WO2015041496A1 - 카메라 모듈 및 그 제작 방법 - Google Patents

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WO2015041496A1
WO2015041496A1 PCT/KR2014/008821 KR2014008821W WO2015041496A1 WO 2015041496 A1 WO2015041496 A1 WO 2015041496A1 KR 2014008821 W KR2014008821 W KR 2014008821W WO 2015041496 A1 WO2015041496 A1 WO 2015041496A1
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lens
lenses
lens array
compensation unit
camera module
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PCT/KR2014/008821
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박승룡
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엘지이노텍 주식회사
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    • G03B2205/00—Adjustment of optical system relative to image or object surface other than for focusing
    • G03B2205/0053—Driving means for the movement of one or more optical element

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a camera module having an improved structure of an image sensor and a method of manufacturing the same.
  • a camera module is one that can photograph a subject as a picture or a video, store the image data, and then edit and transmit the image data as necessary.
  • the camera module includes a lens unit accommodating one or more lenses arranged along an optical axis, and an image sensor for converting an optical signal of an object incident from the lens unit into an electrical signal.
  • the conventional 2D camera module obtains the integrated values of the individual light components because the light components from one point of the object pass through the lens unit to obtain an integrated value. You lose.
  • FIG. 1A illustrates an example of the prior art, in which a plurality of unit sensors 5 each functioning as an image sensor are arranged on the same plane, and a plurality of lenses correspond to each unit sensor 5. There is provided a lens array 1 in which the lenses are arranged in a direction crossing the optical axis.
  • the camera using the plurality of unit sensors 5 causes an excessive load on the processor which performs the image processing, and therefore, the camera may be used only for a still image or a video having a low frame rate.
  • An embodiment of the present invention is to provide a camera module having excellent resolution and a method of manufacturing the same.
  • Another object of the present invention is to provide a camera module and a method of manufacturing the same that can provide a high frame rate video while using a lens array and a plurality of image sensors.
  • Another object of the present invention is to provide a camera module and a method of manufacturing the same that can individually adjust the focal length of each lens of the lens array.
  • a camera module includes a printed circuit board on which various elements are mounted; A lens array comprising at least one lens arranged in a direction crossing the optical axis; And a plurality of image sensors mounted on the printed circuit board in correspondence with the respective lenses.
  • the lens array may include a main lens provided in the center, and a plurality of sub lenses provided around the main lens, respectively.
  • a main image sensor mounted on the printed circuit board at a position corresponding to the main lens, and is mounted on the printed circuit board at positions corresponding to the plurality of sub-lenses, respectively.
  • the sub image sensor may have a smaller number of pixels than the main image sensor.
  • the camera module a printed circuit board on which various elements are mounted;
  • a lens array provided on the image sensor, the lens array including one or more lenses arranged in a direction crossing the optical axis to condense the optical signal;
  • a plurality of image sensors mounted on the printed circuit board corresponding to the respective lenses;
  • a compensation unit provided between the image sensor and the lens array to compensate for a focal length deviation of each lens of the lens array.
  • the compensation unit is preferably formed of a transparent material having a refractive index different from that of air.
  • the compensation unit may be formed of an optical film provided with a different thickness on the lower side of each lens of the lens array.
  • the compensation unit may be provided with different thicknesses under the respective lenses of the lens array.
  • the optical surface of the compensation unit adjacent to each lens of the lens array may be formed perpendicular to the traveling direction of the light.
  • each of the plurality of image sensors comprises: a silicon wafer; A plurality of light receiving elements provided in the silicon wafer; And a color filter disposed on the silicon wafer so as to correspond to the plurality of light receiving devices.
  • At least one of the plurality of image sensors may be formed as a color filter array in which the color filters are mixed with red (R), green (G), and blue (B) color filters. Can be.
  • the camera module according to the present invention may further include an actuator unit for fixing the lens array and adjusting the focus of the image.
  • the actuator unit, the bobbin is fastened to the outer peripheral surface of the lens array to fix the lens unit;
  • a coil unit provided on an outer circumferential surface of the bobbin;
  • a magnet part provided at a position corresponding to the coil part;
  • it may further include a cover can forming an appearance.
  • the method of manufacturing a camera module according to the present invention includes a printed circuit board, a lens array provided on an upper side of the printed circuit board and having at least one lens arranged on a plane crossing the optical axis, and a plurality of mounted on the printed circuit board.
  • a method of manufacturing a camera module comprising an image sensor comprising: forming a plurality of image sensors on a substrate; A second step of forming a lens array in which a plurality of lenses for condensing an optical signal to the plurality of image sensors are arranged on a plane crossing the optical axis; Measuring a respective focal length of the plurality of lenses; Generating a compensation unit for compensating the focal length deviations of the plurality of lenses; A fifth step of installing the compensation unit on the plurality of image sensors; And installing the plurality of lenses on an upper side of the compensation unit.
  • the compensation unit in the fourth step, it is preferable to generate the compensation unit by compensating a focal length deviation in consideration of the BFL which is the distance from the plurality of lenses to the plurality of image sensors.
  • the compensation unit may be generated from a plurality of optical films having different thicknesses. In this case, the optical unit adjacent to the plurality of lenses in the optical film may generate the compensation unit to cross the traveling direction of light.
  • the fourth step may be to generate the compensation unit with a UV resin provided by varying the thickness.
  • the UV resin the optical surface adjacent to the plurality of lenses is preferably pressed to generate the compensation unit by compressing the UV resin to cross the traveling direction of light.
  • the optical focus that reaches each light receiving element can be made uniform, thereby achieving excellent resolution.
  • the optical focus reaching the respective light receiving elements can be made uniform, thereby achieving excellent resolution.
  • FIG. 1A is a diagram schematically illustrating a camera module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a view illustrating the image sensor unit shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 illustrates a plurality of image sensors according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 illustrates a plurality of image sensors according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a side cross-sectional view of the camera module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view schematically showing an image sensor provided with a compensation unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view schematically showing an image sensor provided with a compensation unit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a camera module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view schematically showing a manufacturing procedure of the image sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a diagram schematically illustrating a camera module 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a diagram illustrating a plurality of image sensors shown in FIG. 1A.
  • an embodiment includes a lens array 110 and a plurality of image sensors 120.
  • the lens array 110 is formed by arranging the plurality of lenses 111, 112a, and 112d in a direction crossing the optical axis, preferably in a direction perpendicular to the optical axis.
  • the plurality of image sensors 120 may include complementary image sensors 121, 122a to 122l mounted on a printed circuit board (not shown) corresponding to the lenses 111, 112a and 112d, respectively.
  • the camera module 100 may be applied with an FF (Fixed Focusing) type without an actuator part.
  • the camera module 100 fixes the lens array 110 and moves the lens array 110.
  • An actuator of AF (Auto Focusing) type or OIS (Optical Image Stabilization) type for focusing an image may be provided.
  • an infrared cut filter (IR filter, not shown) may be provided between the plurality of image sensors 120 and the lens array 110.
  • the IR filter may be formed of an infrared ray filter or a film or glass material, for example, an infrared blocking coating material or the like is disposed on an optical filter having a flat plate shape such as a cover glass or a cover glass for protecting an imaging surface. May be
  • a base (not shown) may be provided between the actuator portion and the printed circuit board, and the IR filter may be mounted on a hollow formed in the center of the base.
  • the base may be integrally formed with the actuator part as a component constituting the actuator part.
  • the base may function as a sensor holder to protect the image sensor.
  • the lens array 110 and the actuator portion may further include a cover can for forming the appearance of the camera module 100.
  • the cover can protects the camera module 100 from an external shock and may be formed of a metal material to prevent damage from static electricity.
  • the lens array 110 may be configured to accommodate one or more lenses.
  • each lens constituting the lens array 110 may be a single lens or a lens barrel in which a plurality of lenses are arranged in the optical axis direction, and the lens barrel 110 is not limited thereto, and any lens may be a holder structure capable of supporting the lens. It may also include.
  • the lens array 110 may include a main lens 111 provided at the center and a plurality of sub lenses 112a and 112d provided around the main lens 111.
  • the main lens 111 and the sub-lenses 112a and 112d may each be a single lens or a lens barrel as a lens group in which a plurality of lenses are arranged in the optical axis direction.
  • the diameters of the main lens 111 and the sub-lenses 112a and 112d may be the same, but the lens diameter of the main lens 111 may be larger than that of the sub-lenses 112a and 112d.
  • the plurality of image sensors 120 includes a plurality of image sensors 121, 122a to 122l mounted on the printed circuit board in correspondence with the respective lenses 111, 112a and 112d. do. That is, the plurality of image sensors 120 and the plurality of sub-lenses 112a and 112d and the main image sensor 121 are mounted on the printed circuit board at positions corresponding to the main lenses 111, respectively. A plurality of sub image sensors 122a to 122l mounted on the printed circuit board at corresponding positions may be included.
  • the plurality of image sensors 120 converts an optical signal of an object incident through the lens into an electrical signal.
  • Each image sensor constituting the plurality of image sensors 120 includes a silicon wafer, a plurality of light receiving elements provided in the silicon wafer, and a color filter provided on the silicon wafer so as to correspond to the plurality of light receiving elements. It may include.
  • a cover glass made of glass may be deposited on the color filter.
  • the cover glass may be provided to prevent bending of the image sensor and to prevent foreign substances from entering.
  • a lens array for condensing an optical signal to a light receiving element may be provided on an upper side of the image sensor.
  • the lens array may include a plurality of lenses arranged in a direction crossing the optical axis. It may have an array form formed as
  • the color filter may be formed as a color filter array in which red (R), green (G), and blue (B) color filters are mixed.
  • the main image sensor 121 is implemented as a pixel array in which RGB pixels are mixed, and may be formed with the number of pixels corresponding to the preview or video performance required by the camera module 100.
  • the sub image sensors 122a to 122l may be disposed around the main image sensor 121 and may have a smaller number of pixels than the main image sensor 121.
  • the sub image sensors 122a to 122l may be implemented as a single color filter (for example, a red color filter), or as an RGB pixel array like the main image sensor 121.
  • 122a, 122e, and 122i are blue color filters
  • 122b, 122d, 122f, 122h, 122j, and 122l are green.
  • the color filters 122c, 122g, and 122k are provided with red color filters, but the arrangement and number of each color can be changed.
  • the lens array 110 and the plurality of image sensors 120 having the same characteristics as in the embodiment may be implemented to implement various functions while realizing a high frame rate preview and video.
  • the main lens 111 and the main image sensor 121 are provided at the center, and the sub lenses 112a and 112d and the 12 sub image sensors 122a to 122l are provided. It is not limited to.
  • FIG. 2 is a diagram showing a plurality of image sensors 120 according to another embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a view showing a plurality of image sensors 120 according to another embodiment of the present invention.
  • the plurality of image sensors 120 is an example of a configuration using a 4: 3 sensor, one main image sensor 121 is provided at the center, each corner Four sub image sensors 122a to 122d are provided.
  • the diameter and number of the main lens 111 and the sub lenses 112a and 112d are determined, and the main lens 111 and the plurality of image sensors 120 are determined. The features of are the same as those described above.
  • the plurality of image sensors 120 is an example of a configuration using a 16: 9 sensor, and one main image sensor 121 is provided at the center and two corners. Two sub image sensors 122a and 122b are provided. Corresponding to the plurality of image sensors 120, it is obvious that the diameter and number of the main lens 111 and the sub lenses 112a and 112d are determined, and the main lens 111 and the plurality of image sensors 120 are determined. The features of are the same as those described above.
  • the present invention includes a lens array and a plurality of image sensors, there is an advantage that can implement a high frame rate preview and video while implementing a variety of functions.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a camera module according to another embodiment of the present invention.
  • the camera module 100 includes a lens unit 140, an actuator unit 130, an image sensor 120, and a printed circuit board 150.
  • the embodiment may further include a cover can 105 for accommodating the lens unit 140 and the actuator unit 130 to form an appearance of the camera module 100. It is apparent that the cover can 105 may vary in appearance depending on a receiving environment inside the camera.
  • the printed circuit board 150 is provided below the actuator unit 130.
  • Various elements for driving the camera module 100 may be mounted on the printed circuit board 150, and a power for driving the actuator unit 130 is applied to the actuator unit 130.
  • the plurality of image sensors 120 may be mounted on the printed circuit board 150 to be positioned along one or more lenses and the optical axis direction O accommodated in the lens unit 140.
  • Each of the image sensors 121, 122, 123, and 124 converts an optical signal of an object incident through the lens into an electrical signal.
  • the plurality of image sensors 121, 122, 123, and 124 of the present embodiment correspond to the plurality of image sensors 121, 122a, and 122d of the embodiment shown in FIG. 1A.
  • the image sensors 121, 122, 123, and 124 may all be the same size, and thus may not be separately classified into a main sensor and a sub sensor.
  • the lens unit 140 may include a lens array 110 including a plurality of lenses 111, 112, 113, and 114 arranged on a plane crossing the optical axis O.
  • each of the lenses 111, 112, 113, and 114 forming the lens array 110 may be a single lens or a lens barrel having a plurality of lenses arranged along the optical axis O direction, without being limited thereto.
  • any holder structure capable of supporting the lens may be included.
  • Each of the lenses 111, 112, 113, and 114 of the present exemplary embodiment corresponds to each of the lenses 111, 112a, and 112d of the embodiment shown in FIG. 1A. Unlike the previous embodiment, the lenses may not have different sizes. It is not necessary to distinguish between the main lens and the sub lens.
  • the lens unit 140 is accommodated in the cover can 105, so that each lens 111, 112, 113, 114 of the lens array 110 is positioned at a position corresponding to the plurality of image sensors 120. Is placed.
  • the actuator unit 130 fixes the lens unit 140 to be positioned therein, and adjusts the focus of the image by moving the lens unit 140.
  • the actuator unit 130 is coupled to the outer peripheral surface of the lens unit 140, the bobbin 134 for fixing the lens unit 140, and the coil unit 132 provided on the outer peripheral surface of the bobbin 134 And a magnet part 131 provided at a position corresponding to the coil part 132, and a yoke part 133 fixing the magnet part 131.
  • a separate cover can 105 may be additionally provided to accommodate the actuator unit 130.
  • both the lens unit 140 and the actuator unit 130 may cover the cover can 105. It may be located inside.
  • a current is applied to the coil unit 132 as a driving signal applied by the printed circuit board 150, and the lens unit is operated by the magnet unit 131 interacting with the coil unit 132.
  • the bobbin 134 having the 140 fixed thereto may move up and down along the optical axis O direction.
  • the actuator unit 130 may be an A.F (Auto Focusing) actuator to which a voice coil motor is applied.
  • A.F Automatic Focusing
  • the present invention is not limited thereto, and the embodiment may be applied to the optical image stabilization (OIS) type, or the fixed focusing type camera module 100 having no actuator may be applied.
  • OIS optical image stabilization
  • an embodiment may be configured by having a lens holder part for accommodating the lens part 140 instead of the actuator part 130.
  • an IR filter 160 may be provided between the image sensor 120 and the lens unit 140.
  • the IR filter 160 may be formed of an infrared ray filter, or, for example, a film material or a glass material, and an infrared blocking coating material on an optical filter having a flat plate shape such as a cover glass or a cover glass for image pickup surface protection. Etc. may be arranged.
  • a base 180 may be provided between the actuator unit 130 and the printed circuit board 150, and the IR filter 160 may be disposed at the center of the base 180. It can be mounted to the hollow portion formed in.
  • the base 180 may be integrally formed with the actuator unit 130 as a component constituting the actuator unit 130.
  • the base may function as a sensor holder to protect the image sensor 120 separately from the actuator unit 130.
  • the IR filter 160 may be disposed in the sensor holder or the actuator unit 130 and may be positioned on each of the upper surfaces of the plurality of image sensors 120.
  • the embodiment is also applicable to the fixed focusing (FF) type camera module 100, in this case, since the actuator unit 130 to move the lens unit 140 is not necessary, the base An upper side of the 180 may be a cylindrical fixing portion (not shown) for fixing the lens unit 140. That is, a cylindrical fixing part such as the bobbin 134 shown in the upper portion of the base 180 may be formed.
  • FF fixed focusing
  • the embodiment of the present invention proposes a technical idea for compensating the focal length of each lens (111, 112, 113, 114) of the lens array 110 provided on the image sensor 120.
  • This focal length compensation means not only the focal length compensation for the back focal length (BFL) of the individual lenses 111, 112, 113, and 114 constituting the lens array 110, but also the respective lenses 111, 112, Compensation of back focal distance (BFD), which is the distance from 113, 114 to respective image sensors 121, 122, 123, 124.
  • the compensation unit 170 for implementing such a technical idea is described in detail as follows.
  • FIG. 5 is a view schematically showing an image sensor 120 having a compensation unit 170a according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a compensation unit 170b according to another embodiment of the present invention. This is a view schematically showing the image sensor 120 provided.
  • the image sensor 120 includes a silicon wafer 125, a plurality of light receiving elements 126 provided in the silicon wafer 125, and the plurality of light emitting elements on the silicon wafer 125.
  • Color filter 127 provided to correspond to the two light receiving elements 126
  • an FPCB (Flexible Printed Circuit Board) 128 provided under the silicon wafer 125 to supply power to the image sensor 120. can do.
  • the FPCB 128 may correspond to the aforementioned printed circuit board 150.
  • each of the light receiving elements 126 may individually acquire an image, and may correspond to the plurality of image sensors 121, 122, 123, and 124 described above.
  • each light receiving element is formed to be individually arranged on one wafer, but the image sensor package may be arranged after forming an individual package, that is, an independent image sensor, and further, one image sensor. After dividing the effective area of the into a plurality of areas, each divided area may be regarded as one light receiving element.
  • a cover glass 129 made of glass may be deposited on the upper or lower side of the color filter 127.
  • the cover glass may be provided to prevent bending of the image sensor 120 and to prevent foreign substances from entering.
  • a lens array 110 for condensing an optical signal to the light receiving element 126 is provided on the upper side of the image sensor 120, the lens array 110 for condensing the optical signal for each light receiving element 126.
  • the lens array 110 for condensing the optical signal for each light receiving element 126. May have an array form formed by a plurality of lenses 111, 112, 113, and 114.
  • Each lens 111, 112, 113, 114 of the lens array 110 is formed to have a predetermined thickness and radius of curvature so as to have an appropriate refraction according to the size of the light receiving element 126.
  • the individual lenses 111, 112, 113, and 114 included in the lens array 110 are not completely identical in shape and refractive index, and thus have different focal lengths as illustrated in FIG. 5.
  • the focal length FL2 of the second left lens 112 may be shorter than the focal length FL1 of the first left lens 111 based on the drawing direction of FIG. 5.
  • the focal length FL2 of the camera module 100 may be reduced. Degradation of the resolution may occur.
  • an embodiment of the present invention includes a compensation unit 170 for compensating for the focal length deviation of each lens 111, 112, 113, 114 of the lens array 110.
  • the compensation unit 170 may be provided between the image sensor 120 and the lens array 110.
  • the compensation unit 170 is to compensate for the focal length of the optical signal transmitted through the lens array 110, it is preferably formed of a transparent material having a refractive index different from the air.
  • the compensation unit 170 has a shape in which the height in the optical axis direction increases as the focal length of each lens of the lens array 110 is shorter, and the height in the optical axis direction becomes shorter as the focal length of each lens is longer.
  • the compensation unit 170 includes the respective lenses 111, 112, and 113. , 114) It may be formed as an optical film provided by varying the thickness on the lower side. That is, it may be formed of a plurality of optical films individually provided between the plurality of lenses 111, 112, 113, and 114 and the plurality of light receiving elements 126. In addition, unlike the illustrated, it may be configured by forming the top surface of the single optical film stepped.
  • the compensation unit 170b is plastically deformed as another example of the compensation unit 170.
  • the compensation unit 170b includes the respective lenses 111, 112, 113, and 114.
  • It may be formed of UV resin (Ultraviolet resin) provided by varying the thickness on the lower side. That is, the plurality of lenses 111, 112, 113, and 114 may be formed by applying a plurality of UV resins separately between the plurality of light receiving elements 126 and pressing and molding the presses 10.
  • it may be configured by processing the upper surface of the single UV resin stepped.
  • a method of manufacturing the image sensor 120 in the camera module 100 according to the embodiment of the present invention is as follows.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the camera module 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the image sensor 120 with a plurality of light receiving elements 126 is formed (S100). As described above, the image sensor 120 is formed by placing the plurality of light receiving elements 126 in the silicon wafer 125, and the color filter 127 is disposed on the silicon wafer 125. 126). In addition, an FPCB 128 for applying power to the image sensor 120 may be mounted below the silicon wafer 125, and a cover glass 129 may be deposited on the color filter 127. .
  • the lens array 110 is formed of a plurality of lenses 111, 112, 113, and 114 arranged on a plane crossing the optical axis O to focus the optical signal on the image sensor 120 ( S200).
  • the lens array 110 is manufactured by coating and patterning a photoresist for a lens and applying a heat to flow the patterned photoresist for the lens to form a plurality of lenses 111, 112, 113, and 114 having a dome shape. can do. It is also possible to form a plurality of lenses manufactured separately by arranging and bonding on a plane.
  • the focal length specification may use a through focus method, which is a method used when measuring the focus of a lens.
  • a compensation unit 170 is generated to compensate for the focal length deviation for each of the plurality of lenses 111, 112, 113, and 114 (S400).
  • the focal length compensation is not only compensated for the back focal length (BFL) which is the focal length of the individual lenses 111, 112, 113, and 114 constituting the lens array 110, but also the lenses 111, Compensation of the back focal distance (BFD), which is the distance from 112, 113, 114 to the light receiving element 126. Therefore, in this step, the compensation unit 170 may be generated in consideration of the distance from the lenses 111, 112, 113, and 114 to the light receiving element 126 provided in the image sensor 120. This is because the distances from the respective light receiving elements 126 to the lenses 111, 112, 113, and 114 may be different when the image sensor 120 is bent.
  • the compensation unit 170 may be generated as a plurality of optical film having a different thickness.
  • the optical unit adjacent to the lenses 111, 112, 113, and 114 in the optical film may generate the compensation unit 170 so as to be formed perpendicular to the traveling direction of the light. That may mean a direction perpendicular to the center of the lens (111, 112, 113, 114) and the center of the light receiving element 126. Alternatively, it may mean a direction perpendicular to the optical axis direction.
  • the compensation unit 170 may be generated as a UV resin provided by varying the thickness.
  • the UV resin is pressed by the press 10 so that the optical surface adjacent to the lens 111, 112, 113, 114 in the UV resin is formed perpendicular to the direction of light travel. Can be generated.
  • the perpendicular to the traveling direction of the light may mean a direction perpendicular to the center of the lens (111, 112, 113, 114) and the straight line with respect to the center of the light receiving element (126). Or it may mean a direction perpendicular to the optical axis direction.
  • the final generated compensation unit 170 is installed on the image sensor 120 (S500), and the lens array 110 including the plurality of lenses 111, 112, 113, and 114 is provided in the compensation unit. 170, it can be installed above (S600).
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a manufacturing procedure of an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • an optical medium for compensating for BFL is disposed on the cover glass of the sensor so that the entire lens focuses on the sensor surface. This compensation can compensate for not only the BFL of the lens, but also the warpage of the sensor.
  • FIG. 8 is a comparison between a typical active alignment process and an active alignment process including a BFL compensation structure.
  • the BFL deviation obtained after the through focus measurement is calculated and the media thickness to compensate for this is determined and generated on the sensor surface. The steps are as follows.
  • the focal length is calculated by generating the image sensor 120 and generating the lens array 110 arrayed with the plurality of lenses 111, 112, 113, and 114.
  • the compensation unit 170 generated by considering the distances from the respective lenses 111, 112, 113, and 114 to the corresponding light receiving elements 126 may be replaced by the image sensor. 120) is deposited on top.
  • the state (c) of FIG. 8 is a view showing the final deposition of the lens array 110 generated in the state (a).
  • This embodiment of the present invention compensates for individual BFLs of lenses 111, 112, 113, and 114, which are not completely identical, and takes into account the distance to the image sensor 120, which may be bent by heat treatment or the like, Since the light receiving element 126 completely compensates for the light collecting capability, there is an advantage of implementing the camera module 100 capable of implementing excellent resolution.

Abstract

본 발명의 실시예는 이미지 센서의 구조가 개선된 카메라 모듈 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 각종 소자들이 실장되는 인쇄회로기판; 하나 이상의 렌즈가 광축을 가로지르는 방향으로 배열되어 이루어진 렌즈 어레이; 및 상기 각각의 렌즈에 대응하여 상기 인쇄회로기판 상에 실장되는 복수의 이미지 센서를 포함할 수 있다.

Description

카메라 모듈 및 그 제작 방법
본 발명의 실시예는 이미지 센서의 구조가 개선된 카메라 모듈 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
각종 휴대단말기의 보급이 널리 일반화되고, 무선 인터넷 서비스가 상용화됨에 따라 휴대단말기와 관련된 소비자들의 요구도 다양화되고 있는바, 이에 따라 다양한 종류의 부가장치들이 휴대단말기에 장착되고 있다.
그 중에서 피사체를 사진이나 동영상으로 촬영하여 그 이미지데이터를 저장한 후 필요에 따라 이를 편집 및 전송할 수 있는 대표적인 것이 카메라 모듈이다.
카메라 모듈에는 광축을 따라 배열된 하나 이상의 렌즈가 수용되는 렌즈부와, 상기 렌즈부로부터 입사된 대상물의 광 신호를 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서가 실장된다.
그런데, 하나의 렌즈부 및 하나의 이미지 센서로는 2D 영상밖에 획득할 수 없으며, 이러한 2D 영상은 공간에 존재하는 빛에 대한 손실된 정보를 담고 있어, 그 응용에 한계를 가지고 있다. 즉, 종래의 2D 카메라 모듈은 물체(object)의 한 점으로부터 나오는 빛 성분들이 렌즈부를 통과한 후 이미지 센서의 한 점에서 모여 적분된 값을 획득하기 때문에 개별 빛 성분들의 세기 및 방향에 대한 정보를 잃게 된다.
이에 따라 복수의 이미지 센서를 사용하는 기술이 개발되고 있다. 도 1a는 종래기술의 일례를 도시한 것으로, 각각이 이미지 센서의 기능을 하는 유닛 센서(5)들이 동일평면 상에 복수 개가 배열되며, 각 유닛 센서(5)에 하나씩의 렌즈가 대응되도록 복수의 렌즈가 광축을 가로지르는 방향으로 배열되어 이루어진 렌즈 어레이(1)가 제공된다.
이와 같이 복수의 유닛 센서(5)를 사용하는 카메라는 이미지 처리를 수행하는 프로세서에 과도한 부하를 유발하므로, 현실적으로는 정지영상이나 낮은 프레임 레이트(frame rate)의 동영상에만 활용이 가능하다.
한편, 집광율이 우수한 어레이 형태의 렌즈 어레이(1)를 상기 이미지 센서 상에 구비하기 위해서는 x, y, z, α, β, γ의 정밀한 6축 배열(align)이 요구된다. 또한 각 렌즈가 모두 동일한 광학적 특성을 갖거나, 각 유닛 센서(5)로부터 각 렌즈의 거리가 동일하도록 제조하는 것이 현실적으로 어렵다. 따라서 모든 유닛 센서(5)에 대해 정확한 초점거리를 제공하지 못하는 문제가 생긴다.
본 발명의 실시예는 해상도가 우수한 카메라 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 렌즈 어레이와 복수의 이미지 센서를 사용하면서도 높은 프레임 레이트의 동영상을 제공할 수 있는 카메라 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 렌즈 어레이의 각 렌즈의 초점거리를 개별적으로 조절할 수 있는 카메라 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명에 따른 카메라 모듈은, 각종 소자들이 실장되는 인쇄회로기판; 하나 이상의 렌즈가 광축을 가로지르는 방향으로 배열되어 이루어진 렌즈 어레이; 및 상기 각각의 렌즈에 대응하여 상기 인쇄회로기판 상에 실장되는 복수의 이미지 센서를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 카메라 모듈에 있어서, 상기 렌즈 어레이는, 중앙에 구비된 메인 렌즈와, 각각 상기 메인 렌즈의 주위에 구비되는 복수의 서브 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 카메라 모듈에 있어서, 상기 메인 렌즈와 대응되는 위치에서 상기 인쇄회로기판 상에 실장되는 메인 이미지 센서와, 각각 상기 복수의 서브 렌즈와 각각 대응되는 위치에서 상기 인쇄회로기판 상에 실장되며, 상기 메인 이미지 센서보다 작은 화소수를 가진 복수의 서브 이미지 센서를 포함할 수 있다.
한편 본 발명에 따른 카메라 모듈은, 각종 소자가 실장 되는 인쇄회로기판; 상기 이미지 센서 상측에 구비되어 상기 광 신호를 집광하기 위해 하나 이상의 렌즈가 광축을 가로지르는 방향으로 배열되어 이루어진 렌즈 어레이; 상기 각각의 렌즈에 대응하여 상기 인쇄회로기판 상에 실장되는 복수의 이미지 센서; 및 상기 이미지 센서와 상기 렌즈 어레이 사이에 구비되되, 상기 렌즈 어레이의 각 렌즈의 초점 거리 편차를 보상하기 위한 보상유닛;을 포함할 수도 있다.
이때 상기 보상유닛은 공기와 다른 굴절율을 갖는 투명재질로 형성되는 것이 바람직하다. 또한 상기 보상유닛은 상기 렌즈 어레이의 개개의 렌즈 하측에 두께를 달리하여 구비되는 옵티컬 필름으로 형성될 수 있다. 이와 달리 상기 보상유닛은 상기 렌즈 어레이의 개개의 렌즈 하측에 두께를 달리하여 구비될 수도 있다.
본 발명에 따른 카메라 모듈에 있어서, 상기 렌즈 어레이의 각 렌즈에 인접한 보상유닛의 광학면은 광의 진행 방향에 수직하게 형성될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 카메라 모듈에 있어서, 상기 복수의 이미지 센서 각각은, 실리콘 웨이퍼; 상기 실리콘 웨이퍼 내에 구비된 복수 개의 수광소자; 및 상기 실리콘 웨이퍼 상측에 상기 복수 개의 수광소자에 대응되도록 구비되는 컬러필터;를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 카메라 모듈에 있어서, 상기 복수의 이미지 센서 중 적어도 어느 하나는, 상기 컬러필터가 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러필터가 혼합된 컬러필터 어레이로써 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 카메라 모듈은 상기 렌즈 어레이를 고정하고, 화상의 초점을 조정하는 액추에이터부를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 액추에이터부는, 상기 렌즈 어레이의 외주면에 체결되어 상기 렌즈부를 고정하는 보빈; 상기 보빈의 외주면에 구비된 코일부; 상기 코일부와 대응되는 위치에 구비되는 마그넷부; 및 상기 마그넷부를 고정하는 요크부;를 포함할 수 있다. 나아가서 외관을 형성하는 커버캔을 더 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 카메라 모듈의 제작방법은, 인쇄회로기판, 상기 인쇄회로기판의 상측에 설치되며 하나 이상의 렌즈가 광축을 가로지르는 평면 상에 배열되어 이루어진 렌즈 어레이, 그리고 상기 인쇄회로기판에 실장되는 복수의 이미지 센서를 포함하는 카메라 모듈의 제작 방법에 있어서, 복수 개의 이미지 센서를 하나의 기판 위에 형성하는 제1 단계; 광 신호를 상기 복수의 이미지 센서에 집광하기 위한 복수 개의 렌즈를 광축을 가로지르는 평면 상에 배열한 렌즈 어레이를 형성하는 제2 단계; 상기 복수 개의 렌즈의 개별적인 초점 거리를 측정하는 제3 단계; 상기 복수 개의 렌즈별 초점 거리 편차를 보상하기 위한 보상유닛을 생성하는 제4 단계; 상기 보상유닛을 상기 복수의 이미지 센서 상측에 설치하는 제5 단계; 상기 복수 개의 렌즈를 상기 보상유닛 상측에 설치하는 제6 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 카메라 모듈의 제작방법에 있어서, 상기 제4 단계는, 상기 복수의 렌즈에서 상기 복수의 이미지 센서까지의 거리인 BFL을 고려하여 초점 거리 편차를 보상하여 상기 보상유닛을 생성하는 것이 바람직하다. 또는 상기 제4 단계는, 두께를 달리하는 복수 개의 옵티컬 필름으로 상기 보상유닛을 생성하는 것이 바람직하다. 이때 상기 옵티컬 필름에서 상기 복수의 렌즈에 인접한 광학면은 광의 진행 방향을 가로지도록 상기 보상유닛을 생성할 수 있다.
본 발명에 따른 카메라 모듈의 제작 방법에 있어서, 상기 제4 단계는, 두께를 달리하여 구비되는 UV 레진으로 상기 보상유닛을 생성할 수도 있다. 여기서, 상기 UV 레진에서 상기 복수의 렌즈에 인접한 광학면은 광의 진행 방향을 가로지르도록 상기 UV 레진을 압착하여 상기 보상유닛을 생성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 렌즈 어레이의 각 렌즈의 집광 성능이 균일하지 않더라도 각 수광소자에 도달하는 광 초점을 균일하게 할 수 있어 우수한 해상도를 구현할 수 있다.
또한, 이미지 센서의 제작 공정 중 휨 현상이 발생하더라도, 각 수광소자에 도달하는 광 초점을 균일하게 할 수 있어 우수한 해상도를 구현할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 카메라 모듈을 개략적으로 설명하기 위한 도면.
도 1b는 도 1에 도시된 이미지 센서부를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 이미지 센서를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수의 이미지 센서를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 카메라 모듈의 측단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 보상유닛이 구비된 이미지 센서를 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보상유닛이 구비된 이미지 센서를 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 제작 방법에 대한 플로우 차트.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제작 순서를 개략적으로 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 당업자가 이해하는 용어의 일반적인 의미와 동일하고, 만약 본 명세서에서 사용된 용어가 당해 용어의 일반적인 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.
다만, 이하에 기술될 발명은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것을 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이하, 도면을 참조하여 실시예의 카메라 모듈을 상세하게 설명하자면 다음과 같다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 카메라 모듈(100)을 개략적으로 설명하기 위한 도면이며, 도 1b는 도 1a에 도시된 복수의 이미지 센서를 도시한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 실시예는 렌즈 어레이(110)와, 복수의 이미지 센서(120)를 포함한다.
렌즈 어레이(110)는 복수의 렌즈(111, 112a, 112d)가 광축을 가로지르는 방향, 바람직하게는 광축에 수직한 방향으로 배열되어 이루어진다.
상기 복수의 이미지 센서(120)는 상기 각각의 렌즈(111, 112a, 112d)에 대응하여 인쇄회로기판(미도시) 상에 실장되는 보수의 이미지 센서(121, 122a 내지 122l)를 포함한다.
또한, 실시예에 따른 카메라 모듈(100)은 액추에이터부가 없는 F.F(Fixed Focusing) 타입이 적용될 수 있으며, 도시되지 아니하였으나, 상기 렌즈 어레이(110)를 고정하고, 상기 렌즈 어레이(110)를 이동시켜 화상의 초점을 포커싱하는 A.F(Auto Focusing) 타입 또는 OIS(Optical Image Stabilization) 타입의 액추에이터를 구비할 수 있다.
또한, 상기 복수의 이미지 센서(120)와 상기 렌즈 어레이(110) 사이에는 적외선 차단 필터(IR filter, 미도시)가 구비될 수 있다. 이러한 IR 필터는 적외선 필터(Infrared Ray Filter)이나, 예를 들어, 필름 재질 또는 글래스 재질로 형성될 수 있으며, 촬상면 보호용 커버유리, 커버 글래스 등의 평판 형상의 광학적 필터에 적외선 차단 코팅 물질 등이 배치될 수도 있다.
또한, 이러한 IR 필터를 위치시키기 위해, 액추에이터부와 인쇄회로기판 사이에는 베이스(미도시)가 구비될 수도 있으며, 상기 IR 필터는 상기 베이스의 중앙에 형성된 중공부에 장착될 수 있다. 여기서, 상기 베이스는 상기 액추에이터부의 구성을 이루는 부품으로 상기 액추에이터부와 일체로 형성될 수도 있다. 또는, F.F 타입의 경우, 상기 이미지 센서를 보호하는 센서홀더 기능을 하는 베이스일 수도 있다.
또한, 상기 렌즈 어레이(110) 및 액추에이터부를 수용하며, 카메라 모듈(100)의 외관을 형성하는 커버캔을 더 포함할 수 있다. 이러한 커버캔은 카메라 모듈(100)을 외부의 충격으로부터 보호하며, 정전기 등으로부터의 데미지를 방지하기 위해 금속재로 형성될 수 있다.
여기서, 실시예에 따른 렌즈 어레이(110)는 하나 이상의 렌즈를 수용하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 렌즈 어레이(110)를 구성하는 각 렌즈는 단일한 렌즈이거나 광축 방향으로 복수의 렌즈가 배열된 렌즈 배럴일 수 있으며, 이에 한정하지 않고, 렌즈를 지지할 수 있는 홀더 구조라면 어느 것이든 포함할 수도 있다. 구체적으로, 상기 렌즈 어레이(110)는 중앙에 구비된 메인 렌즈(111)와, 상기 메인 렌즈(111)의 주위에 구비되는 복수의 서브 렌즈(112a, 112d)를 포함할 수 있다. 이때 메인 렌즈(111)와 서브 렌즈(112a, 112d)는 각각 단일한 렌즈이거나, 광축 방향으로 복수의 렌즈가 배열되어 이루어진 렌즈군으로서의 렌즈 베럴일 수 있는 것이다. 상기 메인 렌즈(111)와 서브 렌즈(112a, 112d)의 직경은 동일할 수 있으나, 상기 메인 렌즈(111)의 렌즈 직경이 서브 렌즈(112a, 112d)의 렌즈 직경보다 크게 형성될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 상기 복수의 이미지 센서(120)는 상기 각각의 렌즈(111, 112a, 112d)에 대응하여 상기 인쇄회로기판 상에 실장되는 복수의 이미지 센서(121, 122a 내지 122l)를 포함한다. 즉, 상기 복수의 이미지 센서(120)는 상기 메인 렌즈(111)와 대응되는 위치에서 상기 인쇄회로기판 상에 실장되는 메인 이미지 센서(121)와, 상기 복수의 서브 렌즈(112a, 112d)와 각각 대응되는 위치에서 상기 인쇄회로기판 상에 실장되는 복수의 서브 이미지 센서(122a 내지 122l)를 포함할 수 있다.
상기 복수의 이미지 센서(120)는 렌즈를 통해 입사된 대상물의 광 신호를 전기적 신호로 변환한다. 이러한 복수의 이미지 센서(120)를 구성하는 개개의 이미지 센서는 실리콘 웨이퍼와, 상기 실리콘 웨이퍼 내에 구비되는 복수 개의 수광소자와, 상기 실리콘 웨이퍼 상측에 상기 복수 개의 수광소자에 대응되도록 구비되는 컬러필터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 컬러필터 상측에는 유리 재질의 커버 글래스가 증착될 수 있다. 이러한 커버 글래스는 이미지 센서의 휨 방지 및 이물질 유입 방지를 위해 구비될 수 있다.
한편, 이미지 센서의 상측에는 광 신호를 수광소자로 집광하기 위한 렌즈 어레이가 구비될 수 있는데, 개개의 수광소자마다 광 신호를 집광하기 위해서 상기 렌즈 어레이는 광축을 가로지르는 방향으로 배열된 복수 개의 렌즈로써 형성된 어레이 형태를 가질 수 있다
상기 컬러필터는 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러필터가 혼합된 컬러필터 어레이로써 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 메인 이미지 센서(121)는 RGB 픽셀이 혼합되어 있는 픽셀 어레이로써 구현되며, 카메라 모듈(100)에 요구되는 프리뷰 또는 동영상 성능에 대응되는 화소수를 가지고 형성될 수 있다.
한편, 상기 서브 이미지 센서(122a 내지 122l)는 상기 메인 이미지 센서(121)의 주위에 구비되며, 상기 메인 이미지 센서(121)보다 작은 화소수를 가지고 형성될 수 있다. 이러한 서브 이미지 센서(122a 내지 122l)는 전부 단일 컬러필터(예를 들어 적색 컬러필터)로써 구현되거나, 또는 상기 메인 이미지 센서(121)와 같이 RGB 픽셀 어레이로써 구현될 수 있다. 또는 도시된 것과 같이 각각 다른 색상의 컬러필터로써 구현될 수 있으며, 도 1b에서는 122a, 122e, 122i는 청색(Blue) 컬러필터가, 122b, 122d, 122f, 122h, 122j, 122l는 녹색(Green) 컬러필터가, 122c, 122g, 122k는 적색(Red) 컬러필터가 구비되어 있으나, 각 색상의 배치 변경 및 갯수는 변경 가능하다.
이렇게 렌즈 어레이(110) 및 상기 렌즈 어레이(110)에 대응되는 위치에 구비되는 복수의 이미지 센서(120)를 포함함으로써, 물체의 한 점으로부터 나오는 서로 다른 방향의 빛 성분들에 대한 정보를 획득하여 이미지로 저장하고, 각 이미지가 갖는 시차를 계산하여 초해상(super resolution), 임의의 시점(re-viewpoint) 또는 임의의 초점(re-focusing), 거리 측정 등의 영상을 새롭게 생성해 낼 수 있다.
또한, 단일 카메라 방식과는 달리, 실시예와 같은 특징으로 갖는 렌즈 어레이(110) 및 복수의 이미지 센서(120)를 구비하여 다양한 기능을 구현하면서도 높은 프레임 속도의 프리뷰와 동영상을 구현할 수 있다.
한편, 도 1a 및 도 1b에서는 상기 메인 렌즈(111)와 메인 이미지 센서(121)가 중앙에 구비되고, 서브 렌즈(112a, 112d)와 서브 이미지 센서(122a 내지 122l)가 12개 구비되나 이러한 배치에 한정되지 아니한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 이미지 센서(120)를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수의 이미지 센서(120)를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 이미지 센서(120)는 4:3 센서를 이용한 구성의 예로서, 중앙에 메인 이미지 센서(121)부가 한 개 구비되며, 각 모서리에 서브 이미지 센서(122a 내지 122d)부가 네 개 구비된다. 이러한, 복수의 이미지 센서(120)와 대응하여, 메인 렌즈(111) 및 서브 렌즈(112a, 112d)의 지름과 갯수가 결정되는 것은 자명하며, 메인 렌즈(111) 및 복수의 이미지 센서(120)의 특징은 전술한 것과 동일하다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수의 이미지 센서(120)는 16:9 센서를 이용한 구성의 예로서, 중앙에 메인 이미지 센서(121)부가 한 개 구비되며, 두 모서리에 서브 이미지 센서(122a 및 122b)부가 두 개 구비된다. 이러한, 복수의 이미지 센서(120)와 대응하여, 메인 렌즈(111) 및 서브 렌즈(112a, 112d)의 지름 및 갯수가 결정되는 것은 자명하며, 메인 렌즈(111) 및 복수의 이미지 센서(120)의 특징은 전술한 것과 동일하다.
요컨대, 본 발명은 렌즈 어레이 및 복수의 이미지 센서를 포함하여, 다양한 기능을 구현하면서도 높은 프레임 속도의 프리뷰와 동영상을 구현할 수 있는 이점이 있다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 카메라 모듈의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 카메라 모듈(100)은 크게 렌즈부(140), 액추에이터부(130), 이미지 센서(120) 및 인쇄회로기판(150)을 포함한다.
또한, 실시예는 상기 렌즈부(140) 및 액추에이터부(130)를 수용하며, 카메라 모듈(100)의 외관을 형성하는 커버캔(105)을 더 포함할 수 있다. 이러한 커버캔(105)은 카메라 내부의 수용환경에 따라 외관의 형상이 가변할 수 있음은 자명하다.
상기 인쇄회로기판(150)은 상기 액추에이터부(130)의 하측에 구비된다. 이러한 인쇄회로기판(150)에는 카메라 모듈(100)을 구동하기 위한 각종 소자가 실장될 수 있으며, 상기 액추에이터부(130)를 구동시키기 위한 전원을 상기 액추에이터부(130)에 인가한다.
상기 이미지 센서(120)는 상기 렌즈부(140)에 수용된 하나 이상의 렌즈와 광축 방향(O)을 따라 위치될 수 있도록 복수 개가 상기 인쇄회로기판(150) 상에 실장될 수 있다. 이러한 각 이미지 센서(121, 122, 123, 124)는 렌즈를 통해 입사된 대상물의 광 신호를 전기적 신호로 변환한다. 본 실시예의 복수의 이미지 센서(121, 122, 123, 124)는 앞선 도 1a에 도시된 실시예의 복수의 이미지 센서(121, 122a, 122d)에 상당하는 것으로, 앞선 실시예와 달리 본 실시예의 각 이미지 센서(121, 122, 123, 124)는 모두 동일한 크기여도 좋으며, 따라서 따로 메인 센서 및 서브 센서로 구별하지 않아도 좋다.
상기 렌즈부(140)는 광축(O)을 가로지르는 평면 상에 배열된 복수의 렌즈(111, 112, 113, 114)로 이루어진 렌즈 어레이(110)를 포함할 수 있다. 여기서 렌즈 어레이(110)를 형성하는 각각의 렌즈(111, 112, 113, 114)는 단일한 렌즈이거나 복수의 렌즈가 광축(O) 방향을 따라 배열되어 이루어진 렌즈 배럴일 수 있으며, 이에 한정하지 않고, 렌즈를 지지할 수 있는 홀더구조라면 어느 것이든 포함될 수 있다. 본 실시예의 각 렌즈들(111, 112, 113, 114)은 앞선 도 1a에 도시된 실시예의 각 렌즈(111, 112a, 112d)에 상당하는 것으로, 앞선 실시예와는 달리 그 크기가 서로 다르지 않아도 되며, 메인 렌즈와 서브 렌즈로 구별하지 않아도 좋다.
상기 렌즈부(140)는 상기 커버캔(105)에 수용되며, 상기 복수의 이미지 센서(120)와 대응되는 위치에 렌즈 어레이(110)의 각 렌즈(111, 112, 113, 114)가 위치하도록 배치된다.
상기 액추에이터부(130)는 상기 렌즈부(140)를 그 내부에 위치하도록 고정하고, 상기 렌즈부(140)를 이동시켜 화상의 초점을 조정한다. 구체적으로, 상기 액추에이터부(130)는 상기 렌즈부(140) 외주면과 결합되어 상기 렌즈부(140)를 고정하는 보빈(134)과, 상기 보빈(134)의 외주면에 구비된 코일부(132)와, 상기 코일부(132)와 대응되는 위치에 구비되는 마그넷부(131)와, 상기 마그넷부(131)를 고정하는 요크부(133)를 포함한다.
또한, 전술한 것과 같이 상기 액추에이터부(130)를 수용하는 별도의 커버캔(105)을 추가로 구비할 수 있으며, 이 경우 상기 렌즈부(140) 및 액추에이터부(130)는 모두 커버캔(105) 내측에 위치할 수 있다.
이러한 상태에서, 상기 인쇄회로기판(150)에 의해 인가된 구동신호로써 상기 코일부(132)에 전류가 인가되고, 이러한 코일부(132)와 상호 작용하는 마그넷부(131)에 의해 상기 렌즈부(140)가 고정된 보빈(134)이 광축(O) 방향을 따라 상, 하 이동할 수 있는 것이다.
이러한 액추에이터부(130)는 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor)를 적용한 A.F(Auto Focusing) 액추에이터일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 도시된 것과 달리 OIS(Optical Image Stabilization) 타입에 실시예가 적용되거나, 또는 엑추에이터부가 없는 고정 초점(Fixed Focusing) 타입의 카메라 모듈(100)이 적용될 수 있다. 고정 초점 타입의 카메라 모듈(100)의 경우, 상기 액추에이터부(130) 대신에 상기 렌즈부(140)를 수용할 수 있는 렌즈 홀더부를 구비하여 실시예를 구성할 수도 있다.
한편, 상기 이미지 센서(120)와 상기 렌즈부(140) 사이에는 적외선 차단 필터(IR filter, 160)가 구비될 수 있다. 이러한 IR 필터(160)는 적외선 필터(Infrared Ray Filter)이나, 예를 들어, 필름 재질 또는 글래스 재질로 형성될 수 있으며, 촬상면 보호용 커버유리, 커버 글래스 등의 평판 형상의 광학적 필터에 적외선 차단 코팅 물질 등이 배치될 수도 있다.
이러한 IR 필터(160)를 위치시키기 위해, 상기 액추에이터부(130)와 인쇄회로기판(150) 사이에는 베이스(180)가 구비될 수도 있으며, 상기 IR 필터(160)는 상기 베이스(180)의 중앙에 형성된 중공부에 장착될 수 있다. 여기서, 상기 베이스(180)는 상기 액추에이터부(130)의 구성을 이루는 부품으로서 상기 액추에이터부(130)와 일체로 형성될 수도 있다. 또는 상기 액추에이터부(130)와 별도로 상기 이미지 센서(120)를 보호하는 센서홀더 기능을 하는 베이스일 수도 있다.
또한, 상기 IR 필터(160)는 센서홀더 또는 액추에이터부(130)에 배치될 수 있으며, 복수의 이미지 센서(120)의 각 상면에 위치할 수 있다.
한편, 전술한 것과 같이, 실시예는 F.F(Fixed Focusing) 타입의 카메라 모듈(100)에도 적용 가능하며, 이러한 경우 상기 렌즈부(140)를 이동시킬 액추에이터부(130)가 필요하지 않으므로, 상기 베이스(180)의 상측에는 상기 렌즈부(140)를 고정하기 위한 원통형의 고정부(미도시)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 베이스(180) 상측에는 도시된 보빈(134)과 같은 원통형의 고정부가 형성될 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예는 상기 이미지 센서(120) 상측에 구비된 렌즈 어레이(110)의 각 렌즈(111, 112, 113, 114))의 초점 거리 보상을 위한 기술적 사상을 제안한다. 이러한 초점 거리 보상은 렌즈 어레이(110)를 구성하는 개개의 렌즈(111, 112, 113, 114)의 BFL(back focal length)에 대한 초점거리 보상을 의미할 뿐만 아니라, 각 렌즈(111, 112, 113, 114)로부터 각 이미지 센서(121, 122, 123, 124)까지의 거리인 BFD(back focal Distance)의 보상을 포함한다.
이러한 기술적 사상을 구현하기 위한 보상유닛(170)을 구체적으로 설명하자면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 보상유닛(170a)이 구비된 이미지 센서(120)를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 보상유닛(170b)이 구비된 이미지 센서(120)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 이미지 센서(120)는 실리콘 웨이퍼(125)와, 상기 실리콘 웨이퍼(125) 내에 구비되는 복수 개의 수광소자(126)와, 상기 실리콘 웨이퍼(125) 상측에 상기 복수 개의 수광소자(126)에 대응되도록 구비되는 컬러필터(127)와, 상기 실리콘 웨이퍼(125) 하측에 구비되어 상기 이미지 센서(120)에 전원을 인가하는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board, 128)를 포함할 수 있다. 여기서 FPCB(128)는 앞서 언급한 인쇄회로기판(150)에 상당하는 것일 수 있다. 또한 수광소자(126)는 각각이 개별적으로 화상을 획득할 수 있는 것으로서, 앞서 언급한 복수의 이미지 센서(121, 122, 123, 124)에 상당하는 것일 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 각 수광소자가 하나의 웨이퍼 상에 개별적으로 배열되도록 형성된 것을 예시하고 있으나, 개별적인 패키지 즉 독립된 이미지 센서로 형성한 후 이미지 센서 패키지를 배열한 것일 수도 있으며, 나아가서 하나의 이미지 센서의 유효영역을 복수의 영역으로 분할한 후 각 분할된 영역을 하나의 수광소자로 간주할 수도 있다.
또한, 상기 컬러필터(127) 상측 또는 하측에는 유리 재질의 커버 글래스(129)가 증착될 수 있다. 이러한 커버 글래스는 이미지 센서(120)의 휨 방지 및 이물질 유입 방지를 위해 구비될 수 있다.
한편, 이미지 센서(120)의 상측에는 광 신호를 수광소자(126)로 집광하기 위한 렌즈 어레이(110)가 구비되는데, 개개의 수광소자(126)마다 광 신호를 집광하기 위해서 상기 렌즈 어레이(110)는 복수 개의 렌즈(111, 112, 113, 114)로써 형성된 어레이 형태를 가질 수 있다.
상기 렌즈 어레이(110)의 각 렌즈(111, 112, 113, 114)는 수광소자(126)의 크기 등에 따라 적절한 굴절을 가지도록 소정의 두께 및 곡률 반경을 가지도록 형성된다. 상기 렌즈 어레이(110)에 포함된 개개의 렌즈(111, 112, 113, 114)는 완벽하게 형상, 굴절률이 동일하지 아니하여, 도 5에 예시된 바와 같이 초점거리가 서로 다르다. 예컨대, 도 5의 도면방향을 기준으로 좌측 첫번째 렌즈(111)의 초점거리(FL1)에 비해 좌측 두번째 렌즈(112)의 초점거리(FL2)가 더 짧을 수 있으며, 결과적으로 카메라 모듈(100)의 해상도가 저하되는 결과가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예는 상기 렌즈 어레이(110)의 개개의 렌즈(111, 112, 113, 114)의 초점 거리 편차를 보상하기 위한 보상유닛(170)을 포함한다. 이러한 보상유닛(170)은 상기 이미지 센서(120)와 상기 렌즈 어레이(110) 사이에 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 보상유닛(170)은 상기 렌즈 어레이(110)를 투과한 광 신호의 초점 거리를 보상하기 위함이므로, 공기와 다른 굴절율을 갖는 투명재질로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 보상유닛(170)은 렌즈 어레이(110)의 각 렌즈의 초점거리가 짧을수록 광축 방향으로의 높이가 높아지고, 각 렌즈의 초점거리가 길수록 광축 방향으로의 높이가 짧아지는 형상을 갖는다.
일례로, 도 5를 참조하면, 보상유닛(170)의 일례로서 직사각형의 단면 형상을 가진 보상유닛(170a)이 도시되어 있는데, 이 보상유닛(170a)은 상기 개개의 렌즈(111, 112, 113, 114) 하측에 두께를 달리하여 구비되는 옵티컬 필름(Optical film)으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 복수 개의 렌즈(111, 112, 113, 114)와 복수 개의 수광소자(126) 사이에 개별적으로 구비된 복수 개의 옵티컬 필름으로 형성될 수 있다. 또한, 도시된 것과 달리 단일 옵티컬 필름의 상부면을 단차지게 형성하여 구성할 수도 있다.
다른 예로, 도 6을 참조하면, 보상유닛(170)의 다른 예로서 소성 변형되는 보상유닛(170b)을 예시하고 있는데, 이 보상유닛(170b)은 상기 개개의 렌즈(111, 112, 113, 114) 하측에 두께를 달리하여 구비되는 UV 레진(Ultraviolet resin)으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 복수 개의 렌즈(111, 112, 113, 114)와 복수 개의 수광소자(126) 사이에 개별적으로 복수 개의 UV 레진을 도포한 뒤 프레스(10)로 압착하여 성형함으로써 형성될 수 있다. 또한, 도시된 것과 달리 단일 UV 레진의 상부면을 단차지게 가공 형성하여 구성할 수도 있다.
한편, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈(100)에서 이미지 센서(120)를 제작하는 방법은 다음과 같다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈(100)의 제작 방법에 대한 플로우 차트이다.
일단, 복수 개의 수광소자(126)가 구비된 이미지 센서(120)를 형성한다(S100). 이러한 이미지 센서(120)의 형성은 전술한 것과 같이 복수 개의 수광소자(126)를 실리콘 웨이퍼(125) 내에 배치하고, 컬러필터(127)를 상기 실리콘 웨이퍼(125) 상측에 상기 복수 개의 수광소자(126)에 대응되도록 증착한다. 또한, 상기 실리콘 웨이퍼(125) 하측에 상기 이미지 센서(120)에 전원을 인가하는 위한 FPCB(128)를 장착할 수도 있으며, 상기 컬러필터(127) 상부에 커버 글라스(129)를 증착할 수도 있다.
이 후, 광 신호를 상기 이미지 센서(120)에 집광하기 위해 광축(O)를 가로지르는 평면 상에 배열된 복수 개의 렌즈(111, 112, 113, 114)로 렌즈 어레이(110)를 형성한다(S200). 렌즈 어레이(110)는 렌즈용 감광제를 도포하고 이를 패터닝한 뒤, 열을 가하여 패터닝된 렌즈용 감광제를 플로우 시켜 돔 형태를 갖는 복수의 렌즈(111, 112, 113, 114)를 형성하는 방식으로 제조할 수 있다. 또한 개별적으로 제조한 복수의 렌즈를 평면 상에 배열, 접합하여 형성할 수도 있다.
이 후, 상기 S200 단계에서 형성된 상기 복수 개의 렌즈(111, 112, 113, 114)의 개별적인 초점 거리를 측정한다(S300). 이러한 초점 거리 특정은 렌즈의 초점을 측정할 때 쓰이는 방식인 스루 포커스(Through Focus) 방식을 사용할 수 있다.
이 후, 상기 복수 개의 렌즈(111, 112, 113, 114)별 초점 거리 편차를 보상하기 위한 보상유닛(170)을 생성한다(S400). 전술한 것과 같이, 초점 거리 보상은 상기 렌즈 어레이(110)를 구성하는 개개의 렌즈(111, 112, 113, 114)의 초점 거리인 BFL(back focal length)에 대한 보상뿐만 아니라, 렌즈(111, 112, 113, 114)로부터 수광소자(126)까지의 거리인 BFD(back focal Distance)의 보상을 포함한다. 따라서, 본 단계는 상기 렌즈(111, 112, 113, 114)에서 상기 이미지 센서(120)에 구비된 수광소자(126)까지의 거리를 고려하여 상기 보상유닛(170)을 생성할 수 있다. 이미지 센서(120)가 휘어져 있는 경우, 각각의 수광소자(126)에서 렌즈(111, 112, 113, 114)까지의 거리가 다를 수 있기 때문이다.
이러한 보상유닛(170)은 두께를 달리하는 복수 개의 옵티컬 필름으로 생성할 수 있다. 이러한 경우, 상기 옵티컬 필름에서 상기 렌즈(111, 112, 113, 114에 인접한 광학면은 광의 진행 방향에 수직하게 형성되도록 상기 보상유닛(170)을 생성할 수 있다. 여기서 광의 진행 방향에 수직하게 형성하는 것은 렌즈(111, 112, 113, 114)의 중심과 상기 수광소자(126)의 중심에 대한 직선에 수직 방향을 뜻할 수 있다. 또는 광축 방향에 수직한 방향을 뜻할 수도 있다.
또한, 상기 보상유닛(170)은 두께를 달리하여 구비되는 UV 레진으로 생성할 수 있다. 이러한 경우, 상기 UV 레진에서 상기 렌즈(111, 112, 113, 114)에 인접한 광학면은 광의 진행 방향에 수직하게 형성되도록, 상기 UV 레진을 프레스(10)로써 압착하여 상기 보상유닛(170)을 생성할 수 있다. 여기서 광의 진행 방향에 수직하게 형성하는 것은 렌즈(111, 112, 113, 114)의 중심과 상기 수광소자(126)의 중심에 대한 직선에 수직 방향을 뜻할 수 있다. 또는 광축 방향에 수직한 방향을 뜻할 수도 있다.
이 후, 최종 생성된 보상유닛(170)을 상기 이미지 센서(120) 상측에 설치하고(S500), 상기 복수 개의 렌즈(111, 112, 113, 114)로 된 렌즈 어레이(110)를 상기 보상유닛(170) 상측에 설치할 수 있다(S600).
이러한 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(120)를 제작하는 방법을 개략적으로 정리하자면 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제작 순서를 개략적으로 도시한 도면이다.
개략적으로, 도 8은 BFL 편차가 있는 렌즈 어레이를 보상하는 구조에 대한 예이다. 즉, 센서의 커버 글래스 위에 BFL을 보상하기 위한 광학매질을 배치하여 전체적인 렌즈의 초점이 센서면에 맺히도록 하는 것이다. 이러한 보상은 렌즈의 BFL 뿐만 아니라, 센서에서 발생한 휨 현상까지도 보상할 수 있다.
요컨대, 도 8은 일반적인 액티브 얼라인(Active Align) 공정과 BFL 보상 구조가 포함된 액티브 얼라인 공정의 비교이다. 스루 포커스(Through Focus) 측정 후 얻어진 BFL 편차를 계산하여 이를 보상하기 위한 매질 두께를 정하여 센서면 위에 생성한다. 이를 단계별로 살펴보자면 다음과 같다.
도 8의 (a)상태는 이미지 센서(120)를 생성한 뒤, 복수 개의 렌즈(111, 112, 113, 114)로 어레이 된 렌즈 어레이(110)를 생성하여 초점 거리를 산정한 상태이다.
이 후, 도 8의 (b)상태는 상기 개개의 렌즈(111, 112, 113, 114)에서 대응되는 수광소자(126)까지의 거리를 고려하여 생성된 보상유닛(170)을 상기 이미지 센서(120) 상측에 증착한다.
이 후, 도 8의 (c)상태는 상기 (a)상태에서 생성된 렌즈 어레이(110)를 최종적으로 증착한 것을 도시한 도면이다.
이러한 본 발명의 실시예는 완전하게 동일하지 아니한 렌즈(111, 112, 113, 114) 개개의 BFL을 보상함과 동시에, 열처리 등에 의해 휘어져 있을 수 있는 이미지 센서(120)까지의 거리를 고려하여, 수광소자(126)까지 완벽하게 집광 능력을 보상하므로, 우수한 해상도를 구현할 수 있는 카메라 모듈(100)을 구현할 수 있는 이점이 있다.
이상, 상기 설명에 의해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이며, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위 및 그와 균등한 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (19)

  1. 각종 소자들이 실장되는 인쇄회로기판;
    하나 이상의 렌즈가 광축을 가로지르는 방향으로 배열되어 이루어진 렌즈 어레이; 및
    상기 각각의 렌즈에 대응하여 상기 인쇄회로기판 상에 실장되는 복수의 이미지 센서를 포함하는 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는,
    중앙에 구비된 메인 렌즈와, 각각 상기 메인 렌즈의 주위에 구비되는 복수의 서브 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메인 렌즈와 대응되는 위치에서 상기 인쇄회로기판 상에 실장되는 메인 이미지 센서와, 각각 상기 복수의 서브 렌즈와 각각 대응되는 위치에서 상기 인쇄회로기판 상에 실장되며, 상기 메인 이미지 센서보다 작은 화소수를 가진 복수의 서브 이미지 센서를 포함하는 카메라 모듈.
  4. 각종 소자가 실장 되는 인쇄회로기판;
    상기 이미지 센서 상측에 구비되어 상기 광 신호를 집광하기 위해 하나 이상의 렌즈가 광축을 가로지르는 방향으로 배열되어 이루어진 렌즈 어레이;
    상기 각각의 렌즈에 대응하여 상기 인쇄회로기판 상에 실장되는 복수의 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서와 상기 렌즈 어레이 사이에 구비되되, 상기 렌즈 어레이의 각 렌즈의 초점 거리 편차를 보상하기 위한 보상유닛;을 포함하는 카메라 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보상유닛은 공기와 다른 굴절율을 갖는 투명재질로 형성되는 카메라 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 보상유닛은 상기 렌즈 어레이의 개개의 렌즈 하측에 두께를 달리하여 구비되는 옵티컬 필름으로 형성되는 카메라 모듈.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 보상유닛은 상기 렌즈 어레이의 개개의 렌즈 하측에 두께를 달리하여 구비되는 UV 레진으로 형성되는 카메라 모듈.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이의 각 렌즈에 인접한 보상유닛의 광학면은 광의 진행 방향에 수직하게 형성되는 카메라 모듈.
  9. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 복수의 이미지 센서 각각은,
    실리콘 웨이퍼;
    상기 실리콘 웨이퍼 내에 구비된 복수 개의 수광소자; 및
    상기 실리콘 웨이퍼 상측에 상기 복수 개의 수광소자에 대응되도록 구비되는 컬러필터;를 포함하는 카메라 모듈.
  10. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 복수의 이미지 센서 중 적어도 어느 하나는,
    상기 컬러필터가 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러필터가 혼합된 컬러필터 어레이로써 형성되는 카메라 모듈.
  11. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이를 고정하고, 화상의 초점을 조정하는 액추에이터부를 더 포함하는 카메라 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 액추에이터부는,
    상기 렌즈 어레이의 외주면에 체결되어 상기 렌즈부를 고정하는 보빈;
    상기 보빈의 외주면에 구비된 코일부;
    상기 코일부와 대응되는 위치에 구비되는 마그넷부; 및
    상기 마그넷부를 고정하는 요크부;를 포함하는 카메라 모듈.
  13. 제11항에 있어서,
    외관을 형성하는 커버캔을 더 포함하는 카메라 모듈.
  14. 인쇄회로기판, 상기 인쇄회로기판의 상측에 설치되며 하나 이상의 렌즈가 광축을 가로지르는 평면 상에 배열되어 이루어진 렌즈 어레이, 그리고 상기 인쇄회로기판에 실장되는 복수의 이미지 센서를 포함하는 카메라 모듈의 제작 방법에 있어서,
    복수 개의 이미지 센서를 하나의 기판 위에 형성하는 제1 단계;
    광 신호를 상기 복수의 이미지 센서에 집광하기 위한 복수 개의 렌즈를 광축을 가로지르는 평면 상에 배열한 렌즈 어레이를 형성하는 제2 단계;
    상기 복수 개의 렌즈의 개별적인 초점 거리를 측정하는 제3 단계;
    상기 복수 개의 렌즈별 초점 거리 편차를 보상하기 위한 보상유닛을 생성하는 제4 단계;
    상기 보상유닛을 상기 복수의 이미지 센서 상측에 설치하는 제5 단계;
    상기 복수 개의 렌즈를 상기 보상유닛 상측에 설치하는 제6 단계;를 포함하는 카메라 모듈의 제작 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제4 단계는,
    상기 복수의 렌즈에서 상기 복수의 이미지 센서까지의 거리인 BFL을 고려하여 초점 거리 편차를 보상하여 상기 보상유닛을 생성하는 카메라 모듈의 제작 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제4 단계는,
    두께를 달리하는 복수 개의 옵티컬 필름으로 상기 보상유닛을 생성하는 카메라 모듈의 제작 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 옵티컬 필름에서 상기 복수의 렌즈에 인접한 광학면은 광의 진행 방향을 가로지도록 상기 보상유닛을 생성하는 카메라 모듈의 제작 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제4 단계는,
    두께를 달리하여 구비되는 UV 레진으로 상기 보상유닛을 생성하는 카메라 모듈의 제작 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 UV 레진에서 상기 복수의 렌즈에 인접한 광학면은 광의 진행 방향을 가로지르도록 상기 UV 레진을 압착하여 상기 보상유닛을 생성하는 카메라 모듈의 제작 방법.
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