KR20230012955A

KR20230012955A - 이미지 센서, 카메라 모듈 및 이를 포함하는 전자기기

Info

Publication number: KR20230012955A
Application number: KR1020220002128A
Authority: KR
Inventors: 김현
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2022-01-06
Publication date: 2023-01-26

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서는, 광축 방향으로 이미지(image)를 센싱(sensing)하도록 소정의 종횡비로 배열된 복수의 픽셀들을 포함하고, 소정의 종횡비는 4/3보다 높고 16/9보다 낮을 수 있다.

Description

이미지 센서, 카메라 모듈 및 이를 포함하는 전자기기 {Image sensor, camera module and electronic device including thereof}

본 발명은 이미지 센서, 카메라 모듈 및 이를 포함하는 전자기기에 관한 것이다.

스마트 폰(smart phone), 개인용 정보 단말기(personal digital assistant), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 네트워크 시스템(network system), 컴퓨터(computer), 모니터(monitor), 태블릿(tablet), 랩탑(laptop), 넷북(netbook), 텔레비전(television), 비디오 게임(video game), 스마트 워치(smart watch), 오토모티브(Automotive)와 같은 전자기기는 점차 소형화되고 있다. 예를 들어, 전자기기에 포함될 수 있는 카메라 모듈의 광축 방향 길이나 렌즈 모듈의 광축 방향 길이도 점차 짧도록 요구되고 있다.

반면, 전자기기에 요구되는 기능은 점차 많아지고 있다. 예를 들어, 전자기기에 포함될 수 있는 카메라 모듈 및/또는 이미지 센서가 센싱한 이미지는 더 넓거나 더 다양한 화각이 요구될 수 있다.

등록특허공보 제10-0494098호

본 발명은 이미지 센서, 카메라 모듈 및 이를 포함하는 전자기기를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서는, 광축 방향으로 이미지(image)를 센싱(sensing)하도록 소정의 종횡비로 배열된 복수의 픽셀들을 포함하고, 상기 소정의 종횡비는 4/3보다 높고 16/9보다 낮을 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈은, 상기 이미지 센서 및 상기 이미지 센서의 복수의 픽셀들 상에 배치된 렌즈모듈; 을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈은, 이미지 센서의 배치공간을 제공하는 센서기판; 및 상기 센서기판 상에 배치된 렌즈모듈; 을 포함하고, 상기 렌즈모듈의 화각은 θ이고, 상기 렌즈모듈의 초점이 조정된 상태에서, 상기 이미지 센서의 배치공간과 상기 렌즈모듈 간의 광축 방향의 거리는 F이고, 상기 렌즈모듈은, {2 * tan(θ/2) * F}가 상기 이미지 센서의 종방향 및 횡방향 일단의 일 코너(corner)에서 종방향 및 횡방향 타단의 타 코너까지의 길이인 DL보다 짧도록 상기 센서기판 상에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기기는, 상기 이미지 센서; 상기 이미지 센서가 센싱한 이미지를 입력 받고 상기 이미지에 기반한 디스플레이 이미지의 정보를 생성하는 IC(Integrated Circuit); 및 상기 디스플레이 이미지를 출력하는 디스플레이 부재; 를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서는, 다양한 종횡비 및/또는 넓은 화각의 종횡비를 가지는 이미지를 효율적으로 센싱할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈은, 성능(예: 이미지 센싱 효율)을 확보하면서 쉽게 소형화(예: 광축 방향 길이 축소)될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전자기기는, 사이즈의 실질적인 증가 없이도 다양한 종횡비 및/또는 넓은 화각의 종횡비를 가지는 이미지를 효율적으로 출력할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 개략적인 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 및 카메라 모듈의 렌즈 광학 사이즈(lens optical size, LOS)를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서가 렌즈 광학 사이즈 내에서 획득할 수 있는 이미지의 다양한 종횡비(Aspect Ratio)를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 다양한 종횡비 중 광학적 이미지 안정화(OIS) 시의 선택될 수 있는 종횡비를 예시한 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서가 광학적 이미지 안정화(OIS)가 아닌 전자적 이미지 안정화(electronic image stabilizing) 시에 획득하는 이미지의 범위를 예시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서가 서로 종횡비가 동일하고 서로 사이즈가 다른 이미지를 획득하는 것을 예시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 픽셀 회로를 간단하게 도시한 도면들이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈을 포함하는 전자기기를 예시한 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 개략적인 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(1)은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서(S)를 포함할 수 있고, 렌즈모듈(700), 제1 액추에이터(10) 및 제2 액추에이터(20) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

제1 액추에이터(10)는 흔들림 보정용 액추에이터일 수 있고, 제2 액추에이터(20)는 초점 조정용 액추에이터일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 액추에이터(10)는 흔들림 보정용 및/또는 초점 조정용일 수 있고, 제2 액추에이터(20)는 생략될 수 있다. 예를 들어, 제2 액추에이터(20)는 흔들림 보정용 및/또는 초점 조정용일 수 있고, 제1 액추에이터(10)는 생략될 수 있다.

렌즈모듈(700)은 적어도 하나의 렌즈 및 렌즈배럴(710)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 렌즈는 렌즈배럴(710)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 적어도 하나의 렌즈의 개수가 2개 이상일 경우, 복수의 렌즈는 광축(Z축)을 따라 렌즈배럴(710)의 내부에 장착될 수 있다.

예를 들어, 렌즈모듈(700)은 렌즈배럴(710)과 결합되는 캐리어(730)를 더 포함할 수 있다. 캐리어(730)에는 캐리어(730)를 광축(Z축) 방향으로 관통하는 중공부가 구비될 수 있고, 렌즈배럴(710)은 중공부에 삽입되어 캐리어(730)에 대해 고정 배치될 수 있다.

자동 초점 조정(auto focus, AF) 시, 제1 액추에이터(10) 및/또는 제2 액추에이터(20)는 렌즈모듈(700)을 광축(Z축) 방향으로 이동시킬 수 있으며, 렌즈모듈(700)은 초점을 조정할 수 있다.

광학적 이미지 안정화(optical image stabilizing, OIS) 시, 제1 액추에이터(10) 및/또는 제2 액추에이터(20)는 렌즈모듈(700)을 광축(Z축) 방향에 수직인 방향(예: X축 및/또는 Y축)으로 이동시킬 수 있고, 렌즈모듈(700)은 카메라 모듈(1) 외부의 힘에 따른 움직임을 상쇄하는 방향으로 카메라 모듈(1) 내에서 움직일 수 있고, 이미지 센서(S)는 렌즈모듈(700)을 통해 이미지를 획득하는 과정에서 카메라 모듈(1) 외부의 힘이 상기 이미지에 주는 영향을 줄일 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 액추에이터(10)는 고정프레임(100), 이동프레임(200), 제1 구동부, 센서기판(400) 및 베이스(500) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 구동부는 제1 및 제2 서브 구동부를 포함할 수 있다. 제1 서브 구동부는 제1 마그네트(311), 제1 코일(313) 및 제1 위치센서(315) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 제2 서브 구동부는 제2 마그네트(331), 제2 코일(333) 및 제2 위치센서(335) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

고정프레임(100)은 후술하는 제2 액추에이터(20)와 결합될 수 있다. 예컨대, 고정프레임(100)은 제2 액추에이터(20)의 하우징(600)과 결합될 수 있다. 고정프레임(100)의 상부면에는 제2 액추에이터(20)의 하우징(600)이 안착되는 안착홈이 구비될 수 있다.

고정프레임(100)은 초점 조정 및 흔들림 보정 시에 움직이지 않는 고정부재일 수 있고, 상부와 하부가 개방된 사각 박스 형상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이동프레임(200)은 고정프레임(100)에 수용될 수 있다. 고정프레임(100)은 광축(Z축) 방향 아래쪽으로 연장된 측벽을 가지며, 이에 따라 고정프레임(100)은 이동프레임(200)을 수용하기 위한 수용공간을 가질 수 있다.

이동프레임(200)은 고정프레임(100)에 대하여 광축(Z축)에 수직한 방향으로 상대 이동되거나, 광축(Z축)을 회전축으로 하여 회전될 수 있다. 즉, 이동프레임(200)은 흔들림 보정 시에 이동되는 이동부재일 수 있다.

예컨대, 이동프레임(200)은 제1 축(X축) 방향 및 제2 축(Y축) 방향으로 이동 가능하게 구성되고, 광축(Z축)을 회전축으로 하여 회전될 수 있다. 제1 축(X축) 방향은 광축(Z축)에 수직한 방향을 의미할 수 있고, 제2 축(Y축) 방향은 광축(Z축) 방향 및 제1 축(X축) 방향에 모두 수직한 방향을 의미할 수 있다. 이동프레임(200)은 중앙이 광축(Z축) 방향으로 관통된 사각 플레이트 형상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이동프레임(200)의 상부면에는 적외선 차단 필터(IRCF)가 장착될 수 있다. 이동프레임(200)의 상부면에는 적외선 차단 필터(IRCF)가 장착되는 필터장착홈이 구비될 수 있다. 이동프레임(200)의 하부면에는 센서기판(400)이 장착될 수 있다.

고정프레임(100)과 이동프레임(200) 사이에는 제1 볼 부재(B1)가 배치될 수 있다. 제1 볼 부재(B1)는 고정프레임(100) 및 이동프레임(200)과 각각 접촉하도록 배치될 수 있다. 제1 볼 부재(B1)는 이동프레임(200)이 고정프레임(100)에 대해 상대적으로 이동되거나 회전될 때, 고정프레임(100)과 이동프레임(200) 사이에서 구름운동하여 이동프레임(200)의 이동을 지지할 수 있다. 예를 들어, 이동프레임(200)의 강성 보강을 위하여 이동프레임(200)에는 스테인레스 재질의 보강판이 구비될 수 있다.

센서기판(400)에는 이미지 센서(S)가 장착될 수 있다. 센서기판(400)의 일부는 이동프레임(200)과 결합되고, 센서기판(400)의 다른부분은 고정프레임(100)과 결합될 수 있다. 이동프레임(200)과 결합되는 센서기판(400)의 일부에는 이미지 센서(S)가 장착될 수 있다.

예를 들어, 센서기판(400)의 일부가 이동프레임(200)에 결합되므로, 이동프레임(200)이 이동되거나 회전됨에 따라 센서기판(400)의 일부도 이동프레임(200)과 함께 이동되거나 회전될 수 있다. 따라서, 이미지 센서(S)가 광축(Z축)에 수직한 평면에서 이동되거나 회전되어 촬영 시의 흔들림을 보정할 수 있다.

예를 들어, 센서기판(400)은 경연성(rigid-flexible) 인쇄회로기판일 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(S)는 경연성 인쇄회로기판의 경성 부분에 배치될 수 있고, 경연성 인쇄회로기판의 연성 부분은 후술할 제1 구동부에 전기적으로 연결되거나, 이미지 센서(S)가 획득한 이미지를 전달하는 대상(예: IC, 프로세서)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 센서기판(400)의 하부에는 외부 이물 등이 유입되지 않도록 방지할 수 있는 베이스(500)가 결합될 수 있다.

제1 구동부는 광축(Z축)에 수직한 방향으로 구동력을 발생시켜 이동프레임(200)을 광축(Z축)에 수직한 방향으로 이동시키거나 광축(Z축)을 회전축으로 하여 회전시킬 수 있다. 제1 구동부의 제1 서브 구동부는 제1 축(X축) 방향으로 구동력을 발생시킬 수 있고, 제1 구동부의 제2 서브 구동부는 제2 축(Y축) 방향으로 구동력을 발생시킬 수 있다.

제1 서브 구동부의 제1 마그네트(311)와 제1 코일(313)은 광축(Z축) 방향으로 마주보게 배치될 수 있다. 제1 마그네트(311)는 이동프레임(200)에 배치될 수 있다. 제1 마그네트(311)는 복수의 마그네트를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 마그네트(311)는 2개의 마그네트를 포함할 수 있고, 2개의 마그네트는 광축(Z축)을 기준으로 대칭되게 이격 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 마그네트(311)는 제1 마그네트(311)에 의해 구동력이 발생되는 방향(제1 축(X축) 방향)으로 이격 배치된 2개의 마그네트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이동프레임(200)의 상부면에는 제1 마그네트(311)가 배치되는 장착홈이 구비될 수 있다.

제1 마그네트(311)는 일면(예컨대, 제1 코일(313)과 마주보는 면)이 N극과 S극을 모두 갖도록 착자될 수 있다. 일 예로, 제1 코일(313)과 마주보는 제1 마그네트(311)의 일면에는 제1 축(X축) 방향을 따라 순차로 N극, 중립영역 및 S극이 구비될 수 있다. 제1 마그네트(311)는 제2 축(Y축) 방향으로 길이를 갖는 형상일 수 있다. 제1 마그네트(311)의 타면(예컨대, 일면의 반대면)은 S극과 N극을 모두 갖도록 착자될 수 있다. 일 예로, 제1 마그네트(311)의 타면에는 제1 축(X축) 방향을 따라 순차로 S극, 중립영역 및 N극이 구비될 수 있다.

제1 코일(313)은 제1 마그네트(311)와 마주보도록 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 코일(313)은 광축(Z축) 방향으로 제1 마그네트(311)와 마주보도록 배치될 수 있다. 제1 코일(313)은 중공을 갖는 도넛 형상일 수 있고, 제2 축(Y축) 방향으로 길이를 갖는 형상일 수 있다. 제1 코일(313)은 제1 마그네트(311)에 포함된 마그네트의 개수와 대응되는 개수의 코일을 포함할 수 있다.

제1 코일(313)은 제1 기판(350)에 배치될 수 있다. 제1 기판(350)은 제1 마그네트(311)와 제1 코일(313)이 광축(Z축) 방향으로 마주보도록 고정프레임(100)에 장착될 수 있다. 고정프레임(100)에는 관통홀이 구비될 수 있다. 예컨대, 관통홀은 고정프레임(100)의 상부면을 광축(Z축) 방향으로 관통하는 구성일 수 있고, 관통홀의 상부는 제1 기판(350)에 의해 덮여질 수 있다.

제1 마그네트(311)는 이동프레임(200)에 장착되어 이동프레임(200)과 함께 이동하는 이동부재이고, 제1 코일(313)은 제1 기판(350) 및 고정프레임(100)에 고정된 고정부재일 수 있다. 제1 코일(313)에 전원이 인가되면, 제1 마그네트(311)와 제1 코일(313) 사이의 전자기력에 의하여 이동프레임(200)을 제1 축(X축) 방향으로 이동시킬 수 있다. 제1 마그네트(311)와 제1 코일(313)은 서로 마주보는 방향(광축 방향)에 수직한 방향(예컨대, 제1 축(X축) 방향)으로 구동력을 발생시킬 수 있다.

제2 서브 구동부의 제2 마그네트(331)와 제2 코일(333)은 광축(Z축) 방향으로 마주보게 배치될 수 있다. 제2 마그네트(331)는 이동프레임(200)에 배치될 수 있다. 제2 마그네트(331)는 복수의 마그네트를 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 마그네트(331)는 2개의 마그네트를 포함할 수 있고, 2개의 마그네트는 제1 축(X축) 방향을 따라 이격 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 마그네트(331)는 제2 마그네트(331)에 의해 구동력이 발생되는 방향(제2 축(Y축) 방향)에 수직한 방향으로 이격 배치된 2개의 마그네트를 포함할 수 있다.

설계에 따라, 제1 마그네트(311)와 제2 마그네트(331)는 도 2에 도시된 형태와 서로 반대로 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 마그네트(311)는 제1 마그네트(311)에 의해 구동력이 발생되는 방향(제1 축(X축) 방향)에 수직한 방향으로 이격 배치된 2개의 마그네트를 포함할 수 있고, 제2 마그네트(331)는 제2 마그네트(331)에 의해 구동력이 발생되는 방향(제2 축(Y축) 방향)으로 이격 배치된 2개의 마그네트를 포함할 수 있다. 또는, 제1 마그네트(311)와 제2 마그네트(331) 모두, 각 마그네트에 의해 구동력이 발생되는 방향에 수직한 방향으로 이격 배치된 2개의 마그네트를 포함하는 것도 가능하다. 이동프레임(200)의 상부면에는 제2 마그네트(331)가 배치되는 장착홈이 구비될 수 있다.

제2 마그네트(331)는 일면(예컨대, 제2 코일(333)과 마주보는 면)이 S극과 N극을 모두 갖도록 착자될 수 있다. 예컨대, 제2 코일(333)과 마주보는 제2 마그네트(331)의 일면에는 제2 축(Y축) 방향을 따라 순차로 S극, 중립영역 및 N극이 구비될 수 있다. 제2 마그네트(331)는 제1 축(X축) 방향으로 길이를 갖는 형상일 수 있다. 제2 마그네트(331)의 타면(예컨대, 일면의 반대면)은 N극과 S극을 모두 갖도록 착자될 수 있다. 일 예로, 제2 마그네트(331)의 타면에는 제2 축(Y축) 방향을 따라 순차로 N극, 중립영역 및 S극이 구비될 수 있다.

제2 코일(333)은 제2 마그네트(331)와 마주보도록 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 코일(333)은 광축(Z축) 방향으로 제2 마그네트(331)와 마주보도록 배치될 수 있다. 제2 코일(333)은 중공을 갖는 도넛 형상일 수 있고, 제1 축(X축) 방향으로 길이를 갖는 형상일 수 있다. 제2 코일(333)은 제2 마그네트(331)에 포함된 마그네트의 개수와 대응되는 개수의 코일을 포함할 수 있다.

제2 코일(333)은 제1 기판(350)에 배치될 수 있다. 제1 기판(350)은 제2 마그네트(331)와 제2 코일(333)이 광축(Z축) 방향으로 마주보도록 고정프레임(100)에 장착될 수 있다. 고정프레임(100)에는 관통홀이 구비될 수 있다. 예컨대, 관통홀은 고정프레임(100)의 상부면을 광축 방향으로 관통하는 구성일 수 있고, 제2 코일(333)은 고정프레임(100)의 관통홀에 배치될 수 있다.

제2 마그네트(331)는 이동프레임(200)에 장착되어 이동프레임(200)과 함께 이동하는 이동부재이고, 제2 코일(333)은 제1 기판(350) 및 고정프레임(100)에 고정된 고정부재일 수 있다. 제2 코일(333)에 전원이 인가되면, 제2 마그네트(331)와 제2 코일(333) 사이의 전자기력에 의하여 이동프레임(200)을 제2 축(Y축) 방향으로 이동시킬 수 있다. 제2 마그네트(331)와 제2 코일(333)은 서로 마주보는 방향(광축 방향)에 수직한 방향(예컨대, 제2 축(Y축) 방향)으로 구동력을 발생시킬 수 있다.

한편, 제1 및 제2 마그네트(311, 331)와 제1 및 제2 코일(313, 333)에 의해 이동프레임(200)을 광축(Z축)을 기준으로 회전시킬 수 있다.

고정프레임(100)과 이동프레임(200) 사이에는 제1 볼 부재(B1)가 배치될 수 있다. 제1 볼 부재(B1)는 고정프레임(100) 및 이동프레임(200)과 각각 접촉하도록 배치될 수 있다. 제1 볼 부재(B1)는 흔들림 보정 과정에서 이동프레임(200)의 이동을 가이드할 수 있고, 고정프레임(100) 및 이동프레임(200) 간의 간격을 유지시킬 수도 있다.

제1 볼 부재(B1)는 제1 축(X축) 방향으로의 구동력이 발생한 경우에 제1 축(X축) 방향으로 구름운동할 수 있다. 이에 따라, 제1 볼 부재(B1)는 이동프레임(200)의 제1 축(X축) 방향으로의 이동을 가이드할 수 있다. 또한, 제1 볼 부재(B1)는 제2 축(Y축) 방향으로의 구동력이 발생한 경우에 제2 축(Y축) 방향으로 구름운동할 수 잇다. 이에 따라, 제1 볼 부재(B1)는 이동프레임(200)의 제2 축(Y축) 방향으로의 이동을 가이드할 수 있다. 제1 볼 부재(B1)는 고정프레임(100)과 이동프레임(200) 사이에 배치되는 복수의 볼을 포함할 수 있다.

고정프레임(100)과 이동프레임(200)이 서로 광축(Z축) 방향으로 마주보는 면 중 적어도 하나에는 제1 볼 부재(B1)가 배치되는 가이드홈이 구비될 수 있다. 가이드홈은 제1 볼 부재(B1)의 복수의 볼에 대응되도록 복수개가 구비될 수 있다. 예컨대, 고정프레임(100)의 하부면에는 제1 가이드홈이 구비될 수 있고, 이동프레임(200)의 상부면에는 제2 가이드홈이 구비될 수 있다. 제1 볼 부재(B1)는 제1 가이드홈과 제2 가이드홈에 배치되어 고정프레임(100)과 이동프레임(200) 사이에 끼워질 수 있다.

제1 위치센서(315)는 제1 마그네트(311)와 마주보도록 제1 기판(350)에 배치되고, 제2 위치센서(335)는 제2 마그네트(331)와 마주보도록 제1 기판(350)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 위치센서(315) 및 제2 위치센서(335)는 홀 센서일 수 있다. 예를 들어, 제2 위치센서(335)는 2개의 홀 센서를 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 마그네트(331)는 제2 마그네트(331)에 의해 구동력이 발생되는 방향(제2 축(Y축) 방향)에 수직한 방향(제1 축(X축) 방향)으로 이격 배치된 2개의 마그네트를 포함하며, 제2 위치센서(335)는 2개의 마그네트와 마주보게 배치된 2개의 홀 센서를 포함할 수 있다. 제2 마그네트(331)와 마주보는 2개의 홀 센서를 통해, 이동프레임(200)이 회전되는지 여부를 감지할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 액추에이터(10)는 제1 요크(317) 및 제2 요크(337)를 포함할 수 있다. 제1 요크(317) 및 제2 요크(337)는 고정프레임(100) 및 이동프레임(200)이, 제1 볼 부재(B1)와 접촉 상태를 유지할 수 있도록 인력을 제공할 수 있다.

제1 요크(317)와 제2 요크(337)는 고정프레임(100)에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 요크(317)와 제2 요크(337)는 제1 기판(350)에 배치되고, 제1 기판(350)은 고정프레임(100)에 결합될 수 있다. 제1 기판(350)의 일면에는 제1 코일(313) 및 제2 코일(333)이 배치되며, 제1 기판(350)의 타면에는 제1 요크(317) 및 제2 요크(337)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 요크(317) 및 제2 요크(337)는, 제1 마그네트(311) 및 제2 마그네트(331)와의 사이에서 인력을 발생시킬 수 있는 재질일 수 있다. 일 예로, 제1 요크(317) 및 제2 요크(337)는 자성체로 제공될 수 있다.

제1 요크(317)는 제1 마그네트(311)와 광축(Z축) 방향으로 마주보도록 배치될 수 있다. 제1 요크(317)는 제1 마그네트(311)에 포함된 마그네트의 개수의 두배에 해당하는 복수의 요크를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 마그네트(311)의 각 마그네트는 2개의 요크와 광축(Z축) 방향으로 마주볼 수 있다. 하나의 마그네트와 마주보는 2개의 요크는 제2 축(Y축) 방향으로 이격 배치될 수 있다. 다만, 제1 요크(317)가 제1 마그네트(311)에 포함된 마그네트의 개수에 대응되는 복수의 요크를 포함하는 것도 가능하다.

제2 요크(337)는 제2 마그네트(331)와 광축(Z축) 방향으로 마주보도록 배치될 수 있다. 제2 요크(337)는 제2 마그네트(331)에 포함된 마그네트의 개수에 대응되는 복수의 요크를 포함한다. 예컨대, 제2 마그네트(331)가 2개의 마그네트를 포함하는 경우 제2 요크(337)는 2개의 요크를 포함할 수 있다. 2개의 요크는 제1 축(X축) 방향으로 이격 배치될 수 있다. 이와는 달리, 제2 마그네트(331)의 각 마그네트는 2개의 요크와 광축 방향으로 마주볼 수 있다. 이 경우 하나의 마그네트와 마주보는 2개의 요크는 제1 축(X축) 방향으로 이격 배치될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제2 액추에이터(20)는 케이스(630), 캐리어(730), 하우징(600) 및 제2 구동부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 구동부는 제3 마그네트(810), 제3 코일(830), 제3 위치센서(850), 제3 요크(870) 및 제2 기판(890) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

캐리어(730)에는 캐리어(730)를 광축(Z축) 방향으로 관통하는 중공부가 구비될 수 있고, 렌즈배럴(710)은 중공부에 삽입되어 캐리어(730)에 대해 고정 배치된다. 따라서, 렌즈배럴(710)과 캐리어(730)는 광축(Z축) 방향으로 함께 이동될 수 있다.

하우징(600)은 내부공간을 가지며, 상부와 하부가 개방된 사각 박스 형상일 수 있다. 캐리어(730)는 하우징(600)의 내부공간에 배치될 수 있다. 케이스(630)는 하우징(600)과 결합되어 제2 액추에이터(20)의 내부 구성을 보호하는 구성일 수 있다.

제2 구동부(800)의 제3 마그네트(810) 및 제3 코일(830)은 광축(Z축) 방향으로 구동력을 발생시켜 캐리어(730)(2000)를 광축(Z축) 방향으로 이동시킬 수 있다. 제3 마그네트(810)와 제3 코일(830)은 광축(Z축)에 수직한 방향으로 마주보게 배치될 수 있다.

제3 마그네트(810)는 캐리어(730)에 배치될 수 있다. 예컨대, 제3 마그네트(810)는 캐리어(730)의 일 측면에 배치될 수 있다. 캐리어(730)와 제3 마그네트(810) 사이에는 백요크가 배치될 수 있다. 제3 마그네트(810)는 일면(예컨대, 제3 코일(830)과 마주보는 면)이 N극과 S극을 모두 갖도록 착자될 수 있다. 일 예로, 제3 코일(830)과 마주보는 제3 마그네트(810)의 일면에는 광축(X축) 방향을 따라 순차로 N극, 중립영역 및 S극이 구비될 수 있다. 제3 마그네트(810)의 타면(예컨대, 일면의 반대면)은 S극과 N극을 모두 갖도록 착자될 수 있다. 일 예로, 제3 마그네트(810)의 타면에는 광축(X축) 방향을 따라 순차로 S극, 중립영역 및 N극이 구비될 수 있다.

제3 코일(830)은 제3 마그네트(810)와 마주보도록 배치된다. 예컨대, 제3 코일(830)은 광축(Z축)에 수직한 방향으로 제3 마그네트(810)와 마주보도록 배치될 수 있다. 제3 코일(830)은 제2 기판(890)에 배치되고, 제2 기판(890)은 제3 마그네트(810)와 제3 코일(830)이 광축(Z축)에 수직한 방향으로 마주보도록 하우징(600)에 장착될 수 있다.

제3 마그네트(810)는 캐리어(730)에 장착되어 캐리어(730)와 함께 광축(Z축) 방향으로 이동하는 이동부재이고, 제3 코일(830)은 제2 기판(890)에 고정된 고정부재일 수 있다. 제3 코일(830)에 전원이 인가되면, 제3 마그네트(810)와 제3 코일(830) 사이의 전자기력에 의하여 캐리어(730)를 광축(Z축) 방향으로 이동시킬 수 있다. 캐리어(730)에는 렌즈배럴(710)이 배치되므로, 캐리어(730)의 이동에 의해 렌즈배럴(710)도 광축(Z축) 방향으로 이동될 수 있다.

하우징(600)에는 제3 요크(870)가 배치될 수 있다. 제3 요크(870)는 제3 마그네트(810)와 마주보는 위치에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 기판(350)의 일면에는 제3 코일(830)이 배치되고, 제1 기판(350)의 타면에는 제3 요크(870)가 배치될 수 있다. 제3 마그네트(810)와 제3 요크(870)는 서로 간에 인력을 발생시킬 수 있다. 예컨대, 제3 마그네트(810)와 제3 요크(870) 사이에는 광축(Z축)에 수직한 방향으로 인력이 작용한다.

캐리어(730)와 하우징(600)이 서로 마주보는 면에는 가이드홈이 배치될 수 있다. 예컨대, 캐리어(730)에는 제3 가이드홈이 구비되고, 하우징(600)에는 제4 가이드홈이 구비될 수 있다. 제1 볼 그룹(BG1) 및 제2 볼 그룹(BG2)은 상기 제3 및 제4 가이드홈에 배치될 수 있고, 각각 복수의 볼을 포함할 수 있다.

제3 위치센서(850)는 제3 마그네트(810)와 마주보도록 제2 기판(890)에 배치된다. 예를 들어, 제3 위치센서(850)는 홀 센서일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 및 카메라 모듈의 렌즈 광학 사이즈(lens optical size, LOS)를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서가 렌즈 광학 사이즈 내에서 획득할 수 있는 이미지의 다양한 종횡비(Aspect Ratio)를 나타낸 평면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서(S)는 제1 액추에이터(10)의 센서기판(400)이 제공하는 배치공간에 배치될 수 있다. 제2 액추에이터(20)의 렌즈모듈(700)은 이미지 센서(S) 상에 배치될 수 있고, 센서기판(400) 상에 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(1)은 센서기판(400) 및 렌즈모듈(700)을 포함할 수 있다.

렌즈모듈(700)의 화각은 θ일 수 있다. 렌즈모듈(700)의 초점이 조정된 상태에서, 이미지 센서(S)의 배치공간과 렌즈모듈(700) 간의 광축 방향의 거리는 F일 수 있다. 렌즈 광학 사이즈(lens optical size, LOS)의 반지름은 {tan(θ/2) * F}로 계산될 수 있고, 지름은 {2 * tan(θ/2) * F}로 계산될 수 있다.

이미지 센서(S)는 광축(Z축) 방향으로 이미지(image)를 센싱(sensing)하도록 소정의 종횡비(AR_S)로 배열된 복수의 픽셀들(도 8 참조)을 포함할 수 있다. 이미지 센서(S)가 센싱하는 이미지는 렌즈 광학 사이즈(LOS) 내로 제한될 수 있다. 따라서, 렌즈 광학 사이즈(LOS)가 커질수록, 이미지 센서(S)가 센싱하는 이미지의 크기나 화각은 더 넓어질 수 있고, 이미지 센서(S)가 센싱하는 이미지의 종횡비(aspect ratio)의 선택 자유도는 넓어질 수 있다. 더 나아가, 이미지 센서(S)를 사용하는 전자기기의 디스플레이 이미지(display image)의 크기나 화각도 더 넓어질 수 있고, 종횡비 선택 자유도도 넓어질 수 있다.

렌즈 광학 사이즈(LOS)는 화각(θ)이 넓어지거나 거리(F)가 길어질수록 커질 수 있다. 따라서, 렌즈모듈(700)의 Z 방향 길이가 길어지거나, 카메라 모듈(1) 전체의 Z 방향 길이가 길어질 경우, 렌즈 광학 사이즈(LOS)는 커질 수 있다.

렌즈모듈(700)의 Z 방향 길이나 카메라 모듈(1) 전체의 Z 방향 길이는, 카메라 모듈(1)에 요구되는 규격이나 이미지 센서(S)를 사용하는 전자기기에 요구되는 규격에 따라 제한될 수 있다. 이 경우, 렌즈 광학 사이즈(LOS)의 최대 크기도 제한될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(1)의 렌즈모듈(700)은, {2 * tan(θ/2) * F}가 이미지 센서(S)의 종방향 및 횡방향 일단의 일 코너(corner)에서 종방향 및 횡방향 타단의 타 코너까지의 길이인 DL보다 짧도록 센서기판(400) 상에 배치될 수 있다.

또는, 이미지 센서(S)의 소정의 종횡비(AR_S)는 제1 종횡비(AR_1)보다 높고 제2 종횡비(AR_2)보다 낮을 수 있다. 여기서, 제1 종횡비(AR_1)는 4/3일 수 있고, 제2 종횡비(AR_2)는 16/9일 수 있다. 예를 들어, 렌즈모듈(700)은 이미지 센서(S)가 제1 종횡비(AR_1) 및/또는 제2 종횡비(AR_2)의 이미지를 센싱하도록 초점이 조정된 상태일 수 있고, {2 * tan(θ/2) * F}는 길이(DL) 이하일 수 있다.

이미지 센서(S)를 사용하는 전자기기가 얻고자 하는 이미지의 종횡비는 4/3이나 16/9일 가능성이 높을 수 있다. 예를 들어, 전자기기가 제1 종횡비(AR_1)의 이미지를 얻고자 할 경우, 이미지 센서(S)가 이미지를 획득하는 영역은 이미지 센서(S) 전체 영역에서 종방향 일단 영역 및 종방향 타단 영역이 제외된 영역일 수 있다. 예를 들어, 전자기기가 제2 종횡비(AR_2)의 이미지를 얻고자 할 경우, 이미지 센서(S)가 이미지를 획득하는 영역은 이미지 센서(S) 전체 영역에서 횡방향 일단 영역 및 횡방향 타단 영역이 제외된 영역일 수 있다.

여기서, 제1 종횡비(AR_1)의 이미지를 얻기 위해 제외되는 영역의 총 면적과, 제2 종횡비(AR_2)의 이미지를 얻기 위해 제외되는 영역의 총 면적의 합은, 이미지 센서(S)의 소정의 종횡비(AR_S)가 제1 종횡비(AR_1)이거나 제2 종횡비(AR_2)인 경우에 비해, 이미지 센서(S)의 소정의 종횡비(AR_S)가 제1 종횡비(AR_1)보다 높고 제2 종횡비(AR_2)보다 낮을 경우에 더 작을 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서(S)는 제1 및 제2 종횡비(AR_1, AR_2)의 이미지의 전반적인 면적을 효율적으로 넓힐 수 있고, 제1 및 제2 종횡비(AR_1, AR_2)의 이미지 중 하나가 너무 작아지는 것도 방지할 수 있다.

이미지 센서(S)의 코너(CN)는 제1 종횡비(AR_1)의 이미지를 얻기 위해 제외되는 영역과, 제2 종횡비(AR_2)의 이미지를 얻기 위해 제외되는 영역 모두에 속할 수 있다. 따라서, 이미지 센서(S)의 코너(CN)는 렌즈 광학 사이즈(LOS) 내에 있을 필요가 없을 수 있고, 렌즈모듈(700)의 Z 방향 길이나 카메라 모듈(1) 전체의 Z 방향 길이는 더 짧아질 수 있다.

예를 들어, 이미지 센서(S)의 코너(CN)에 가장 가까운 픽셀은 이미지 센싱에 사용될 필요가 없을 수 있으므로, 비활성화 상태일 수 있다. 반면, 이미지 센서(S)의 중심에 가장 가까운 픽셀은 이미지 센싱에 사용될 수 있으므로, 활성화 상태일 수 있다. 비활성화 상태의 픽셀의 전력 소모가 더 작을 수 있으므로, 이미지 센서(S)는 비활성화 상태의 픽셀을 통해 전체 전력 소모를 줄일 수 있다. 예를 들어, 픽셀의 비활성화는 해당 픽셀에 공급되는 전원 전압(도 9a 및 도 9b 참조)을 낮추는 것일 수 있고, 픽셀의 활성화는 해당 픽셀에 공급되는 전원 전압이 정상인 것일 수 있다.

예를 들어, 소정의 종횡비(AR_S)는 16/11.5 초과 16/9.5 미만일 수 있다. 예를 들어, 소정의 종횡비(AR_S)는 16/10 또는 16/11일 수 있다.

예를 들어, 이미지 센서(S)는 제3 종횡비(AR_3) 및/또는 제4 종횡비(AR_4)의 이미지를 센싱할 수 있다. 제3 종횡비(AR_3)는 20/9일 수 있고, 제4 종횡비(AR_4)는 21/9일 수 있다. 제3 및 제4 종횡비(AR_3, AR_4)는 소정의 종횡비(AR_S)보다 높을 수 있다. 제3 및 제4 종횡비(AR_3, AR_4)가 제2 종횡비(AR_2)보다 높을 수 있으므로, 제3 및 제4 종횡비(AR_3, AR_4)의 이미지는 상당히 넓은 수평화각을 가질 수 있다.

렌즈 광학 사이즈(LOS)는 원형일 수 있고, 16/11.5 초과 16/9.5 미만의 소정의 종횡비(AR_S)는 렌즈 광학 사이즈(LOS)에서 제1, 제2, 제3 및 제4 종횡비(AR_1, AR_2, AR_3, AR_4)의 이미지를 효율적으로 제공할 수 있다.

아래의 표 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서(S)의 6개의 예시적인 실시형태의 파라미터를 나타낸다. 상기 6개의 예시적인 실시형태는 렌즈모듈(700)의 z 방향 길이가 9mm 미만인 요구 규격을 만족시킬 수 있고, 120도보다 넓은 수평화각과 90도보다 넓은 수직화각과 3% 미만의 광학 왜곡량의 이미지를 제공할 수 있다.

순번	픽셀수	종횡비	가로 픽셀수	세로 픽셀수	픽셀 사이즈	DL (mm)	{2 * tan(θ/2) * F} (mm)
1	116M	16/10	13334	8664	0.8㎛	12.721	16/1.37
2	120M	16/11	13334	9000	0.8㎛	12.870	16/1.33
3	116M	16/10	13334	8664	0.7㎛	11.131	16/1.56
4	120M	16/11	13334	9000	0.7㎛	11.261	16/1.52
5	116M	16/10	13334	8664	0.6㎛	9.541	16/1.82
6	120M	16/11	13334	9000	0.6㎛	9.652	16/1.78

표 1의 픽셀수(예: 116M, 120M)는 이미지 센서(S)가 비디오 이미지로 제공될 경우의 프레임율이 24fps 이상을 안정적으로 확보할 수 있도록 설정될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 표 1의 픽셀수는 가로 픽셀수와 세로 픽셀수의 곱일 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(S)의 픽셀수가 116M일 경우, 제1 종횡비(AR_1)의 이미지에 사용되는 픽셀수는 100MP일 수 있고, 제2 종횡비(AR_2)의 이미지에 사용되는 픽셀수는 92MP일 수 있고, 제3 종횡비(AR_3)의 이미지에 사용되는 픽셀수는 80MP일 수 있고, 제4 종횡비(AR_4)의 이미지에 사용되는 픽셀수는 76MP일 수 있다. 예를 들어, 표 1의 6개의 예시적인 실시형태의 복수의 픽셀들의 구조는 2*2 tetra color filter array 구조일 수 있다.

예를 들어, 표 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서(S)의 종방향 및 횡방향 일단의 일 코너에서 종방향 및 횡방향 타단의 타 코너까지의 길이인 DL은 8mm 초과 14.4mm 미만일 수 있다.

예를 들어, 표 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서(S)의 복수의 픽셀들 각각의 종방향 길이 또는 횡방향 길이는 0.5㎛ 초과 0.9㎛ 미만일 수 있다.

예를 들어, 표 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(1)의 {2 * tan(θ/2) * F}는 (16/1.85)mm 이상 (16/1.3)mm 이하일 수 있다.

도 5는 도 4의 다양한 종횡비 중 광학적 이미지 안정화(OIS) 시의 선택될 수 있는 종횡비를 예시한 평면도이다.

도 5를 참조하면, 광학적 이미지 안정화(OIS) 모드일 경우, 제2 및 제4 종횡비(AR_2, AR_4)는 사용될 수 있고, 도 4의 제1 및 제3 종횡비(AR_1, AR_3)은 사용되지 않을 수 있다. 제1 및 제3 종횡비(AR_1, AR_3)의 사용 여부는 OIS 사용 여부에 따라 달라질 수 있다. OIS 사용 여부에 따라 달라지는 종횡비는 설계에 따라 달라질 수 있다.

예를 들어, 이미지 센서(S)의 종방향 일단 영역, 종방향 타단 영역, 횡방향 일단 영역 및 횡방향 타단 영역은 제2 종횡비(AR_2)의 이미지 센싱에 사용되지 않을 수 있으므로, 제2 종횡비(AR_2)의 이미지의 OIS를 위한 마진(margin)은 다른 종횡비의 그것에 비해 더 넓거나 더 균형적일 수 있다. 따라서, 제2 종횡비(AR_2)의 이미지는 OIS에 따라 더 안정적으로 획득될 수 있다.

예를 들어, 제4 종횡비(AR_4)의 이미지는 가장 넓은 수평화각을 가질 수 있으므로, 다른 종횡비의 이미지에 비해 더 최적화될 가능성이 높을 수 있고, 제4 종횡비(AR_4)의 이미지의 높은 최적화는 OIS에도 효율적이게 할 수 있다. 따라서, 제4 종횡비(AR_4)의 이미지도 OIS에 따라 더 안정적으로 획득될 수 있다.

예를 들어, 제4 종횡비(AR_4)와 같은 상당히 넓은 수평화각은 OIS를 위해 센서기판(400)이나 렌즈모듈(700)이 움직일 수 있는 최대거리도 일반적인 OIS의 그것보다 더 길게 요구할 수 있다. 예를 들어, OIS 수평 보정 각도 및 OIS 수직 보정 각도는 각각 3도 이상 5도 이하일 수 있고, OIS 대각 보정 각도는 4도 이상 7도 이하일 수 있다.

예를 들어, OIS를 위해 센서기판(400)이나 렌즈모듈(700)이 렌즈 광학 사이즈(LOS)의 중심에 대응되는 지점에서부터 움직일 수 있는 최대거리가 [{tan(θ/2) * F} - {tan((θ - B)/2) * F}]일 경우, 상기 B는 OIS 대각 보정 각도일 수 있다. 따라서, B는 4도 이상 7도 이하일 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서가 광학적 이미지 안정화(OIS)가 아닌 전자적 이미지 안정화(electronic image stabilizing) 시에 획득하는 이미지의 범위를 예시한 평면도이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, OIS는 전자적 이미지 안정화(EIS)로 대체될 수 있다.

예를 들어, 도 6a를 참조하면, 중심 영역(CC_large, CC_small), 횡방향 일단 영역(LC_large, LC_small), 횡방향 타단 영역(RC_large, RC_small), 종방향 일단 영역(UC_large, UC_small) 및 종방향 타단 영역(BC_large, BC_small)은 1차적으로 센싱될 수 있고, 횡방향 일단 영역(LC_large, LC_small), 횡방향 타단 영역(RC_large, RC_small), 종방향 일단 영역(UC_large, UC_small) 및 종방향 타단 영역(BC_large, BC_small)은 크롭(crop) 처리될 수 있다. 이에 따라, 중심 영역(CC_large, CC_small)은 제2 종횡비(AR_2)의 이미지를 가질 수 있다.

예를 들어, 도 6b를 참조하면, 중심 영역(CC_large, CC_small), 횡방향 일단 영역(LC_large, LC_small), 횡방향 타단 영역(RC_large, RC_small), 종방향 일단 영역(UC_large, UC_small) 및 종방향 타단 영역(BC_large, BC_small)은 1차적으로 센싱될 수 있고, 횡방향 일단 영역(LC_large, LC_small), 횡방향 타단 영역(RC_large, RC_small), 종방향 일단 영역(UC_large, UC_small) 및 종방향 타단 영역(BC_large, BC_small)은 크롭(crop) 처리될 수 있다. 이에 따라, 중심 영역(CC_large, CC_small)은 제4 종횡비(AR_4)의 이미지를 가질 수 있다.

도 6a의 횡방향 일단 영역(LC_large, LC_small), 횡방향 타단 영역(RC_large, RC_small), 종방향 일단 영역(UC_large, UC_small) 및 종방향 타단 영역(BC_large, BC_small)은 제2 종횡비(AR_2)에 맞춰질 수 있고, 도 6b의 횡방향 일단 영역(LC_large, LC_small), 횡방향 타단 영역(RC_large, RC_small), 종방향 일단 영역(UC_large, UC_small) 및 종방향 타단 영역(BC_large, BC_small)은 제4 종횡비(AR_4)에 맞춰질 수 있다. 따라서, 횡방향 일단 영역(LC_large, LC_small), 횡방향 타단 영역(RC_large, RC_small), 종방향 일단 영역(UC_large, UC_small) 및 종방향 타단 영역(BC_large, BC_small)은 복수의 종횡비(예: 제2 및 제4 종횡비) 중 선택에 기반하여 결정될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서가 서로 종횡비가 동일하고 서로 사이즈가 다른 이미지를 획득하는 것을 예시한 평면도이다.

도 7을 참조하면, 제1 종횡비의 큰 이미지(AR_1_large)는 제1 종횡비의 작은 이미지(AR_1_small)보다 클 수 있다. 예를 들어, 큰 이미지(AR_1_large) 및 작은 이미지(AR_1_small)는 선택적으로 센싱될 수 있고, 둘 중 하나는 비디오 이미지 센싱에 사용될 수 있고, 다른 하나는 사진 이미지 센싱에 사용될 수 있다.

예를 들어, 큰 이미지(AR_1_large) 센싱에 사용되는 픽셀수 및 수평화각은 100M 및 100도일 수 있고, 작은 이미지(AR_1_small) 센싱에 사용되는 픽셀수 및 수평화각은 48M 및 70도일 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 간단하게 나타낸 블록도이다.

도 8을 참조하면, 이미지 센서(S)는 복수의 행들과 복수의 열들을 따라서 어레이 형태로 배치되는 복수의 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀들(PX) 각각은 빛에 응답하여 전하를 생성하는 적어도 하나의 광전 변환 소자, 및 광전 변환 소자가 생성한 전하에 대응하는 픽셀 신호를 생성하는 픽셀 회로 등을 포함할 수 있다. 광전 변환 소자는 반도체 물질로 형성되는 포토 다이오드, 및/또는 유기 물질로 형성되는 유기 포토 다이오드 등을 포함할 수 있다.

일례로 픽셀 회로는 플로팅 디퓨전, 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 및 선택 트랜지스터 등을 포함할 수 있다. 실시예들에 따라 픽셀들(PX)의 구성은 달라질 수 있다. 일례로, 픽셀들(PX) 각각은 유기 물질을 포함하는 유기 포토 다이오드를 포함하거나, 또는 디지털 픽셀로 구현될 수도 있다. 픽셀들(PX)이 디지털 픽셀로 구현되는 경우, 픽셀들(PX) 각각은 디지털 픽셀 신호를 출력하기 위한 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다.

도 8을 참조하면, IC는 이미지 센서(S)를 제어하기 위한 회로들을 포함할 수 있다. 일례로, IC는 로우 드라이버(21), 리드아웃 회로(22), 칼럼 드라이버(23), 컨트롤 로직(24) 등을 포함할 수 있다. 로우 드라이버(21)는 복수의 픽셀들(PX)을 로우(ROW) 라인들 단위로 구동할 수 있다. 예를 들어, 로우 드라이버(21)는 픽셀 회로의 전송 트랜지스터를 제어하는 전송 제어 신호, 리셋 트랜지스터를 제어하는 리셋 제어 신호, 선택 트랜지스터를 제어하는 선택 제어 신호 등을 생성하여 복수의 픽셀들(PX)에 로우 라인 단위로 입력할 수 있다.

리드아웃 회로(22)는 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler, CDS), 아날로그-디지털 컨버터(Analog-to-Digital Converter, ADC) 등을 포함할 수 있다. 상관 이중 샘플러들은, 복수의 픽셀들(PX)과 칼럼 라인들을 통해 연결될 수 있다. 상관 이중 샘플러들은 로우 드라이버(21)의 로우 라인 선택 신호에 의해 선택되는 로우 라인에 연결되는 복수의 픽셀들(PX)로부터, 칼럼 라인들을 통해 픽셀 신호를 읽어올 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터는 상관 이중 샘플러가 검출한 픽셀 신호를 디지털 픽셀 신호로 변환하여 칼럼 드라이버(23)에 전달할 수 있다.

칼럼 드라이버(23)는 디지털 픽셀 신호를 임시로 저장할 수 있는 래치 또는 버퍼 회로와 증폭 회로 등을 포함할 수 있으며, 리드아웃 회로(22)로부터 수신한 디지털 픽셀 신호를 처리할 수 있다. 로우 드라이버(21), 리드아웃 회로(22) 및 칼럼 드라이버(23)는 컨트롤 로직(24)에 의해 제어될 수 있다. 컨트롤 로직(24)은 로우 드라이버(21), 리드아웃 회로(22) 및 칼럼 드라이버(23)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 컨트롤러 등을 포함할 수 있다.

복수의 픽셀들(PX) 중에서 가로 방향으로 같은 위치에 배치되는 픽셀들(PX)은 동일한 칼럼 라인을 공유할 수 있다. 일례로, 세로 방향으로 같은 위치에 배치되는 픽셀들(PX)은 로우 드라이버(21)에 의해 동시에 선택되며 칼럼 라인들을 통해 픽셀 신호를 출력할 수 있다. 일 실시예에서 리드아웃 회로(22)는 칼럼 라인들을 통해 로우 드라이버(21)가 선택한 픽셀들(PX)로부터 픽셀 신호를 동시에 획득할 수 있다. 픽셀 신호는 리셋 전압과 픽셀 전압을 포함할 수 있으며, 픽셀 전압은 픽셀들(PX) 각각에서 빛에 반응하여 생성된 전하가 리셋 전압에 반영된 전압일 수 있다.

복수의 픽셀들(PX) 간의 간격(PL)은 복수의 픽셀들(PX)의 각각의 종방향 길이 또는 횡방향 길이에 대응될 수 있고, 0.5㎛ 초과 0.9㎛ 미만일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 회로를 간단하게 도시한 도면들이다.

먼저 도 9a를 참조하면, 복수의 픽셀들(PX) 각각은 포토 다이오드(PD)와 픽셀 회로를 포함하며, 픽셀 회로는 전송 트랜지스터(TX)와 리셋 트랜지스터(RX), 선택 트랜지스터(SX), 및 구동 트랜지스터(DX) 등을 포함할 수 있다. 또한 픽셀 회로는, 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하가 축적되는 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 포함할 수 있다.

포토 다이오드(PD)는 외부에서 입사된 빛에 반응하여 전하를 생성 및 축적할 수 있다. 포토 다이오드(PD)는 실시예들에 따라 포토 트랜지스터, 포토 게이트, 핀드 포토 다이오드 등으로 대체될 수도 있다. 전송 트랜지스터(TX)는 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하를 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 이동시킬 수 있다. 플로팅 디퓨전 영역(FD)은 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하를 저장할 수 있다. 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 축적된 전하의 양에 따라 구동 트랜지스터(DX)가 출력하는 전압이 달라질 수 있다.

리셋 트랜지스터(RX)는 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 축적된 전하를 제거하여 플로팅 디퓨전 영역(FD)의 전압을 리셋시킬 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)의 드레인 전극은 플로팅 디퓨전 영역(FD)과 연결되며 소스 전극은 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)가 턴 온되면, 리셋 트랜지스터(RX)의 소스 전극과 연결된 전원 전압(VDD)이 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 인가되며, 리셋 트랜지스터(RX)가 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 축적된 전하가 제거될 수 있다.

구동 트랜지스터(DX)는 소스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier)로 동작할 수 있다. 구동 트랜지스터(DX)는 플로팅 디퓨전 영역(FD)의 전압 변화를 증폭하고, 이를 칼럼 라인들(COL1, COL2) 중 하나로 출력할 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)는 행 단위로 읽어낼 픽셀들(PX)을 선택할 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)가 턴 온될 때, 구동 트랜지스터(DX)의 전압이 칼럼 라인들(COL1, COL2) 중 하나로 출력될 수 있다. 일례로, 선택 트랜지스터(SX)가 턴 온될 때, 칼럼 라인들(COL1, COL2)을 통해 리셋 전압 또는 픽셀 전압이 출력될 수 있다.

도 9a에 도시한 일 실시예에서는, 복수의 픽셀들(PX) 각각이 포토 다이오드(PD)와 전송 트랜지스터(TX)는 물론, 리셋 트랜지스터(RX), 선택 트랜지스터(SX), 및 구동 트랜지스터(DX)를 모두 포함할 수 있다. 반면, 도 9b에 도시한 일 실시예에서는, 서로 인접한 둘 이상의 픽셀들이, 픽셀 회로에 포함되는 트랜지스터들 중 적어도 일부를 공유할 수 있다.

일례로, 첫 번째 픽셀의 제1 포토 다이오드(PD1)와 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 플로팅 디퓨전 영역(FD) 연결될 수 있다. 마찬가지로, 두 번째 내지 네 번째 픽셀들(PX2-PX4)의 제2 내지 제4 포토 다이오드들(PD2-PD4)은, 제2 내지 제4 전송 트랜지스터들(TX2-TX4)을 통해, 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 연결될 수 있다. 일례로, 픽셀들 각각에 포함되는 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 배선 패턴 등으로 서로 연결하여, 하나의 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 제1 내지 제4 전송 트랜지스터들(TX1-TX4)을 공통으로 연결할 수 있다.

한편, 픽셀 회로는 리셋 트랜지스터(RX), 제1 및 제2 구동 트랜지스터들(DX1, DX2), 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)는 리셋 제어 신호(RG)에 의해 제어되며, 선택 트랜지스터(SX)는 선택 제어 신호(SEL)에 의해 제어될 수 있다. 일례로, 네 개의 픽셀들 각각은 전송 트랜지스터(TX)외에 하나의 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 네 개의 픽셀들에 포함되는 네 개의 트랜지스터들 중에서 두 개는 서로 병렬로 연결되어 제1 및 제2 구동 트랜지스터들(DX1, DX2)을 제공하고, 남은 두 개의 트랜지스터들 중 하나는 선택 트랜지스터(SX)로 제공되며, 나머지 하나는 리셋 트랜지스터(RX)를 제공하도록 구성될 수 있다.

다만, 도 9b를 참조하여 설명한 픽셀 회로는 하나의 실시예일 뿐이며, 반드시 이와 같은 형태로 한정되는 것은 아니다. 일례로, 네 개의 트랜지스터들 중 하나를 구동 트랜지스터로 할당하고, 하나를 선택 트랜지스터로 할당할 수 있다. 또한, 나머지 두 개를 서로 직렬로 연결하여 제1 및 제2 리셋 트랜지스터들로 할당함으로써, 픽셀의 변환 이득을 조절할 수 있는 이미지 센서를 구현할 수 있다. 또는, 픽셀들 각각에 포함되는 트랜지스터의 개수에 따라 픽셀 회로가 달라질 수 있다.

도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈을 포함하는 전자기기를 예시한 도면이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(1)을 포함하는 전자기기(ED)는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서(S)를 포함할 수 있고, IC 및 디스플레이 부재(DP) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

IC는 이미지 센서(S)가 센싱한 이미지(Image information)를 입력 받고 이미지에 기반한 디스플레이 이미지의 정보를 생성할 수 있다.

디스플레이 부재(DP)는 디스플레이 이미지를 출력할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 부재(DP)는 서로 다른 복수의 종횡비 중 선택된 종횡비의 디스플레이 이미지를 출력할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 복수의 종횡비는 4/3, 16/9, 20/9 및 21/9 중 적어도 셋을 포함할 수 있다.

예를 들어, 디스플레이 부재(DP)는 이미지 센서(S)의 소정의 종횡비(예: 16/10, 16/11)보다 낮은 제1 종횡비(예: 4/3)와 소정의 종횡비보다 높은 제2 종횡비(예: 16/9, 20/9, 21/9) 중 선택된 종횡비의 디스플레이 이미지를 출력할 수 있다.

예를 들어, 서로 다른 복수의 종횡비(예: 4/3, 16/9, 20/9, 21/9) 간의 차이는, 서로 다른 복수의 종횡비 중 디스플레이 부재(DP)의 종횡비(예: 제3 종횡비(AR_3)와 동일)에 더 가까운 종횡비(예: 3 종횡비(AR_3))와 디스플레이 부재의 종횡비 간의 차이보다 클 수 있다. 디스플레이 부재(DP)의 종횡비는 장축 길이(ML of AR_3)에 단축 길이(SL of AR_3)를 나눈 값일 수 있다.

예를 들어, 디스플레이 부재(DP)는 디스플레이 커버 부재(91), 터치 센서 패널(92) 및 디스플레이 패널(93) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이 커버 부재(91)는 글래스(glass)와 같이 투명하고 외부 충격으로부터 디스플레이 부재(DP)를 보호하도록 구성될 수 있다. 터치 센서 패널(92)은 전자기기 사용자 등의 터치(touch)를 감지할 수 있으며, 전선(82)을 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(93)은 디스플레이 이미지를 출력할 수 있으며, 전선(83)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 디스플레이 부재(DP)는 상당히 넓은 종횡비의 디스플레이 이미지를 출력하기 위해 카메라 모듈(1)의 광축(Z축)으로 중첩되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1)에서 OIS 보정에 사용될 수 있는 구조는 카메라 모듈(1)이 전선(82, 83)을 피하여 이미지를 센싱할 수 있도록 카메라 모듈(1)을 이동시킬 수 있다. 전자기기(ED)의 일면이 디스플레이 부재(DP)의 일면보다 넓을 수도 있으므로, 카메라 모듈(1)은 설계에 따라 디스플레이 부재(DP)에 광축(Z축)으로 중첩되지 않을 수도 있다.

예를 들어, IC는 프로세서(71), 컨트롤러(72) 및 드라이버(73) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이미지 센서(S)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, IC는 이미지 센서(S)가 배치된 센서기판이 경연성 인쇄회로기판일 경우에 상기 경연성 인쇄회로기판의 연성 부분을 통해 이미지 센서(S)에 유연하게 전기적으로 연결될 수 있다.

예를 들어, 프로세서(71)는 전자기기(ED)의 전반적인 동작을 위한 정보처리를 수행할 수 있고, 컨트롤러(72)는 이미지 센서(S)에 대한 전반적인 제어를 위한 정보처리를 수행할 수 있고, 드라이버(73)는 카메라 모듈(1)의 움직임을 위한 신호(예: 코일에 흐르는 전류)를 출력할 수 있다.

예를 들어, IC는, 이미지 센서(S)가 센싱한 이미지(Image information)의 안정화를 위해 렌즈모듈 또는 센서기판을 이동시키는 OIS 모드의 사용 여부를 결정하고, 상기 OIS 모드의 사용 여부에 기반하여 복수의 종횡비 중 적어도 일부(예: 4/3, 20/9)의 사용 여부를 결정할 수 있다.

예를 들어, IC는, 이미지 센서(S)가 센싱한 이미지(Image information)를 EIS 처리하기 위해 이미지의 종방향 일단 영역, 종방향 타단 영역, 횡방향 일단 영역 및 횡방향 타단 영역을 크롭(crop) 처리할 수 있다. 여기서, 상기 종방향 일단 영역, 종방향 타단 영역, 횡방향 일단 영역 및 횡방향 타단 영역은 복수의 종횡비(예: 16/9, 21/9) 중 선택에 기반하여 결정될 수 있다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

1: 카메라 모듈
10: 제1 액추에이터(actuator)
20: 제2 액추에이터
400: 센서기판
700: 렌즈모듈
ED: 전자기기
S: 이미지 센서(image sensor)

Claims

광축 방향으로 이미지(image)를 센싱(sensing)하도록 소정의 종횡비로 배열된 복수의 픽셀들을 포함하고,
상기 소정의 종횡비는 4/3보다 높고 16/9보다 낮은 이미지 센서.
제1항에 있어서,
상기 소정의 종횡비는 16/11.5 초과 16/9.5 미만인 이미지 센서.
제1항에 있어서,
상기 복수의 픽셀들 각각의 종방향 길이 또는 횡방향 길이는 0.5㎛ 초과 0.9㎛ 미만이고,
상기 복수의 픽셀들의 배열영역의 종방향 및 횡방향 일단의 일 코너(corner)에서 종방향 및 횡방향 타단의 타 코너까지의 길이인 DL은 8mm 초과 14.4mm 미만인 이미지 센서.
제1항에 있어서,
상기 복수의 픽셀들 중 상기 복수의 픽셀들의 배열영역의 중심에 가장 가까운 픽셀은 활성화 상태이고,
상기 복수의 픽셀들 중 상기 복수의 픽셀들의 배열영역의 일 코너(corner)에 가장 가까운 픽셀은 비활성화 상태인 이미지 센서.
제1항의 이미지 센서; 및
상기 이미지 센서의 복수의 픽셀들 상에 배치된 렌즈모듈; 을 포함하는 카메라 모듈.
이미지 센서의 배치공간을 제공하는 센서기판; 및
상기 센서기판 상에 배치된 렌즈모듈; 을 포함하고,
상기 렌즈모듈의 화각은 θ이고,
상기 렌즈모듈의 초점이 조정된 상태에서, 상기 이미지 센서의 배치공간과 상기 렌즈모듈 간의 광축 방향의 거리는 F이고,
상기 렌즈모듈은, {2 * tan(θ/2) * F}가 상기 이미지 센서의 종방향 및 횡방향 일단의 일 코너(corner)에서 종방향 및 횡방향 타단의 타 코너까지의 길이인 DL보다 짧도록 상기 센서기판 상에 배치되는 카메라 모듈.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 이미지 센서에 배치공간을 제공하는 센서기판을 포함하는 제1 액추에이터를 더 포함하고,
상기 제1 액추에이터는 상기 이미지 센서와 상기 렌즈모듈 간의 위치관계가 변하도록 상기 센서기판을 이동시키는 카메라 모듈.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 이미지 센서와 상기 렌즈모듈 간의 위치관계가 변하도록 상기 렌즈모듈을 이동시키는 제2 액추에이터를 더 포함하는 카메라 모듈.
제7항에 있어서,
상기 제1 액추에이터는 상기 센서기판을 상기 광축 방향에 수직인 방향으로 이동시키고,
상기 제1 액추에이터가 상기 센서기판을 중심에서부터 이동시키는 최대거리는, [{tan(θ/2) * F} - {tan((θ/2) - B) * F}]이고,
상기 θ는 상기 렌즈모듈의 화각이고,
상기 F는 상기 렌즈모듈의 초점이 조정된 상태에서, 상기 이미지 센서의 배치공간과 상기 렌즈모듈 간의 광축 방향의 거리이고,
상기 B는 4도 이상 7도 이하인 카메라 모듈.
제9항에 있어서,
상기 렌즈모듈의 초점이 조정되도록 상기 렌즈모듈을 상기 광축 방향으로 이동시키는 제2 액추에이터를 더 포함하는 카메라 모듈.
제6항에 있어서,
{2 * tan(θ/2) * F}는 (16/1.85)mm 이상 (16/1.3)mm 이하인 카메라 모듈.
제6항에 있어서,
상기 이미지 센서가 4/3의 종횡비의 이미지를 센싱하도록 상기 렌즈모듈의 초점이 조정된 상태의 {2 * tan(θ/2) * F}는 상기 DL 이하이고,
상기 이미지 센서가 4/3의 종횡비의 이미지를 센싱하도록 상기 렌즈모듈의 초점이 조정된 상태의 {2 * tan(θ/2) * F}는 상기 DL 이하인 카메라 모듈.
제1항의 이미지 센서;
상기 이미지 센서가 센싱한 이미지를 입력 받고 상기 이미지에 기반한 디스플레이 이미지의 정보를 생성하는 IC(Integrated Circuit); 및
상기 디스플레이 이미지를 출력하는 디스플레이 부재; 를 포함하는 전자기기.
제13항에 있어서,
상기 디스플레이 부재는 상기 이미지 센서의 소정의 종횡비보다 낮은 제1 종횡비와 상기 소정의 종횡비보다 높은 제2 종횡비 중 선택된 종횡비의 디스플레이 이미지를 출력하는 전자기기.
제13항에 있어서,
상기 디스플레이 부재는 서로 다른 복수의 종횡비 중 선택된 종횡비의 디스플레이 이미지를 출력하고,
상기 서로 다른 복수의 종횡비 간의 차이는, 상기 서로 다른 복수의 종횡비 중 상기 디스플레이 부재의 종횡비에 더 가까운 종횡비와 상기 디스플레이 부재의 종횡비 간의 차이보다 큰 전자기기.
제15항에 있어서,
상기 디스플레이 이미지의 서로 다른 복수의 종횡비는 4/3, 16/9, 20/9 및 21/9 중 적어도 셋을 포함하는 전자기기.
제13항에 있어서,
상기 이미지 센서 상에 배치된 렌즈모듈; 및
상기 이미지 센서의 배치공간을 제공하는 센서기판; 을 더 포함하고,
상기 디스플레이 부재는 서로 다른 복수의 종횡비 중 선택된 종횡비의 디스플레이 이미지를 출력하고,
상기 IC는, 상기 이미지 센서가 센싱한 이미지의 안정화를 위해 상기 렌즈모듈 또는 상기 센서기판을 이동시키는 OIS 모드의 사용 여부를 결정하고, 상기 OIS 모드의 사용 여부에 기반하여 상기 복수의 종횡비 중 적어도 일부의 사용 여부를 결정하는 전자기기.
제13항에 있어서,
상기 IC는, 상기 이미지 센서가 센싱한 이미지를 EIS(electronic image stabilizing) 처리하기 위해 이미지의 종방향 일단 영역, 종방향 타단 영역, 횡방향 일단 영역 및 횡방향 타단 영역을 크롭(crop) 처리하고,
상기 디스플레이 부재는 서로 다른 복수의 종횡비 중 선택된 종횡비의 디스플레이 이미지를 출력하고,
상기 종방향 일단 영역, 종방향 타단 영역, 횡방향 일단 영역 및 횡방향 타단 영역은 상기 복수의 종횡비 중 선택에 기반하여 결정되는 전자기기.