WO2019245315A1 - 카메라 모듈 - Google Patents

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WO2019245315A1
WO2019245315A1 PCT/KR2019/007475 KR2019007475W WO2019245315A1 WO 2019245315 A1 WO2019245315 A1 WO 2019245315A1 KR 2019007475 W KR2019007475 W KR 2019007475W WO 2019245315 A1 WO2019245315 A1 WO 2019245315A1
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light
liquid
light source
voltage
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김철
권재욱
이상훈
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엘지이노텍 주식회사
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    • G03B2215/0592—Diffusors, filters or refraction means installed in front of light emitter

Definitions

  • An embodiment relates to a camera module.
  • Depth map is required to obtain a 3D image.
  • Depth information is information representing a distance in space and represents perspective information of another point with respect to one point of the 2D image.
  • One method of obtaining depth information is a method of projecting IR (Infrared) structured light onto an object and extracting depth information by analyzing light reflected from the object. According to the IR structured light method, it is difficult to obtain a desired depth resolution for a moving object.
  • IR structured light method it is difficult to obtain a desired depth resolution for a moving object.
  • the Time of Flight (TOF) method is attracting attention.
  • the distance to an object is calculated by measuring a flight time, that is, a time when light is reflected by shooting.
  • the embodiment relates to a transmitter of a ToF camera module, and to provide a ToF camera module capable of varying light intensity and illumination field of view.
  • a camera module includes a substrate, a light source disposed on the substrate and outputting light, a first optical member to scatter and output the light when the light is input, and a first liquid and the first liquid. And a second liquid having a different refractive index, and the interface between the first liquid and the second liquid changes according to the applied voltage.
  • the scattered light is input, the scattered light is refracted according to the interface and output. It includes a second optical member.
  • the first optical member may be disposed between the light source and the second optical member, spaced apart from the light source, and disposed in a stacked structure with the second optical member.
  • the second optical member may be disposed between the light source and the first optical member, spaced apart from the light source, and disposed in a stacked structure with the first optical member.
  • the light source may include a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL).
  • VCSEL vertical cavity surface emitting laser
  • the first optical member is implemented in the form of a plate including a first surface for receiving the light and a second surface for outputting the scattered light, wherein the plurality of micro lenses are disposed on the first surface according to a predetermined pitch. Can be.
  • the second surface of the first optical member may be implemented as a plane or a spherical surface having a constant curvature.
  • the second optical member includes a cavity accommodating the first liquid and the second liquid, wherein the cavity includes a first opening for receiving the scattered light and a second opening for outputting the refracted light. It may include.
  • the width of the first opening may be smaller than the width of the second opening.
  • the first liquid may include a conductive liquid
  • the second liquid may include a nonconductive liquid
  • the first liquid may be disposed at the first opening side of the cavity, and the second liquid may be disposed between the first liquid and the second opening.
  • the apparatus may further include a controller for controlling the magnitude of the voltage applied to the light source and the second optical member.
  • the controller may include a gain control module that controls a magnitude of a voltage input to the light source based on a temperature change of the camera module, and a safe module that controls whether a voltage input to the light source is blocked based on an output power of the light source. It may include.
  • the gain control module may include a power supply for supplying a DC voltage, a first resistor having a resistance value changed according to a temperature change of the light receiver for receiving the light reflected through the subject, and a DC voltage supplied by the power supply.
  • the second resistor may be divided based on a resistance value of the resistor, and a converter may be configured to convert and output a magnitude of the DC voltage distributed according to a predetermined conversion ratio.
  • the safe module may include a detector configured to detect power consumption of the light source and the second optical member, a sampling unit configured to sample the detected power consumption, and a controller configured to generate a switching control signal based on the sampled voltage and a predetermined threshold value. And a switching unit configured to perform switching according to the switching control signal.
  • the FOI of light may vary according to the distance to the subject.
  • the brightness of light may vary according to the distance from the subject.
  • FIG. 1 shows a camera module according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 to 4 are diagrams showing an embodiment of an arrangement structure of a first optical member and a second optical member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a light source according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a first optical member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a first optical member and a barrel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a first optical member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a second optical member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view for explaining a light refraction mechanism of the second optical member according to an embodiment of the present invention.
  • 11 is a view for explaining the light output when the interface of the second optical member is convex according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view for explaining the light output when the interface of the second optical member according to the embodiment of the present invention is concave.
  • FIG. 13 is a diagram for describing a case where a plurality of second optical members according to an exemplary embodiment of the present invention is provided.
  • FIG. 14 is a view for explaining a gain control module according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a view for explaining a safe module according to an embodiment of the present invention.
  • ordinal numbers such as second and first
  • first and second components may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component.
  • the camera module according to an embodiment of the present invention may be a ToF (Time of Flight) camera module that can generate a three-dimensional depth map by measuring a distance from a subject.
  • the configuration described in detail in the embodiment of the present invention may be a configuration for the light emitting unit of the ToF camera module.
  • FIG. 1 shows a camera module according to an embodiment of the present invention.
  • a camera module includes a substrate 20, a light source 100, a first optical member 200, a second optical member 300, and a housing 10. can do.
  • the substrate 20 is a structure in which the light source 100 is mounted.
  • the substrate 20 may be a printed circuit board.
  • a printed circuit board means a substrate, that is, a PCB on which a circuit pattern is formed.
  • the present invention can be formed of a flexible printed circuit board (FPCB) in order to secure a certain flexibility.
  • the substrate 20 may be implemented as any one of a resin-based printed circuit board (PCB), a metal core (MetalCore) PCB, a ceramic PCB, and an FR-4 substrate.
  • the light source 100 outputs light (light).
  • the electric signal voltage
  • the light source 100 outputs light according to the electric signal.
  • the light source 100 may be implemented as a light emitting device that emits light.
  • the light emitting device includes a laser diode (LD), a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL), an organic light emitting diode (OLED), and a light emitting diode (LED). It may include.
  • LD laser diode
  • VCSEL vertical-cavity surface-emitting laser
  • OLED organic light emitting diode
  • LED light emitting diode
  • LED light emitting diode
  • the light source 100 may be implemented in the form of an array of a plurality of light emitting elements, and may be implemented in the form of a chip in which the plurality of light emitting elements are arrayed.
  • the light emitting device is arranged in the form can be changed by those skilled in the art according to the purpose of the camera module according to an embodiment of the present invention.
  • the light source 100 may be disposed on one surface of the printed circuit board 20.
  • the light source 100 may be electrically connected to the printed circuit board 20, and may receive power required to output light through the printed circuit board 20.
  • the first optical member 200 scatters and outputs light input from the light source 100.
  • the first optical member 200 may scatter input light according to a predetermined scattering pattern.
  • the first optical member 200 may scatter the light to improve the uniformity of luminance of the light output from the light source 100 and to remove a hot spot where the light is concentrated at the light emitting device. That is, the first optical member 200 may scatter the input light and uniformly diffuse the output light over the entire surface.
  • the first optical member 200 is disposed in front of the light source 100.
  • the front surface of the light source 100 means one surface located in a direction in which light is output from the light source 100.
  • the first optical member 200 may be spaced apart from the light source 100 by a predetermined distance. The distance between the first optical member 200 and the light source 100 may be changed by a person skilled in the art in consideration of the use of the camera module, the shape and type of the light source 100, and the like.
  • the first optical member 200 may be implemented in the form of a plate including a first surface on which light is input and a second surface on which scattered light is output.
  • the first optical member 200 may be implemented as a spherical surface or a plane.
  • a micro lens is disposed along a constant pitch. At this time, by adjusting the angle of the light collected through the first surface according to the size, curvature, refractive index, the size of the micro-lens, the input light is scattered and output through the second surface.
  • the size, curvature, refractive index, and pitch of the microlens may be used for the camera module according to the embodiment of the present invention, the distance between the first optical member 200 and the light source 100, the shape and type of the light source 100, and the like. Considering this, the design can be changed by those skilled in the art.
  • the second optical member 300 refracts incident light and outputs the light.
  • the second optical member 300 may be a variable lens in which the refractive index of transmitted light is changed according to the magnitude of the applied voltage.
  • the second optical member 300 may include a first liquid made of a conductive liquid and a second liquid made of a nonconductive liquid.
  • the second optical member 300 may vary the field of illumination (FOI) of the output light through a change in the curvature of the interface between the first liquid (conductive liquid) and the second liquid (non-conductive liquid).
  • FOI field of illumination
  • the change in curvature of the interface between the first liquid and the second liquid may vary depending on the magnitude of the voltage applied to the second optical member 300. Specifically, when a voltage is applied to the second optical member 300, an electrowetting phenomenon occurs in which the contact angle of the conductive liquid and the inner surface of the cavity coated with the insulator changes according to the magnitude of the voltage. The curvature of the interface between the first liquid and the second liquid is changed by the electrowetting phenomenon.
  • the second optical member 300 is disposed on the front surface of the first optical member 200.
  • the front surface of the first optical member 200 refers to one surface positioned in a direction in which the first optical member 200 outputs scattered light.
  • the substrate 20, the light source 100, the first optical member 200, and the second optical member 300 may be accommodated in the housing 10.
  • the housing 10 may have an opening formed on a surface of the housing 10 opposite to the surface on which the substrate 20 is disposed.
  • FIGS. 2 to 4 are diagrams showing an embodiment of an arrangement structure of a first optical member and a second optical member according to an embodiment of the present invention.
  • the first optical member 200 may be disposed between the light source 100 and the second optical member 300.
  • the first optical member 200 may be spaced apart from the light source 100 at a predetermined interval.
  • the first optical member 200 may be disposed in a stacked structure with the second optical member 300. That is, one surface of the first optical member 200 and one surface of the second optical member 300 may be in contact with each other in the housing 10. Therefore, the light output from the light source 100 is scattered while passing through the first optical member 200, and the scattered light passes through the second optical member 300, depending on the interface between the first liquid and the second liquid. It is refracted and output.
  • the separation distance between the first optical member 200 and the light source 100 is a camera module according to an embodiment of the present invention, such as the characteristics of the light source 100, the pitch of the micro lens included in the first optical member 200 Considering the configuration of can be set by a person skilled in the art.
  • the first optical member 200 may be disposed between the light source 100 and the second optical member 300.
  • the first optical member 200 may be spaced apart from the light source 100 at a predetermined interval.
  • the first optical member 200 may be disposed at a position spaced apart from the second optical member 300 at a predetermined interval. That is, the light source 100, the first optical member 200, and the second optical member 300 may be disposed in the housing 10 while all of them are spaced apart from each other. Therefore, the light output from the light source 100 is scattered while passing through the first optical member 200, and the scattered light passes through the second optical member 300, depending on the interface between the first liquid and the second liquid. It is refracted and output.
  • the separation interval between the first optical member 200 and the light source 100 and the separation interval between the first optical member 200 and the second optical member 300 are characteristics of the light source 100 and the first optical member.
  • the pitch of the micro lens included in 200 can be set by a person skilled in the art.
  • the second optical member 300 may be disposed between the light source 100 and the first optical member 200.
  • the second optical member 300 may be spaced apart from the light source 100 at a predetermined interval.
  • the second optical member 300 may be disposed in a stacked structure with the first optical member 200. That is, one surface of the second optical member 300 and one surface of the first optical member 200 may be disposed to contact the housing 10. Therefore, the light output from the light source 100 is refracted according to the interface between the first liquid and the second liquid while passing through the second optical member 300, and the refracted light passes through the first optical member 200. Scattered output.
  • the separation distance between the second optical member 300 and the light source 100 is a camera module according to an embodiment of the present invention, such as the characteristics of the light source 100, the pitch of the micro lens included in the first optical member 200 Considering the configuration of can be set by a person skilled in the art.
  • the second optical member 300 may be disposed between the light source 100 and the first optical member 200.
  • the second optical member 300 may be spaced apart from the light source 100 at a predetermined interval.
  • the second optical member 300 may be disposed at a position spaced apart from the first optical member 200 at a predetermined interval. That is, the light source 100, the first optical member 200, and the second optical member 300 may be disposed in the housing 10 while all of them are spaced apart from each other. Therefore, the light output from the light source 100 is refracted according to the interface between the first liquid and the second liquid while passing through the second optical member 300, and the refracted light passes through the first optical member 200. Scattered output.
  • the separation interval between the first optical member 200 and the light source 100 and the separation interval between the first optical member 200 and the second optical member 300 are characteristics of the light source 100 and the first optical member.
  • the pitch of the micro lens included in 200 can be set by a person skilled in the art.
  • FIG. 5 is a view showing a light source according to an embodiment of the present invention.
  • the light source 100 may be a shape in which a plurality of light emitting devices are arranged at regular intervals and patterns, and may be implemented in the form of a chip in which a plurality of light emitting devices are arranged.
  • the light source 100 implemented in the form of an array chip may be disposed on one surface of the substrate.
  • the light source 100 includes an array in which light emitting devices arranged in odd rows and rows are arranged at regular intervals. It can be implemented in a pattern. In other words, when the array pattern is expressed in coordinates, [(1,1) (1,3),... ⁇ , (2,2), (2,3),... , (3,1), (3.3), ⁇ ] can be arranged a light emitting element.
  • the array pattern illustrated in FIG. 5 may be embodied in various array patterns in consideration of the purpose or structure of the camera module in one embodiment.
  • FIG. 6 is a view showing a first optical member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a top view of the first optical member
  • FIG. 6B is a side view of the first optical member.
  • the first optical member 200 scatters the light output from the light source or scatters the light refracted by the second optical member.
  • the second optical member may be implemented as an optical diffuser.
  • the first optical member 200 may have a configuration in which a diffusing agent that scatters light is mixed with a material of a transparent material that may transmit light. That is, the hot spots are removed by scattering light incident by the diffusing agent included in the first optical member 200.
  • the material of the transparent material may be polycarbonate.
  • the first optical member 200 may be implemented in the form of a plate including a first surface to which light is incident and a second surface to output scattered light.
  • the first optical member 200 may have both a first surface and a second surface as a planar surface, or as shown in FIG. 6B, at least one of the first surface and the second surface may have a predetermined curvature. Can be implemented.
  • the first optical member 200 may include a plurality of micro lenses disposed at a predetermined pitch on the first surface on which light is incident. Light passing through the plurality of micro lenses can change the shape of light distribution to remove hot spots more efficiently.
  • the microlens may be disposed on the first surface of the first optical member 200 in a matrix form having a constant pitch.
  • the microlens may be disposed on the first surface of the first optical member 200 at a constant pitch corresponding to the array pattern of the light emitting device included in the light source.
  • a microlens may be disposed in the same manner as the array pattern of the light emitting device, or may be disposed on the first surface of the first optical member 200 so that one microlens corresponds to each of a predetermined number of light emitting devices.
  • the arrangement of the micro lenses can be changed by those skilled in the art in consideration of the structure of the light source.
  • FIG. 7 is a view showing a first optical member and a barrel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a top view of the first optical member accommodated in the barrel
  • FIG. 7B is a side view of the first optical member accommodated in the barrel.
  • the first optical member 200 may be combined with a barrel 201.
  • the barrel 201 is formed to surround the side of the first optical member, and openings are formed in surfaces corresponding to the first and second surfaces of the first optical member 200. Thus, light may be input and output through the opening of the barrel 201.
  • Barrel 201 is formed in a structure that can be combined with the housing shown in FIG. In FIG. 7, the barrel 201 is shown to surround the micro lens disposed outside the first optical member 200, but is not limited thereto. The barrel 201 may be implemented to not surround the micro lens.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a first optical member according to an embodiment of the present invention.
  • the first optical member may be implemented in a form accommodated in the barrel.
  • the thickness LT of the first optical member is formed smaller than the thickness BT of the barrel.
  • the first optical member may be disposed at a distance from the top and bottom surfaces of the barrel by a predetermined distance LBG.
  • the barrel has an advantage of preventing damage such as scratches to the surface of the first optical member accommodated therein.
  • the diameter LDO of the bottom face opening of the barrel is formed larger than the diameter LUO of the top face opening.
  • the bottom thickness BBT of the barrel may be thicker than the top thickness BTT of the barrel.
  • the first optical member may be formed with a plurality of micro lenses disposed on the first surface according to a constant curvature LS2R (x, y), a constant conic constant LS2K, and a constant pitch LS2P.
  • the first optical member may have a second surface having a spherical surface according to a predetermined curvature LS1R. In this case, the curvature of the second surface of the first optical member may be greater than the curvature of the micro lens.
  • the light source is arranged spaced apart from the first optical member (located FBL from one face of the first optical member and TTL from the second face) to light with a specific apodization (APO (x, y)).
  • the first optical member may output light with a specific field of illumination (FOI (x, y)). In this case, as the first optical member scatters light, an angle of the FOI may be greater than an angle of apodization.
  • FIG. 9 is a view showing a second optical member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9A is a top view of an embodiment of the second optical member
  • FIG. 9B is a cross-sectional view of an embodiment of the second optical member.
  • the second optical member 300 may include two different liquids, a first plate 301, and an electrode.
  • the two liquids 302 and 303 included in the second optical member 300 may include a conductive liquid and a nonconductive liquid.
  • the first plate 301 may include a cavity 305 in which the conductive liquid and the nonconductive liquid are disposed.
  • the side wall surface of the cavity 305 may include an inclined surface.
  • the electrode may be disposed on the first plate 301 and may be disposed above the first plate 301 or below the first plate 301.
  • the second optical member 300 may further include a second plate 306 which may be disposed on the upper (lower) electrode.
  • the liquid lens may further include a third plate 307 which may be disposed under the electrode (upper part).
  • one embodiment of the second optical member 300 may include an interface 304 formed by two different liquids 302, 303.
  • at least one substrate 311 and 312 may supply a voltage to the second optical member 300.
  • the substrates 311 and 312 may refer to the common electrode connecting substrate 44 and the individual electrode connecting substrate 41, respectively.
  • An edge or corner portion of the second optical member 300 may be thinner than a central portion of the second optical member 300.
  • a corner of the second plate or the third plate may be partially exposed to expose a portion of the electrode disposed on the first plate.
  • the second optical member 300 includes two different liquids, for example, a conductive liquid 303 and a non-conductive liquid 302, and the curvature and shape of the interface 304 formed by the two liquids is the second optical member. It may be adjusted by the driving voltage supplied to 300.
  • the driving voltage supplied to the second optical member 300 may be transmitted through the first substrate 312 and the second substrate 311.
  • the first substrate 312 may transmit four distinct driving voltages, and the second substrate 311 may transmit one common voltage.
  • the common voltage may include a DC voltage or an AC voltage. When the common voltage is applied in the form of a pulse, the width or duty cycle of the pulse may be constant.
  • Voltages supplied through the second substrate 311 and the first substrate 312 may be applied to the plurality of electrodes 308 and 309 exposed at each corner of the second optical member 300.
  • a conductive epoxy may be disposed between the electrode and the substrate, and the electrode and the substrate may be coupled and energized through the conductive epoxy.
  • the second optical member 300 includes a first plate 301 disposed between the third plate 307 and the second plate 306 including a transparent material and including an opening region having a predetermined inclined surface. can do.
  • the second plate 306 may have a quadrangular shape having a first width D1.
  • the second plate 306 abuts on the bonding area around the first plate 301 and the edges, and the first plate 301 has an inclined surface and has a diameter D3 of the wide opening area 321. Larger diameter D2 of peripheral region 320.
  • the peripheral area 320 may be a region overlapping the upper surface of the first plate 301 and the liquid in a vertical direction or in a direction parallel to the optical axis.
  • a portion of the first electrode 308 disposed on the first plate 301 may be exposed so that a portion of the electrode pattern formed on the first plate 301 may be exposed to the conductive liquid.
  • the second plate 306 may have a diameter D2 greater than the diameter D3 of the wide opening area of the first plate 301.
  • the second optical member 300 may include a cavity 305 that is determined by an opening area of the third plate 307, the second plate 306, and the first plate 301.
  • the cavity 305 may be filled with two liquids 302 and 303 having different properties (eg, conductive liquids and non-conductive liquids), and an interface 304 between the two liquids 302 and 303 having different properties. ) May be formed.
  • the second optical member 300 may include two electrodes disposed above and below the first plate 301. 308 and 309 and an insulating layer 310 disposed on an inclined surface to which the conductive liquid may contact.
  • the insulating layer 310 may be disposed between the inclined surface of the first plate 301 and the liquids 302 and 303.
  • the insulating layer 310 covers one electrode (eg, the second electrode 309) of the two electrodes 308 and 31309 and exposes a part of the other electrode (eg, the first electrode 308). Electrical energy may be applied to the conductive liquid (eg, 303).
  • the first electrode 308 may include at least one electrode sector
  • the second electrode 309 may include two or more electrode sectors.
  • the second electrode 31309 may include a plurality of electrode sectors sequentially disposed along the optical axis in a clockwise direction.
  • One or more substrates 311 and 312 for transmitting a driving voltage to the two electrodes 308 and 309 included in the second optical member 300 may be connected.
  • the focal length of the second optical member 300 may be adjusted while the bending, the inclination, and the like of the interface 304 formed in the second optical member 300 change in response to the driving voltage.
  • the first plate 301 may include an opening region, and may include a wide opening region and a narrow opening region by the inner inclined surface of the first plate 301.
  • the diameter D3 of the wide opening area may vary depending on the field of view (FOV) required for the liquid lens or the role of the liquid lens in the camera apparatus.
  • the opening region may have a shape of a hole having a circular cross section, and the inclined surface of the opening region may have a slope in the range of 55 to 65 degrees.
  • the interface 304 formed by the two liquids may move along the inclined surface of the opening region by the driving voltage.
  • FIG. 10 is a view for explaining a light refraction mechanism of the second optical member according to an embodiment of the present invention.
  • the first liquid is positioned above the second liquid, and the two liquids have different properties and refractive indices from each other.
  • the interface can move along the inner wall of the cavity by the voltage applied to the electrode.
  • the second optical member has a negative diopter in the initial state where no voltage is applied to the electrode as shown in FIG.
  • the voltage is applied to the electrode may have a positive (+) diopter. That is, the interface has a curved shape from the initial state to the bottom, and the second optical member may function as a concave lens as shown in FIG.
  • the interface becomes gradually curved upward, so that the second optical member may function as a convex lens as shown in FIG.
  • the radius of curvature of the interface convex downward in the initial state may be larger than the radius of curvature of the interface convex upward in the state where the maximum voltage is applied to the electrode.
  • 11 is a view for explaining the light output when the interface of the second optical member is convex according to the embodiment of the present invention.
  • 12 is a view for explaining the light output when the interface of the second optical member according to the embodiment of the present invention is concave.
  • the interface of the second optical member 300 has a convex shape with respect to the input surface of light, light is spread. That is, the light may be refracted at an angle greater than the angle of the light output from the light source 100 with respect to the optical axis and output to the subject.
  • the interface of the second optical member 300 has a concave shape with respect to the input surface of the light, light is collected. That is, the light may be refracted at an angle smaller than the angle of the light output from the light source 100 with respect to the optical axis and output to the projectile body.
  • the ToF camera may acquire depth information about more subjects.
  • the light intensity is relatively weak and the reach is shortened, it may be disadvantageous to obtain depth information about a subject located at a far distance.
  • the ToF camera can acquire accurate depth information even for a subject located at a long distance.
  • the light area becomes relatively narrow, it may be disadvantageous in the depth information acquisition amount.
  • the camera module according to the embodiment of the present invention may optimize the depth information acquisition by changing the interface between the first liquid and the second liquid according to the distance to the subject.
  • FIG. 13 is a diagram for describing a case where a plurality of second optical members according to an exemplary embodiment of the present invention is provided.
  • FIG. 13A shows an optical path when there are two second optical members
  • FIG. 13B shows the illuminance plane of FIG. 13A
  • FIG. 13C shows an optical path when there is one second optical member
  • FIG. 13D shows the illuminance plane of FIG. 13C.
  • the camera module according to the embodiment of the present invention may include two or more second optical members 300. That is, as shown in FIG. 13A, when the camera module is composed of two second optical members 300, light passing through the first surface of the first optical member 200 where the microlens is disposed is diffused. It is output after being scattered by the agent. After the light is first spread through the first second optical member 300 having the convex shape with respect to the first surface, the second second optical member having the convex shape with respect to the first surface is present. While passing through 300, the light is secondarily spread.
  • FIGS. 13 (c) and (d) in which the second optical member 300 is composed of one When the camera module is configured with the second optical member 300, the area where light is irradiated is reduced rather than when the camera module is configured with one second optical member 300, but the degree of concentration of light is increased. have. Therefore, by setting the number of the second optical members 300 in consideration of the distance of the subject to be photographed by the camera module, it is possible to obtain depth information of high quality.
  • the camera module according to the embodiment of the present invention may further include a controller.
  • the controller may include a central processing unit (CPU) and a memory.
  • the controller may include a gain control module 410 that controls the magnitude of the voltage input to the light source based on the temperature change.
  • the gain control module 410 may control the magnitude of the voltage applied to the second optical member, thereby controlling the change of the interface between the first liquid and the second liquid.
  • the controller may control the magnitude of the voltage applied to the second optical member based on the distance information with respect to the subject.
  • the controller may include a safe module 420 that controls whether a voltage input to the light source is blocked based on power consumption of the light source.
  • the safe module 420 may control a voltage applied to the light source.
  • the IR light is output to the subject and the reflected light is received to obtain distance information.
  • the subject may be damaged depending on the intensity of the IR light.
  • the controller may control whether the voltage is applied by predicting that a dangerous level of intensity is generated based on the amount of power consumed by the light source.
  • FIG. 14 is a view for explaining a gain control module according to an embodiment of the present invention.
  • the gain control module 410 includes a power source 411, a first resistor 412, a second resistor 413, a third resistor 414, a fourth resistor 415, and a converter ( 416 may include.
  • the power supply 411 supplies a DC voltage.
  • the power source 411 may supply a voltage of +3.3 [V], and the magnitude of the supplied voltage may be set differently according to the camera module.
  • the first resistor 412 is a device whose resistance value changes according to a temperature change of the camera module, and may be implemented as an NTC resistance device.
  • the resistance of the first resistor 412 may change according to a temperature change of the light receiver of the camera module. Specifically, when the light output through the light source, the first optical member, and the second optical member is reflected by the subject and returns, the camera module receives the reflected light through the light receiving unit. In this case, the shorter the distance between the camera module and the subject, the stronger the intensity of the returning light, so that the temperature of the light receiving unit receiving the light increases. Accordingly, the resistance value of the first resistor 412 may change according to the temperature change.
  • the second resistor 413 distributes the DC voltage supplied from the power source 411 based on the resistance value of the first resistor 412.
  • the value of the second resistor 413 is preset as a fixed value.
  • the third resistor 414 can be used to supply the divided voltage based on the first resistor 412 and the second resistor 413 to the converter 416.
  • the fourth resistor 415 can be used by the converter 416 to apply a voltage to the light source and the second optical member.
  • the transducer 416 controls the magnitude of the voltage supplied to the light source and the second optical member based on the divided voltage.
  • the converter 416 may be implemented as a DC / DC converter, and controls the magnitude of the voltage supplied to the second optical member according to a preset ratio relationship. For example, assume that the ratio of the input voltage to the output voltage is set to 3: 2. At this time, when the magnitude of the input voltage is 1.5 [V], a voltage having a magnitude of 1 [V] is transmitted to the light source and the second optical member according to a preset 3: 2 ratio.
  • the first stage of the power supply 411 is grounded.
  • the first end of the first resistor 412 is grounded.
  • the first end of the second resistor 413 is connected to the second end of the power source 411, and the second end of the second resistor 413 is connected to the second end of the first resistor 412.
  • the first end of the third resistor 414 is connected to the second end of the first resistor 412 and the second end of the second resistor 413.
  • the first end of the fourth resistor 415 is connected to the second end of the third resistor 414.
  • the first end of the converter 416 is connected to the second end of the third resistor 414 and the first end of the fourth resistor 415.
  • the second end of the transducer 416 is connected to the second end of the fourth resistor 415, and may be connected to the light source and the second optical member via nodes a and b.
  • 15 is a view for explaining a safe module according to an embodiment of the present invention.
  • the safe module 420 may include a detector 421, a sampling unit 422, a controller 423, and a switching unit 424.
  • the detector 421 detects power applied to the light source and the second optical member.
  • the detector 421 may detect power applied to the light source and the second optical member through a resistor disposed between the node a and the node b.
  • the sampling unit 422 samples the detected power. Specifically, the power information detected in the analog form is sampled as digital information.
  • the controller 423 generates a switching control signal based on the sampled voltage and the threshold value.
  • the threshold value may be set to 0.05 [mW] according to the Class I criterion of the LASER Classification. For example, if the power consumption of the light source rises sharply and exceeds the threshold due to an external error of the camera module, the controller 413 may generate a switching control signal to turn off the switch.
  • the switching unit 424 performs the switching in accordance with the switching control signal.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 기판, 상기 기판 상단에 배치되어 광을 출력하는 광원, 상기 광이 입력되면 상기 광을 산란시켜 출력하는 제1 광학 부재, 그리고 제1 액체 및 상기 제1 액체와 굴절률이 상이한 제2 액체를 포함하고, 인가되는 전압에 따라 상기 제1 액체와 상기 제2 액체가 이루는 계면이 변하며, 산란된 상기 광이 입력되면 산란된 상기 광을 상기 계면에 따라 굴절시켜 출력하는 제2 광학 부재를 포함한다.

Description

카메라 모듈
실시 예는 카메라 모듈에 관한 것이다.
촬영 장치를 이용하여 3차원 영상을 획득하는 기술이 발전하고 있다. 3차원 영상을 획득하기 위하여 깊이 정보(Depth Map)가 필요하다. 깊이 정보는 공간 상의 거리를 나타내는 정보이며, 2차원 영상의 한 지점에 대하여 다른 지점의 원근 정보를 나타낸다.
깊이 정보를 획득하는 방법 중 하나는, IR(Infrared) 구조광을 객체에 투사하며, 객체로부터 반사된 광을 해석하여 깊이 정보를 추출하는 방식이다. IR 구조광 방식에 따르면, 움직이는 객체에 대하여 원하는 수준의 깊이 분해능(Depth resolution)을 얻기 어려운 문제가 있다.
IR 구조광 방식을 대체하는 기술로 TOF(Time of Flight) 방식이 주목받고 있다. TOF 방식에 따르면, 비행 시간, 즉 빛을 쏘아서 반사되어 오는 시간을 측정함으로써 물체와의 거리를 계산한다.
TOF 방식의 경우 피사체와의 거리를 정확히 측정하기 위해서는 먼 거리에서도 표면을 비출 수 있을 정도의 광량이 확보되어야 한다는 문제점이 있다.
실시 예는 ToF 카메라 모듈의 송신부에 관한 것으로서, 빛의 세기 및 조명 시야를 가변할 수 있는 ToF 카메라 모듈을 제공하기 위한 것이다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 기판, 상기 기판 상단에 배치되어 광을 출력하는 광원, 상기 광이 입력되면 상기 광을 산란시켜 출력하는 제1 광학 부재, 그리고 제1 액체 및 상기 제1 액체와 굴절률이 상이한 제2 액체를 포함하고, 인가되는 전압에 따라 상기 제1 액체와 상기 제2 액체가 이루는 계면이 변하며, 산란된 상기 광이 입력되면 산란된 상기 광을 상기 계면에 따라 굴절시켜 출력하는 제2 광학 부재를 포함한다.
상기 제1 광학 부재는, 상기 광원과 상기 제2 광학 부재 사이에 배치되며, 상기 광원으로부터 이격되어 배치되고, 상기 제2 광학 부재와 적층 구조로 배치될 수 있다.
상기 제2 광학 부재는, 상기 광원과 상기 제1 광학 부재 사이에 배치되며, 상기 광원으로부터 이격되어 배치되고, 상기 제1 광학 부재와 적층 구조로 배치될 수 있다.
상기 광원은, 수직 공진 레이저 다이오드(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL)를 포함할 수 있다.
상기 제1 광학 부재는, 상기 광을 입력받는 제1면 및 산란된 상기 광을 출력하는 제2면을 포함하는 플레이트 형태로 구현되며, 상기 제1면에는 복수의 마이크로 렌즈가 일정한 피치에 따라 배치될 수 있다.
상기 제1 광학 부재의 제2면은, 평면 또는 일정한 곡률의 구면으로 구현될 수 있다.
상기 제2 광학 부재는, 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체를 수용하는 캐비티를 포함하고, 상기 캐비티는, 산란된 상기 광을 입력받는 제1 개구, 그리고 굴절된 상기 광을 출력하는 제2 개구를 포함할 수 있다.
상기 제1 개구의 폭은 상기 제2 개구의 폭보다 좁을 수 있다.
상기 제1 액체는 전도성 액체를 포함하고, 상기 제2 액체는 비전도성 액체를 포함할 수 있다.
상기 제1 액체는 상기 캐비티의 제1 개구 측에 배치되고, 상기 제2 액체는 상기 제1 액체와 상기 제2 개구 사이에 배치될 수 있다.
상기 광원 및 제2 광학 부재에 인가되는 전압의 크기를 제어하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 카메라 모듈의 온도 변화에 기초하여 상기 광원에 입력되는 전압의 크기를 제어하는 이득 제어 모듈, 그리고 상기 광원의 출력 전력에 기초하여 상기 광원에 입력되는 전압의 차단 여부를 제어하는 세이프 모듈을 포함할 수 있다.
상기 이득 제어 모듈은, 직류 전압을 공급하는 전원, 피사체를 통해 반사되어 돌아오는 상기 빛을 수광하는 수광부의 온도 변화에 따라 저항값이 변하는 제1 저항, 상기 전원이 공급하는 직류 전압을 상기 제1 저항의 저항값에 기초하여 분배하는 제2 저항, 그리고 기 설정된 변환 비율에 따라 분배된 상기 직류 전압의 크기를 변환하여 출력하는 변환기를 포함할 수 있다.
상기 세이프 모듈은, 상기 광원 및 제2 광학 부재의 소비 전력을 검출하는 검출부, 검출된 상기 소비 전력을 샘플링하는 샘플링부, 샘플링된 상기 전압과 기 설정된 임계값에 기초하여 스위칭 제어 신호를 생성하는 제어부, 그리고 상기 스위칭 제어 신호에 따라 스위칭을 수행하는 스위칭부를 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 피사체와의 거리에 따라 광의 FOI를 가변할 수 있다.
실시 예에 따르면, 피사체와의 거리에 따라 광의 광도를 가변할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈을 나타낸다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 광학 부재 및 제2 광학 부재의 배치 구조의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광원을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 광학 부재를 나태낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제1 광학 부재와 배럴을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제1 광학 부재의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제2 광학 부재를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제2 광학 부재의 광 굴절 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 제2 광학 부재의 계면이 볼록한 경우 광 출력을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 제2 광학 부재의 계면이 오목한 경우 광 출력을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 제2 광학부재가 복수인 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 이득 제어 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 세이프 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 피사체와의 거리를 측정하여 3차원 깊이 지도(depth map)을 생성할 수 있는 ToF(Time of Flight) 카메라 모듈일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에서 상세하게 설명하고 있는 구성은 ToF 카메라 모듈의 발광부에 대한 구성일 수 있다.
그러면, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 구성을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈을 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 기판(20), 광원(100), 제1 광학 부재(200), 제2 광학 부재(300) 그리고 하우징(10)을 포함할 수 있다.
우선, 기판(20)은 광원(100)을 실장하는 구조물로, 일예로 인쇄 회로 기판이 될 수 있다. 이 경우 인쇄 회로 기판은 기판 상에 회로패턴이 형성된 기판, 즉 PCB를 의미한다. 또한, 본 발명에서는 일정 유연성을 확보하기 위하여 연성인쇄회로기판 (FPCB)으로 형성 가능하다. 이 외에도 기판(20)은 수지 계열의 인쇄회로기판 (Printed Circuit Board, PCB), 메탈 코아(MetalCore) PCB, 세라믹 PCB, FR-4 기판 중 어느 하나로 구현될 수도 있다.
다음으로, 광원(100)은 빛(광)을 출력한다. 광원(100)은 전기 신호(전압)가 인가되면, 전기 신호에 따라 빛을 출력한다.
광원(100)은 빛을 내는 발광 소자로 구현될 수 있다. 발광 소자는 레이저 다이오드(Laser diode, LD), 수직 공진 레이저 다이오드(Vertical-cavity surface-emitting laser, VCSEL), 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED), 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 광원(100)은 수직 공진 레이저 다이오드를 발광 소자로 이용하는 경우, 제조공정을 간소화하고 소형화·고집적화를 통한 병렬 신호 처리를 쉽게 할 수 있으며 전력소비도 낮출 수 있는 장점이 있으나, 상기의 실시예에 한정되지 않는다.
광원(100)은 복수의 발광 소자가 어레이(array)된 형태로 구현될 수 있으며, 복수의 발광 소자가 어레이된 칩(chip)의 형태로 구현될 수 있다. 발광 소자가 어레이된 형태는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 목적에 따라 당업자에 의해 설계변경이 가능하다.
광원(100)은 인쇄 회로 기판 (20)의 일면에 배치될 수 있다. 광원(100)은 인쇄 회로 기판(20)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 인쇄 회로 기판(20)을 통해 빛을 출력하는데 필요한 전력을 공급받을 수 있다.
다음으로, 제1 광학 부재(200)는 광원(100)으로부터 입력된 빛을 산란시켜 출력한다. 제1 광학 부재(200)는 일정한 산란 패턴에 따라 입력된 빛을 산란시킬 수 있다. 제1 광학 부재(200)는 빛을 산란시킴으로써 광원(100)으로부터 출력되는 빛의 휘도 균일도를 향상시킴과 동시에 발광 소자가 위치한 곳에 빛이 집중되는 핫 스팟(Hot Spot)을 제거할 수 있다. 즉, 제1 광학 부재(200)는 입력된 빛을 산란시켜 출력되는 빛을 전면에 걸쳐 균일하게 확산시킬 수 있다.
제1 광학 부재(200)는 광원(100)의 전면에 배치된다. 이때, 광원(100)의 전면이라 함은 광원(100)에서 빛이 출력되는 방향에 위치한 일면을 의미한다. 제1 광학 부재(200)는 광원(100)과 일정한 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 제1 광학 부재(200)와 광원(100) 사이의 거리는 카메라 모듈의 용도, 광원(100)의 형태 및 종류 등을 고려하여 당업자에 의해 설계 변경이 가능하다.
제1 광학 부재(200)는 빛이 입력되는 제1면과 산란된 광이 출력되는 제2면을 포함하는 플레이트 형태로 구현될 수 있다. 제1 광학 부재(200)는 구면 또는 평면으로 구현될 수 있다. 제1 광학 부재(200)의 제1면에는 마이크로 렌즈(micro lens)가 일정한 피치에 따라 배치된다. 이때, 마이크로 렌즈의 크기, 곡률, 굴절률, 피치의 크기 등에 따라 제1면을 통해 집광되는 빛의 각도를 조절함으로써 입력되는 빛을 산란시켜 제2면을 통해 출력한다. 마이크로 렌즈의 크기, 곡률, 굴절률, 피치의 크기는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 용도, 제1 광학 부재(200)와 광원(100) 사이의 간격, 광원(100)의 형태 및 종류 등을 고려하여 당업자에 의해 설계 변경이 가능하다.
다음으로, 제2 광학 부재(300)는 입사된 빛을 굴절시켜 출력한다. 이때, 제2 광학 부재(300)는 인가되는 전압의 크기에 따라 투과되는 빛의 굴절률이 변하는 가변 렌즈일 수 있다.
제2 광학 부재(300)가 가변 렌즈인 경우, 제2 광학 부재(300)는 전도성 액체로 구현되는 제1 액체와 비전도성 액체로 구현되는 제2 액체를 포함할 수 있다. 제2 광학 부재(300)는 제1 액체(전도성 액체)와 제2 액체(비전도성 액체)이 이루는 계면의 곡률 변화를 통해 출력광의 FOI(Field Of Illumination)를 가변할 수 있다.
제1 액체와 제2 액체가 이루는 계면의 곡률 변화는 제2 광학 부재(300)에 인가되는 전압의 크기에 따라 달라질 수 있다. 구체적으로, 제2 광학 부재(300)에 전압이 인가되면, 전압의 크기에 따라 전도성 액체와 절연체로 코팅된 캐비티 내측면의 접촉각이 변화하는 전기습윤(electrowetting) 현상이 발생한다. 그리고 전기습윤 현상에 의해 제1 액체와 제2 액체가 이루는 계면의 곡률이 변하게 된다.
제2 광학 부재(300)는 제1 광학 부재(200)의 전면에 배치된다. 여기서 제1 광학 부재(200)의 전면이라 함은 제1 광학 부재(200)가 산란된 광을 출력하는 방향에 위치한 일면을 의미한다.
기판(20), 광원(100), 제1 광학 부재(200) 및 제2 광학 부재(300)는 하우징(10) 내에 수용될 수 있다. 하우징(10)은 기판(20)이 배치된 면에 대향하는 면에 개구가 형성될 수 있다.
다음으로, 도 1 내지 도 4를 통해 본 발명의 실시예에 따른 광원(100), 제1 광학 부재(200) 및 제2 광학 부재(300)의 배치 구조를 살펴보록 한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 광학 부재 및 제2 광학 부재의 배치 구조의 실시예를 나타낸 도면이다.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 광학 부재(200)는 광원(100)과 제2 광학 부재(300) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 제1 광학 부재(200)는 광원(100)과 일정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 그리고, 제1 광학 부재(200)는 제2 광학 부재(300)와 적층 구조로 배치될 수 있다. 즉, 제1 광학 부재(200)의 일면과 제2 광학 부재(300)의 일면이 맞닿은 형태로 하우징(10) 내에 배치될 수 있다. 따라서, 광원(100)에서 출력된 광은 제1 광학 부재(200)를 통과하면서 산란되고, 산란된 광은 제2 광학 부재(300)를 통과하면서 제1 액체와 제2 액체가 이루는 계면에 따라 굴절되어 출력된다. 여기서, 제1 광학 부재(200)와 광원(100) 사이의 이격 간격은 광원(100)의 특성, 제1 광학 부재(200)에 포함된 마이크로 렌즈의 피치 등 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 구성을 고려하야 통상의 기술자에 의해 설정될 수 있다.
다음으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 광학 부재(200)는 광원(100)과 제2 광학 부재(300) 사이에 배치될 수 있다. 그리고, 제1 광학 부재(200)는 광원(100)과 일정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 제1 광학 부재(200)는 제2 광학 부재(300)로부터 일정 간격으로 이격된 위치에 배치될 수 있다. 즉, 광원(100), 제1 광학 부재(200) 및 제2 광학 부재(300)가 모두 이격된 상태로 하우징(10) 내에 배치될 수 있다. 따라서, 광원(100)에서 출력된 광은 제1 광학 부재(200)를 통과하면서 산란되고, 산란된 광은 제2 광학 부재(300)를 통과하면서 제1 액체와 제2 액체가 이루는 계면에 따라 굴절되어 출력된다. 여기서, 제1 광학 부재(200)와 광원(100) 사이의 이격 간격 및 제1 광학 부재(200)와 제2 광학 부재(300) 사이의 이격 간격은 광원(100)의 특성, 제1 광학 부재(200)에 포함된 마이크로 렌즈의 피치 등 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 구성을 고려하야 통상의 기술자에 의해 설정될 수 있다.
다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 광학 부재(300)는 광원(100)과 제1 광학 부재(200) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 제2 광학 부재(300)는 광원(100)과 일정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 그리고, 제2 광학 부재(300)는 제1 광학 부재(200)와 적층 구조로 배치될 수 있다. 즉, 제2 광학 부재(300)의 일면과 제1 광학 부재(200)의 일면이 맞닿은 형태로 하우징(10) 내에 배치될 수 있다. 따라서, 광원(100)에서 출력된 광은 제2 광학 부재(300)를 통과하면서 제1 액체와 제2 액체가 이루는 계면에 따라 굴절되고, 굴절된 광은 제1 광학 부재(200)를 통과하면서 산란되어 출력된다. 여기서, 제2 광학 부재(300)와 광원(100) 사이의 이격 간격은 광원(100)의 특성, 제1 광학 부재(200)에 포함된 마이크로 렌즈의 피치 등 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 구성을 고려하야 통상의 기술자에 의해 설정될 수 있다.
다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 광학 부재(300)는 광원(100)과 제1 광학 부재(200) 사이에 배치될 수 있다. 그리고, 제2 광학 부재(300)는 광원(100)과 일정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 제2 광학 부재(300)는 제1 광학 부재(200)로부터 일정 간격으로 이격된 위치에 배치될 수 있다. 즉, 광원(100), 제1 광학 부재(200) 및 제2 광학 부재(300)가 모두 이격된 상태로 하우징(10) 내에 배치될 수 있다. 따라서, 광원(100)에서 출력된 광은 제2 광학 부재(300)를 통과하면서 제1 액체와 제2 액체가 이루는 계면에 따라 굴절되고, 굴절된 광은 제1 광학 부재(200)를 통과하면서 산란되어 출력된다. 여기서, 제1 광학 부재(200)와 광원(100) 사이의 이격 간격 및 제1 광학 부재(200)와 제2 광학 부재(300) 사이의 이격 간격은 광원(100)의 특성, 제1 광학 부재(200)에 포함된 마이크로 렌즈의 피치 등 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 구성을 고려하야 통상의 기술자에 의해 설정될 수 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 13을 통해 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈에 포함된 광원, 제1 광학 부재 및 제2 광학 부재를 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광원을 나타낸 도면이다.
광원(100)은 복수의 발광 소자가 일정한 간격과 패턴으로 배치된 형태일 수 있으며, 복수의 발광 소자가 어레이 된 칩(chip)의 형태로 구현될 수 있다. 어레이 칩의 형태로 구현된 광원(100)은 기판의 일면에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 광원(100)은 도 5에 도시된 바와 같이, 홀수열(행)에 배치된 발광 소자와 짝수열(행)에 배치된 발광 소자가 일정 간격으로 어긋나게 배열된 어레이 패턴으로 구현될 수 있다. 즉, 어레이 패턴을 좌표로 표시하면, [(1,1) (1,3), …쪋, (2,2), (2,3), …, (3,1), (3.3), 쪋] 의 좌표 위치에 발광 소자가 배치될 수 있다. 도 5에 도시된 어레이 패턴은 일 실시예로, 카메라 모듈의 용도나 구조 등을 고려하여 다양한 어레이 패턴으로 구현될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 광학 부재를 나타낸 도면이다.
도 6의 (a)는 제1 광학 부재의 평면도(top view)이고, 도 6의 (b)는 제1 광학 부재의 측면도(side view)이다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 제1 광학 부재(200)는 광원이 출력한 빛을 산란시키거나 제2 광학 부재가 굴절시킨 빛을 산란시키는 역할을 한다. 제2 광학 부재는 광학 디퓨저(optical diffuser)로 구현될 수 있다.
제1 광학 부재(200)는 빛을 산란시키는 확산제가 빛을 투과시킬 수 있는 투명 재질의 소재와 혼합된 구성일 수 있다. 즉, 제1 광학 부재(200)에 포함된 확산제가 입사되는 빛을 산란시켜 핫스팟(hot spot)을 제거한다. 이때, 투명 재질의 소재는 폴리카보네이트(polycarbonate)일 수 있다.
제1 광학 부재(200)는 빛이 입사되는 제1면과 산란된 빛을 출력하는 제2면을 포함하는 플레이트 형태로 구현될 수 있다. 제1 광학 부재(200)는 제1면 및 제2면이 모두 평면으로 구현되거나, 도 6의 (b)에서와 같이, 제1면 및 제2면 중 적어도 하나가 소정의 곡률을 가지는 구면으로 구현될 수 있다.
한편, 제1 광학 부재(200)는 도 6에 도시된 바와 같이, 빛이 입사되는 제1면에 일정한 피치에 따라 배치 복수의 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈를 투과하는 빛은 배광 형태를 변화시켜 핫스팟을 더 효율적으로 제거할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 마이크로 렌즈의 도 6에서와 같이, 일정한 피치의 매트릭스 형태로 제1 광학 부재(200)의 제1면에 배치될 수 있다. 다른 실시예로, 마이크로 렌즈는 광원에 포함된 발광 소자의 어레이 패턴에 대응하여 일정한 피치로 제1 광학 부재(200)의 제1면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 발광 소자의 어레이 패턴과 동일하게 마이크로 렌즈가 배치되거나, 일정 개수의 발광 소자마다 1개의 마이크로 렌즈가 대응하도록 제1 광학 부재(200)의 제1면에 배치될 수 있다. 마이크로 렌즈의 배열은 광원의 구조 등을 고려하여 당업자에 의해 설계 변경이 가능하다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제1 광학 부재와 배럴을 나타낸 도면이다.
도 7의 (a)는 배럴에 수용된 제1 광학 부재의 평면도(top view)이고, 도 7의 (b)는 배럴에 수용된 제1 광학 부재의 측면도(side view)이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 광학 부재(200)는 배럴(barrel, 201)과 결합될 수 있다. 배럴(201)은 제1 광학 부재를 측면을 감싸는 형태로 형성되며, 제1 광학 부재(200)의 제1면과 제2면에 대응하는 면에는 개구가 형성된다. 따라서, 배럴(201)의 개구를 통해 빛이 입력 및 출력될 수 있다. 배럴(201)은 도 1에 도시된 하우징과 결합될 수 있는 구조로 형성된다. 도 7에서는 배럴(201)이 제1 광학 부재(200)의 외곽에 배치된 마이크로 렌즈를 감싸는 형태로 도시되어 있으나 이에 한정되지 않으며, 마이크로 렌즈를 감싸지 않는 형태로 구현될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제1 광학 부재의 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 광학 부재는 배럴에 수용된 형태로 구현될 수 있다. 각 구성의 배치를 구체적으로 살펴보면, 제1 광학 부재의 두께(LT)는 배럴의 두께(BT)보다 작게 형성된다. 이때, 제1 광학 부재는 배럴의 상단면과 하단면으로부터 일정한 거리(LBG)만큼 간격을 두고 배치할 수 있다. 이 경우, 배럴로 인해 내부에 수용된 제1 광학 부재의 표면에 긁힘 등 손상이 가해지는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
배럴의 하단면 개구의 직경(LDO)은 상단면 개구의 직경(LUO)보다 크게 형성된다. 따라서, 배럴의 하단 두께(BBT)는 배럴의 상단 두께(BTT)보다 두꺼울 수 있다.
제1 광학 부재는 제1면에 배치된 복수의 마이크로 렌즈는 일정한 곡률(LS2R(x,y)), 일정한 코닉 상수(Conic constant, LS2K), 그리고 일정한 피치(LS2P)에 따라 형성될 수 있다. 그리고, 제1 광학 부재는 일정한 곡률(LS1R)에 따라 제2면이 구면으로 형성될 수 있다. 이때, 제1 광학 부재의 제2면의 곡률은 마이크로 렌즈의 곡률보다 크게 형성될 수 있다.
광원은 제1 광학 부재로부터 이격되어 배치되어(제1 광학 부재의 1면으로부터 FBL만큼, 제2면으로부터 TTL만큼 이격되어 배치), 특정한 아포디제이션(apodization, APO(x,y))으로 빛을 출력하고, 제1 광학 부재는 특정한 FOI(Field of Illumination, FOI(x,y))로 빛을 출력할 수 있다. 이때, 제1 광학 부재가 빛을 산란시킴에 따라, FOI의 각도가 아포디제이션의 각도보다 크게 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제2 광학 부재를 나타낸 도면이다.
도 9의 (a)는 제2 광학 부재의 일 실시예에 대한 탑뷰(top view)이고, 도 9의 (b)는 제2 광학 부재의 일 실시예에 대한 단면도(cross-sectional view)이다.
도 9을 참조하면, 제2 광학 부재(300)는 서로 다른 두 액체, 제1 플레이트(301) 및 전극을 포함할 수 있다. 제2 광학 부재(300)에 포함되는 두 액체(302, 303)는 전도성 액체 및 비전도성 액체를 포함할 수 있다. 제1 플레이트(301)는 전도성 액체 및 비전도성 액체가 배치되는 캐비티(cavity, 305)를 포함할 수 있다. 캐비티(305)의 측벽면은 경사면을 포함할 수 있다. 전극은 제1 플레이트(301)에 배치될 수 있으며, 제1 플레이트(301)의 상부 또는 제1 플레이트(301)의 하부에 배치될 수 있다. 제2 광학 부재(300)는 전극 상부(하부)에 배치될 수 있는 제2 플레이트(306)를 더 포함할 수 있다. 또한 액체 렌즈는 전극 하부(상부)에 배치될 수 있는 제3 플레이트(307)를 더 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제2 광학 부재(300)의 일 실시예는 서로 다른 두 액체(302, 303)가 형성하는 계면(304)을 포함할 수 있다. 또한, 제2 광학 부재(300)에 전압을 공급하는 적어도 하나의 기판(311, 312)을 포함할 수 있다. 여기서, 기판(311, 312)은 각각 공통 전극 연결 기판(44)과 개별 전극 연결 기판(41)을 의미할 수 있다. 제2 광학 부재(300)의 모서리 또는 코너부는 제2 광학 부재(300)의 중심부보다 두께가 얇을 수 있다. 제2 플레이트 또는 제3 플레이트의 코너는 일부가 도피되어 제1 플레이트에 배치되는 전극의 일부가 노출될 수 있다.
제2 광학 부재(300)는 서로 다른 두 액체, 예를 들면 전도성 액체(303) 및 비전도성 액체(302)를 포함하고, 두 액체가 형성하는 계면(304)의 곡률, 형상은 제2 광학 부재(300)에 공급되는 구동 전압에 의해 조정될 수 있다. 제2 광학 부재(300)에 공급되는 구동 전압은 제1기판(312) 및 제2기판(311)을 통해 전달될 수 있다. 제1기판(312)은 구별되는 4개의 개별 구동 전압을 전달할 수 있고, 제2기판(311)은 하나의 공통 전압을 전달할 수 있다. 공통 전압은 DC 전압 또는 AC 전압을 포함할 수 있으며, 공통 전압이 펄스 형태로 인가되는 경우 펄스의 폭 또는 duty cycle은 일정할 수 있다. 제2기판(311)과 제1기판(312)을 통해 공급되는 전압은 제2 광학 부재(300)의 각 모서리에 노출되는 복수의 전극(308, 309)에 인가될 수 있다. 전극과 기판 사이에는 전도성 에폭시가 배치될 수 있으며, 전극과 기판은 전도성 에폭시를 통해 결합 및 통전될 수 있다.
또한, 제2 광학 부재(300)는 투명한 재질을 포함하는 제3플레이트(307) 및 제2플레이트(306) 사이에 위치하며 기 설정된 경사면을 가지는 개구영역을 포함하는 제1플레이트(301)를 포함할 수 있다.
제2플레이트(306)는 제1폭(D1)을 가지는 사각형 형상을 가질 수 있다. 제2플레이트(306)는 제1플레이트(301)와 에지(edge) 주변의 접합 영역에서 맞닿아 접착이 되고, 제1플레이트(301)는 경사면을 가지며 넓은 개구 영역(321)의 직경(D3)보다 큰 주변 영역(320)의 직경(D2)을 포함할 수 있다. 주변 영역(320)은 제1 플레이트(301)의 상면 및 액체와 상하 방향 또는 광축과 평행한 방향상에서 오버랩 되는 영역일 수 있다. 제1플레이트(301)의 상부에 배치된 제1전극(308) 일부가 노출되어 제1플레이트(301)에 형성되는 전극 패턴의 일부가 전도성 액체에 노출될 수 있다. 실시예에 따라, 제2플레이트(306)는 제1플레이트(301)의 넓은 개구 영역의 직경(D3)보다 큰 직경(D2)을 가질 수 있다.
또한, 제2 광학 부재(300)는 제3플레이트(307), 제2플레이트(306) 및 제1플레이트(301)의 개구영역에 의해 결정되는 캐비티(305)를 포함할 수 있다. 여기서, 캐비티(305)는 서로 다른 성질(예, 전도성 액체 및 비전도성 액체)의 두 액체(302, 303)가 충진될 수 있으며, 서로 다른 성질의 두 액체(302, 303) 사이에는 계면(304)이 형성될 수 있다.
또한, 제2 광학 부재(300)에 포함되는 두 액체(302, 303) 중 적어도 하나는 전도성을 가지며, 제2 광학 부재(300)는 제1플레이트(301) 상부 및 하부에 배치되는 두 전극(308, 309) 및 전도성을 가지는 액체가 맞닿을 수 있는 경사면에 배치되는 절연층(310)을 더 포함할 수 있다. 절연층(310)은 제1 플레이트(301)의 내측 경사면과 상기 액체(302, 303) 사이에 배치될 수 있다. 여기서, 절연층(310)은 두 전극(308, 31309) 중 하나의 전극(예, 제2전극(309))을 덮고, 다른 하나의 전극(예, 제1전극(308))의 일부를 노출시켜 전도성 액체(예, 303)에 전기 에너지가 인가되도록 할 수 있다. 여기서, 제1전극(308)은 적어도 하나 이상의 전극섹터를 포함하고, 제2전극(309)은 둘 이상의 전극섹터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2전극(31309)은 광축을 중심으로 시계방향을 따라 순차적으로 배치되는 복수의 전극섹터를 포함할 수 있다.
제2 광학 부재(300)에 포함된 두 전극(308, 309)에 구동 전압을 전달하기 위한 하나 또는 두개 이상의 기판(311, 312)이 연결될 수 있다. 구동 전압에 대응하여 제2 광학 부재(300) 내 형성되는 계면(304)의 굴곡, 경사도 등이 변하면서 제2 광학 부재(300)의 초점 거리가 조정될 수 있다.
한편, 제1플레이트(301)는 개구영역을 포함하며, 제1 플레이트(301)의 내측 경사면에 의해 넓은 개구 영역과 좁은 개구 영역을 포함할 수 있다. 넓은 개구 영역의 직경(D3)은 액체 렌즈에 요구되는 화각(FOV) 또는 액체 렌즈가 카메라 장치에서 가지는 역할에 따라 달라질 수 있다. 개구 영역은 원형의 단면을 가지는 홀(hole)의 형상일 수 있으며, 개구 영역의 경사면은 55~65도의 범위의 경사도를 가질 수 있다. 두 액체가 형성한 계면(304)은 구동 전압에 의해 개구 영역의 경사면을 따라 움직일 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제2 광학 부재의 광 굴절 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제2액체의 상부에는 제1액체가 위치하며, 두 액체는 서로 성질 및 굴절률이 상이하다. 이에 따라 두 액체는 계면을 형성할 수 있다. 계면은, 전극에 인가된 전압에 의해 캐비티의 내벽을 따라 이동할 수 있다. 그 결과, 제2 광학 부재는 도 10의 (a)에서와 같이 전극에 전압을 인가하지 않은 초기상태에서 마이너스(-) 디옵터를 가진다. 그리고, 도 10의 (b)에서와 같이, 전극에 전압이 인가됨에 따라 플러스(+) 디옵터를 가지게 될 수 있다. 즉, 계면은 초기상태에서 하부로 곡률진 형태이며, 제2 광학 부재는 도 10의 (a)에서와 같이 오목렌즈의 기능을 할 수 있다. 전극에 전압이 인가됨에 따라 계면은 점점 상부로 곡률지게 되어, 제2 광학 부재는 도 10의 (b)에서와 같이 볼록렌즈의 기능을 할 수 있다. 또, 초기상태에서 아래로 볼록한 계면의 곡률반경은 전극에 최대 전압을 인가한 상태에서의 위로 볼록한 계면의 곡률반경보다 클 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 제2 광학 부재의 계면이 볼록한 경우 광 출력을 설명하기 위한 도면이다. 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 제2 광학 부재의 계면이 오목한 경우 광 출력을 설명하기 위한 도면이다.
도 11에서와 같이, 제2 광학 부재(300)의 계면이 빛의 입력면을 기준으로 볼록한 형태를 띄는 경우, 빛을 퍼트리게 된다. 즉, 광축을 기준으로 광원(100)에서 출력되는 빛의 각도보다 큰 각도로 빛을 굴절시켜 피사체에 출력할 수 있다.
반대로, 도 12에서와 같이, 제2 광학 부재(300)의 계면이 빛의 입력면을 기준으로 오목한 형태를 띄는 경우, 빛을 모으게 된다. 즉, 광축을 기준으로 광원(100)에서 출력되는 빛의 각도보다 작은 각도로 빛을 굴절시켜 파사체에 출력할 수 있다.
도 11에서와 같이, 광원(100)에서 출력되는 빛의 각도보다 큰 각도로 빛을 굴절시켜 출력하는 경우, 광면적이 넓어지는 장점이 있다. 따라서, ToF 카메라가 더 많은 피사체에 대한 깊이 정보를 획득할 수 있다. 다만, 빛의 세기가 상대적으로 약해져 도달 거리가 짧아지므로 먼 거리에 위치한 피사체에 대한 깊이 정보 획득에는 불리할 수 있다.
반대로, 도 12에서와 같이, 광원(100)에서 출력되는 빛의 각도보다 작은 각도로 빛을 굴절시켜 출력하는 경우, 빛의 세기가 상대적으로 강해져 빛의 도달 거리가 늘어나는 장점이 있다. 따라서, ToF 카메라는 먼 거리에 위치한 피사체에 대해도서 정확한 깊이 정보를 획득할 수 있다. 다만, 광면적이 상대적으로 좁아지므로 깊이 정보 획득량에서는 불리할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 피사체와의 거리에 따라 제1 액체와 제2 액체 사이의 계면이 변화시킴으로써 깊이 정보 획득을 최적화 할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 제2 광학부재가 복수인 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 13의 (a)는 제2 광학 부재가 2개인 경우 광 경로를 나타내고, 도 13의 (b)는 도 13의 (a)의 조도 평면을 나타낸다. 도 13의 (c)는 제2 광학 부재가 1개인 경우 광 경로를 나타내고, 도 13의 (d)는 도 13의 (c)의 조도 평면을 나타낸다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 제2 광학 부재(300)를 2개 이상 포함할 수 있다. 즉, 도 13의 (a)에서와 같이, 카메라 모듈이 2개의 제2 광학 부재(300)로 구성된 경우, 마이크로 렌즈가 배치된 제1 광학 부재(200)의 제1면을 통과한 빛이 확산제에 의해 산란된 후 출력된다. 그리고, 제1면을 기준으로 계면이 볼록한 형태를 띄는 첫번째 제2 광학 부재(300)를 통과하면서 1차적으로 빛이 퍼진 후, 제1면을 기준으로 계면이 볼록한 형태를 띄는 두번째 제2 광학 부재(300)를 통과하면서 2차적으로 빛이 퍼지게 된다.
제2 광학 부재(300)가 2개로 구성된 도 13의 (a) 및 (b), 제2 광학 부재(300)가 1개로 구성된 도 13의 (c) 및 (d)를 비교하여 보면, 2개의 제2 광학 부재(300)로 카메라 모듈을 구성하는 경우 1개의 제2 광학 부재(300)로 카메라 모듈을 구성하는 경우보다 광이 조사되는 면적이 줄어들고 있는 대신 빛이 집중되는 정도가 높아짐을 알 수 있다. 따라서, 카메라 모듈로 촬영하고자 하는 피사체의 거리를 고려하여 제2 광학 부재(300)의 개수를 설정함으로써 높은 화질의 깊이 정보를 획득할 수 있게 된다.
이하에서는 도 14 및 도 15를 통해 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 컨트롤러 구성을 살펴보도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. 컨트롤러는 중앙 처리 장치(Central Processing Unit, CPU)와 메모리(Memory)를 포함하여 구현될 수 있다.
우선, 컨트롤러는 온도 변화에 기초하여 광원에 입력되는 전압의 크기를 제어하는 이득 제어 모듈(410)을 포함할 수 있다. 이득 제어 모듈(410)은 제2 광학 부재에 인가되는 전압의 크기를 제어할 수 있으며, 이를 통해, 제1 액체 및 제2 액체가 이루는 계면의 변화를 제어할 수 있다. 이때, 컨트롤러는 피사체와의 거리 정보에 기초하여 제2 광학 부재에 인가되는 전압의 크기를 제어할 수 있다.
그리고, 컨트롤러는 광원의 소비 전력에 기초하여 광원에 입력되는 전압의 차단 여부를 제어하는 세이프 모듈(420)을 포함할 수 있다. 세이프 모듈(420)은 광원에 인가되는 전압을 제어할 수 있다. ToF 카메라의 경우, IR광을 피사체에 출력하고 반사되어 돌아온 빛을 수신하여 거리 정보를 획득하는데, 이때 IR광의 강도에 따라 피사체에 피해가 발생할 수 있다. 특히, 피사체가 사람인 경우 눈이나 피부에 높은 강도의 IR광이 조사될 경우 실명되거나 화상을 입을 위험이 있다. 따라서, 컨트롤러는 광원이 소비하는 전력의 크기에 기초하여 위험 수준의 강도가 발생함을 예측하여 전압의 인가 여부를 제어할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 이득 제어 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 이득 제어 모듈(410)은 전원(411), 제1 저항(412), 제2 저항(413), 제3 저항(414), 제4 저항(415) 및 변환기(416)는 포함할 수 있다.
전원(411)은 직류 전압을 공급한다. 전원(411)은 +3.3[V] 크기의 전압을 공급할 수 있으며, 공급되는 전압의 크기는 카메라 모듈에 따라 다르게 설정될 수 있다.
제1 저항(412)은 카메라 모듈의 온도 변화에 따라 저항값이 변하는 소자이며, NTC 저항 소자로 구현될 수 있다. 구체적으로, 제1 저항(412)은 카메라 모듈의 수광부의 온도 변화에 따라 저항값이 변할 수 있다. 구체적으로, 카메라 모듈은 광원, 제1 광학 부재 및 제2 광학 부재를 통해 출력된 빛이 피사체에 반사되어 돌아오면, 수광부를 통해 반사된 빛을 입력받게 된다. 이때, 카메라 모듈과 피사체간 거리가 짧을수록 돌아오는 빛의 세기가 강하므로 빛을 입력받는 수광부의 온도가 올라가게 된다. 따라서, 제1 저항(412)은 이러한 온도 변화에 따라 저항값이 변할 수 있다.
제2 저항(413)은 제1 저항(412)의 저항값에 기초하여 전원(411)이 공급하는 직류 전압을 분배하는 역할을 한다. 제2 저항(413)값은 고정된 값으로서 기 설정된다.
제3 저항(414)은 제1 저항(412)과 제2 저항(413)에 기초하여 분배된 전압을 변환기(416)에 공급하는데 이용될 수 있다. 제4 저항(415)은 변환기(416)가 광원 및 제2 광학 부재에 전압을 인가하는데 이용될 수 있다.
변환기(416)는 분배된 전압에 기초하여 광원 및 제2 광학 부재에 공급하는 전압의 크기를 제어한다. 변환기(416)는 DC/DC 컨버터로 구현될 수 있으며, 기 설정된 비율 관계에 따라 제2 광학 부재에 공급하는 전압의 크기를 제어한다. 예를 들어, 입력되는 전압과 출력되는 전압의 비율이 3:2로 설정되어 있다고 가정한다. 이때, 입력된 전압의 크기가 1.5[V]인 경우 기 설정된 3:2 비율에 따라 1[V] 크기의 전압을 광원 및 제2 광학 부재로 전달한다.
도 14를 참조하여 이득 제어 모듈(410)의 회로도를 살펴보면, 전원(411)의 제1단은 접지된다. 제1 저항(412)은 제1단은 접지된다. 제2 저항(413)의 제1단은 전원(411)의 제2단에 연결되고, 제2 저항(413)의 제2단은 제1 저항(412)의 제2단에 연결된다. 제3 저항(414)의 제1단은 제1 저항(412)의 제2단 및 제2 저항(413)의 제2단에 연결된다. 제4 저항(415)의 제1단은 제3 저항(414)의 제2단과 연결된다. 변환기(416)의 제1단은 제3 저항(414)의 제2단과 제4 저항(415)의 제1단에 연결된다. 변환기(416)의 제2단은 제4 저항(415)의 제2단에 연결되며, 노드 a와 노드 b를 거쳐 광원 및 제2 광학 부재와 연결될 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 세이프 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 세이프 모듈(420)은, 검출부(421), 샘플링부(422), 제어부(423) 및 스위칭부(424)를 포함할 수 있다.
우선, 검출부(421)는 광원 및 제2 광학 부재에 인가되는 전력을 검출한다. 구체적으로, 검출부(421)는 노드 a와 노드 b 사이에 배치된 저항을 통해 광원 및 제2 광학 부재에 인가되는 전력을 검출할 수 있다.
다음으로, 샘플링부(422)는 검출된 전력을 샘플링한다. 구체적으로, 아날로그 형태로 검출된 전력 정보를 디지털 정보로 샘플링한다.
다음으로, 제어부(423)는 샘플링된 전압과 임계값에 기초하여 스위칭 제어 신호를 생성한다. 이때, 임계값은 레이저 분류 규칙(LASER Classification)의 Class I 기준에 따라 0.05 [mW]로 설정될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈의 외내부 오류로 인하여 광원의 소비 전력이 급격히 상승하여 임계값을 초과하면, 제어부(413)는 스위치를 오프(off) 시키는 스위칭 제어 신호를 생성할 수 있다.
다음으로, 스위칭부(424)는 스위칭 제어 신호에 따라 스위칭을 수행한다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 기판,
    상기 기판의 상단에 배치되어 광을 출력하는 광원,
    상기 광이 입력되면 상기 광을 산란시켜 출력하는 제1 광학 부재, 그리고
    제1 액체 및 상기 제1 액체와 굴절률이 상이한 제2 액체를 포함하고, 인가되는 전압에 따라 상기 제1 액체와 상기 제2 액체가 이루는 계면이 변하며, 산란된 상기 광이 입력되면 산란된 상기 광을 상기 계면에 따라 굴절시켜 출력하는 제2 광학 부재를 포함하는 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광학 부재는,
    상기 광원과 상기 제2 광학 부재 사이에 배치되며, 상기 광원으로부터 이격되어 배치되고, 상기 제2 광학 부재와 적층 구조로 배치되는 카메라 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광학 부재는,
    상기 광원과 상기 제1 광학 부재 사이에 배치되며, 상기 광원으로부터 이격되어 배치되고, 상기 제1 광학 부재와 적층 구조로 배치되는 카메라 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광학 부재는,
    상기 광을 입력받는 제1면 및 산란된 상기 광을 출력하는 제2면을 포함하는 플레이트 형태로 구현되며,
    상기 제1 광학 부재의 제1면은, 복수의 마이크로 렌즈가 일정한 피치에 따라 배치되고,
    상기 제1 광학 부재의 제2면은, 평면 또는 일정한 곡률의 구면으로 구현되는 카메라 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광학 부재는,
    상기 제1 액체 및 상기 제2 액체를 수용하는 캐비티를 포함하고,
    상기 캐비티는,
    산란된 상기 광을 입력받는 제1 개구, 그리고
    굴절된 상기 광을 출력하는 제2 개구를 포함하며,
    상기 제1 개구의 폭은 상기 제2 개구의 폭보다 좁은 카메라 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 액체는 전도성 액체를 포함하고,
    상기 제2 액체는 비전도성 액체를 포함하는 카메라 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 액체는 상기 캐비티의 제1 개구 측에 배치되고,
    상기 제2 액체는 상기 제1 액체와 상기 제2 개구 사이에 배치되는 카메라 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광원 및 제2 광학 부재에 인가되는 전압의 크기를 제어하는 컨트롤러를 더 포함하며,
    상기 컨트롤러는,
    카메라 모듈의 온도 변화에 기초하여 상기 광원에 입력되는 전압의 크기를 제어하는 이득 제어 모듈, 그리고
    상기 광원의 출력 전력에 기초하여 상기 광원에 입력되는 전압의 차단 여부를 제어하는 세이프 모듈을 포함하는 카메라 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이득 제어 모듈은,
    직류 전압을 공급하는 전원,
    피사체를 통해 반사되어 돌아오는 상기 광을 수광하는 수광부의 온도 변화에 따라 저항값이 변하는 제1 저항,
    상기 전원이 공급하는 직류 전압을 상기 제1 저항의 저항값에 기초하여 분배하는 제2 저항, 그리고
    기 설정된 변환 비율에 따라 분배된 상기 직류 전압의 크기를 변환하여 출력하는 변환기를 포함하는 카메라 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 세이프 모듈은,
    상기 광원 및 제2 광학 부재의 소비 전력을 검출하는 검출부,
    검출된 상기 소비 전력을 샘플링하는 샘플링부,
    샘플링된 상기 전압과 기 설정된 임계값에 기초하여 스위칭 제어 신호를 생성하는 제어부, 그리고
    상기 스위칭 제어 신호에 따라 스위칭을 수행하는 스위칭부를 포함하는 카메라 모듈.
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