 개의 펄스 전체 이후 또는 이전의 오프되는 경우를 의미한다. 다만 설명을 위해 복수의 펄스 전체를 기준으로 설명한다.
실시예에 따르면, 광학부가 초기위치에 위치할 때, 광학부는 광을 면 형태와 복수의 점 형태 중 어느 하나로 출력할 수 있다. 또한, 광학부가 제1 위치에 위치할 때 광학부는 광을 면 형태와 점 형태 중 다른 하나로 출력할 수 있다.
본 실시예에서는, 광학부가 초기 위치에서 점 형태로 광을 출력할 수 있다. 그리고 광학부가 제1 위치에 있을 때 광을 면 형태로 출력할 수 있다.
그리고 실시예에서 광학부가 초기위치 또는 제1 위치 중 어느 하나의 위치에 있는 경우 광학부와 광원 간의 거리는 광학부의 후방초점거리 또는 백포커스(backfocus)의 거리와 같을 수 있다.
제1 실시예에서, 광학부의 후방초점거리는 광학부가 초기위치 또는 점 형태에서의 위치에 있는 경우 광학부와 광원 간의 거리와 동일할 수 있다.
또한, 제1 실시예에서 초기 위치 또는 점 패턴에서의 광학부와 광원 사이의 거리(dd1)는 면 패턴에서의 광학부와 광원 사이의 거리(dd2)보다 작을 수 있다.
도 27c는 제2 실시예에 따른 광학부의 이동을 설명하는 도면이다.
도 27c를 참조하면, 제2 실시예에 따른 광학부는 광원이 온(on)될 때, 제1 위치로 이동하고, 광원이 오프(off)될 때 초기위치로 이동할 수 있다.
실시예에 따르면, 광학부가 초기위치에 위치할 때, 광학부는 광을 면 형태와 복수의 점 형태 중 어느 하나로 출력할 수 있다. 또한, 광학부가 제1 위치에 위치할 때 광학부는 광을 면 형태와 점 형태 중 다른 하나로 출력할 수 있다.
본 실시예에서는, 광학부가 초기 위치에서 면 형태로 광을 출력할 수 있다. 그리고 광학부가 제1 위치에 있을 때 광을 복수의 점 형태로 출력할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 실시예에 따른 카메라 모듈에서 광학부가 초기위치 또는 제1 위치 중 어느 하나의 위치에 있는 경우 광학부와 광원 간의 거리는 광학부의 후방초점거리 또는 백포커스(backfocus)의 거리와 같을 수 있다.
제2 실시예에서, 광학부의 후방초점거리는 광학부가 초기위치 또는 면 패턴에서의 위치에 있는 경우 광학부와 광원 간의 거리와 동일할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 제2 실시예에서 점 패턴에서의 광학부와 광원 사이의 거리(dd1)는 초기 위치 또는 면 패턴에서의 광학부와 광원 사이의 거리(dd2)보다 작을 수 있다.
도 27d는 제3 실시예에 따른 광학부의 이동을 설명하는 도면이다.
도 27d를 참조하면, 제3 실시예에 따른 광학부는 광원이 온(on)될 때, 제1 위치로 이동하고, 광원이 오프(off)될 때 초기위치로 이동할 수 있다.
실시예에 따르면, 광학부가 제1 위치에 위치할 때, 광학부는 광을 면 형태와 복수의 점 형태 중 어느 하나로 출력할 수 있다. 또한, 광학부가 제1 위치에 위치할 때 광학부는 광을 면 형태와 점 형태 중 다른 하나로 출력할 수 있다.
보다 구체적으로, 광학부는 광을 점 형태로 출력하는 경우 제1-A 위치에 위치할 수 있다. 그리고 광학부는 광을 면 형태로 출력하는 경우 제1-B 위치에 위치할 수 있다.
본 실시예에서는, 광학부는 초기위치, 제1-A위치 및 제1-B 위치로 이동할 수 있다.
그리고 광원과 제1-A 위치에서의 광학부 간의 거리(dd1)는 광원과 초기위치에서의 광학부 간의 거리(dd0)보다 클 수 있다. 또한, 광원과 제1-B 위치에서의 광학부 간의 거리(dd2)는 광원과 제1-A 위치에서의 광학부 간의 거리(dd1)보다 클 수 있다.
또한, 초기위치와 제1-A 위치 사이의 거리(dd1-dd0)는 초기위치와 제1-B 위치 사이의 거리(dd2-dd0)보다 작을 수 있다.
이로써, 본 실시예에 따른 카메라 모듈에서, 광학부는 일 방향으로 이동하면서 점 패턴 또는 면 패턴으로 광을 출력할 수 있다. 이에 따라, 광학부의 이동이 용이하게 제어될 수 있다. 나아가, 먼 거리를 주로 사용하는 경우 광학부는 점 패턴의 광을 면 패턴 대비 용이하게 제공할 수 있다. 이로써, 전력 효율이 개선될 수 있다.
도 27e는 제4 실시예에 따른 광학부의 이동을 설명하는 도면이다.
도 27e를 참조하면, 제4 실시예에 따른 광학부는 광원이 온(on)될 때, 제1 위치로 이동하고, 광원이 오프(off)될 때 초기위치로 이동할 수 있다.
그리고 실시예에서 광학부가 제1 위치에 위치할 때, 광학부는 광을 면 형태와 복수의 점 형태 중 어느 하나로 출력할 수 있다. 또한, 광학부가 제1 위치에 위치할 때 광학부는 광을 면 형태와 점 형태 중 다른 하나로 출력할 수 있다.
보다 구체적으로, 광학부는 광을 점 형태로 출력하는 경우 제1-A 위치에 위치할 수 있다. 그리고 광학부는 광을 면 형태로 출력하는 경우 제1-B 위치에 위치할 수 있다. 이에 따라, 광학부는 초기위치, 제1-A위치 및 제1-B 위치로 이동할 수 있다.
그리고 광원과 제1-A 위치에서의 광학부 간의 거리(dd1')는 광원과 초기위치에서의 광학부 간의 거리(dd0')보다 작을 수 있다. 또한, 광원과 제1-B 위치에서의 광학부 간의 거리(dd2')는 광원과 초기위치에서의 광학부 간의 거리(dd0')보다 클 수 있다.
또한, 초기위치와 제1-A 위치 사이의 거리(dd0'-dd1')는 초기위치와 제1-B 위치 사이의 거리(dd2'-dd0')보다 작을 수 있다.
이로써, 본 실시예에 따른 카메라 모듈에서, 광학부는 상부 또는 하부 방향으로 모두로 이동하면서 점 패턴 또는 면 패턴으로 광을 출력할 수 있다. 이에 따라, 광학부의 이동량을 줄일 수 있다. 이로써, 전력 효율이 향상될 수 있다. 나아가, 초기위치와 제1-A 위치 간의 거리와 초기위치와 제1-B 위치 간의 거리를 동일 또는 상이하게 조절할 수 있다. 예컨대, 초기위치와 제1-A 위치 간의 거리와 초기위치와 제1-B 위치 간의 거리가 서로 동일한 경우, 광학부의 이동 범위가 최소화될 수 있다. 또한, 초기위치와 제1-A 위치 간의 거리와 초기위치와 제1-B 위치 간의 거리가 상이한 경우, 주로 사용하는 케이스에 맞춰 전력 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 먼 거리의 객체에 대해 주로 사용하는 경우 광학부에서 초기위치와 제1-A 위치 간의 거리가 초기위치와 제1-B 위치 간의 거리보다 작을 수 있다. 반대로 가까운 거리의 객체에 대해 주로 사용하는 경우 광학부에서 초기위치와 제1-A 위치 간의 거리가 초기위치와 제1-B 위치 간의 거리보다 클 수 있다.
도 27f는 제5 실시예에 따른 광학부의 이동을 설명하는 도면이다.
도 27f를 참조하면, 제5 실시예에 따른 광학부는 광원이 온(on)될 때, 제1 위치로 이동하고, 광원이 오프(off)될 때 초기위치로 이동할 수 있다.
그리고 실시예에서 광학부가 제1 위치에 위치할 때, 광학부는 광을 면 형태와 복수의 점 형태 중 어느 하나로 출력할 수 있다. 또한, 광학부가 제1 위치에 위치할 때 광학부는 광을 면 형태와 점 형태 중 다른 하나로 출력할 수 있다.
보다 구체적으로, 광학부는 광을 점 형태로 출력하는 경우 제1-A 위치에 위치할 수 있다. 그리고 광학부는 광을 면 형태로 출력하는 경우 제1-B 위치에 위치할 수 있다. 이에 따라, 광학부는 초기위치, 제1-A위치 및 제1-B 위치로 이동할 수 있다.
그리고 광원과 초기위치에서의 광학부 간의 거리(dd0'')는 광원과 제1-B 위치에서의 광학부 간의 거리(dd2'')보다 클 수 있다. 또한, 광원과 제1-B 위치에서의 광학부 간의 거리(dd2'')는 광원과 제1-A 위치에서의 광학부 간의 거리(dd1'')보다 클 수 있다.
또한, 초기위치와 제1-A 위치 사이의 거리(dd0''-dd1'')는 제1-B 위치와 제1-A 위치 사이의 거리(dd2''-dd1'')보다 클 수 있다.
이로써, 본 실시예에 따른 카메라 모듈에서, 광학부는 일 방향(하부)로 이동하면서 점 패턴 또는 면 패턴으로 광을 출력할 수 있다. 이에 따라, 광학부의 이동이 용이하게 제어될 수 있다. 나아가, 가까운 거리를 주로 사용하는 경우 광학부는 면 패턴의 광을 복수의 점 패턴대비 용이하게 제공할 수 있다. 이로써, 전력 효율이 개선될 수 있다.
도 27g는 실시예에 따른 카메라 모듈의 블록도이다.
도 27g를 참조하면, 실시예에 따른 카메라 모듈은 제어부(CLO), 이미지 센서(IS)의 센서 제어부(ISD), 광원(LS)의 광제어부(LSD), 구동부(AT)의 구동제어부(ATD)를 포함할 수 있다. 실시예로, 카메라 모듈은 내부에 제어부(CLO)를 포함할 수 있다. 또는 제어부(CLO)가 어플리케이션 프로세서(Application processor)일 수 있다.
먼저, 이미지 센서(IS)의 센서 제어부(ISD)는 제어부(CLO)로 노출신호에 동기화된 트리거 신호(Trigger out)를 출력할 수 있다. 나아가, 센서 제어부(ISD)는 제어부(CLO)로 노출신호에 대응한 광원의 광출력 신호(Mode SE_out)를 출력할 수 있다. 즉, 트리거 신호(Trigger out)와 광출력 신호(Mode SE_out)는 모두 노출신호에 대응하기에 서로간에도 동시 또는 소정의 시간차로 출력될 수 있다. 그리고 센서 제어부(ISD)는 이미지 센서(IS) 내에 위치할 수 있다. 그리고 광원(LS)에서 광조사부는 예를 들어 수직 공진 표면 발광 레이저(vcsels)일 수 있다. 이에, 광제어부(LSD)는 광조사부에 대응하여 'vcsels Driver IC'로 도시한다. 또한, 구동부(AT)에서 VCM은 전류를 주입받는 구동 코일부(150)에 대응하고, 이에 따라 구동제어부(ATD)는 'VCM Driver IC'로 도시한다.
그리고 실시예로, 센서 제어부(ISD)는 광원(LS)의 광제어부(LSD)를 온(on)시키는 신호(LD_EN)를 출력할 수 있다. 이후에, 광제어부(LSD)는 제어부(CLO)로부터 광조사 신호(Mode SE_in)를 수신하므로 전력 효율이 극대화될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 제어부(ISD)는 이미지 센서(IS)로부터 트리거 신호(Trigger out)와 광출력 신호(Mode SE_out)를 수신하면 이에 동기화된 광조사 신호(Mod SE_in)와 구동신호를 출력할 수 있다. 이에, 광조사 신호에 의해 광원(LS)은 광을 출력할 수 있다. 또한, 구동신호에 의해 구동부에 의해 광학부가 이동할 수 있다.
이 때, 광조사 신호와 구동신호는 노출신호에 대해 동기화될 수 있다. 예컨대, 노출신호에 따라 광을 수광하는 시구간 이전에 광조사 신호에 따라 광원(LS)에서 광 출력이 이루어질 수 있다. 나아가, 광원(LS)에서 광출력이 이루어지기 전에 구동부에 의해 광학부의 이동이 이루어질 수 있다. 다시 말해, 광조사 신호의 인가 이전에 구동신호의 인가로 시간동기화될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
도 28은 제1 실시예에 따른 제어부의 구동을 설명하는 도면이다.
도 28을 참조하면, 상술한 바와 같이 제어부는 광학부의 이동을 위해 구동부로 출력되는 구동신호를 출력할 수 있다.
구동신호는 광학부로 출력되고, 광학부는 제어부로부터 출력된 구동신호에 의해 상하이동을 수행할 수 있다. 그리고 이러한 광학부의 상하이동에 의해 광원으로부터 조사된 광이 점 형태 또는 면 형태로 변환되어 객체에 조사될 수 있다. 그리고 상술한 제3 실시예에 따른 광학부의 이동을 기준으로 이하 설명한다.
구동신호는 제어부에 의해 노출신호를 기준으로 동기화되어 출사될 수 있다. 실시예로, 구동신호는 제어부에 의해 1개의 프레임 주기에서 노출신호 이후에 출력될 수 있다. 이하에서, 1개의 프레임 주기는 도면과 같이 노출 신호의 주기를 기준으로 설명한다. 그리고 노출 신호는 복수 개의 노출 주기로 이루어질 수 있으나, 하나의 노출 주기를 기준으로 이하 설명한다. 이에 따라, 노출 신호의 시작 및 종료는 하나의 프레임을 생성할 수 있는 복수 개의 노출 주기 또는 하나의 노출 주기에서 설명한다. 또한, 광조사 신호도 복수 개의 펄스로 이루어질 수 있으나, 이하에서는 하나의 펄스로 설명한다. 그리고 광조사 신호의 시작 및 종료도 하나의 프레임을 생성할 수 있는 복수 또는 하나의 주기로 설명한다. 또한, 광조사 신호의 주기도 하나의 프레임 주기와 동일할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 광조사 신호와 구동신호는 펄스 부분에서 출력되는 것으로 설명한다. 그리고 출력 또는 인가는 하이(high) 구간에 대응할 수 있다. 또한, 하이(high)는 온(on)에 대응한다. 그리고 종료는 로우(low) 상태일 수 있다. 그리고 로우(low)는 오프(off)에 대응한다.
구동신호는 광조사 신호의 출력 이전에 출력될 수 있다. 실시예로, 구동신호는 1개의 프레임 주기 내에서 노출신호와 광조사 신호 사이에 출력될 수 있다. 즉, 제어부에 의해 1개의 프레임 주기 내에서 노출신호가 출력된 이후에 구동신호가 출력될 수 있다. 제어부는 노출 신호의 출력을 기준으로 광조사 신호와 구동신호의 출력을 조정할 수 있다.
또한, 구동신호는 광조사 신호의 출력 이후에도 유지될 수 있다. 또한, 구동신호는 광조사 신호의 출력의 종료와 동일하게 종료되거나, 출력의 종료 이후에 출력되지 않을 수 있다. 예컨대, 구동신호는 프레임 주기 직전의 프레임 주기에서 광조사 신호가 출력되기 전에 인가될 수 있다. 또는 구동신호가 프레임 주기에서 출력된 이후에 동일한 프레임 주기에서 광조사 신호가 출력될 수 있다. 그리고 광조사 신호가 출력된 이후에 소정 시간 또는 시간차(dh) 이후에 노출 신호가 출력될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 실시예에 따른 카메라 모듈에서 광학부가 원하는 위치로 이동되는데 걸리는 시간을 고려하여(예로, 정착 시간(settling time)) 광원에 의한 광조사가 이루어지기 전에 광학부의 이동이 수행될 수 있다.
또한, 광조사 신호가 출력되기 전에 광학부가 원하는 위치로 이동되고, 이는 광원에 의한 광 조사가 프레임 주기 내에서 끝날때까지 유지될 수 있다. 이에 따라, 거리 영상을 원하는 패턴으로 촬영할 수 있다. 이에, 거리 측정이 보다 정확하게 이루어질 수 있다.
또한, 실시예에 따르면 구동신호는 노출신호와 중첩되지 않을 수 있다. 구동신호는 광조사 신호의 출력 종료 지점과 노출신호의 출력 시작 지점(다음 프레임 주기) 사이에서 출력의 종료될 수 있다. 이에 따라, 광학부의 이동을 위한 에너지 소모를 최소화할 수 있다. 즉, 카메라 모듈의 에너지 효율이 향상될 수 있다. 또한, 광학부를 이동시키는 엑추에이터 등에서 발생하는 진동을 최소화하여 소자의 신뢰성을 개선할 수 있다.
실시예로, 구동신호는 광조사 신호의 출력 이전의 제1 구간(PE1) 및 제1 구간(PE1)에 연속하는 제2 구간(PE2)을 포함할 수 있다.
제1 구간(PE1)은 노출신호의 유휴 구간(Idle time)과 중첩될 수 있다. 또한, 제1 구간(PE1)은 광조사 신호(광조사 신호의 인가)와 중첩되지 않을 수 있다. 이에, 1개의 프레임 주기 내에서 광학부의 구동에 대한 에너지 소모를 줄일 수 있다.
또한, 구동신호는 노출신호의 인가 종료 이후에 시간차(dh)를 갖고 인가될 수 있다. 이로써, 구동신호에 의한 전력 소모를 줄일 수 있다. 이러한 시간차(dh)는 노출 신호의 종료 이후에 기설정된 시간 내에 출력되는 광조사 신호의 인가의 시점을 고려하여 설정될 수 있다. 즉, 시간차(dh)는 면 형태 또는 점 형태의 출사를 위한 최대 정착 시간(settling time)을 고려한 최대 딜레이 시간차일 수 있다. 그리고 이러한 구성에 의하여, 에너지 효율이 개선될 수 있다.
도 29는 면 형태 또는 점 형태를 제공하기 위한 구동신호의 조절을 설명하는 도면이다.
도 29를 참조하면, 실시예에 따른 카메라 모듈에서 제어부는 구동신호에서 제1 구간(PE1)의 폭을 조절하여 광을 점 형태 또는 면 형태로 조절할 수 있다.
실시예로, 구동신호에서 제1 구간(PE1)은 제1 폭(TW1) 또는 제2 폭(TW2)을 가질 수 있다. 그리고 제1 폭(TW1)은 제2 폭(TW2)보다 작을 수 있다. 다시 말해, 제어부는 구동신호의 전체 폭이 상이하게 조절할 수 있다.
실시예로, 제1 구간(PE1)이 제1 폭(TW)을 갖는 경우는 제2 구간(PE2)이 제2 폭(TW2)을 갖는 경우 대비, 광학부의 이동량이 작을 수 있다. 그리고 광학부의 초기(initial) 위치가 하부에 위치하는 경우, 구동신호가 제1 폭(TW1)을 가짐으로써 점 형태의 광이 출력될 수 있다. 또한, 광학부의 초기(initial) 위치가 하부에 위치하는 경우, 구동신호가 제2 폭(TW2)을 가짐으로써 면 형태의 광이 출력될 수 있다. 다만, 이러한 조절에 대한 설명은 상술한 바와 같이 광학부의 초기(initial) 위치가 이미지 센서에 인접한 하부로 설정된 경우를 기준으로 설명한다. 광학부의 초기(initial) 위치가 상부로 설정된 경우는 반대일 수 있다.
실시예에서는 깊이 영상의 정확도를 위해 에너지가 집중되는 점 형태의 광이 출사되는 지점 또는 이에 인접하게 광학부의 초기 위치(initial)가 설정될 수 있다. 이로써, 광학부의 이동에 대한 에너지 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예에서는 면 형태를 가는 경우 구동신호가 최대의 폭을 가질 수 있다. 이 때, 하나의 프레임 주기에서 최대폭의 제1 구간(PE1)과 노출 신호는 시간차(dh)를 가질 수 있다.
또한, 제2 구간(PE2)은 면 형태 또는 점 형태와 무관하게 유지될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 광원이 조사되는 구간에 광학부의 이동 또는 진동이 최소화되어, 깊이 영상의 정확도가 개선될 수 있다.
도 30은 면 형태 또는 점 형태를 제공하기 위한 구동신호의 제1 예를 설명하는 도면이다.
도 30을 참조하면, 구동신호는 도 29에서 설명한 바와 같이 폭(ex. 펄스 폭)이 변경될 수 있고, 광은 이에 대응하여 점 형태 또는 면 형태를 가질 수 있다. 이하에서는 상술한 바와 같이 광학부의 초기(initial) 위치가 하부에 위치하는 경우를 기준으로 설명한다. 즉, 광학부와 광원 사이의 거리가 멀어지면 광이 점 형태에서 면 형태로 순차로 변환한다. 그리고 인가 전류는 광학부의 이동을 위해 코일로 인가되는 전류를 의미하며, 전류의 크기는 상술한 구동신호의 폭의 크기에 대응하여 조절될 수 있다.
실시에로, 구동신호는 면 형태의 극성과 점 형태의 극성이 동일할 수 있다. 초기 위치에 대응하는 구동신호의 전류(Iini), 점 형태에 대응하는 구동신호에 의한 전류(Ispot) 및 면 형태에 대응하는 구동신호의 전류(Iflood)는 순차로 위치할 수 있다. 이에 따라, 구동신호의 폭이 증가하면 광학부는 초기 위치에서 점 형태를 제공하는 위치 그리고 면 형태를 제공하는 위치로 이동할 수 있다. 실시예에서 깊이 영상의 정확도를 위해 에너지가 집중되는 점 형태의 광이 출사되는 지점에 인접하게 광학부의 초기 위치(initial)가 설정되어, 광학부의 이동에 대한 에너지 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
그리고 광학부가 최대 이동하는 경우 즉, 면 형태에 대응하는 구동신호의 전류(Iflood)가 인가된 경우 최대 전력(Pmax1)을 소모할 수 있다.
도 31은 면 형태 또는 점 형태를 제공하기 위한 구동신호의 제2 예를 설명하는 도면이다.
구동신호는 도 29에서 설명한 바와 같이 폭(ex. 펄스 폭)이 변경될 수 있고, 광은 이에 대응하여 점 형태 또는 면 형태를 가질 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 광학부의 초기(initial) 위치가 점 형태를 제공하는 위치와 면 형태를 제공하는 위치 사이에 위치하는 경우를 기준으로 설명한다. 예컨대, 초기 위치는 상부 또는 하부에 인접할 수 있다. 도면 상으로는 초기 위치가 하부에 인접하게 위치할 수 있다. 즉, 광학부와 광원 간의 거리가 감소하면 광이 점 형태로 변환하고, 광학부와 광원 간의 거리가 증가하면 광원이 면 형태로 변환할 수 있다. 점 형태와 면 형태로의 변환은 상술한 바와 같이 소정의 거리보다 작거나 큰 경우에 발생한다.
그리고 인가 전류는 광학부의 이동을 위해 코일로 인가되는 전류를 의미하며, 전류의 크기는 상술한 구동신호의 폭의 크기에 대응하여 조절될 수 있다.
실시에로, 구동신호는 면 형태의 극성과 점 형태의 극성과 상이할 수 있다. 예컨대, 구동신호는 면 형태의 극성과 점 형태의 극성과 반대일 수 있다.
이에, 초기 위치에 대응하는 구동신호의 전류(Iini)는 점 형태에 대응하는 구동신호에 의한 전류(Ispot)와 면 형태에 대응하는 구동신호의 전류(Iflood) 사이에 위치할 수 있다. 이에 따라, 구동신호의 폭과 극성에 따라 광학부의 위치가 조절될 수 있다. 실시예로, 구동신호의 극성은 광학부의 이동 방향을 결정할 수 있다.
예컨대, 광학부는 초기 위치에서 점 형태를 제공하는 위치 그리고 면 형태를 제공하는 위치로 이동할 수 있다. 이 때, 초기 위치는 점 형태를 제공하는 위치와 면 형태를 제공하는 위치 사이에 존재한다.
또한, 구동신호의 극성이 음(-)인 경우 광학부는 하부로 이동하고, 구동신호의 극성이 양(+)인 경우 광학부는 상부로 이동할 수 있다.
그리고 광학부가 최대 이동하는 경우 즉, 면 형태에 대응하는 구동신호의 전류(Iflood)가 인가된 경우 최대 전력(Pmax1)을 소모할 수 있다. 다만, 이는 상술한 바와 같이 광이 점 형태로 출사되는 것을 기준으로 하기 때문이며, 초기 위치는 spot과 flood 중간에 위치할 수도 있다.
그리고 면 형태에 대응하는 구동신호의 극성과 점 형태에 대응하는 구동신호의 극성이 서로 반대인 경우 광학부가 최대 이동하는 경우(예, 면 형태에 대응하는 구동신호의 전류(Iflood)가 인가된 경우)에 최대 전력(Pmax2)이 상술한 최대 전력(Pmax1)보다 작을 수 있다. 즉, 전력 효율이 향상될 수 있다.
실시예에서 깊이 영상의 정확도를 위해 에너지가 집중되는 점 형태의 광이 출사되는 지점에 인접하게 광학부의 초기 위치(initial)가 설정되어, 광학부의 이동에 대한 에너지 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
나아가, 상술한 구성에 의하여, 전류의 최대 크기가 도 31에서 설명한 경우 대비 감소할 수 있다. 예컨대, 초기 위치에 대응하는 구동신호의 전류(Iini)는 점 형태에 대응하는 구동신호에 의한 전류(Ispot)와 면 형태에 대응하는 구동신호의 전류(Iflood)의 중간값(예컨대, 0)을 가질 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 광학부의 구동을 위해 인가되는 전류의 최대 크기가 감소할 수 있다. 이로써, 광학부의 이동을 위해 소모되는 전력을 최소화할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 제어부의 구동 방법은 광원의 광 출력 이전에 광학부의 이동을 위한 구동신호를 구동부로 송신하는 단계, 상기 광원의 광 출력을 제어하는 광조사 신호를 송신하는 단계 및 노출주기에 따라 이미지 센서가 수광하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 구동신호와 광조사 신호 그리고 노출신호 또는 노출주기는 상술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부는 광원의 온(on)/오프(off)를 제어하는 광조사 신호를 송신할 수 있다. 그리고 제어부는 광조사 신호에 의해 광원이 온(on)될 때 광학부를 제1 위치로 이동하고, 광원이 오프(off)될 때 초기위치로 이동하는 구동신호를 출력할 수 있다. 다만, 구동신호는 광조사 신호에 의해 광원이 온(on)되기 이전에 조사될 수 있다. 또한, 광학부는 상기 광원에서 출력되는 광을 면 형태 또는 복수의 점 형태로 변환하여 출력할 수 있다.
나아가, 광학부의 이동을 위한 구동신호를 구동부로 송신하는 단게이전에 제어부는 이미지 센서로부터 트리거 신호(Trigger out)와 광출력 신호(Mode SE_out)를 수신할 수 있다. 트리거 신호(Trigger out)와 광출력 신호(Mode SE_out)는 모두 노출신호에 대응한다. 이로써, 이미지 센서의 노출 주기를 기준으로 트리거 신호(Trigger out)와 광출력 신호(Mode SE_out)가 제어부로 출력되므로, 하나의 동작을 기준으로 이미지 센서의 동작(노출주기), 광원의 동작(온/오프) 및 광학부의 이동(구동부의 동작)이 이루어질 수 있다. 이로써, 이러한 동작들 간의 시간적 오차를 최소화하여 용이하게 이루어질 수 있다.
즉, 실시예로, 제어부는 트리거 신호를 수신하여 구동제어부로 구동신호를 출력하고, 이에 대응하여 구동제어부는 구동신호의 온(on) 또는 오프(off)에 따라 광학부의 위치를 초기위치 또는 제1 위치로 이동시킬 수 있다.
그리고 실시예로 구동신호는 트리거 신호가 오프(off)된 이후에 온(on)될 수 있다. 또한, 구동신호는 트리거 신호가 오프(off)에서 온(on)된 이후에도 온(on)으로 유지될 수 있다. 그리고 구동신호는 상기 유지된 트리거 신호가 온(on)에서 오프(off)로 변할 때 또는 오프(off)된 이후에 오프(off)될 수 있다(도 27a 또는 도 28) 다시 말해, 이는 상술한 바와 같이 트리거 신호의 온(on)에 대응한 광제어부의 온(on) 이전에 구동신호에 의한 광학부 이동이 이루어지고, 광부의 이동이 유지된 이후에 트리거신호의 변화(off -> on)에 대응하여 또는 상기 변화이후에 구동신호가 오프(off, 광학부 이동 종료에 대응될 수 있다.
즉, 트리거 신호의 출력과 동기화되어 광원(LS)의 광제어부(LSD)를 온(on)시키는 신호(LD_EN)가 출력될 수 있다. 나아가, 각 제어부의 동작이 상술한 바와 같이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 나아가, 후술하는 다른 실시예에 따른 제어부의 구동도 동일하게 이루어질 수 있다.
도 32는 제2 실시예에 따른 제어부의 구동을 설명하는 도면이다.
도 32를 참조하면, 제2 실시예에 따른 제어부는 상술한 바와 같이 광조사 신호를 광원으로 제공할 수 있다. 이에, 광원은 광조사 신호에 따라 소정의 주기를 갖는 광을 출사할 수 있다. 광조사 신호는 상술한 입사광 또는 입사광 신호에 대응할 수 있다. 그리고 광조사 신호는 광원을 구동하는 신호이며, 상술한 바와 같이 복수 개의 펄스로 이루어질 수 있다. 실시예로, 광조사 신호는 복수 개의 파장을 갖는 신호일 수 있다. 이하에서 설명하는 내용을 제외하고 상술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 제어부는 이미지 센서 내에 위치할 수 있다. 즉, 광조사 신호는 이미지 센서에서 광원으로 이동할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 노출신호와 광조사 신호 간의 싱크(sync)가 용이하기 이루어져 전송에 따른 시간오차를 최소화할 수 있다. 그리고 최소화된 시간오차에 의해, 구성요소의 구동 정확도가 개선될 수 있다.
또한, 제어부는 이미지 센서의 노출(exposure)을 제어하는 노출 신호를 출력할 수 있다. 노출 신호에 의해 이미지 센서 내의 제1,2 수광부는 흡수한 입력광 신호를 전기 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 노출 신호에 대한 설명도 후술하는 내용을 제외하고 상술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 제어부는 광학부의 이동을 위해 구동부로 출력되는 구동신호를 출력할 수 있다. 이러한 제어부는 이미지 센서 내에 위치할 수 있다. 뿐만 아니라, 수광부 또는 발광부에 위치할 수 있다. 그리고 이러한 제어부는 광조사 신호 또는 노출 신호를 출력하는 제어부와 별도로 이루어질 수 있다. 즉, 실시예에 따르면 제어부는 복수 개일 수 있으며, 다양한 위치를 가질 수 있다.
본 실시예에서, 제어부는 광학부의 이동을 위해 구동부로 출력되는 구동신호를 출력할 수 있다. 이 때, 구동신호는 노출신호와 적어도 일부 중첩될 수 있다. 본 실시예에서 이전 프레임 주기에서 출력된 구동신호는 제외하여 설명한다.
또한, 구동신호는 광학부로 출력되고, 광학부는 구동신호에 의해 상하이동을 수행할 수 있다. 이러한 광학부의 상하이동에 의해 광원으로부터 조사된 광이 점 형태 또는 면 형태로 변환되어 객체에 조사될 수 있다.
본 실시예에서, 그리고 구동신호는 광조사 신호의 출력 이전에 출력될 수 있다. 실시예로, 구동신호는 1개의 프레임 주기 내에서 노출신호와 광조사 신호 사이에서 출력될 수 있다. 또는 구동신호의 출력은 1개의 프레임 주기 내에서 노출신호와 광조사 신호 사이에서 시작될 수 있다. 즉, 1개의 프레임 주기 내에서 노출신호가 출력된 이후에 구동신호가 출력될 수 있다.
그리고 구동신호는 광조사 신호의 출력이후에도 유지될 수 있다. 구동신호는 광조사 신호의 동일하게 종료되거나, 출력의 종료 이후에 출력되지 않을 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 실시예에 따른 카메라 모듈에서 광학부가 원하는 위치로 이동되는데 걸리는 시간을 고려하여(예로, 정착 시간(settling time)) 광원에 의한 광조사가 이루어지기 전에 광학부의 이동이 수행될 수 있다. 또한, 광조사 신호가 출력되기 전에 광학부가 원하는 위치로 이동되고, 이는 광원에 의한 광 조사가 끝날때까지 유지될 수 있다. 이에 따라, 거리 영상을 원하는 패턴으로 촬영할 수 있다. 이에, 거리 측정이 보다 정확하게 이루어질 수 있다.
또한, 실시예에 따르면 구동신호는 노출신호와 일부 중첩될 수 있다. 구동신호는 노출신호의 출력 시작 지점(다음 프레임 주기) 이후에 출력이 종료될 수 있다. 이와 관련하여, 실시예에 따른 구동신호는 광조사 신호의 출력 이전의 제1 구간(PE1') 및 제1 구간(PE1')에 연속하는 제2 구간(PE2')을 포함할 수 있다.
제1 구간(PE1')은 노출신호의 유휴 구간(Idle time)과 중첩될 수 있다. 또한, 제1 구간(PE1')은 광조사 신호(광조사 신호의 인가)와 중첩되지 않을 수 있다. 이로써, 광학부의 이동을 위한 에너지 소모를 최소화할 수 있다. 다시 말해, 카메라 모듈의 에너지 효율이 향상될 수 있다. 또한, 광학부를 이동시키는 엑추에이터 등에서 발생하는 진동을 최소화하여 소자의 신뢰성을 개선할 수 있다.
그리고 제2 구간(PE2')은 노출신호와 적어도 일부 중첩될 수 있다. 이에, 광학부는 노출주기에 초기 위치로 이동할 수 있다. 이로써, 광조사 신호의 출력이 종료된 이후에 광학부의 이동이 종료될 수 있는 마진이 용이하게 확보될 수 있다.
도 33은 제3 실시예에 따른 제어부의 구동을 설명하는 도면이다.
제3 실시예에 따른 제어부는 상술한 바와 같이 광조사 신호를 광원으로 제공할 수 있다. 이에, 광원은 광조사 신호에 따라 소정의 주기를 갖는 광을 출사할 수 있다. 광조사 신호는 상술한 입사광 또는 입사광 신호에 대응할 수 있다. 그리고 광조사 신호는 광원을 구동하는 신호이며, 상술한 바와 같이 복수 개의 펄스로 이루어질 수 있다. 실시예로, 광조사 신호는 복수 개의 파장을 갖는 신호일 수 있다. 이하에서 설명하는 내용을 제외하고 상술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 제어부는 이미지 센서 내에 위치할 수 있다. 즉, 광조사 신호는 이미지 센서에서 광원으로 이동할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 노출신호와 광조사 신호 간의 싱크(sync)가 용이하기 이루어져 전송에 따른 시간오차를 최소화할 수 있다. 그리고 최소화된 시간오차에 의해, 구성요소의 구동 정확도가 개선될 수 있다.
또한, 제어부는 이미지 센서의 노출(exposure)을 제어하는 노출 신호를 출력할 수 있다. 노출 신호에 의해 이미지 센서 내의 제1,2 수광부는 흡수한 입력광 신호를 전기 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 노출 신호에 대한 설명도 후술하는 내용을 제외하고 상술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 제어부는 광학부의 이동을 위해 구동부로 출력되는 구동신호를 출력할 수 있다. 이러한 제어부는 이미지 센서 내에 위치할 수 있다. 뿐만 아니라, 수광부 또는 발광부에 위치할 수 있다. 그리고 이러한 제어부는 광조사 신호 또는 노출 신호를 출력하는 제어부와 별도로 이루어질 수 있다. 즉, 실시예에 따르면 제어부는 복수 개일 수 있으며, 다양한 위치를 가질 수 있다.
본 실시예에서, 제어부는 광학부의 이동을 위해 구동부로 출력되는 구동신호를 출력할 수 있다. 이 때, 구동신호는 노출신호와 중첩될 수 있다. 나아가, 구동신호는 노출신호 이후에도 일부 출력될 수 있다. 본 실시예에서 이전 프레임 주기에서 출력된 구동신호는 제외하여 설명한다.
또한, 구동신호는 광학부로 출력되고, 광학부는 구동신호에 의해 상하이동을 수행할 수 있다. 이러한 광학부의 상하이동에 의해 광원으로부터 조사된 광이 점 형태 또는 면 형태로 변환되어 객체에 조사될 수 있다.
본 실시예에서, 그리고 구동신호는 광조사 신호의 출력 이전에 출력될 수 있다. 실시예로, 구동신호는 1개의 프레임 주기 내에서 노출신호와 광조사 신호 사이에서 출력될 수 있다. 또는 구동신호의 출력은 1개의 프레임 주기 내에서 노출신호와 광조사 신호 사이에서 시작될 수 있다. 즉, 1개의 프레임 주기 내에서 노출신호가 출력된 이후에 구동신호가 출력될 수 있다.
그리고 구동신호는 광조사 신호의 출력이후에도 유지될 수 있다. 구동신호는 광조사 신호의 동일하게 종료되거나, 출력의 종료 이후에 출력되지 않을 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 실시예에 따른 카메라 모듈에서 광학부가 원하는 위치로 이동되는데 걸리는 시간을 고려하여(예로, 정착 시간(settling time)) 광원에 의한 광조사가 이루어지기 전에 광학부의 이동이 수행될 수 있다. 또한, 광조사 신호가 출력되기 전에 광학부가 원하는 위치로 이동되고, 이는 광원에 의한 광 조사가 끝날때까지 유지될 수 있다. 이에 따라, 거리 영상을 원하는 패턴으로 촬영할 수 있다. 이에, 거리 측정이 보다 정확하게 이루어질 수 있다.
또한, 실시예에 따르면 구동신호는 노출신호와 중첩될 수 있다. 구동신호는 노출신호의 출력 시작 지점(다음 프레임 주기)을 지나 출력 종료 지점 이후에 출력이 종료될 수 있다. 이와 관련하여, 실시예에 따른 구동신호는 광조사 신호의 출력 이전의 제1 구간(PE1'') 및 제1 구간(PE1'')에 연속하는 제2 구간(PE2'')을 포함할 수 있다. 실시예로, 제1 구간(PE1'')은 노출신호의 유휴 구간(Idle time)과 중첩될 수 있다. 또한, 제1 구간(PE1'')은 광조사 신호(광조사 신호의 인가)와 중첩되지 않을 수 있다. 이로써, 광학부의 이동을 위한 에너지 소모를 최소화할 수 있다. 다시 말해, 카메라 모듈의 에너지 효율이 향상될 수 있다. 또한, 광학부를 이동시키는 엑추에이터 등에서 발생하는 진동을 최소화하여 소자의 신뢰성을 개선할 수 있다.
그리고 제2 구간(PE2'')은 노출신호(또는 노출신호의 출력)과 중첩될 수 있다. 나아가, 제2 구간(PE2'')은 노출신호의 출력 종료 이후에도 소정 시간 유지될 수 있다. 이로써, 이에, 노출신호의 출력 즉, 노출주기 동안 광학부의 이동(에로, 초기 위치로 이동)함에 따른 진동이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이에, 깊이 영상이 정확도를 개선할 수 있다.
도 34는 실시예에 따른 카메라 모듈을 포함하는 광학기기를 도시한 도면이다.
도 34를 참조하면, 실시예에 따른 광학기기는 전면 케이스(fc), 후면 케이스(rc) 및 전면 케이스(fc)와 후면 케이스(rc)에 또는 그 사이에 구비되는 카메라 모듈(10)을 포함한다.
그리고 카메라 모듈(10)은 상술한 카메라 모듈일 수 있다. 이에, 광학기기는 이러한 3차원 깊이 이미지를 출력하는 카메라 모듈(10)을 통해 입체영상을 촬영할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (23)

  1. 광원;
    상기 광원에서 출력되는 광을 면 형태 또는 복수의 점 형태로 변환하여 출력하는 광학부; 및
    이미지 센서;를 포함하고,
    상기 광원은 주기적으로 온(on)/오프(off)되고,
    상기 광학부는 상기 광원이 온(on)될 때 제1 위치에 위치하도록 이동하고,
    상기 광학부는 상기 광원이 오프(off)될 때 초기위치로 이동하는 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학부는 광원이 온(on) 되기 소정의 시간 전에 초기위치에서 제1 위치를 향하여 이동하는 카메라 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광학부가 상기 초기위치에 위치할 때, 상기 광학부는 상기 광을 상기 면 형태와 상기 복수의 점 형태 중 어느 하나로 출력하고,
    상기 광학부가 제1 위치에 위치할 때, 상기 광학부는 상기 광을 상기 면 형태와 상기 복수의 점 형태 중 다른 하나로 출력하는 카메라 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광학부는 상기 초기위치와 상기 제1 위치 중 어느 하나의 위치에 있는 경우, 상기 광학부와 상기 광원 간의 거리는 상기 광학부의 후방초점거리와 같은 카메라 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 위치는 제1-A 위치 및 제1-B 위치를 포함하고,
    상기 광학부는 상기 제1-A 위치에 위치할 때, 상기 광을 상기 복수의 점 형태로 출력하고,
    상기 광학부는 상기 제1-B 위치에 위치할 때, 상기 광을 상기 면 형태로 출력하는 카메라 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광원과 상기 제1-A 위치에서의 상기 광학부 사이의 거리는 상기 광원과 상기 초기위치에서의 상기 광학부 사이의 거리보다 작고,
    상기 광원과 상기 제1-B 위치에서의 상기 광학부 사이의 거리는 상기 광원과 상기 초기위치에서의 상기 광학부 사이의 거리보다 큰 카메라 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 초기위치와 상기 제1-A 위치 사이의 거리는 상기 초기위치와 상기 제1-B 위치 사이의 거리보다 작은 카메라 모듈.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 광원과 상기 제1-A 위치에서의 상기 광학부 사이의 거리는 상기 광원과 초기위치에서의 상기 광학부 사이의 거리보다 크고,
    상기 제1-B 위치에서의 상기 광원과 상기 광학부 사이의 거리는 상기 제1-A 위치에서의 상기 광원과 상기 광학부 사이의 거리보다 큰 카메라 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1-A 위치와 상기 초기위치 사이의 거리는 상기 제1-B 위치와 상기 초기위치 사이의 거리보다 작은 카메라 모듈.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 광원과 상기 초기위치에서의 상기 광학부 사이의 거리는 상기 광원과 상기 제1-B 위치에서의 상기 광학부 사이의 거리보다 크고,
    상기 제1-B 위치에서의 상기 광원과 상기 광학부 사이의 거리는 상기 제1-A 위치에서의 상기 광원과 상기 광학부 사이의 거리보다 큰 카메라 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광학부를 상하 이동시키는 구동부; 및
    상기 광원이 상기 광을 출력하도록 제어하는 광조사 신호와, 상기 광학부의 이동을 위해 상기 구동부로 출력되는 구동신호를 출력하는 제어부;를 더 포함하고,
    상기 구동신호는 상기 광조사 신호의 출력 이전에 출력되어 상기 광학부가 상기 광원의 온(on) 상태가 되기 이전에 상기 제1 위치로 이동하는 카메라 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광원의 오프(off) 상태가 된 이후에 상기 광학부가 초기상태로 이동하는 카메라 모듈.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 광조사 신호는 프레임 주기를 갖는 카메라 모듈.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 노출신호에 따라 노출(exposure)을 수행하는 카메라 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 구동신호는 상기 노출신호와 적어도 일부 중첩되고,
    상기 구동신호는 상기 노출신호가 오프(off) 된 이후 소정의 시간 이후에 온(on)되는 카메라 모듈.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 구동신호는 상기 광조사 신호의 온(on) 이전에 온(on)되는 제1 구간, 상기 광조사 신호의 온(on) 구간과 중첩되는 제2 구간을 포함하는 카메라 모듈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 구간은 유휴 구간과 중첩되는 카메라 모듈.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 구간의 길이는 상기 면 형태 또는 상기 점 형태에 대응하여 조절되는 카메라 모듈.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 구동신호는 상기 면 형태에 대응하는 극성과 상기 점 형태에 대응하는 극성이 서로 반대인 카메라 모듈.
  20. 광원;
    상기 광원 상에 배치되는 광학부; 및
    이미지 센서;를 포함하고,
    상기 광원은 광조사 신호에 의해 제어되고,
    상기 광학부는 상기 광조사 신호가 온될 때 특정 위치로 위치하도록 이동하고,
    상기 광조사 신호가 오프될 때, 초기 위치로 이동하는 카메라 모듈.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 광학부는 구동신호에 의해 이동하고,
    상기 광조사 신호는 프레임 주기를 갖고,
    상기 구동신호는 상기 광조사 신호의 온(on) 이전에 온(on)되는 제1 구간, 상기 광조사 신호의 온(on) 구간과 중첩되는 제2 구간을 포함하는 카메라 모듈.
  22. 광원의 온(on)/오프(off)를 제어하는 광조사 신호를 송신하는 단계; 및
    상기 광조사 신호에 의해 상기 광원이 온(on)될 때 광학부를 제1 위치로 이동하고, 상기 광원이 오프(off)될 때 초기위치로 이동하는 구동신호를 출력하는 단계;를 포함하고,
    상기 광학부는 상기 광원에서 출력되는 광을 면 형태 또는 복수의 점 형태로 변환하여 출력하는 구동 방법.
  23. 광원;
    상기 광원의 출력을 제어하는 광제어부;
    상기 광원에서 출력되는 광 경로에 배치되는 광학부;
    상기 광학부의 위치를 제어하는 구동제어부;
    복수 개의 픽셀을 포함하는 이미지 센서; 및
    제어부;를 포함하고,
    상기 이미지 센서는 상기 픽셀의 노출 주기에 대응하는 트리거 신호를 출력하고,
    상기 제어부는 상기 트리거 신호를 수신하여 상기 구동제어부로 구동신호를 출력하고,
    상기 구동제어부는 상기 구동신호의 온(on) 또는 오프(off)에 따라 상기 광학부의 위치를 초기위치 또는 제1위치로 이동시키고,
    상기 구동신호는 상기 트리거 신호가 오프(off)된 이후에 온(on)되고,
    상기 구동신호는 상기 트리거 신호가 오프(off)에서 온(on)된 이후에도 온(on)으로 유지되고,
    상기 구동신호는 상기 트리거 신호가 온(on)에서 오프(off)로 변할 때 또는 오프(off)된 이후에 오프(off)되는 카메라 모듈.
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