WO2018155945A1 - 액체 렌즈, 카메라 모듈 및 광학기기 - Google Patents

액체 렌즈, 카메라 모듈 및 광학기기 Download PDF

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WO2018155945A1
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liquid
lens
inclined surface
electrode
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정재욱
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엘지이노텍(주)
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    • G02B13/0075—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras employing a special optical element having an element with variable optical properties
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    • H04N23/682—Vibration or motion blur correction
    • H04N23/685—Vibration or motion blur correction performed by mechanical compensation
    • H04N23/687—Vibration or motion blur correction performed by mechanical compensation by shifting the lens or sensor position

Definitions

  • the embodiment relates to a lens in which a focal length / distance is changed. More specifically, the embodiment relates to a liquid lens, a camera module, and an optical device capable of adjusting a focal length using electrical energy.
  • the user of a portable device wants an optical device that has a high resolution, has a small size, and has various shooting functions (Auto-Focusing (AF) function, image stabilization or optical image stabilizer (OIS) function, etc.). .
  • AF Auto-Focusing
  • OIS optical image stabilizer
  • Such a photographing function may be implemented by directly moving a lens by combining several lenses, but when the number of lenses is increased, the size of an optical device may increase.
  • the autofocus and image stabilization function is performed by a lens module in which an optical axis is aligned, by moving or tilting in the vertical direction of the optical axis or the optical axis, and a separate lens driving device is used to drive the lens module.
  • the lens driving apparatus has high power consumption, and requires driving members such as magnets and coils, and in order to protect the lens driving apparatus, a cover glass must be added separately to increase the overall thickness.
  • the embodiment provides a liquid lens, a camera module, and an optical device capable of preventing a ghost or flare phenomenon that degrades lens characteristics, and enabling efficient focusing adjustment.
  • a liquid lens includes: a first plate including a cavity having an inclined surface on which liquid is disposed; A first electrode disposed on the inclined surface; A second electrode disposed on the first plate; And an insulating layer disposed on the first electrode, wherein the liquid includes a conductive liquid and a nonconductive liquid, an interface is formed between the conductive liquid and the nonconductive liquid, and the insulating layer is formed on the first electrode. It may include a base disposed on the electrode and a plurality of protrusions disposed on the base.
  • the plurality of protrusions may be disposed at positions corresponding to the inclined surfaces, and the interface may move along the inclined surfaces.
  • the plurality of protrusions may include a first protrusion disposed on the inclined surface and a second protrusion disposed on the inclined surface, and the interface may be disposed along the insulating layer between the first and second protrusions. I can move it.
  • the material of the base and the material of the protrusion may be different from each other.
  • the plurality of protrusions are disposed along a first direction and a second direction of the inclined surface, and the first direction is a vertical direction based on the inclined surface, and the second direction is left and right based on the inclined surface.
  • first direction is a vertical direction based on the inclined surface
  • second direction is left and right based on the inclined surface.
  • the plurality of protrusions may include a first protrusion row including a plurality of protrusions disposed on the top of the plurality of protrusions arranged in the second direction; And a second projection row disposed directly below the first projection row, wherein the first projection row and the second projection row have a one-to-one correspondence.
  • the insulating layer may be disposed in contact with the first electrode or the second electrode.
  • each of the plurality of protrusions may have a length, a width, and a height of 5 ⁇ m, 5 ⁇ m, and 10 ⁇ m, respectively.
  • a distance between any one of the plurality of protrusions and another protrusion adjacent to the first direction of the inclined surface may be 10 ⁇ m to 15 ⁇ m.
  • the insulating layer may include graphite or black resin.
  • FIG. 1 illustrates an example of a camera module according to an embodiment.
  • FIG. 2 illustrates an example of a lens assembly included in a camera module.
  • FIG 3 illustrates a lens in which an interface is adjusted in response to a driving voltage.
  • FIG. 4 illustrates a liquid lens according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 5 is a view illustrating a part of the insulating layer of FIG. 4 in more detail.
  • FIG. 6 is a view for explaining a change of an interface caused by the protrusion of FIG. 4.
  • FIG. 7 is a table comparing paths of light rays passing through an optical system including a liquid lens.
  • FIG. 8 is a table comparing imaging of light rays passing through an optical system including a liquid lens for each incident angle.
  • Components shown as having the same member number in this specification may have the same structure, function, and material as each other.
  • FIG. 1 illustrates an example of a camera module 10 according to an embodiment.
  • the camera module 10 may include a lens assembly 22 including a liquid lens and a plurality of lenses, a control circuit 24, and an image sensor 26.
  • the liquid lens has a focal length adjusted according to a driving voltage applied between the common electrode and the plurality of individual electrodes, and the control circuit 24 transmits a signal for supplying a driving voltage to the liquid lens, and the image sensor 26. Is aligned with the lens assembly 22 and converts light transmitted through the lens assembly 22 into an electrical signal.
  • the camera module 10 may include a lens assembly 22 including a plurality of circuits 24 and 26 and a plurality of lenses disposed on a single printed circuit board, but this is only one example. It does not limit the scope of the embodiments only.
  • the configuration of the control circuit 24 can be designed differently depending on the specifications required for the optical equipment. In particular, in order to reduce the magnitude of the operating voltage applied to the lens assembly 22, the control circuit 24 may be implemented as a single chip. Through this, the size of the camera module mounted in the portable device can be further reduced.
  • FIG. 2 shows an exemplary cross-sectional view of the lens assembly 22 included in the camera module 10.
  • the lens assembly 22 may include a first lens unit 100, a second lens unit 200, a liquid lens unit 300, a holder 400, and a connection unit 500.
  • the structure of the illustrated lens assembly 22 is only one example, and the structure of the lens assembly 22 may vary according to specifications required for the camera module.
  • the liquid lens unit 300 is positioned between the first lens unit 100 and the second lens unit 200, but in another example, the liquid lens unit 300 may include the first lens unit ( It may be located above the top (front), the second lens unit 200 may be omitted.
  • the first lens unit 100 is disposed in front of the lens assembly 22, and light is incident from the outside of the lens assembly 22.
  • the first lens unit 100 may be composed of at least one lens, or two or more lenses may be aligned with respect to the central axis PL to form an optical system.
  • the first lens unit 100 and the second lens unit 200 may be mounted on the holder 400.
  • a through hole may be formed in the holder 400, and the first lens unit 100 and the second lens unit 200 may be disposed in the through hole.
  • the liquid lens unit 300 may be inserted into a space between the first lens unit 100 and the second lens unit 200 in the holder 400.
  • the first lens unit 100 may include an exposure lens 110.
  • the exposure lens 110 may protrude out of the holder 400.
  • the surface of the lens may be damaged due to exposure to the outside. If the lens surface is damaged, the image quality of the image captured by the camera module may be degraded.
  • a cover glass may be disposed, a coating layer may be formed, or the exposure lens 100 may be made of a wear-resistant material for preventing surface damage.
  • the second lens unit 200 is disposed behind the first lens unit 100 and the liquid lens unit 300, and the light incident from the outside into the first lens unit 100 passes through the liquid lens unit 300. To be incident on the second lens unit 200.
  • the second lens unit 200 may be disposed in the through hole formed in the holder 400 spaced apart from the first lens unit 100.
  • the second lens unit 200 may include at least one lens, and when two or more lenses are included, the second lens unit 200 may form an optical system by aligning with respect to the central axis PL.
  • the liquid lens unit 300 may be disposed between the first lens unit 100 and the second lens unit 200, and may be inserted into the insertion hole 410 of the holder 400.
  • the liquid lens unit 300 may also be aligned with respect to the central axis PL, like the first lens unit 100 and the second lens unit 200.
  • the liquid lens unit 300 may include a lens region 310.
  • the lens region 310 is a portion through which the light passing through the first lens unit 100 transmits, and may include a liquid at least in part.
  • two types of lens regions 310 may be included, that is, a conductive liquid and a non-conductive liquid, and the conductive liquid and the non-conductive liquid may form an interface without being mixed with each other.
  • the interface between the conductive liquid and the non-conductive liquid may be deformed by the driving voltage applied through the connection part 500 to change the curvature and / or focal length of the liquid lens unit 300.
  • the liquid lens unit 300, the lens assembly 22 and the camera module 10 including the same have an auto-focusing function, image stabilization, and image stabilization. (Optical Image Stabilizer, OIS) function, etc. can be performed.
  • OIS Optical Image Stabilizer
  • FIG. 3 illustrates a lens in which an interface is adjusted in response to a driving voltage. Specifically, (a) illustrates the liquid lens 28 included in the lens assembly 22 (see FIG. 2), and (b) describes the equivalent circuit of the liquid lens 28. As shown in FIG.
  • the liquid lens 28 whose interface is adjusted in response to the driving voltage may receive the driving voltage through the plurality of individual electrodes L1, L2, L3, and L4.
  • Each of the plurality of individual electrodes may be disposed in different directions with the same angular distance.
  • the driving voltage is applied through the individual electrodes L1, L2, L3, and L4
  • the interface between the conductive liquid and the non-conductive liquid disposed in the lens region 310 is deformed due to the interaction with the voltage applied to the common electrode, which will be described later.
  • the degree and shape of the deformation of the interface between the conductive liquid and the non-conductive liquid can be controlled by the control circuit 24 to implement the AF function or the OIS function.
  • one side of the lens 28 receives a driving voltage from different individual electrodes L1, L2, L3, and L4, and the other side of the lens 28 includes a plurality of capacitors connected to the common electrode C0 ( 30).
  • FIG. 4 illustrates a liquid lens according to an exemplary embodiment.
  • 5 is a view illustrating a part of the insulating layer of FIG. 4 in more detail.
  • the liquid lens 500 represents one embodiment of a cross section of the liquid lens shown in FIG. 3.
  • the liquid lens 500 may include a conductive liquid 52, a nonconductive liquid 53, a plate, an electrode unit, and an insulating layer 56.
  • the plate may include a first plate 54, and may further include a second plate 57 and a third plate 51.
  • the electrode unit may include a first electrode 55-1 and a second electrode 55-2.
  • the third plate 51 may be made of a transparent material, and is configured to first receive the light passing through the first lens unit 100 (see FIG. 2) from the liquid lens 500.
  • the liquid lens 500 is described under the premise that the liquid lens 28 is included in the lens assembly 22 of FIG. 2.
  • the third plate 51 may emit light at the end of the liquid lens 500. It may be mounted in the lens assembly to receive.
  • the third plate 51 may be disposed below the first electrode 55-1, and the second plate 57 may be disposed above the second electrode 55-2.
  • the conductive liquid 52 and the nonconductive liquid 53 may be filled in a cavity determined by the opening area of the first plate 54. That is, the cavity may be filled with the conductive liquid 52 and the non-conductive liquid 53 having different properties, and an interface may be formed between the conductive liquid 52 and the non-conductive liquid 53 having different properties. .
  • An interface formed between the conductive liquid 52 and the nonconductive liquid 53 may be adjusted in the focal length or shape of the liquid lens 500 while the bending, inclination, and the like are changed.
  • An area through which the optical signal passes through the interface may correspond to the lens area 310 described with reference to FIG. 3.
  • the conductive liquid 52 may include at least one of ethylene glycol and sodium bromide (NaBr), and may also be formed by mixing ethylene glycol and sodium bromide (NaBr).
  • the non-conductive liquid 53 may include a phenyl series silicone oil.
  • the first plate 54 may include an opening region located between the third plate 51 and the second plate 57 and having a predetermined inclined plane (eg, an inclined plane having an angle of about 59 ° to 61 °). have. That is, the first plate 54 may include an inclined surface therein, and the conductive liquid 52 and the nonconductive liquid 53 may be disposed on the inclined surface.
  • the first plate 54 is a housing structure for confining two liquids having different properties in the liquid lens 500.
  • the third plate 51 and the second plate 57 include regions through which an optical signal passes. It may be formed of a material such as high glass (glass).
  • the first plate 54 may also be formed of a material such as glass. According to another embodiment, the first plate 54 may include impurities so that the transmission of the optical signal is not easy.
  • the first electrode 55-1 and the second electrode 55-2 are electrically received from the control circuit 24 (see FIG. 1) for controlling the interface between the conductive liquid 52 and the non-conductive liquid 53. A function of applying a signal may be performed.
  • the first electrode 55-1 may be disposed on the inclined surface of the first plate 54, and the second electrode 55-2 may be disposed on the first plate 54.
  • individual electrodes L1, L2, L3, and L4 and a common electrode C0 are formed on both sides of the first plate 54 adjacent to the third plate 51 and the second plate 57.
  • An electrode and / or an electrode pattern may be included.
  • the second electrode 55-2 is a common electrode disposed to contact the conductive liquid 52, and the first electrode 55-1 is disposed to approach the conductive liquid 52 with the insulating layer 56 interposed therebetween. It can be a separate electrode.
  • the first electrode 55-1 and the second electrode 55-2 may include chromium (Cr).
  • Chromium or chromium is a hard, transitional metal with a silver shine, which is brittle, characterized by high melting point and brittleness.
  • alloys containing chromium can be used in the form of alloys with other metals because they are resistant to corrosion and hard.
  • chromium (Cr) is less corrosive and discolored, the chromium (Cr) also has a strong characteristic in the conductive liquid filling the cavity.
  • the insulating layer 56 is configured to physically insulate the first electrode 55-1 from the conductive liquid 52 and the nonconductive liquid 53.
  • the insulating layer 56 may include parylene C, and may be implemented by coating, vapor deposition, plating, or the like.
  • the insulating layer 56 may be disposed to extend over the upper portion of the first plate 54 and the lower portion of the non-conductive liquid 53, including an inclined surface that may contact the conductive liquid 52 and the non-conductive liquid 53. have.
  • the insulating layer 56 may extend from the inclined surface and be disposed between the third plate 51 and the liquid.
  • the insulating layer 56 may be disposed on the top surface of the third plate 51.
  • the insulating layer 56 may be disposed to block the first electrode 55-1 extending from the inclined surface and the inclined surface to the upper portion of the first plate 54 to contact the liquid.
  • the insulating layer 56 may be extended to be disposed between the first electrode 55-1 disposed to extend above the first plate 54 and the second electrode 55-2 disposed above the first plate. Can be.
  • the insulating layer 56 may be disposed on the first electrode 55-1. In the upper portion of the first plate 54 where the first electrode 55-1 and the second electrode 55-2 are adjacent to each other, the insulating layer 56 has the first electrode 55-1 as the conductive liquid 52.
  • the first electrode 55-1 may be disposed in such a manner as to surround the first electrode 55-1 so that at least a portion of the conductive liquid 52 is in contact with the second electrode 55-2, as shown in FIG. 4. The scope of the embodiment is not limited thereto.
  • the insulating layer 56 may include a protrusion 60 on at least a portion of the inclined surface that may contact the conductive liquid 52 and the nonconductive liquid 53.
  • the protrusion 60 may be referred to as a protrusion.
  • the insulating layer 56 may be disposed on an upper surface of the first electrode 55-1, and the insulating layer 56 may include a base disposed on an upper surface of the first electrode 55-1.
  • the insulating layer 56 may include a plurality of protrusions 60 protruding from the base.
  • the protrusion 60 may be disposed on the sidewall inclined surface of the cavity.
  • the protrusion 60 may be disposed on the electrode and the base disposed on the sidewall inclined surface of the cavity.
  • the interface formed by the conductive liquid 52 and the nonconductive liquid 53 may move along the inclined surface of the cavity.
  • the outer peripheral end of the interface formed by the conductive liquid 52 and the nonconductive liquid 53 may move along the inclined surface.
  • the protrusion 60 may include a first protrusion disposed on the inclined surface and a second protrusion disposed on the inclined surface, and the interface formed by the conductive liquid 52 and the non-conductive liquid 53 may be formed of the first protrusion.
  • the second protrusion may move along the insulating layer 56. At least one of the first protrusion and the second protrusion may be plural in number.
  • the material of the base and the material of the protrusion 60 may be different from each other.
  • the insulating layer 56 includes a protrusion 60, and the protrusion 60 may be formed of a plurality of protrusions protruding from the surface of the inclined surface of the insulating layer 56.
  • the plurality of protrusions may contact an interface formed between the conductive liquid 52 and the nonconductive liquid 53.
  • the plurality of protrusions may be arranged in a mosaic form arranged along the first direction and the second direction of the inclined surface, but the scope of the embodiment is not limited thereto.
  • the first direction may be a vertical direction based on the inclined surface of the insulating layer 56
  • the second direction may be a left and right direction based on the inclined surface of the insulating layer 56.
  • the length L and the width W of the protrusion may each be about 5 ⁇ m or less, and the height H may be about 10 ⁇ m or less.
  • the first distance D1 which is a distance between one protrusion and another protrusion adjacent to the first direction, may be about 10 ⁇ m to 15 ⁇ m.
  • the second distance D2 which is a distance between one protrusion and another protrusion adjacent to the second direction, may be about 10 ⁇ m to 15 ⁇ m. If protrusions out of the above range are arranged, the angle between the liquid and the electrode or the inclined surface may be reduced when the same voltage is applied.
  • the base thickness of the insulating layer 56 may be about 0.5 ⁇ m to 15 ⁇ m or about 1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the sum of the base thickness and the height of the protrusion may be 3 ⁇ m to 15 ⁇ m.
  • the height of the protrusion 60 may be 1.5 to 20 times the thickness of the base. The thinner the thickness of the insulating layer 56 is, the greater the angle between the liquid and the surface on which the electrode is disposed at the same voltage. Therefore, the efficiency may be good.
  • the base may have a uniform thickness and roughness in the insulating coating process. Coating can be difficult.
  • the height, size or width of the protrusion 60 may not be constant.
  • the height, size, or width of the protrusion may be randomly formed with or without a constant tendency as it rises on the inclined surface.
  • the height, size, or width of the protrusion can be higher or lower as you go up the slope.
  • the projections may be formed randomly.
  • the plurality of protrusions may include a first protrusion row including a plurality of protrusions disposed on the top of the plurality of protrusions arranged in the second direction and a second protrusion row disposed directly below the first protrusion column.
  • the projection rows and the second projection rows may have a one-to-one correspondence.
  • each protrusion is illustrated to have the same shape and size, but may have different shapes or different sizes according to embodiments.
  • each protrusion may have various polyhedral shapes such as a cube, a cylinder, a square pyramid, as well as a cuboid shape.
  • first distance D1 and the second distance D2 may be different from each other, and the plurality of protrusions may be irregularly arranged without being arranged with a constant first distance D1 and a second distance D2.
  • the insulating layer 56 including the protrusions 60 may include parylene C to form the protrusions 60 through etching on an insulating layer implemented by coating, vapor deposition, plating, or the like. .
  • the insulating layer 56 including the protrusions 60 may be manufactured in the form of a film and bonded to the first plate 54 and the electrode part.
  • the protrusion 60 may be disposed to contact an edge interface ED adjacent to the insulating layer 56. That is, the insulating layer 56 including the protrusion 60 may be disposed to contact the edge interface IF at the outermost side of the inclined surface of the opening area. As a result, an interface formed between the conductive liquid 52 and the nonconductive liquid 53 may move along the protrusion 60.
  • the insulating layer 56 including the protrusions 60 may be disposed so as not to overlap the opening surface D, which is a region through which light of the lower portion of the nonconductive liquid 53 passes. This is to prevent the field of view (FOV) of the liquid lens 500 from being affected by the insulating layer 56.
  • the insulating layer 56 may be arranged to overlap the opening surface D to simplify the process.
  • the insulating layer 56 may be a light transmissive material.
  • the insulating layer 56 may include a material that does not reflect light (for example, a graphite coating or a soma film) or a material having low light reflectivity (for example, black resin).
  • a material that does not reflect light for example, a graphite coating or a soma film
  • a material having low light reflectivity for example, black resin
  • the second plate 57 may be formed of glass of transparent material, and together with the third plate 51 and the opening area, the cavity may be configured to fill the conductive liquid 52 and the non-conductive liquid 53. .
  • FIG. 6 is a view for explaining a change of an interface caused by the protrusion of FIG. 4.
  • a cavity 600 filled with a conductive liquid 52 and a non-conductive liquid 53 of the liquid lens 500 is schematically illustrated.
  • the conductive liquid 52 and the non-conductive liquid 53 form an interface IF at a specific driving voltage (for example, 30 V). can do.
  • the insulating layer 56 includes the protrusion 60, the conductive liquid 52 and the non-conductive liquid 53 at the same driving voltage (eg, 30V) may have an interface IF ′. Can be formed.
  • the surface tension of the insulating layer 56 is increased due to the concave-convex structure of the protrusion 60, and as a result, the contact angle between the interface and the inclined surface may be increased at the same driving voltage, thereby increasing the curvature of the interface IF ′.
  • the curvature of the interface is proportional to the diopter or refractive index for adjusting the focal length, the range of the diopter that can be controlled can be increased.
  • the driving voltage required to implement the same diopter may also be reduced, power consumption required for the control of the liquid lens 500 may be reduced.
  • FIG. 7 is a table comparing paths of light rays passing through an optical system including a liquid lens in each of Comparative Examples and Examples.
  • 8 is a table comparing imaging of light rays passing through an optical system including a liquid lens for each incident angle.
  • light 700 having a specific angle of incidence passes through optical systems 710-1 and 710-2 including the liquid lens 720-1, so that the light receiving surface of the image sensor 26 (ie, The path of light rays reaching the front of the pixel array, 730-1, 730-2, is shown.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a case where the insulating layer 56 of 720-1 includes the protrusion 60.
  • the light 700 is refracted and dispersed in various paths while passing through the liquid lens 720-1.
  • the light is distributed through the optical system after the liquid lens 720-1 and reaches the light receiving surface 730-1, the light is not collected in a specific region and is dispersed.
  • the light 700 is transmitted to the optical system after the liquid lens 720-1 without being dispersed while passing through the liquid lens 720-2, and when reaching the light receiving surface 730-2, Can gather in specific areas
  • Light reflection may occur at the edge interface ED where the inclined surface of the insulating layer and the interface between the conductive liquid 52 and the non-conductive liquid 53 come into contact, and the image sensor before improvement is improved by the light scattered by the light reflection.
  • ghost or flare may occur in the image generated by (26).
  • the ghost phenomenon refers to a phenomenon in which a strong image is reflected directly on the lens barrel of the lens when the strong light is directly incident on the lens, and the afterimage remains on the photographed image, and the afterimage is formed along the circumference of the aperture.
  • the flare phenomenon refers to a phenomenon in which a photographed image appears bluish due to the reflection of light incident on the lens through the lens barrel or an irregular reflection caused by an excessively bright subject.
  • the ghost phenomenon and flare phenomenon can degrade the quality of the image photographed through the lens assembly 22 very much, and are mainly caused by the reflection of light on the lens barrel, and can occur mostly on the inclined surface of the liquid lens.
  • the light receiving surface may be displayed in blue, and the extent to which the light rays reach the light may be indicated by color temperature. That is, the white light may correspond to more light, and the red color may correspond to less light.
  • ghost and flare may not occur when the area where the light is concentrated moves from the center to the upper part by a distance proportional to the incident angle.
  • the camera module may include a lens assembly including a liquid lens, an infrared cut filter (not shown), a printed circuit board (not shown), an image sensor (not shown), and a controller (not shown). However, at least one of the infrared cut filter and the controller may be omitted or changed in the camera module.
  • the infrared filter may block the light of the infrared region from being incident on the image sensor.
  • An infrared filter may be disposed between the lens assembly and the image sensor.
  • the infrared filter may be an infrared absorption filter or an infrared reflecting filter.
  • the infrared filter may be formed by coating or depositing on one surface of the liquid lens without separately arranged.
  • the upper surface of the printed circuit board and the liquid lens may be electrically connected.
  • An image sensor may be disposed on the printed circuit board.
  • the printed circuit board may be electrically connected to the image sensor.
  • a holder member may be disposed between the printed circuit board and the lens assembly. In this case, the holder member may accommodate the image sensor inside.
  • the printed circuit board may supply power (current or voltage) to the liquid lens.
  • a control unit for controlling the liquid lens may be disposed on the printed circuit board.
  • the optical device is any one of a mobile phone, a mobile phone, a smart phone, a portable smart device, a digital camera, a laptop computer, a digital broadcasting terminal, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP) and a navigation device.
  • PDA personal digital assistant
  • PMP portable multimedia player
  • the type of the optical device is not limited thereto, and any device for capturing an image or a picture may be referred to as an optical device.
  • the optical device may include a main body (not shown), a camera module, and a display unit (not shown). However, any one or more of the main body, the camera module, and the display unit may be omitted or changed in the optical apparatus.
  • the liquid lens, the camera module, and the optical device may include a camera / video device, a telescope device, a microscope device, an interferometer device, a photometer device, a polarimeter device, a spectrometer device, a reflectometer device, an autocollimator device, a lens meter device, and a smartphone.
  • a camera / video device a telescope device, a microscope device, an interferometer device, a photometer device, a polarimeter device, a spectrometer device, a reflectometer device, an autocollimator device, a lens meter device, and a smartphone.
  • a camera / video device may include a camera / video device, a telescope device, a microscope device, an interferometer device, a photometer device, a polarimeter device, a spectrometer device, a reflectometer device, an autocollimator device, a lens meter device, and a smartphone.
  • notebook computers tablet computers and the like.

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Abstract

일 실시예에 따른 액체 렌즈는, 액체가 배치되는 경사면을 갖는 캐비티를 포함하는 제1 플레이트, 경사면에 배치되는 제1 전극, 제1 플레이트 상에 배치되는 제2 전극 및 제1 전극 상에 배치되는 절연층;을 포함하고, 액체는 전도성 액체 및 비전도성 액체를 포함하고, 전도성 액체 및 비전도성 액체 사이에는 계면이 형성되고, 절연층은 제1 전극 상에 배치되는 베이스와 베이스 상에 배치된 복수의 돌기를 포함할 수 있다.

Description

액체 렌즈, 카메라 모듈 및 광학기기
실시 예는 초점 거리(Focal Length/Distance)가 변하는 렌즈에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 실시 예는 전기 에너지를 이용하여 초점 거리를 조정할 수 있는 액체 렌즈, 카메라 모듈 및 광학기기에 관한 것이다.
휴대용 장치의 사용자는 고해상도를 가지며 크기가 작고 다양한 촬영 기능(오토포커싱(Auto-Focusing, AF) 기능, 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(Optical Image Stabilizer, OIS) 기능 등)을 가지는 광학 기기를 원하고 있다. 이러한 촬영 기능은 여러 개의 렌즈를 조합해서 직접 렌즈를 움직이는 방법을 통해 구현될 수 있으나, 렌즈의 수를 증가시킬 경우 광학 기기의 크기가 커질 수 있다.
오토 포커스와 손떨림 보정 기능은, 광축이 정렬된 렌즈 모듈이, 광축 또는 광축의 수직 방향으로 이동하거나 틸팅(Tilting)하여 수행되고, 렌즈 모듈을 구동시키기 위해 별도의 렌즈 구동 장치가 사용된다. 그러나 렌즈 구동 장치는 전력 소모가 높으며, 마그넷과 코일 등의 구동부재가 필요하며 이를 보호하기 위해서 카메라 모듈과 별도로 커버 글라스를 추가하여야 하는바 전체 두께가 두꺼워 진다.
따라서, 두 가지 액체의 계면의 곡률을 전기적으로 조절하여 오토 포커스와 손떨림 보정 기능을 수행하는 액체 렌즈에 대한 연구가 이루어지고 있다.
실시 예는 렌즈 특성을 저하시키는 고스트(ghost) 또는 플레어(flare) 현상을 방지할 수 있고, 포커싱 조절을 효율적으로 할 수 있는 액체 렌즈, 카메라 모듈 및 광학 기기를 제공한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에 따른 액체 렌즈는, 액체가 배치되는 경사면을 갖는 캐비티를 포함하는 제1 플레이트; 상기 경사면에 배치되는 제1 전극; 상기 제1 플레이트 상에 배치되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극 상에 배치되는 절연층;을 포함하고, 상기 액체는 전도성 액체 및 비전도성 액체를 포함하고, 상기 전도성 액체 및 비전도성 액체 사이에는 계면이 형성되고, 상기 절연층은 상기 제1 전극 상에 배치되는 베이스와 상기 베이스 상에 배치된 복수의 돌기를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 복수의 돌기는 상기 경사면과 대응되는 위치에 배치되고, 상기 계면은 상기 경사면을 따라 움직일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 복수의 돌기는 상기 경사면 상에서 가장 위에 배치되는 제1 돌기와 상기 경사면 상에서 가장 아래에 배치되는 제2 돌기를 포함하고 상기 계면은 제1 돌기와 제2 돌기 사이에서 상기 절연층을 따라 움직일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 베이스의 재질과 상기 돌기의 재질은 서로 다를 수 있다.
실시예에 따라, 상기 복수의 돌기는 상기 경사면의 제1 방향 및 제2 방향을 따라 배치되고, 상기 제1 방향은 상기 경사면을 기준으로 상하 방향이고, 상기 제2 방향은 상기 경사면을 기준으로 좌우 방향일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 복수의 돌기는 상기 제2 방향으로 배치된 복수의 돌기 중 가장 위에 배치되는 복수의 돌기들을 포함하는 제1 돌기 열; 및 상기 제1 돌기 열의 바로 아래에 배치되는 제2 돌기 열을 포함하고, 상기 제1 돌기 열과 상기 제2 돌기 열은 일대일 대응일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 절연층은, 상기 제1 전극 또는 제2 전극과 접촉하여 배치될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 복수의 돌기 각각의 길이, 폭, 및 높이는 각각 5 ㎛ 이하, 5 ㎛ 이하 및 10 ㎛ 이하일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 복수의 돌기 중 어느 하나와 상기 경사면의 제1 방향으로 인접하는 다른 돌기 사이의 거리는 10 ㎛ 내지 15 ㎛일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 절연층은, 흑연 또는 블랙레진을 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
실시예에 따른 액체 렌즈, 카메라 모듈 및 광학 기기에 의하면, 서로 다른 성질을 갖는 액체들 사이의 계면과 개구 영역의 경사면에서의 광 반사에 의한 고스트 및 플레어 현상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 계면과 상기 경사면 사이의 접촉각을 증가시켜 디옵터(diopter)에 대한 제어 범위를 증가시킬 수 있다.
아울러, 특정 디옵터를 구현하기 위한 구동 전압을 줄일 수 있어, 액체 렌즈의 구동에 소요되는 전력 소모를 줄일 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 예를 설명한다.
도 2는 카메라 모듈에 포함된 렌즈 어셈블리의 예를 설명한다.
도 3은 구동 전압에 대응하여 계면이 조정되는 렌즈를 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 액체 렌즈를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 절연층의 일부를 보다 상세히 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4의 돌출부에 의한 계면의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 액체렌즈를 포함하는 광학계를 통과한 광선의 경로를 비교한 표이다.
도 8은 입사각 별로 액체렌즈를 포함하는 광학계를 통과한 광선의 결상을 비교한 표이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 또한, 실시예의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 실시예의 범위를 한정하는 것이 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 element의 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.
본 명세서에서 동일한 부재 번호를 갖는 것으로 표시된 구성들은 서로 동일한 구조, 기능 및 재질을 가질 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 카메라 모듈(10)의 예를 설명한다.
도 1을 참조하면, 카메라 모듈(10)은 액체 렌즈 및 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리(22), 제어회로(24), 및 이미지센서(26)를 포함할 수 있다.
액체렌즈는 공통 전극과 복수의 개별 전극 사이에 인가되는 구동 전압에 대응하여 초점 거리가 조정되며, 제어회로(24)는 액체 렌즈에 구동 전압을 공급하기 위한 신호를 전달하며, 이미지센서(26)는 렌즈 어셈블리(22)에 정렬되며 렌즈 어셈블리(22)를 통해 전달되는 광을 전기신호로 변환한다.
카메라 모듈(10)은 하나의 인쇄회로기판(PCB) 상에 배치된 복수의 회로(24, 26)와 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리(22)를 포함할 수 있으나, 이는 하나의 예에 불과할 뿐 실시 예의 범위를 한정하지 않는다. 제어 회로(24)의 구성은 광학 기기에 요구되는 사양에 따라 다르게 설계될 수 있다. 특히, 렌즈 어셈블리(22)에 인가되는 동작 전압의 크기를 줄이기 위해, 제어회로(24)는 하나의 칩(single chip)으로 구현할 수 있다. 이를 통해, 휴대용 장치에 탑재되는 카메라 모듈의 크기를 더욱 줄일 수 있다.
도 2는 카메라 모듈(10)에 포함된 렌즈 어셈블리(22)의 예시적인 단면도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 렌즈 어셈블리(22)는 제1 렌즈부(100), 제2 렌즈부(200), 액체 렌즈부(300), 홀더(400) 및 연결부(500)를 포함할 수 있다. 도시된 렌즈 어셈블리(22)의 구조는 하나의 예에 불과하며, 카메라 모듈에 요구되는 사양에 따라 렌즈 어셈블리(22)의 구조는 달라질 수 있다. 예를 들어, 도시된 예에서는 액체 렌즈부(300)가 제1 렌즈부(100)와 제2 렌즈부(200) 사이에 위치하고 있으나, 다른 예에서는 액체 렌즈부(300)가 제1 렌즈부(100)보다 상부(전면)에 위치할 수도 있으며, 제2 렌즈부(200)가 생략될수도 있다.
제1 렌즈부(100)는 렌즈 어셈블리(22)의 전방에 배치되고, 렌즈 어셈블리(22)의 외부로부터 광이 입사하는 구성이다. 제1 렌즈부(100)는 적어도 하나의 렌즈로 구성될 수 있고, 또는 2개 이상의 복수의 렌즈들이 중심축(PL)을 기준으로 정렬하여 광학계를 형성할 수도 있다.
제1 렌즈부(100) 및 제2 렌즈부(200)는 홀더(400)에 장착될 수 있다. 이때, 홀더(400)에는 관통공이 형성되고, 관통공에 제1 렌즈부(100) 및 제2 렌즈부(200)가 배치될 수 있다. 또한, 홀더(400)에 제1 렌즈부(100)와 제2 렌즈부(200)가 배치되는 사이 공간에는 액체 렌즈부(300)가 삽입될 수 있다.
한편, 제1 렌즈부(100)는 노출렌즈(110)를 포함할 수 있다. 또한, 노출렌즈(110)는 홀더(400) 외부로 돌출될 수 있다. 노출렌즈(110)의 경우 외부에 노출됨으로 인해 렌즈표면이 손상될 수 있다. 만약 렌즈표면이 손상될 경우, 카메라 모듈에서 촬영되는 이미지의 화질이 저하될 수 있다. 노출렌즈(110)의 표면손상을 방지, 억제하기 위해, 커버 글래스를 배치시키거나 코팅층을 형성하거나 노출렌즈(100)가 표면손상을 방지하기 위한 내마모성 재질로 구성하는 방법 등을 적용할 수 있다.
제2 렌즈부(200)는 제1 렌즈부(100) 및 액체 렌즈부(300)의 후방에 배치되고, 외부로부터 제1 렌즈부(100)로 입사하는 광은 액체렌즈부(300)를 통과하여 제2 렌즈부(200)로 입사될 수 있다. 제2 렌즈부(200)는 제1 렌즈부(100)와 이격되어 홀더(400)에 형성되는 관통공에 배치될 수 있다.
한편, 제2 렌즈부(200)는 적어도 하나의 렌즈로 구성될 수 있고, 2개 이상의 복수의 렌즈들이 포함되는 경우 중심축(PL)을 기준으로 정렬하여 광학계를 형성할 수도 있다.
액체 렌즈부(300)는 제1 렌즈부(100)와 제2 렌즈부(200) 사이에 배치되고, 홀더(400)의 삽입구(410)에 삽입될 수 있다. 액체 렌즈부(300) 역시, 제1 렌즈부(100)와 제2 렌즈부(200)와 마찬가지로 중심축(PL)을 기준으로 정렬될 수 있다.
액체 렌즈부(300)에는 렌즈영역(310)이 포함될 수 있다. 렌즈영역(310)은 제1 렌즈부(100)를 통과한 광이 투과하는 부위이고, 적어도 일부에 액체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 렌즈영역(310)에는 두 가지 종류 즉, 도전성 액체와 비도전성 액체가 함께 포함될 수 있고, 도전성 액체와 비도전성 액체는 서로 섞이지 않고 경계면을 이룰 수 있다. 연결부(500)을 통해 인가되는 구동 전압에 의해 도전성 액체와 비도전성 액체의 경계면이 변형되어 액체 렌즈부(300)의 곡률 및/또는 초점거리가 변경될 수 있다. 이러한 경계면의 변형, 곡률변경이 제어되면, 액체 렌즈부(300)와 이를 포함하는 렌즈 어셈블리(22) 및 카메라 모듈(10)은 오토포커싱(Auto-Focusing; AF) 기능, 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(Optical Image Stabilizer, OIS) 기능 등을 수행할 수 있다.
도 3은 구동 전압에 대응하여 계면이 조정되는 렌즈를 설명한다. 구체적으로, (a)는 렌즈 어셈블리(22, 도2 참조)에 포함된 액체 렌즈(28)를 설명하고, (b)는 액체 렌즈(28)의 등가회로를 설명한다.
먼저 (a)를 참조하면, 구동 전압에 대응하여 계면이 조정되는 액체 렌즈(28)는 복수의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)을 통해서 구동 전압을 인가 받을 수 있다. 복수의 개별 전극 각각은 동일한 각 거리를 가지고 서로 다른 방향에 배치될 수 있다. 개별 전극(L1, L2, L3, L4)을 통해서 구동 전압이 인가되면 후술할 공통 전극에 인가되는 전압과의 상호작용으로 인해 렌즈영역(310)에 배치된 도전성 액체와 비도전성 액체의 경계면이 변형될 수 있다. 도전성 액체와 비도전성 액체의 경계면의 변형의 정도 및 형태는 AF 기능 또는 OIS 기능을 구현하기 위해, 제어회로(24)에 의해 제어될 수 있다.
또한, (b)를 참조하면, 렌즈(28)의 일측은 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)으로부터 구동 전압을 인가 받고, 다른 일측은 공통 전극(C0)과 연결된 복수의 캐패시터(30)로 설명할 수 있다.
본 명세서에서는 개별 전극이 4개인 것을 예로 들어 설명하나, 실시 예의 범위는 이에 한정되지 않는다.
도 4는 일 실시예에 따른 액체 렌즈를 나타낸 도면이다. 도 5는 도 4의 절연층의 일부를 보다 상세히 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 액체 렌즈(500)는 도 3에 도시된 액체 렌즈의 단면의 일 실시예를 나타낸다.
액체 렌즈(500)는 전도성 액체(52), 비전도성 액체(53), 플레이트, 전극부 및 절연층(56)을 포함할 수 있다. 플레이트는 제1 플레이트(54)를 포함할 수 있으며, 추가로 제2 플레이트(57)와 제3 플레이트(51)를 더 포함할 수 있다. 전극부는 제1 전극(55-1) 및 제2 전극(55-2)을 포함할 수 있다.
제3 플레이트(51)는 투명한 재질로 구성될 수 있고, 제1 렌즈부(100, 도 2 참조)를 통과한 광을 액체 렌즈(500)에서 먼저 받아들이는 구성이다. 본 명세서에서는 액체 렌즈(500)가 도 2의 렌즈 어셈블리(22)에 포함되는 액체 렌즈(28)임을 전제로 설명하나, 이와 달리 제3 플레이트(51)가 액체 렌즈(500)에서 가장 나중에 광을 받아들이도록 렌즈 어셈블리 내에 장착될 수도 있다. 제3 플레이트(51)는 제1 전극(55-1)의 하부에 배치될 수 있고, 제2 플레이트(57)는 제2 전극(55-2)의 상부에 배치될 수 있다.
전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)는 제1 플레이트(54)의 개구 영역에 의해 결정되는 캐비티(cavity) 내에 충진될 수 있다. 즉, 캐비티에는 서로 다른 성질의 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)가 충진될 수 있으며, 서로 다른 성질의 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53) 사이에는 계면이 형성될 수 있다.
전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)가 이루는 계면은 굴곡, 경사도 등이 변하면서 액체 렌즈(500)의 초점 거리 또는 형상이 조정될 수 있다. 계면을 통해 광 신호가 통과될 수 있는 영역이 도 3에서 설명한 렌즈영역(310)과 대응될 수 있다.
여기서, 전도성 액체(52)는 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 브로민화나트륨(NaBr) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 또한 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)과 브로민화나트륨(NaBr)이 혼합되어 형성될 수 있고, 비전도성 액체(53)는 페닐(phenyl) 계열의 실리콘 오일을 포함할 수 있다.
제1 플레이트(54)는 제3 플레이트(51) 및 제2 플레이트(57) 사이에 위치하며 기 설정된 경사면(예컨대, 약 59° 내지 61°의 각도를 가지는 경사면)을 가지는 개구 영역을 포함할 수 있다. 즉, 제1 플레이트(54)는 내부에 경사면을 포함할 수 있고, 이러한 경사면에 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)가 배치될 수 있다. 제1 플레이트(54)는 액체 렌즈(500) 내 서로 다른 성질의 두 액체를 가두는 하우징 구조물로서 제3 플레이트(51) 및 제2 플레이트(57)는 광 신호가 통과하는 영역을 포함하고 있어 투명도가 높은 유리(glass)와 같은 재질로 형성될 수 있다. 공정의 편의상 즉, 동일한 재질의 중간층을 사용하여 접합하는 경우 캐비티를 채운 액체가 흘러나오는 것을 방지하기 용이하기 때문에, 제1 플레이트(54) 역시 유리와 같은 재질로 형성될 수 있다. 다른 실시예에 따라, 제1 플레이트(54)는 광 신호의 투과가 용이하지 않도록 불순물을 포함할 수도 있다.
제1 전극(55-1)과 제2 전극(55-2)은 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)가 이루는 계면을 제어하기 위한 제어 회로(24, 도 1 참조)로부터 수신되는 전기 신호를 인가하는 기능을 수행할 수 있다. 제1 전극(55-1)은 제1 플레이트(54)의 경사면에 배치될 수 있고, 제2 전극(55-2)은 제1 플레이트(54)의 상부에 배치될 수 있다.
도 3에서 설명한 바와 같이, 제3 플레이트(51) 및 제2 플레이트(57)와 인접한 제1 플레이트(54)의 양측에는 개별 전극(L1, L2, L3, L4)과 공통 전극(C0)을 형성하기 위한 전극 및/또는 전극 패턴이 포함될 수 있다. 제2 전극(55-2)은 전도성 액체(52)에 접촉하도록 배치되는 공통 전극이고 제1 전극(55-1)은 절연층(56)을 사이에 두고 전도성 액체(52)에 근접하도록 배치되는 개별 전극일 수 있다.
여기서, 제1 전극(55-1)과 제2 전극(55-2)은 크롬(Cr)을 포함할 수 있다. 크로뮴(chromium) 또는 크롬(Chrom)은 은색의 광택이 있는 단단한 전이 금속으로, 부서지기 쉬우며 잘 변색되지 않고 녹는점이 높은 것이 특징이다. 하지만, 크로뮴을 포함한 합금은 부식에 강하고 단단하기 때문에 다른 금속과 합금한 형태로 사용될 수 있다. 특히, 크롬(Cr)은 부식과 변색이 적기 때문에, 캐비티를 채우는 전도성 액체에도 강한 특징이 있다.
절연층(56)은 제1 전극(55-1)을, 전도성 액체(52) 및 비전도성 액체(53)와 물리적으로 절연시키기 위한 구성이다. 예를 들어, 절연층(56)은 파릴렌 C(parylene C)를 포함할 수 있으며, 코팅, 증착, 도금 등의 방법으로 구현될 수 있다.
절연층(56)은 전도성 액체(52) 및 비전도성 액체(53)와 맞닿을 수 있는 경사면을 비롯하여, 제1 플레이트(54)의 상부 및 비전도성 액체(53)의 하부에 연장되어 배치될 수 있다. 절연층(56)은 경사면으로부터 연장되어 제3 플레이트(51)와 액체 사이에 배치될 수 있다. 예를들어 절연층(56)은 제3 플레이트(51)의 상면에 배치될 수 있다. 절연층(56)은 경사면 및 경사면으로부터 제1 플레이트(54)의 상부로 연장되어 배치되는 제1 전극(55-1)이 액체와 접촉하는 것을 차단하도록 배치될 수 있다. 제1 플레이트(54)의 상부로 연장되어 배치되는 제1 전극(55-1)과 제1 플레이트의 상부에 배치되는 제2 전극(55-2) 사이에 절연층(56)이 연장되어 배치될 수 있다. 절연층(56)은 제1 전극(55-1)의 상부에 배치될 수 있다. 제1 전극(55-1)과 제2 전극(55-2)이 인접하여 배치되는 제1 플레이트(54)의 상부에서 절연층(56)은 제1 전극(55-1)이 전도성 액체(52)와 접촉하지 않도록 제1 전극(55-1)을 감싸는 형태로 배치될 수 있고, 도 4와 같이 전도성 액체(52)의 적어도 일부가 제2 전극(55-2)과 접촉하도록 배치될 수 있으나, 실시 예의 범위는 이에 한정되지 않는다.
절연층(56)은 전도성 액체(52) 및 비전도성 액체(53)와 맞닿을 수 있는 경사면의 적어도 일부에 돌출부(60)를 포함할 수 있다. 돌출부(60)는 돌기로 호칭할 수 있다. 절연층(56)은 제1 전극(55-1)의 상면에 배치될 수 있고, 절연층(56)은 제1 전극(55-1)의 상면에 배치되는 베이스를 포함할 수 있다. 또한 절연층(56)은 베이스로부터 돌출된 복수의 돌기(60)를 포함할 수 있다. 돌기(60)는 캐비티의 측벽 경사면 상에 배치될 수 있다. 돌기(60)는 캐비티의 측벽 경사면 상에 배치되는 전극 및 베이스 상에 배치될 수 있다. 전도성 액체(52) 및 비전도성 액체(53)가 형성하는 계면은 캐비티의 경사면을 따라 움직일 수 있다. 전도성 액체(52) 및 비전도성 액체(53)가 형성하는 계면의 외주 끝단은 경사면을 따라 움직일 수 있다. 돌기(60)는 경사면 상에서 가장 위에 배치되는 제1 돌기와 경사면 상에서 가장 아래에 배치되는 제2 돌기를 포함할 수 있고, 전도성 액체(52) 및 비전도성 액체(53)가 형성하는 계면은 제1 돌기와 제2 돌기 사이에서 절연층(56)을 따라 움직일 수 있다. 제1 돌기와 제2 돌기 중 적어도 하나는 복수 개 일 수 있다.
또한, 베이스의 재질과 돌기(60)의 재질은 서로 다를 수 있다.
도 5를 참조하면, 절연층(56)의 경사면의 일부가 도시되어 있다. 절연층(56)은 돌출부(60)를 포함하며, 돌출부(60)는 절연층(56)의 경사면의 표면으로부터 돌출된 복수의 돌기로 구성될 수 있다. 복수의 돌기는 전도성 액체(52) 및 비전도성 액체(53)가 이루는 계면에 접촉할 수 있다.
복수의 돌기는 경사면의 제1 방향 및 제2 방향을 따라 배열을 이루는 모자이크 형태로 배치될 수 있으나, 실시 예의 범위는 이에 한정되지 않는다. 제1 방향은 절연층(56)의 경사면을 기준으로 상하 방향일 수 있고, 제2 방향은 절연층(56)의 경사면을 기준으로 좌우 방향일 수 있다.
예를 들어, 돌기의 길이(L) 및 폭(W)은 각각 약 5 ㎛ 이하일 수 있고, 높이(H)는 약 10 ㎛ 이하일 수 있다. 하나의 돌기와 제1 방향으로 인접하는 다른 돌기와의 거리인 제1 거리(D1)는 약 10 ㎛ 내지 15 ㎛ 일 수 있다. 또한, 하나의 돌기와 제2 방향으로 인접하는 다른 돌기와의 거리인 제2 거리(D2)는 약 10 ㎛ 내지 15 ㎛ 일 수 있다. 위의 범위를 벗어나는 돌기가 배치되면, 동일한 전압을 인가하였을 때 액체와 전극 또는 경사면이 이루는 각도가 줄어들 수 있다.
예를 들어, 절연층(56)의 베이스 두께는 약 0.5 ㎛ 내지 15 ㎛ 또는 약 1 ㎛ 내지 10 ㎛ 일 수 있다. 또한 베이스 두께와 돌기의 높이의 합은 3 ㎛ 내지 15 ㎛일 수 있다. 돌기(60)의 높이는 베이스 두께의 1.5배 내지 20배일 수 있다. 절연층(56)의 두께는 얇을수록 동일 전압에서 액체가 전극이 배치된 면과 이루는 각도가 커지므로 효율이 좋을 수 있으나, 너무 얇게 베이스를 형성하고자 하면 절연 코팅 공정상 균일한 두께 및 조도로 베이스 코팅을 하기 어려울 수 있다.
돌기(60)의 높이, 크기 또는 폭은 일정하지 않을 수 있다. 예를들어 돌기의 높이, 크기 또는 폭은 경사면 상에서 위로 올라갈수록 일정한 경향성을 가지거나 일정한 경향성 없이 랜덤으로 형성될 수 있다. 예를들어 돌기의 높이, 크기 또는 폭은 경사면의 위로 올라갈수록 높아지거나 낮아질 수 있다. 또한, 돌기는 랜덤하게 형성될 수도 있다. 또한 복수의 돌기는 제2 방향으로 배치된 복수의 돌기 중 가장 위에 배치되는 복수의 돌기들을 포함하는 제1 돌기 열과 제1 돌기 열의 바로 아래에 배치되는 제2 돌기 열을 포함할 수 있으며, 제1 돌기 열과 제2 돌기 열은 일대일 대응일 수 있다.
도 5에서는 복수의 돌기가 서로 동일한 형태 및 크기를 가지는 것으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라 서로 다른 형태 또는 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 또한, 각 돌기는 직육면체 형태뿐 아니라 정육면체, 원기둥, 사각뿔대 등 다양한 다면체 형태를 가질 수 있다.
다른 실시예에 의하면, 제1 거리(D1)와 제2 거리(D2)는 서로 다를 수 있고, 복수의 돌기가 일정한 제1 거리(D1)와 제2 거리(D2)로 배열되지 않고 불규칙하게 배열될 수도 있다.
돌출부(60)를 포함하는 절연층(56)은 파릴렌 C(parylene C)를 포함하여, 코팅, 증착, 도금 등의 방법으로 구현된 절연층에 식각을 통해 돌출부(60)를 형성할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 돌출부(60)를 포함하는 절연층(56)은 필름 형태로 제작되어, 제1 플레이트(54) 및 전극부 상에 접합되는 방법으로 구현될 수 있다.
돌출부(60)는 절연층(56)에 인접한 엣지(edge) 계면(ED)에 접촉하도록 배치될 수 있다. 즉, 돌출부(60)를 포함하는 절연층(56)은 개구 영역의 경사면의 최외곽에서 엣지 계면(IF)에 접촉하도록 배치될 수 있다. 이로써, 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)가 이루는 계면은 돌출부(60)를 따라 움직일 수 있다.
돌출부(60)를 포함하는 절연층(56)은 비전도성 액체(53)의 하부의 광이 통과하는 영역인 개구면(D)과 오버랩(overlap)되지 않도록 배치될 수 있다. 이는 액체 렌즈(500)의 FOV(Field Of View)가 절연층(56)에 의해 영향을 받지 않도록 하기 위함이다. 다른 실시예에 따라, 공정을 단순화하기 위해 절연층(56)은 개구면(D)과 오버랩되도록 배치될 수도 있다. 이때 절연층(56)은 광 투과성 물질일 수 있다.
절연층(56)은 광을 반사하지 않는 재질(예를 들어 흑연 코팅 또는 소마(soma) 필름) 또는 광반사율이 낮은 재질(예를 들어 블랙 레진(black resin))을 포함할 수 있다.
제2 플레이트(57)는 투명한 재질의 유리로 형성될 수 있고, 제3 플레이트(51) 및 개구 영역과 함께 캐비티를 구성하여 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)가 충진될 수 있도록 한다.
도 6은 도 4의 돌출부에 의한 계면의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 액체 렌즈(500)의 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)가 충진된 캐비티(600)가 개략적으로 도시되어 있다.
만일, 절연층(56)의 경사면에 돌출부(60)를 포함하지 않을 경우, 특정 구동 전압(예를 들어, 30V)에서 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)는 계면(IF)을 형성할 수 있다.
그러나, 일 실시예에 따른 절연층(56)은 돌출부(60)를 포함하므로, 동일한 구동 전압(예를 들어, 30V)에서 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)는 계면(IF')을 형성할 수 있다.
이는 돌출부(60)의 요철 구조로 인해 절연층(56)의 표면 장력이 증가되며, 이로 인해 동일한 구동 전압에서 계면과 경사면이 이루는 접촉각이 증가되어 계면(IF')의 곡률이 증대될 수 있다.
즉, 계면의 곡률은 초점 거리를 조정하기 위한 디옵터(diopter) 또는 굴절도와 비례 관계에 있으므로, 제어될 수 있는 디옵터의 범위가 증대될 수 있다. 또한, 동일한 디옵터를 구현하기 위해 필요한 구동 전압 역시 감소될 수 있으므로, 액체 렌즈(500)의 제어에 필요한 전력 소모가 감소될 수 있다.
도 7은 비교례 및 실시예 각각에서 액체렌즈를 포함하는 광학계를 통과한 광선의 경로를 비교한 표이다. 도 8은 입사각 별로 액체렌즈를 포함하는 광학계를 통과한 광선의 결상을 비교한 표이다.
도 7을 참조하면, 특정 입사각을 갖는 광(700)이 액체 렌즈(720-1)를 포함하는 광학계(710-1, 710-2)를 통과하여, 이미지 센서(26)의 수광면(즉, 픽셀 어레이의 전면, 730-1, 730-2)에 도달하는 광선의 경로가 도시되어 있다.
좌측의 개선 전 즉, 비교례에 해당하는 도면은 액체 렌즈(720-1)의 절연층이 돌출부를 포함하지 않을 경우에 대한 도면이며, 우측의 개선 후 즉, 실시 예에 해당하는 도면은 액체 렌즈(720-1)의 절연층(56)이 돌출부(60)를 포함할 경우에 대한 도면이다.
개선 전과 개선 후를 비교하면, 개선 전에는 광(700)이 액체 렌즈(720-1)를 통과하면서 다양한 경로로 굴절되어 분산되는 것을 확인할 수 있다. 이렇게 분산된 광은 액체 렌즈(720-1) 이후의 광학계를 통과한 뒤 수광면(730-1)에 도달할 때, 특정한 영역에 모이지 못하고 분산되게 된다.
이에 반해, 개선 후에는 광(700)이 액체 렌즈(720-2)를 통과하면서 분산되지 않고 액체 렌즈(720-1) 이후의 광학계로 전달되며, 수광면(730-2)에 도달할 때, 특정한 영역에 모일 수 있다.
절연층의 경사면과, 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53) 간의 계면이 접촉하는 엣지 계면(ED)에서 광반사가 발생할 수 있으며, 이러한 광반사로 인해 분산되는 광에 의해 개선 전의 이미지 센서(26)가 생성하는 이미지에는 고스트(ghost) 현상 또는 플레어(flare) 현상이 발생할 수 있다.
고스트 현상은 강한 빛이 렌즈로 직접 입사되면, 렌즈의 경통 등에 반사되어 촬영된 이미지에 잔상이 남아 번져 보이는 현상을 의미하며, 조리개의 둘레 모양을 따라 잔상이 형성되는 특징을 가진다.
플레어 현상은 렌즈로 입사되는 빛이 렌즈의 경통에 반사되거나 과도하게 밝은 피사체로 인한 난반사로 인해, 촬영된 이미지가 뿌옇게 보이는 현상을 의미한다.
고스트 현상 및 플레어 현상은 렌즈 어셈블리(22)를 통해 촬영된 이미지의 품질을 매우 저하시킬 수 있고, 모두 렌즈의 경통에 빛이 반사되어 주로 발생하는 것으로서, 특히 액체 렌즈의 경사면에서 대부분 발생할 수 있다.
그러나, 개선 후의 액체 렌즈(720-2)의 엣지 계면(ED)에서 광반사가 현저히 줄어듦을 확인할 수 있는데, 이는 절연층(56)이 돌출부(60)를 포함하는 요철 구조 또는 나노(nano) 구조로 구현됨으로써 광의 반사 각도를 불규칙하게 할 수 있다. 고스트 및 플레어 현상은 경사면에서 규칙적으로 반사된 광이 일정량 만큼 모여 발생되는 것다. 따라서, 개선 후의 액체 렌즈(720-2)에 의한 불규한 광 반사로 인해 광이 모이지 않고 분산되며 이미지 센서(26)로 전달되지 않도록 광이 입사된 방향으로 광을 반사시킬 수도 있으므로, 고스트 플레어 현상이 현저히 줄어들 수 있다.
도 8을 참조하면, 액체렌즈를 포함하는 광학계를 통과한 광선이 수광면에 도달하는 형태를 입사각 별로 비교한 결과가 나타나 있다.
광선이 수광면에 도달하는 형태인 결상은 수광면이 파란색으로 표시되며, 광선이 도달한 정도는 색온도로 표시될 수 있다. 즉, 흰색으로 갈수록 광이 많이 도달한 것에 해당하고, 붉은 색으로 갈수록 광이 적게 도달한 것에 해당할 수 있다.
이상적으로는, 입사각이 증가할수록 광이 집중된 영역이 중앙으로부터 상부로 입사각에 비례한 거리만큼 이동해야 고스트 및 플레어 현상이 발생하지 않을 수 있다.
입사각이 0°일 때 개선전과 개선후의 결상을 비교하면, 개선전과 개선후 모두 수광면의 중앙에 광이 집중되는 것을 확인할 수 있다. 이는 입사각이 0°이므로 광학계의 광축을 따라 광이 입사되어, 개구 영역의 경사면에 의한 반사가 거의 발생하지 않기 때문이다.
입사각이 4°와 12°일 때의 개선전과 개선후의 결상을 비교하면, 개선전과 개선후 모두 수광면의 중앙으로부터 상부로 광이 집중된 영역이 이동하나, 개선전의 결상에서는 다소 광이 집중된 영역이 퍼지는 것을 확인할 수 있다. 이는 입사각이 0°보다 커지게 되면 광학계의 광축이 아닌 각도로 광이 입사되어, 개구 영역의 경사면에 의한 반사가 발생하기 시작하기 때문이다.
입사각이 20°, 28°, 40°일 때의 개선전과 개선후의 결상을 비교하면, 개선전에는 광이 집중된 영역이 아닌 주변으로 퍼지는 것을 확인할 수 있다. 이는 입사각이 더 커지게 되면 광학계의 광축과 큰 입사각으로 광이 입사되어, 개구 영역의 경사면에 의한 반사가 많이 발생하기 때문이다. 이러한 반사로 인해 굴절된 광은 고스트 현상 및 플레어 현상을 유발할 수 있다.
이에 반해, 개선후에는 상대적으로 광이 집중된 영역 주변으로 퍼지는 광이 적음을 확인할 수 있고, 개선전에 비해 현저히 고스트 현상 및 플레어 현상이 줄어들 수 있다.
이하에서는 실시예에 따른 카메라 모듈의 구성을 설명한다.
카메라 모듈은 액체렌즈를 포함하는 렌즈어셈블리, 적외선 차단 필터(미도시), 인쇄회로기판(미도시), 이미지 센서(미도시) 및 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 다만, 카메라 모듈에서 적외선 차단 필터, 제어부 중 어느 하나 이상이 생략 또는 변경될 수 있다.
적외선 필터는 이미지 센서에 적외선 영역의 광이 입사되는 것을 차단할 수 있다. 적외선 필터는 렌즈 어셈블리와 이미지 센서 사이에 배치될 수 있다. 적외선 필터는 적외선 흡수 필터 또는 적외선 반사 필터일 수 있다. 또한, 적외선 필터를 별도로 배치하지 않고 액체렌즈의 어느 한면에 코팅 또는 증착하여 형성할 수도 있다.
인쇄회로기판의 상면과 액체렌즈는 전기적으로 연결될 수 있다. 인쇄회로기판에는 이미지 센서가 배치될 수 있다. 인쇄회로기판은 이미지 센서와 전기적으로 연결될 수 있다. 일례로, 인쇄회로기판과 렌즈어셈블리 사이에 홀더 부재가 배치될 수 있다. 이때, 홀더 부재는 내측에 이미지 센서를 수용할 수 있다. 인쇄회로기판은 액체렌즈에 전원(전류 또는 전압)을 공급할 수 있다. 한편, 인쇄회로기판에는 액체렌즈를 제어하기 위한 제어부가 배치될 수 있다.
이하에서는 실시예에 따른 광학기기의 구성을 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 하나일 수 있다. 다만, 광학기기의 종류가 이에 제한되는 것은 아니며 영상 또는 사진을 촬영하기 위한 어떠한 장치도 광학기기로 호칭될 수 있다.
광학기기는 본체(미도시), 카메라 모듈 및 디스플레이부(미도시)를 포함할 수 있다. 다만, 광학기기에서 본체, 카메라 모듈 및 디스플레이부 중 어느 하나 이상이 생략 또는 변경될 수 있다.
실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
발명의 실시를 위한 형태는 전술한 "발명의 실시를 위한 최선의 형태"에서 충분히 설명되었다.
실시 예에 의한 액체 렌즈, 카메라 모듈 및 광학 기기는 카메라/비디오 장치, 망원경 장치, 현미경 장치, 간섭계 장치, 광도계 장치, 편광계 장치, 분광계 장치, 반사계 장치, 오토콜리메이터 장치, 렌즈미터 장치, 스마트폰, 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등에 이용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 액체가 배치되는 경사면을 갖는 캐비티를 포함하는 제1 플레이트;
    상기 경사면에 배치되는 제1 전극;
    상기 제1 플레이트 상에 배치되는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 상에 배치되는 절연층;을 포함하고,
    상기 액체는 전도성 액체 및 비전도성 액체를 포함하고,
    상기 전도성 액체 및 비전도성 액체 사이에는 계면이 형성되고,
    상기 절연층은 상기 제1 전극 상에 배치되는 베이스와 상기 베이스 상에 배치된 복수의 돌기를 포함하는, 액체 렌즈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 돌기는 상기 경사면과 대응되는 위치에 배치되고, 상기 계면은 상기 경사면을 따라 움직이는, 액체 렌즈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 돌기는 상기 경사면 상에서 가장 위에 배치되는 제1 돌기와 상기 경사면 상에서 가장 아래에 배치되는 제2 돌기를 포함하고 상기 계면은 제1 돌기와 제2 돌기 사이에서 상기 절연층을 따라 움직이는, 액체 렌즈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스의 재질과 상기 돌기의 재질은 서로 다른, 액체 렌즈.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 돌기는 상기 경사면의 제1 방향 및 제2 방향을 따라 배치되고,
    상기 제1 방향은 상기 경사면을 기준으로 상하 방향이고, 상기 제2 방향은 상기 경사면을 기준으로 좌우 방향인, 액체 렌즈.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 복수의 돌기는 상기 제2 방향으로 배치된 복수의 돌기 중 가장 위에 배치되는 복수의 돌기들을 포함하는 제1 돌기 열; 및
    상기 제1 돌기 열의 바로 아래에 배치되는 제2 돌기 열을 포함하고,
    상기 제1 돌기 열과 상기 제2 돌기 열은 일대일 대응인, 액체 렌즈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 절연층은, 상기 제1 전극 또는 제2 전극과 접촉하여 배치되는, 액체 렌즈.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 돌기 각각의 길이, 폭, 및 높이는 각각 5 ㎛ 이하, 5 ㎛ 이하 및 10 ㎛ 이하인, 액체 렌즈.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 돌기 중 어느 하나와 상기 경사면의 제1 방향으로 인접하는 다른 돌기 사이의 거리는 10 ㎛ 내지 15 ㎛인, 액체 렌즈.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 절연층은, 흑연 또는 블랙레진을 포함하는, 액체 렌즈.
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