WO2020242154A1 - 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈 - Google Patents

액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈 Download PDF

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WO2020242154A1
WO2020242154A1 PCT/KR2020/006735 KR2020006735W WO2020242154A1 WO 2020242154 A1 WO2020242154 A1 WO 2020242154A1 KR 2020006735 W KR2020006735 W KR 2020006735W WO 2020242154 A1 WO2020242154 A1 WO 2020242154A1
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WO
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liquid
lens
interface
liquid lens
voltage
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PCT/KR2020/006735
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English (en)
French (fr)
Inventor
서은성
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/12—Fluid-filled or evacuated lenses
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B17/00—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
    • G03B17/02—Bodies
    • G03B17/12—Bodies with means for supporting objectives, supplementary lenses, filters, masks, or turrets

Definitions

  • the embodiment relates to a camera module including a liquid lens.
  • various shooting functions include at least one of an optical zoom function (zoom-in/zoom-out), an auto-focusing (AF) function, or an image stabilization or image stabilization (OIS) function.
  • an optical zoom function zoom-in/zoom-out
  • AF auto-focusing
  • OIS image stabilization or image stabilization
  • the autofocus and image stabilization functions are performed by moving or tilting several lenses fixed to the lens holder and aligned with the optical axis, in the vertical direction of the optical axis or the optical axis.
  • a lens assembly composed of a plurality of lenses is provided.
  • a separate lens driving device to drive is required.
  • the lens driving device consumes high power, and in order to protect it, a cover glass must be added separately from the camera module, thereby increasing the overall size of the existing camera module.
  • research on a liquid lens module that performs autofocus and image stabilization functions by electrically adjusting the curvature of the interface between two liquids has been conducted.
  • the conventional liquid lens has the same specific gravity of the materials constituting the first and second liquids as in Prior Patent 1, and there is a limit to the practical design and the range of available materials in order to satisfy the refractive power condition. there was.
  • the absolute value of the difference between the specific gravity of the first liquid and the second liquid constituting the liquid lens is set to be less than 0.003, and accordingly, in selecting the materials of the first liquid and the second liquid There was a limit.
  • the embodiment is to provide a camera module including a liquid lens composed of two liquids having different specific gravity and a control method thereof.
  • An embodiment is to provide a camera module including a liquid lens capable of reducing chromatic aberration while increasing a degree of freedom for selection of a liquid constituting a liquid lens, and a control method thereof.
  • the camera module includes a liquid lens including a cavity in which a first conductive liquid and a second non-conductive liquid forming an interface are disposed; And a voltage control circuit for adjusting the interface by applying a voltage to the liquid lens, wherein specific gravity of the first liquid and the second liquid are different from each other, and the voltage control circuit has a shape of the interface based on gravity. When out of shape, the voltage applied to the liquid lens is controlled to move the interface to a reference shape.
  • the absolute value of the difference between the specific gravity of the first liquid and the specific gravity of the second liquid has a range of 0.005 to 0.3 g/cm 3 at 20°C.
  • the reference shape is a shape in which the interface is symmetrical with respect to the central axis of the cavity.
  • the liquid lens includes an electrode and an insulating layer disposed on the electrode, and includes a sensor unit for sensing information of the interface, and the sensor unit includes the insulating layer and the first liquid disposed on the electrode. Detects the size or change of the contact area.
  • the sensor unit includes a capacitance measurement circuit that senses capacitance information corresponding to a size or change of an area in which the insulating layer and the first liquid contact.
  • the electrode includes a plurality of individual electrodes sequentially arranged along the cavity, and when the interface has the reference shape, capacitance information of each of the individual electrodes is the same.
  • control circuit when the capacitance information of each of the individual electrodes obtained from the sensor unit is not the same, applied to the liquid lens so that the capacitance information of each of the individual electrodes obtained from the sensor unit is the same. To control the voltage.
  • a liquid lens including a cavity in which a conductive first liquid and a non-conductive second liquid forming an interface with each other are disposed; And a voltage control circuit for adjusting the interface by applying a voltage to the liquid lens, wherein specific gravity of the first liquid and the second liquid are different from each other, and the voltage control circuit is the first liquid or the second liquid.
  • the voltage applied to the liquid lens is controlled to move the center of gravity of the first liquid or the second liquid to the center axis when the center of gravity of the cavity is out of the center axis of the cavity.
  • the absolute value of the difference between the specific gravity of the first liquid and the specific gravity of the second liquid has a range between 0.05 and 0.3 g/cm 3 at 20°C.
  • specific gravity of the first liquid and the second liquid constituting the liquid lens are different from each other. Accordingly, by making the specific gravity of the first and second liquids different from each other, a range of material selection can be widened, and thus basic properties of the liquid lens can be improved.
  • the embodiment it is possible to correct the curvature of the interface between the first liquid and the second liquid that changes according to the direction of gravity. That is, in the embodiment, since the specific gravity of the first liquid and the second liquid are different, the liquid having a large specific gravity moves in the direction of gravity, and accordingly, the position of the center of the optical axis changes. Accordingly, in the embodiment, the degree of distortion of the center of the optical axis of the liquid lens is tracked through measurement of capacitance, and based on this, the distortion of the center of the optical axis can be compensated. Accordingly, more efficient optical stabilization can be performed on an image or image obtained by converting an optical signal transmitted through the liquid lens.
  • the direction of gravity may be predicted using the degree of distortion of the center of the optical axis of the liquid lens, and the attitude of the camera module may be determined based on this, and various functions may be provided using this.
  • FIG. 1 illustrates an example of a camera device.
  • FIG. 2 illustrates an example of a lens assembly included in a camera device.
  • FIG. 3 illustrates a liquid lens whose focal length is adjusted in response to a driving voltage.
  • FIG. 6 is a diagram showing an interface state of a liquid lens that changes according to gravity according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing a change in height of an interface according to gravity according to an embodiment.
  • FIG. 8 illustrates a control circuit interlocking with the liquid lens.
  • Fig. 11 explains the operation of the control circuit of Fig. 10;
  • Fig. 13 explains the operation of the control circuit of Fig. 12;
  • 15 is a flowchart illustrating step-by-step a method of controlling a liquid lens according to an exemplary embodiment.
  • the top (top) or bottom (bottom) (on or under) includes both elements in which two elements are in direct contact with each other or in which one or more other elements are indirectly formed between the two elements.
  • the meaning of not only an upward direction but also a downward direction based on one element may be included.
  • the camera module may include a lens assembly 22 and an image sensor. At least one solid lens may be disposed above or below the lens assembly.
  • the lens assembly 22 may include a liquid lens whose focal length is adjusted in response to an applied voltage.
  • the camera module includes a lens assembly 22 including a first lens whose focal length or focal position is adjusted in response to a driving voltage applied between a common terminal and a plurality of individual terminals, and for supplying a driving voltage to the first lens.
  • the control circuit 24 may include an image sensor 26 that is aligned with the lens assembly 22 and converts light transmitted through the lens assembly 22 into an electrical signal and is disposed under the lens assembly.
  • the camera module may include circuits 24 and 26 formed on one printed circuit board (PCB) and a lens assembly 22 including a plurality of lenses, but this will be only an example. However, it does not limit the scope of the invention.
  • the configuration of the control circuit 24 may be designed differently according to specifications required for the camera module. In particular, when the magnitude of the voltage applied to the liquid lens 28 is reduced, the control circuit 24 can be implemented as a single chip. Through this, the size of the camera module mounted on the portable device can be further reduced.
  • the lens assembly 22 includes a first lens unit 100, a second lens unit 200, a liquid lens unit 300, a lens holder 400, and a connection unit 500. It may include.
  • the connection part 500 electrically connects the substrate on which the image sensor is disposed and the liquid lens, and may include a substrate, a wire, or an electric wire, which will be described later.
  • the structure of the illustrated lens assembly 22 is only an 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 located between the first lens unit 100 and the second lens unit 200, but in another example, the liquid lens unit 300 is the first lens unit ( It may be positioned above (front) than 100, and one of the first lens unit 100 or the second lens unit 200 may be omitted.
  • the configuration of the control circuit 24 may be designed differently according to specifications required for the camera device. In particular, when the magnitude of the operating voltage applied to the lens assembly 22 is reduced, the control circuit 24 may be implemented as a single chip. Through this, the size of the camera device mounted on the portable device can be further reduced.
  • the first lens unit 100 is disposed in front of the lens assembly and is a portion where light is incident from the outside of the lens assembly.
  • the first lens unit 100 may be provided with 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 lens holder 400.
  • a through hole may be formed in the lens 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 in a space between the first lens unit 100 and the second lens unit 200 in the lens holder 400.
  • the first lens unit 100 may include a solid lens 110.
  • the solid lens 110 may protrude outside the lens holder 400 and be exposed to the outside. When the solid lens is exposed, the lens surface 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 deteriorated.
  • a method of disposing a cover glass, forming a coating layer, or configuring the solid lens 100 with a wear-resistant material for preventing surface damage may be applied.
  • the second lens unit 200 is disposed behind the first lens unit 100 and the liquid lens unit 300, and light incident from the outside to the first lens unit 100 passes through the liquid lens unit 300 Thus, it may enter the second lens unit 200.
  • the second lens unit 200 may be spaced apart from the first lens unit 100 and may be disposed in a through hole formed in the lens holder 400.
  • the second lens unit 200 may be provided as at least one lens, and when two or more lenses are included, the second lens unit 200 may be aligned with respect to the central axis PL to form an optical system.
  • the liquid lens unit 300 is disposed between the first lens unit 100 and the second lens unit 200, and may be inserted into the insertion hole 410 of the lens holder 400.
  • the insertion hole 410 may be formed by opening a portion of the side surface of the lens holder. That is, the liquid lens may be inserted and disposed through the insertion hole 410 on the side of the holder.
  • the liquid lens unit 300 may also be aligned with respect to the central axis PL.
  • the liquid lens unit 300 may include a lens area 310.
  • the lens area 310 is a portion through which light that has passed through the first lens unit 100 passes, and may contain a liquid at least in part.
  • the lens region 310 may contain two types, 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 is deformed by the driving voltage applied through the connection part 500, so that the curvature of the interface of the liquid lens 28 or the focal length of the liquid lens may be changed.
  • the liquid lens unit 300 and a camera module including the same may perform an autofocusing function, a camera shake correction function, and the like.
  • FIG. 3 illustrates a liquid lens whose focal length is adjusted in response to a driving voltage. Specifically, (a) describes the first lens 28 included in the lens assembly 22 (refer to FIG. 2), and (b) describes the equivalent circuit of the lens 28.
  • the lens 28 whose focal length is adjusted in response to the driving voltage has the same angular distance and voltage through individual terminals (L1, L2, L3, L4) arranged in four different directions.
  • Individual terminals may be arranged with the same angular distance based on the central axis of the liquid lens, and may include four individual terminals. The four individual terminals can be arranged at each of the four corners of the liquid lens.
  • the lens 28 receives an operating voltage from different individual terminals L1, L2, L3, L4 on one side, and a plurality of capacitors connected to the common terminal C0 on the other side ( 30).
  • the plurality of capacitors 30 included in the equivalent circuit may have a small capacitance of about tens to 200 picofarads (pF) or less.
  • the above-described terminal of the liquid lens of the liquid lens may be referred to as an electrode sector or a sub electrode in this specification.
  • the liquid lens 28 may include a liquid, a first plate and an electrode.
  • the liquids 122 and 124 included in the liquid lens 28 may include a conductive liquid and a non-conductive liquid.
  • the first plate may include a cavity 150 or a hole in which a conductive liquid and a non-conductive liquid are disposed.
  • the cavity 150 may include an inclined surface.
  • the electrodes 132 and 134 may be disposed on the first plate 114, and may be disposed above the first plate 114 or below the first plate 114.
  • the liquid lens 28 may further include a second plate 112 that may be disposed above (lower) the electrodes 132 and 134.
  • the liquid lens 28 may further include a third plate 116 that may be disposed under (upper) the electrodes 132 and 134.
  • an embodiment of the liquid lens 28 may include an interface 130 formed by different first and second liquids 122 and 124. In addition, it may include at least one substrate 142 and 144 supplying voltage to the liquid lens 28.
  • the edge (corner) of the liquid lens 28 may be thinner than the center of the liquid lens 28.
  • the second plate may be disposed on the upper surface of the liquid lens and the third plate may be disposed on the lower surface of the liquid lens, but the second plate or the third plate is not disposed on a part of the upper or lower surface of the liquid lens corner. May be thinner than the center.
  • the electrode may be exposed on the upper or lower surface of the corner of the liquid lens.
  • the liquid lens 28 includes two different liquids, for example, the first liquid 122 and the second liquid 124, and the curvature and shape of the interface 130 formed by the first and second liquids are liquid It can be adjusted by the driving voltage supplied to the lens 28.
  • the first liquid 122 may be a conductive liquid.
  • the second liquid 124 may be a non-conductive liquid.
  • the plurality of first and second liquids 122 and 124 are accommodated in the cavity, and may include a first liquid 122 having conductivity and a second liquid (or insulating liquid) 124 having a non-conductive property. .
  • the first liquid LQ1 and the second liquid LQ2 are not mixed with each other, and the interface 130 may be formed at a portion in contact between the first and second liquids 122 and 124.
  • the second liquid 124 may be disposed on the first liquid 122, but the embodiment is not limited thereto.
  • the first liquid 122 may be disposed on the second liquid 124.
  • the first liquid 122 and the second liquid 124 may be accommodated in the cavity with different specific gravity.
  • the auto-focusing function of the camera is performed by changing the curvature, position, and shape of the interface 130 between the first liquid 122 and the second liquid 124 using the voltage of the electrode. can do.
  • a voltage applied to a plurality of electrodes is asymmetrically applied, and based on this, an interface curvature appears asymmetrically with respect to the center of an optical axis, thereby performing a function of preventing camera shake.
  • the lens functions by using the refractive indices of two liquids that do not mix.
  • the specific gravity of the first liquid 122 and the second liquid 124 is the same, so that the same curvature is always produced without being affected by gravity. Accordingly, in the selection of materials for the first liquid and the second liquid, the liquid lens of the comparative example uses a limited range of materials to make the specific gravity the same. For this reason, the liquid lens of the comparative example has limitations in basic properties such as dispersion properties of the material of the first liquid and the material of the second liquid.
  • the first liquid 122 and the second specific gravity constituting the liquid lens are different from each other.
  • the specific gravity means the ratio of the mass of a substance to the mass of a standard substance having the same volume.
  • the specific gravity is a dimensionless number, and for a liquid, the value is similar to the density, and accordingly, the specific gravity can also be referred to as density.
  • the specific gravity of the first liquid 122 and the second liquid 124 may mean that the specific gravity of the first liquid 122 is greater than the specific gravity of the second liquid 124, and vice versa. 2 It may mean that the specific gravity of the liquid 124 is greater than that of the first liquid 122. That is, in the embodiment, the specific gravity of the first liquid 122 may be made larger than that of the second liquid 124. In addition, in the embodiment, the specific gravity of the second liquid 124 may be made larger than that of the first liquid 122.
  • the liquid lens as described above can control the role of the lens by selecting different refractive indices between the two materials constituting the first and second liquids 122 and 124, and thus is used as an actuator.
  • the most important problem to be considered when configuring a liquid lens is the refractive power of the lens that varies according to color.
  • Equation 1 The refractive power conditions for each color of the first and second liquids 122 and 124 that the liquid lens must have are as shown in Equation 1 below.
  • ⁇ i is the refractive power of each material
  • V i is the Abbe number of each material
  • the refractive power condition of the two liquids constituting the liquid lens is a value obtained by dividing the refractive power of each material by the Abbe number giving the difference for each color, and adding as much as the number of materials, and the value is 0, so that different images due to color It is not filmed.
  • the specific gravity of the first liquid 122 and the second liquid 124 are different from each other, so that the substances of the first and second liquids 122 and 124 are It makes it possible to satisfy the refractive power condition.
  • the difference between the specific gravity of the first liquid 122 and the specific gravity of the second liquid 124 is set to be greater than 0.005. That is, when the difference between the specific gravity of the first liquid 122 and the specific gravity of the second liquid 124 is less than 0.005, the specific gravity of the first liquid 122 and the specific gravity of the second liquid 124 are substantially the same. It may mean that it is, and accordingly, the range of material selection may be narrowed. In this case, the difference between the specific gravity of the first liquid 122 and the specific gravity of the second liquid 124 is set to be less than 0.3 than 0.005.
  • the absolute value of the difference between the specific gravity of the first liquid 122 and the specific gravity of the second liquid 124 satisfies a range of 0.005 to 0.3 g/cm 3 at 20°C.
  • the difference between the specific gravity of the first liquid 122 and the specific gravity of the second liquid 124 is 0.01 to 0.1 g/cm 3 at 20° C. in order to expand the range of material selection while solving the above image quality problem. It can be made to satisfy the range between.
  • the mechanical center of the liquid lens and the center of the interface between the two liquids according to the attitude (or gravity direction) of the camera module This different problem can arise.
  • the center of the interface between the first liquid 122 and the second liquid 124 may be referred to as an optical axis center (or optical center).
  • the mechanical center of the liquid lens and the optical axis center of the liquid lens may coincide with each other.
  • the center of the optical axis may be tilted by a predetermined angle from the mechanical center or shifted by a predetermined distance based on the direction of gravity.
  • the mechanical center may be a center of the liquid lens itself or a center of a cavity in which the liquid of the liquid lens is disposed.
  • the center of the reference optical axis (or the center of the first optical axis) that the liquid lens should have, and the center of the optical axis moved according to the direction of gravity is the actual center of the optical axis (or the center of the second optical axis) changed according to the current situation. It can be said.
  • the mechanical center is referred to as a first optical axis center
  • the actual optical axis center is referred to as a second optical axis center.
  • a shift degree (or distortion degree) between the center of the first optical axis and the center of the second optical axis is fed back, and accordingly, a change in the center of the optical axis changed by gravity can be compensated. This will be described in more detail below.
  • the connection part may include at least one of the first substrate 142 and the second substrate 144.
  • the connection portion includes the first substrate 142 and the second substrate 144
  • the second substrate 144 may transmit voltage to each of a plurality of individual terminals
  • the first substrate 142 may transmit a voltage to a common terminal. I can deliver.
  • the plurality of individual terminals may be four, and the second substrate 144 may transmit a voltage to each of the four individual terminals.
  • the voltage supplied through the second substrate 144 and the first substrate 142 may be applied to a plurality of electrodes 134 and 132 disposed or exposed at each corner of the liquid lens 28.
  • the liquid lens 28 is located between the third plate 116 and the second plate 112, the third plate 116 and the second plate 112 made of a transparent material and has an opening having a predetermined inclined surface. It may include a first plate 114 including an area.
  • the liquid lens 28 may include the cavity 150 of the first plate 114.
  • the cavity 150 may be determined by the opening area of the first plate 114.
  • the cavity 150 may be filled with first and second liquids 122 and 124 having different properties (eg, conductive liquid and non-conductive liquid) as described above, and first and second liquids having different properties. 2
  • An interface 130 may be formed between the liquids 122 and 124.
  • the liquid lens 28 has conductivity
  • the liquid lens 28 has two electrodes 132 and 134 disposed above and below the first plate 114 It may include.
  • the first plate 114 may include an inclined surface and may further include an insulating layer 118 disposed on the inclined surface.
  • the liquid having conductivity can contact the insulating layer.
  • the insulating layer 118 covers one of the two electrodes 132 and 134 (eg, the second electrode 134), and covers a portion of the other electrode (eg, the first electrode 132). Or exposed to the conductive liquid (eg, 122) to apply electrical energy.
  • the first electrode 132 includes at least one electrode sector (eg, C0), and the second electrode 134 includes two or more electrode sectors (eg, L1, L2, L3, L4 in FIG. 4). can do.
  • the second electrode 134 may include a plurality of electrode sectors sequentially disposed in a clockwise direction around an optical axis.
  • the electrode sector may be referred to as a sub-electrode or a terminal of a liquid lens.
  • One or more substrates 142 and 144 for transmitting voltage to the two electrodes 132 and 134 included in the liquid lens 28 may be connected.
  • the focal length of the liquid lens 28 may be adjusted while the curvature, curvature or inclination of the interface 130 formed in the liquid lens 28 is changed in response to the driving voltage.
  • FIG. 5 illustrates a change in the interface within the liquid lens. Specifically, (a) to (c) describe the movement of the interfaces 30a, 30b, 30c that may occur when a voltage is applied to the individual electrodes L1, L2, L3, and L4 of the liquid lens 28. .
  • the interface 30a when substantially the same voltage is applied to the individual electrodes L1, L2, L3, and L4 of the liquid lens 28, the interface 30a may maintain a shape close to a circular shape.
  • the horizontal distance LH of the interface and the vertical distance LV of the interface are substantially the same, and the movement (eg, inclination angle) of the interface 30a may have a balance.
  • the capacitance values of the interface 30a measured through four different individual electrodes L1, L2, L3, and L4 may be measured substantially the same.
  • the voltage applied to the first individual electrode L1 and the third individual electrode L3 of the liquid lens 28 is applied to the second individual electrode L2 and the fourth individual electrode L4.
  • a case that is higher than the applied voltage will be described.
  • the horizontal distance (LH) of the interface when viewed from the top surface) may be shorter than the vertical distance (LV) of the interface when viewed from the top surface.
  • the second individual electrode L2 and the fourth individual electrode L4 When the voltage applied to the second individual electrode L2 and the fourth individual electrode L4 is lower than that of the first individual electrode L1 and the third individual electrode L3, the second individual electrode L2 and the fourth The inclination angle of the interface 30b of the liquid lens 28 at the individual electrode L4 is greater than the inclination angle of the interface 30b of the liquid lens 28 at the first and third individual electrodes L1 and L3. Because it is small, it looks the same on the plane, but in three dimensions, the vertical distance (LV) is longer than the horizontal distance (LH). In this case, the capacitance values of the interface 30a measured through the four different individual electrodes L1, L2, L3, and L4 may be different from each other.
  • the capacitance value of the interface 30a measured through four different individual electrodes L1, L2, L3, and L4 may be symmetric.
  • the capacitance values of L1 and L3 may be the same, and the capacitance values of L2 and L4 may be the same.
  • the liquid lens 28 includes four individual electrodes, but the liquid lens 28 has more individual electrodes such as 8, 12, 16, etc. 28) movement can be controlled more precisely, and the movement can be measured more accurately.
  • the interface 30a can maintain a shape close to a circle, and accordingly, the first The center of the optical axis and the center of the second optical axis may be aligned.
  • the specific gravity of the first liquid 122 and the second liquid 124 are different from each other, the centers of the first and second optical axes are different depending on the direction in which the liquid lens 28 is placed. . That is, in the embodiment, when the direction in which the liquid lens 28 is placed and the direction of gravity are the same, the center of the first optical axis and the center of the second optical axis may be aligned.
  • the direction in which the liquid lens 28 is placed may be a direction of a mechanical central axis of the liquid lens 28, and the mechanical central axis of the liquid lens 28 may be a central axis of a cavity in which the liquid of the liquid lens 28 is placed. have.
  • the direction in which the liquid lens 28 is placed is different from the direction of gravity, the liquid having a large specific gravity among the first liquid 122 and the second liquid 124 moves further in the direction of gravity. This causes a change in curvature of the interface of the liquid lens 28, and accordingly, the center of the second optical axis may be shifted by a predetermined distance from the center of the first optical axis.
  • image quality deterioration occurs.
  • a change in the interface of the liquid lens 28 that changes according to the attitude of the camera module, that is, the degree of shift of the second optical axis is detected, and the individual electrodes L1, L2, and L3 are detected according to the detected degree of shift. , By adjusting the voltage applied to L4) to compensate for the distortion of the second optical axis.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an interface state of a liquid lens that changes according to gravity according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6A shows the interface 130 when the liquid lens 28 is placed and the direction of gravity is the same. That is, when the direction of the liquid lens 28 and the direction of gravity are the same, the center of the first optical axis and the center of the second optical axis may be aligned on one line. That is, when the direction of the liquid lens 28 and the direction of gravity are the same, the interface may have a reference shape. In other words, when the direction of the liquid lens 28 and the direction of gravity are the same, the center of gravity of the first liquid or the second liquid may be located on the central axis of the cavity. In this case, in the reference shape, the interface may be symmetrical with respect to a central axis of the cavity.
  • the liquid lens 28 may be designed in a state placed on a flat plate in a horizontal state, and in this situation, the center of the first optical axis and the center of the second optical axis may be aligned.
  • the center of the first optical axis means the center axis of the interface as a reference (or target), and the center of the second optical axis means the center axis of the interface according to the current state of the liquid lens 28.
  • 6B shows the interface 130A when the direction of the liquid lens 28 and the direction of gravity are perpendicular to each other.
  • the center of the first optical axis and the center of the second optical axis are not aligned on one line. That is, a liquid having a high specific gravity among the first liquid 122 and the second liquid 124 moves in the direction of gravity, thereby causing a change in the curvature of the interface.
  • the specific gravity of the second liquid 124 is higher than the specific gravity of the first liquid 122, the second liquid 124 may move in the lower direction, which is the direction of gravity, as shown in FIG. 6B. .
  • the center of the interface 130A is located not at the center of the first optical axis but at the center of the second optical axis moved by the first distance D1 from the center of the first optical axis.
  • the shape of the interface of the liquid lens 28 deviates from the reference shape by the gravity, and accordingly, the shape of the interface may have an asymmetric shape with respect to the central axis of the cavity.
  • the center of gravity of the first liquid 122 and the second liquid 124 is not placed on the central axis of the cavity, but is placed at a position away from the central axis of the cavity by the gravity as described above.
  • 6C shows the interface 130B when the direction of the liquid lens 28 and the direction of gravity are 45 degrees.
  • the center of the first optical axis and the center of the second optical axis are not aligned on one line. That is, a liquid having a high specific gravity among the first liquid 122 and the second liquid 124 moves in the direction of gravity, thereby causing a change in the curvature of the interface.
  • the specific gravity of the second liquid 124 is higher than the specific gravity of the first liquid 122, the second liquid 124 may move in the lower direction, which is the direction of gravity, as shown in FIG. 6C. .
  • the center of the interface 130A is located not at the center of the first optical axis but at the center of the second optical axis moved by a second distance D2 from the center of the first optical axis.
  • the shape of the interface of the liquid lens 28 deviates from the reference shape by the gravity, and accordingly, the shape of the interface may have an asymmetric shape with respect to the central axis of the cavity.
  • the center of gravity of the first liquid 122 and the second liquid 124 is not placed on the central axis of the cavity, but is placed at a position away from the central axis of the cavity by the gravity as described above.
  • the first distance D1 may be greater than the second distance D2. That is, when the lens direction and the gravity direction are 90 degrees to each other, it may mean that the degree of distortion of the center of the second optical axis is the largest.
  • the moving distance of the center of the second optical axis is detected based on the center of the first optical axis, and the voltage applied to the individual electrodes can be adjusted to compensate for the moving distance.
  • the detection of the moving distance may be measured using capacitance (capacitance, capacitance) as described in FIG. 3.
  • FIG. 7 is a diagram showing a change in height of an interface according to gravity according to an embodiment.
  • the center of the second optical axis may be aligned with the center of the first optical axis.
  • the height of the interface 130 of the liquid lens 28 may be the same in all areas.
  • the first height H1 of one end (eg, an end adjacent to the first individual electrode) of the interface 130 is It may be equal to the second height H2 of the other end (eg, an end adjacent to the third individual electrode).
  • the first height H1 may correspond to a contact area between the first part of the second liquid 124 and the cavity
  • the second height H2 is the second part and the cavity of the second liquid 124 It can correspond to the contact area between.
  • the first height H1 and the second height H2 may be substantially the same.
  • the capacitance between the first individual electrode and the common electrode and the capacitance between the second individual electrode and the common electrode may be the same. That is, when the interface has a reference shape, or when the center of gravity is placed on the central axis of the cavity, the capacitance information obtained from each individual electrode may be the same.
  • the first height (H1) and the second height (H2) is a boundary area between the first liquid 122 and the insulating layer disposed on the plurality of individual electrodes and the common electrode in the liquid lens 28. It can correspond to the size of the area.
  • the center of the second optical axis may be shifted by a predetermined distance from the center of the first optical axis. This is caused by the movement of the second liquid 124 having a high specific gravity in the direction of gravity, and accordingly, the height of the interface 130 of the liquid lens 28 may be different for each region.
  • the third height H3 of one end of the interface 130A (eg, an end adjacent to the first individual electrode) is, It may be different from the fourth height H2 of the other end of the interface 130A (eg, an end adjacent to the third individual electrode).
  • the capacitance between the first individual electrode and the common electrode may be different from the capacitance between the second individual electrode and the common electrode.
  • the area of the boundary region may mean an area in which the insulating layer and the first liquid contact each other.
  • the size of the area of the boundary region between the insulating layer and the first liquid 122 can be confirmed by sensing a capacitance between an individual electrode and a common electrode.
  • the capacitance information corresponding to the center of the first optical axis which is the reference at which the center of the interface should be located, is tabled and stored.
  • the capacitance that changes accordingly is measured.
  • the capacitance corresponding to the center of the first optical axis and the measured capacitance may be different from each other.
  • the voltage applied to each individual electrode is changed to compensate for the difference between the two capacitances.
  • voltage compensation information corresponding to a difference value of capacitance may be stored in the table in the embodiment.
  • the capacitance information obtained from each individual electrode may be different.
  • each of the individual electrodes It is possible to compensate so that the acquired capacitance information becomes equal to each other.
  • FIG. 8 is a diagram showing a control circuit interlocking with a liquid lens.
  • the liquid lens 28 includes four individual electrodes L1, L2, L3, and L4 and one common electrode C0 (see FIG. 3).
  • the voltage control circuit 40 generates a voltage (V L1 , V L2 , V L3 , V L4 , V C0 ) applied to four individual electrodes (L1, L2, L3, L4) and one common electrode (C0).
  • V L1 , V L2 , V L3 , V L4 , V C0 applied to four individual electrodes (L1, L2, L3, L4) and one common electrode (C0).
  • four individual electrodes L1, L2, L3, and L4 may correspond to the second electrode 134
  • one common electrode C0 is the first electrode ( 132).
  • the capacitance measurement circuit 50 is for measuring or calculating the position, shape, or movement of the interface 30 in the liquid lens 28. Accordingly, the capacitance measurement circuit 50 may also be referred to as a sensing unit.
  • the capacitance measurement circuit 50 is for measuring or calculating whether the center of the interface 30 is shifted and the degree of shift.
  • the capacitance measurement circuit 50 may measure or calculate whether the shape of the interface 30 has a reference shape or how much is deformed from the reference shape.
  • the capacitance measurement circuit 50 may measure or calculate whether the center of gravity of the first liquid or the second liquid is placed on the central axis of the cavity, or how far the center axis of the cavity has moved.
  • the position, shape, or movement of the interface 30 of the liquid lens 28 can be measured using a capacitance (capacitance, capacitance) as described in FIG. 3.
  • a capacitance capacitance, capacitance
  • at least two individual electrodes L1, L2, L3, and L4 included in the liquid lens 28 and a common electrode may be used. .
  • the voltage control circuit 40 applies voltages (V L1 , V L2 , V L3 , V L4 , V C0 ) at a level of at least 0V to 80V, and four individual electrodes L1, L2, L3, L4, and a common electrode C0. ) Can be provided at the same time or at different times.
  • the voltage control circuit 40 does not apply voltage to the four individual electrodes L1, L2, L3, and L4 and the common electrode C0 at the same time, but in the voltage control circuit 40 or a separate control unit (not shown).
  • the controller may determine a voltage to be supplied to the liquid lens 28 from the voltage control circuit 40, and control the voltage control circuit using the determined voltage.
  • the voltage control circuit 40 may include a lens driver supplying a voltage for driving the liquid lens 28, which can operate under the control of the voltage control circuit.
  • the liquid lens 28 interface 30 includes a plurality of individual electrodes L1, L2, L3, L4 and voltages delivered to the common electrode C0 (V L1 , V L2 , V L3 , V L4). , V C0 ) can be controlled in response to the formed driving voltage.
  • a change in the center of the interface 30 within the liquid lens 28 may occur due to the attitude of the camera module.
  • the position, shape, or movement of the interface 30 in the liquid lens 28 is determined by the first to fourth voltages V L1 , V L2 , V L3 , V L4 and the voltage applied to the common electrode C0 (V It can be caused by the voltage difference of C0 ).
  • the change in capacitance occurring according to the change of the interface 30 in the liquid lens 28 may be in a small range of several pF to several tens of pF.
  • the position of the center of the interface 30 (for example, the center of the second optical axis) by the voltage applied to the first to fourth individual electrodes L1, L2, L3, and L4 is the ground voltage ( After GND, 0V) is applied, the common electrode C0 can be floated to measure. More specifically, the common electrode C0 is floating and the first to fourth voltages V L1 , V L2 , and applied to one of the first to fourth individual electrodes L1, L2, L3, and L4.
  • V L3 , V L4 is a falling edge or rising edge that falls from a high voltage (e.g., 10 to 80 V) to a ground voltage (0 V)
  • the capacitance can be measured using the change in voltage applied to the corresponding electrode. I can. (Ground floating edge measurement)
  • the capacitance measurement circuit 50 connected to the common electrode C0 side of the liquid lens 28 may measure the capacitance between the individual electrodes and the common electrode in the liquid lens 28.
  • the capacitance measurement circuit 54 may include various components.
  • the capacitance measurement circuit 54 for measuring a change in small capacitance of several pF to tens of pF does not measure a certain absolute value of capacitance, but one or both of two capacitors that are already known.
  • the change in capacitance can be measured through a differential comparison that measures capacitance through a difference in the amount of physical change that occurs when exposed to external changes.
  • the capacitance measurement circuit 54 for measuring a small capacitance of several pF to tens of pF calculates the ratio between a capacitor having a known large value and a capacitor having a small value to be measured and finds the value. It is also possible to measure the capacitance of the interface 30 through a discharge method.
  • the capacitance measurement circuit 50 transfers the calculated or measured information to the voltage control circuit 40, and the voltage control circuit 40 corresponds to the information, and the voltage (V L1 , V L2 , V L3 , V L4 , V C0 ) can be adjusted.
  • Information calculated or measured by the capacitance measurement circuit may be a voltage or capacitance value.
  • the information calculated by the capacitance measurement circuit is transferred to the voltage control circuit, and the voltage control circuit may configure a liquid lens control circuit that adjusts the driving voltage using the calculated information.
  • the voltage control circuit 40 may receive capacitance measured between at least two individual electrodes and a common electrode.
  • the measured capacitance may correspond to the interface position of the liquid lens 28 according to the current state of the camera module.
  • the voltage control circuit 40 may store a reference capacitance between the common electrode and at least two individual electrodes corresponding to the position of the center of the first optical axis.
  • the voltage control circuit 40 may compare the measured capacitance and the reference capacitance to determine whether the center of the second optical axis is aligned with the center of the first optical axis or is shifted by a predetermined distance.
  • the voltage control circuit 40 may determine that the center of the first optical axis and the center of the second optical axis are aligned.
  • the voltage control circuit 40 may determine that the center of the second optical axis is shifted by a predetermined distance from the center of the first optical axis to correspond to the difference value.
  • the voltage control circuit 40 may change the magnitude of the voltage applied to the individual electrodes using compensation voltage information corresponding to the difference value.
  • the position of the interface may be changed according to the change of the voltage level, and accordingly, the center of the second optical axis may be aligned with the center of the first optical axis.
  • FIG. 10 describes an example of a capacitance measurement circuit.
  • the capacitance measurement circuit shown in FIG. 10 is presented as an example, and may include various components according to embodiments.
  • the capacitance measurement circuit connected to the other C0 ( 54) can recognize the state or position of the interface 30 by measuring the capacitance between the two electrodes L1 and C0.
  • the amount of charge (Q) at the interface 30 is the amount of change in the voltage ( ⁇ V L1 ) of the interface 30 It can be equal to multiplied by capacitance (C).
  • the charge Q may move to the reference capacitor Cap-m.
  • the reference capacitor Cap-m The charge transferred to) can move to the on-chip capacitor (Cap-on).
  • the amount of charge Q moving to the on-chip capacitor Cap-on may be equal to the amount of change in the feedback voltage ⁇ V L1 multiplied by the capacitance of the on-chip capacitor Cap-on.
  • the ratio of the number of couplings by the capacitance (C) of the interface 30 and the number of couplings by the on-chip capacitor (Cap-on) is adjusted so that the total amount of charge accumulated in the reference capacitor (Cap-m) becomes zero.
  • the ratio of the two capacitances is obtained from the ratio. Since the capacitance of the on-chip capacitor Cap-on is a known value, the capacitance of the capacitance C of the interface 30 can be measured.
  • the configuration of the above-described capacitance measurement circuit 54 may vary according to exemplary embodiments, and an operation and a control method according thereto may be different.
  • the capacitance measurement circuit 54 may be designed to measure a change of several pF to 200 pF.
  • the configuration of a circuit for measuring capacitance may be implemented in various ways according to embodiments. For example, a circuit that calculates capacitance based on a resonance frequency by using LC series resonance for a common electrode may be used. However, in case of using LC series resonance, it may take time to calculate the capacitance because it is necessary to apply a waveform for each frequency to find the resonance frequency, and this may affect the interface of the liquid lens.
  • the above-described capacitance measurement circuit 54 is a capacitance measurement circuit using a switched capacitor.
  • the switched capacitor may include two switches and one capacitor, and is a device that controls the average current flowing by using this, and the average resistance can be inversely proportional to the capacitor capacity and the switch operating frequency.
  • the capacitance can be measured at a very high speed (eg, tens of ns).
  • a switched capacitor circuit which can consist only of a capacitor and a switch, has a higher degree of directivity than an LC series resonant circuit that must include all of a resistor, an inductor, and a capacitor, so it can be easily applied to mobile devices.
  • One end of the first switch may be electrically connected to the liquid lens and the voltage control circuit.
  • FIG. 10 illustrates a first example of the control circuit.
  • one of the plurality of individual electrodes L1 will be described as an example.
  • the control circuit includes a voltage control circuit 40 and a capacitance measurement circuit 50, and may be connected to the liquid lens 28.
  • the voltage control circuit 40 may selectively transmit one of a high voltage (eg, 70V, 35V) and a ground voltage GND to the individual electrode L1 and the common electrode C0 included in the liquid lens 28.
  • the capacitance measurement circuit 50 may be connected to the common electrode C0 side.
  • the capacitance measurement circuit 50 may further include constituent elements such as a capacitor, so that the amount of charge transferred from the capacitor of the liquid lens 28 may be measured.
  • the first switch may be disposed between the capacitance measuring circuit and the liquid lens.
  • a ground voltage GND is applied to the common electrode C0.
  • the second switch SW0 of the voltage control circuit 40 is turned off to make the common electrode C0 a floating state.
  • the second switch SW0 is a switch for applying the ground voltage GND to the common electrode C0.
  • Fig. 11 explains the operation of the control circuit of Fig. 8.
  • the plurality of individual electrodes L1, L2, L3, and L4 and the common electrode C0 of the liquid lens have a high voltage (e.g., 70V, 35V) and a ground voltage ( Yes, 0V) can be applied.
  • a high voltage e.g., 70V, 35V
  • a ground voltage Yes, 0V
  • the second switch SW0 of the voltage control circuit 40 After the ground voltage is applied to the common electrode C0, that is, after the second switch SW0 of the voltage control circuit 40 is connected, the second switch SW0 is turned off and the common electrode C0 is floating. In the state that the first switch SW1 in the capacitance measurement circuit 50 is connected (ON), the voltage applied to the individual electrodes L1, L2, L3, L4 drops from the high voltage to the ground voltage at the falling edge. Measurements can be made.
  • Capacitance (C L3 ) can be measured. Thereafter, when the first switch SW1 is connected, the fourth capacitance C L4 between the fourth individual electrode L4 and the common electrode C0, and the second individual electrode L2 and the common electrode C0 The second capacitance C L2 between and the first capacitance C L1 between the first individual electrode L1 and the common electrode C0 may be sequentially measured. During a period in which the first switch SW1 is turned on, a voltage is not supplied from the voltage control circuit to the common electrode C0.
  • the voltage control circuit may rotate a voltage applied to a plurality of individual electrodes included in the liquid lens in a clockwise or counterclockwise direction and transmit it at different times.
  • FIG. 12 illustrates a second example of the control circuit.
  • one of the plurality of individual electrodes L1 will be described as an example.
  • the control circuit includes a voltage control circuit 40 and a capacitance measurement circuit 50, and may be connected to the liquid lens 28.
  • the voltage control circuit 40 may selectively transmit one of a high voltage (eg, 70V, 35V) and a ground voltage GND to the individual electrode L1 and the common electrode C0 included in the liquid lens 28.
  • the capacitance measurement circuit 50 may be connected to the common electrode C0 side.
  • the capacitance measurement circuit 50 may further include constituent elements such as a capacitor, so that the amount of charge transferred from the capacitor of the liquid lens 28 may be measured.
  • the first switch may be disposed between the capacitance measuring circuit and the liquid lens.
  • the control circuit may further include a third switch SW3 disposed between the voltage control circuit 40 and the first switch and/or between the voltage control circuit and the liquid lens 28.
  • One end of the third switch SW3 may be connected to a voltage control circuit, and the other end may be connected to a liquid lens and a first switch.
  • the third switch SW3 may control a floating state while the capacitance measurement circuit 50 connected to the common electrode C0 measures capacitance. Further, rather than controlling the floating state by using a switch in the voltage control circuit 40, the switch unit SW3, which is independently connected, may be effective in lowering the breakdown voltage of the switching element.
  • the third switch SW3 Before measuring the capacitance of the liquid lens 28, the third switch SW3 is connected to apply the ground voltage GND to the common electrode C0. Thereafter, the third switch SW3 floats the common voltage C0.
  • Fig. 13 explains the operation of the control circuit of Fig. 12;
  • the plurality of individual electrodes L1, L2, L3, and L4 and the common electrode C0 of the liquid lens have a high voltage (e.g., 70V, 35V) and a ground voltage ( Yes, 0V) can be applied.
  • a high voltage e.g., 70V, 35V
  • a ground voltage Yes, 0V
  • the voltage control circuit 40 and the third switch SW3 may be connected. After the ground voltage GND is applied to the common electrode C0 while the third switch SW3 is connected, the third switch SW3 is turned off and the common electrode C0 is floated.
  • the first switch SW1 in the capacitance measurement circuit 50 is connected (ON) while the common electrode C0 is floating, the voltage applied to the individual electrodes L1, L2, L3, L4 is at high voltage. When a falling edge falls to the ground voltage, the amount of charge can be transferred.
  • Capacitance (C L3 ) can be measured. Thereafter, when the second switch SW1 is connected, the fourth capacitance C L4 between the fourth individual electrode L4 and the common electrode C0, and the second individual electrode L2 and the common electrode C0 The second capacitance C L2 between and the first capacitance C L1 between the first individual electrode L1 and the common electrode C0 may be sequentially measured.
  • a liquid lens may have more than eight individual electrodes.
  • the number of individual electrodes may be a multiple of 4.
  • the number of feedback electrodes disposed on the liquid lens may be the same as or different from the number of individual electrodes included in the liquid lens.
  • FIG. 14 illustrates the connection of the liquid lens and the control circuit.
  • FIG. 12 describes the connection of the control circuit described in FIG. 6 in more detail.
  • the liquid lens 28 is connected to the voltage control circuit 40 for supplying voltage to the individual electrodes and the common electrode of the liquid lens 28, the capacitance measurement circuit 50 is the liquid lens 28 ) Can be connected to one of the two electrodes.
  • the position at which the capacitance in the liquid lens 28 is to be measured, that is, the two electrodes on both sides having the capacitance may be selected as described with reference to FIGS. 10 to 13 described above.
  • the voltage control circuit 40 and the capacitance measurement circuit 50 are connected through a switching element SW_V.
  • the switching element (SW_V) is turned on at the time when the capacitance in the liquid lens 28 is to be measured, and the input voltage VIN is measured before being boosted by the voltage control circuit 40 by the capacitance measurement circuit 50 Can be delivered to.
  • the capacitance of the liquid lens calculated or measured by the capacitance measurement circuit may be transferred to the voltage control circuit.
  • the voltage control circuit receiving the capacitance of the liquid lens can recognize the shape and state of the interface in the liquid lens through the capacitance. If the state of the interface within the liquid lens (ie, the center of the second optical axis) is different from the target (ie, the center of the first optical axis), the voltage control circuit may adjust the driving voltage.
  • 15 is a flowchart illustrating step-by-step a method of controlling a liquid lens according to an exemplary embodiment.
  • the common electrode of the liquid lens is connected to the ground, a voltage is applied to the individual electrodes of the liquid lens, and charges are accumulated between the common electrode and the individual electrodes (S100).
  • a first switch disposed between the capacitance measurement circuit and the liquid lens, and measuring a voltage across the reference capacitor of the capacitance measurement circuit (S110). Thereafter, the capacitance between the common electrode and the individual electrodes may be calculated using the measured value of the voltage across the reference capacitor.
  • a compensation voltage for compensating the voltage applied to each electrode may be determined (S130).
  • the information on the compensation voltage may be stored in the memory of the voltage control circuit 40, which may compensate for a compensation voltage value corresponding to a difference value between the reference capacitance and the calculated capacitance.
  • the state of the interface may be changed so that the center of the second optical axis coincides with the center of the first optical axis (S140).
  • the liquid lens described above may be included in the camera module.
  • the camera module includes a lens assembly including a liquid lens mounted on a housing and at least one solid lens that may be disposed in front or rear of the liquid lens, an image sensor that converts an optical signal transmitted through the lens assembly into an electrical signal, and It may include a control circuit for supplying the driving voltage to the liquid lens.
  • the attitude of the camera may be determined by predicting a direction of gravity based on a difference value between the reference capacitance and the calculated capacitance. For example, when the capacitance measured by the first individual electrode is greater than the reference capacitance, it can be predicted that gravity is acting in the direction of the first individual electrode by the difference value between the two capacitances.
  • the optical device may include a device capable of processing or analyzing an optical signal.
  • optical devices 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 the like, including a liquid lens.
  • the optical device may be implemented as a portable device such as a smart phone, a notebook computer, or a tablet computer.
  • Such an optical device may include a camera module, a display unit for outputting an image, and a main body housing for mounting the camera module and the display unit.
  • the optical device may further include a memory unit capable of storing data and mounting a communication module capable of communicating with other devices in the main body housing.

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Abstract

실시 예에 따른 카메라 모듈은 서로 계면을 형성하는 전도성의 제1 액체와 비전도성의 제2 액체가 배치되는 캐비티를 포함하는 액체 렌즈; 및 상기 액체 렌즈에 전압을 인가하여 상기 계면을 조정하는 전압 제어 회로를 포함하고, 상기 제1 액체와 상기 제2 액체의 비중은 서로 다르고, 상기 전압 제어회로는 상기 계면의 형상이 중력에 의해 기준 형상에서 벗어나는 경우 상기 계면을 기준 형상으로 이동시키도록 상기 액체 렌즈에 인가되는 전압을 제어한다.

Description

액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈
실시 예는 액체렌즈를 포함하는 카메라 모듈에 관한 것이다.
휴대용 장치의 사용자는 고해상도를 가지며 크기가 작고 다양한 촬영 기능을 갖는 광학 기기를 원하고 있다. 예를 들어, 다양한 촬영 기능이란, 광학 줌 기능(zoom-in/zoom-out), 오토 포커싱(AF:Auto-Focusing) 기능 또는 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(OIS:Optical Image Stabilizer) 기능 중 적어도 하나를 의미할 수 있다.
기존의 경우, 전술한 다양한 촬영 기능을 구현하기 위해, 여러 개의 렌즈를 조합하고, 조합된 렌즈를 직접 움직이는 방법을 이용하였다. 그러나, 이와 같이 렌즈의 수를 증가시킬 경우 광학 기기의 크기가 커질 수 있다.
오토 포커스와 손떨림 보정 기능은, 렌즈 홀더에 고정되며 광축으로 정렬된 여러 개의 렌즈가, 광축 또는 광축의 수직 방향으로 이동하거나 틸팅(Tilting)하여 수행되며, 이를 위해, 복수의 렌즈로 구성된 렌즈 어셈블리를 구동시키는 별도의 렌즈 구동 장치가 요구된다. 그러나 렌즈 구동 장치는 전력 소모가 높으며, 이를 보호하기 위해서 카메라 모듈과 별도로 커버 글라스를 추가하여야 하는 등, 기존의 카메라 모듈의 전체 크기가 커지는 문제가 있다. 이를 해소하기 위해, 두 가지 액체의 계면의 곡률을 전기적으로 조절하여 오토 포커스와 손떨림 보정 기능을 수행하는 액체 렌즈 모듈에 대한 연구가 이루어지고 있다.
한편, 종래의 액체 렌즈는 선행특허 1에서와 같이 제1 및 제2 액체를 구성하는 물질의 비중을 동일하게 하였으며, 이에 따른 굴절능 조건을 만족시키기 위하여 실질적인 설계 및 이용 가능한 물질의 범위에 한계가 있었다.
즉, 선행문헌 1에 따르면, 액체 렌즈를 구성하는 제1 액체의 비중과 제2 액체의 비중의 차이의 절대 값이 0.003보다 작도록 하며, 이에 따라 제1 액체 및 제2 액체의 재료 선택에 있어 한계가 있었다.
[선행특허 1] US 7780874
실시 예는 비중이 다른 2개의 액체로 구성된 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈 및 이의 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
실시 예는, 액체 렌즈를 구성하는 액체의 선택 자유도를 높이면서, 색수차를 줄일 수 있는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈 및 이의 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
실시 예에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시 예에 따른 카메라 모듈은 서로 계면을 형성하는 전도성의 제1 액체와 비전도성의 제2 액체가 배치되는 캐비티를 포함하는 액체 렌즈; 및 상기 액체 렌즈에 전압을 인가하여 상기 계면을 조정하는 전압 제어 회로를 포함하고, 상기 제1 액체와 상기 제2 액체의 비중은 서로 다르고, 상기 전압 제어회로는 상기 계면의 형상이 중력에 의해 기준 형상에서 벗어나는 경우 상기 계면을 기준 형상으로 이동시키도록 상기 액체 렌즈에 인가되는 전압을 제어한다.
또한, 상기 제1 액체의 비중과 상기 제2 액체의 비중의 차이의 절대값은, 20℃에서 0.005 내지 0.3g/cm 3 사이의 범위를 가진다.
또한, 상기 기준 형상은 상기 계면이 상기 캐비티의 중심 축을 기준으로 대칭인 형상이다.
또한, 상기 액체 렌즈는 전극과 상기 전극 상에 배치되는 절연층을 포함하고, 상기 계면의 정보를 감지하기 위한 센서부를 포함하고, 상기 센서부는 상기 전극 상에 배치되는 상기 절연층과 상기 제1 액체가 접촉하는 면적의 크기 또는 변화를 감지한다.
또한, 상기 센서부는 상기 절연층과 상기 제1 액체가 접촉하는 면적의 크기 또는 변화에 대응하는 캐패시턴스 정보를 감지하는 정전용량 측정 회로를 포함한다.
또한, 상기 전극은 상기 캐비티를 따라 순차적으로 배치되는 복수의 개별 전극을 포함하고, 상기 계면이 상기 기준 형상일 때 상기 개별 전극 각각의 캐패시턴스 정보는 서로 동일하다.
또한, 상기 제어회로는, 상기 센서부에서 획득된 상기 개별 전극 각각의 캐패시턴스 정보가 서로 동일하지 않은 경우, 상기 센서부에서 획득된 상기 개별 전극 각각의 캐패시턴스 정보가 서로 동일하도록 상기 액체 렌즈에 인가되는 전압을 제어한다.
한편, 서로 계면을 형성하는 전도성의 제1 액체와 비전도성의 제2 액체가 배치되는 캐비티를 포함하는 액체 렌즈; 및 상기 액체 렌즈에 전압을 인가하여 상기 계면을 조정하는 전압 제어 회로를 포함하고, 상기 제1 액체와 상기 제2 액체의 비중은 서로 다르고, 상기 전압 제어회로는 상기 제1 액체 또는 상기 제2 액체의 무게중심이 상기 캐비티의 중심축을 벗어나는 경우 상기 제1 액체 또는 상기 제2 액체의 무게중심을 상기 중심축으로 이동시키도록 상기 액체 렌즈에 인가되는 전압을 제어한다.
또한, 상기 제1 액체의 비중과 상기 제2 액체의 비중의 차이의 절대값은, 20℃에서 0.05 내지 0.3g/cm 3 사이의 범위를 가진다.
실시 예에 의하면, 액체 렌즈를 구성하는 제1 액체 및 제2 액체의 비중을 서로 다르게 한다. 이에 따르면, 상기 제1 및 제2 액체의 비중을 서로 다르게 함으로써, 재료 선택의 폭을 넓힐 수 있으며, 이에 따른 액체 렌즈의 기본 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면 중력의 방향에 의해 변화하는 제1 액체 및 제2 액체의 계면의 곡률을 보정할 수 있도록 한다. 즉, 실시 예에서는 제1 액체 및 제2 액체의 비중이 다르기 때문에 비중이 큰 액체가 중력 방향으로 이동하게 되고, 이에 따른 광축의 중심의 위치가 변화하게 된다. 이에 따라, 실시 예에서는 정전용량 측정을 통해 액체 렌즈의 광축의 중심의 틀어짐 정도를 추적하고, 이를 토대로 광축의 중심의 틀어짐을 보상할 수 있도록 한다. 이에 따르면, 액체 렌즈를 통해 전달되는 광신호를 변환하여 얻어지는 영상 또는 이미지에 대하여 보다 효율적인 광학적 안정화를 수행할 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 액체 렌즈의 광축 중심의 틀어짐 정도를 이용하여 중력의 방향을 예측할 수 있고, 이를 토대로 카메라 모듈의 자세를 판별할 수 있으며, 이를 활용하여 다양한 기능을 제공할 수 있다.
도1은 카메라 장치의 예를 설명한다.
도2는 카메라 장치에 포함된 렌즈 어셈블리의 예를 설명한다.
도3은 구동 전압에 대응하여 초점 거리가 조정되는 액체 렌즈를 설명한다.
도4는 액체 렌즈의 구조를 설명한다.
도5는 액체 렌즈 내 계면의 변화를 설명한다.
도6은 실시 예에 따른 중력에 따라 변화하는 액체 렌즈의 계면 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 실시 예에 따른 중력에 따른 계면의 높이 변화를 나타낸 도면이다.
도8은 액체 렌즈와 연동하는 제어 회로를 설명한다.
도9는 정전용량 측정 회로의 예를 설명한다.
도10은 제어 회로의 제1예를 설명한다.
도11은 도10의 제어 회로의 동작을 설명한다.
도12는 제어 회로의 제2예를 설명한다.
도13은 도12의 제어 회로의 동작을 설명한다.
도14는 액체 렌즈와 제어 회로의 연결을 설명한다.
도 15는 실시 예에 따른 액체 렌즈의 제어 방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
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.
도1은 카메라 장치의 예를 설명한다. 도시된 바와 같이, 카메라 모듈은 렌즈 어셈블리(22) 및 이미지 센서를 포함할 수 있다. 렌즈 어셈블리의 상부 또는 하부에는 적어도 하나의 고체 렌즈가 배치될 수 있다. 렌즈 어셈블리는(22)는 인가되는 전압에 대응하여 초점거리가 조정되는 액체렌즈를 포함할 수 있다. 카메라 모듈은 공통 단자와 복수의 개별 단자 사이에 인가되는 구동 전압에 대응하여 초점 거리 또는 초점 위치가 조정되는 제1렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리(22), 및 제1렌즈에 구동 전압을 공급하기 위한 제어회로(24), 및 렌즈 어셈블리(22)에 정렬되며 렌즈 어셈블리(22)를 통해 전달되는 광을 전기신호로 변환하고 렌즈 어셈블리의 하부에 배치되는 이미지센서(26)를 포함할 수 있다.
도1을 참조하면, 카메라 모듈은 하나의 인쇄회로기판(PCB) 상에 형성된 회로(24, 26)와 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리(22)를 포함할 수 있으나, 이는 하나의 예에 불과할 뿐 발명의 범위를 한정하지 않는다. 제어 회로(24)의 구성은 카메라 모듈에 요구되는 사양에 따라 다르게 설계될 수 있다. 특히, 액체 렌즈(28)에 인가되는 전압의 크기를 줄일 경우, 제어회로(24)는 하나의 칩(single chip)으로 구현할 수 있다. 이를 통해, 휴대용 장치에 탑재되는 카메라 모듈의 크기를 더욱 줄일 수 있다.
도2를 참조하면, 도시된 바와 같이, 렌즈 어셈블리(22)는 제1렌즈부(100), 제2렌즈부(200), 액체렌즈부(300), 렌즈 홀더(400) 및 연결부(500)을 포함할 수 있다. 연결부(500)는 이미지 센서가 배치되는 기판과 액체 렌즈를 전기적으로 연결하며, 후술할 기판, 와이어 또는 전선 등을 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 액체렌즈부(300)가 제1렌즈부(100)와 제2렌즈부(200) 사이에 위치하고 있으나, 다른 예에서는 액체렌즈부(300)가 제1렌즈부(100)보다 상부(전면)에 위치할 수도 있고, 제1렌즈부(100) 또는 제2렌즈부(200) 중 하나는 생략될 수도 있다. 제어 회로(24)의 구성은 카메라 장치에 요구되는 사양에 따라 다르게 설계될 수 있다. 특히, 렌즈 어셈블리(22)에 인가되는 동작 전압의 크기를 줄일 경우, 제어회로(24)는 하나의 칩(single chip)으로 구현할 수 있다. 이를 통해, 휴대용 장치에 탑재되는 카메라 장치의 크기를 더욱 줄일 수 있다.
도2를 참조하면, 제1렌즈부(100)는 렌즈 어셈블리의 전방에 배치되고, 렌즈 어셈블리의 외부로부터 광이 입사하는 부위이다. 제1렌즈부(100)는 적어도 하나의 렌즈로 구비될 수 있고, 또는 2개 이상의 복수의 렌즈들이 중심축(PL)을 기준으로 정렬하여 광학계를 형성할 수도 있다.
제1렌즈부(100) 및 제2 렌즈부(200)는 렌즈 홀더(400) 에 장착될 수 있다. 이때, 렌즈 홀더(400)에는 관통공이 형성되고, 관통공에 제1렌즈부(100) 및 제2렌즈부(200)가 배치될 수 있다. 또한, 렌즈 홀더(400)에 제1렌즈부(100)와 제2렌즈부(200)가 배치되는 사이 공간에는 액체렌즈부(300)가 삽입될 수 있다.
한편, 제1렌즈부(100)는 고체렌즈(110)를 포함할 수 있다. 고체렌즈(110)는 렌즈 홀더(400) 외부로 돌출되어 외부에 노출될 수 있다. 고체렌즈가 노출되는 경우 외부에 노출됨으로 인해 렌즈표면이 손상될 수 있다. 만약 렌즈표면이 손상될 경우, 카메라 모듈에서 촬영되는 이미지의 화질이 저하될 수 있다. 고체렌즈(110)의 표면손상을 방지, 억제하기 위해, 커버 글래스를 배치시키거나 코팅층을 형성하거나 고체렌즈(100)가 표면손상을 방지하기 위한 내마모성 재질로 구성하는 방법 등을 적용할 수 있다.
제2렌즈부(200)는 제1렌즈부(100) 및 액체렌즈부(300)의 후방에 배치되고, 외부로부터 제1렌즈부(100)로 입사하는 광은 액체렌즈부(300)를 투과하여 제2렌즈부(200)로 입사할 수 있다. 제2렌즈부(200)는 제1렌즈부(100)와 이격되어 렌즈 홀더(400)에 형성되는 관통공에 배치될 수 있다.
한편, 제2렌즈부(200)는 적어도 하나의 렌즈로 구비될 수 있고, 2개 이상의 복수의 렌즈들이 포함되는 경우 중심축(PL)을 기준으로 정렬하여 광학계를 형성할 수도 있다.
액체렌즈부(300)는 제1렌즈부(100)와 제2렌즈부(200) 사이에 배치되고, 렌즈 홀더(400)의 삽입구(410)에 삽입될 수 있다. 삽입구(410)는 렌즈 홀더의 측면의 일부 영역이 개방되어 형성될 수 있다. 즉, 액체 렌즈는 홀더의 측면의 삽입구(410)를 통해 삽입되어 배치될 수 있다. 액체렌즈부(300) 역시, 제1렌즈부(100)와 제2렌즈부(200)와 같이 중심축(PL)을 기준으로 정렬될 수 있다.
액체렌즈부(300)에는 렌즈영역(310)이 포함될 수 있다. 렌즈영역(310)은 제1렌즈부(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)를 통해 인가되는 구동 전압에 의해 도전성 액체와 비도전성 액체의 경계면이 변형되어 액체렌즈(28) 계면의 곡률 또는 액체 렌즈의 초점거리가 변경될 수 있다. 이러한 경계면의 변형 또는 곡률변경이 제어되면, 액체렌즈부(300)와 이를 포함하는 카메라 모듈은 오토포커싱 기능, 손떨림 보정기능 등을 수행할 수 있다.
도3은 구동 전압에 대응하여 초점 거리가 조정되는 액체 렌즈를 설명한다. 구체적으로, (a)는 렌즈 어셈블리(22, 도2참조)에 포함된 제1렌즈(28)를 설명하고, (b)는 렌즈(28)의 등가회로를 설명한다.
먼저 (a)를 참조하면, 구동 전압에 대응하여 초점 거리가 조정되는 렌즈(28)는 동일한 각 거리를 가지고 4개의 서로 다른 방향에 배치된 개별 단자(L1, L2, L3, L4)를 통해서 전압을 인가 받을 수 있다. 개별 단자는 액체 렌즈의 중심축을 기준으로 동일한 각 거리를 가지고 배치될 수 있고, 4개의 개별단자를 포함할 수 있다. 4개의 개별단자는 액체렌즈의 4개 코너에 각각 배치될 수 있다. 개별 단자(L1, L2, L3, L4)를 통해서 전압이 인가되면 인가된 전압은 후술할 공통 단자(C0)에 인가되는 전압과의 상호작용으로 형성되는 구동 전압에 의해 렌즈영역(310)에 배치된 도전성 액체와 비도전성 액체의 경계면이 변형될 수 있다.
또한, (b)를 참조하면, 렌즈(28)는 일측의 서로 다른 개별 단자(L1, L2, L3, L4)로부터 동작 전압을 인가 받고, 다른 일측은 공통 단자(C0)와 연결된 복수의 캐패시터(30)로 설명할 수 있다. 여기서, 등가회로에 포함된 복수의 캐패시터(30)는 약 수십 내지 200 피코패럿(pF) 이하의 작은 캐패시턴스를 가질 수 있다. 액체 렌즈의 상술한 액체 렌즈의 단자는 본 명세서에서 전극 섹터 또는 서브 전극으로 불릴 수도 있다.
도4는 액체 렌즈의 구조를 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28)는 액체, 제1 플레이트 및 전극을 포함할 수 있다. 액체렌즈(28)에 포함되는 액체(122, 124)는 전도성 액체 및 비전도성 액체를 포함할 수 있다. 제1 플레이트는 전도성 액체 및 비전도성 액체가 배치되는 캐비티(cavity, 150) 또는 홀을 포함할 수 있다. 캐비티(150)는 경사면을 포함할 수 있다. 전극(132, 134)은 제1 플레이트(114) 상에 배치될 수 있으며, 제1 플레이트(114) 상부 또는 제1 플레이트(114) 하부에 배치될 수 있다.
액체 렌즈(28)는 전극(132, 134)의 상부(하부)에 배치될 수 있는 제2 플레이트(112)를 더 포함할 수 있다. 또한 액체 렌즈(28)는 전극(132, 134) 하부(상부)에 배치될 수 있는 제3 플레이트(116)를 더 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28)의 일 실시예는 서로 다른 제1 및 제2 액체(122, 124)가 형성하는 계면(130)을 포함할 수 있다. 또한, 액체 렌즈(28)에 전압을 공급하는 적어도 하나의 기판(142, 144)을 포함할 수 있다. 액체 렌즈(28)의 모서리(코너)는 액체 렌즈(28)의 중심부보다 두께가 얇을 수 있다. 액체 렌즈의 상면에 제2 플레이트가 배치되고 액체 렌즈의 하면에 제3 플레이트가 배치될 수 있으나, 액체 렌즈 코너의 상면 또는 하면의 일부에는 제2 플레이트 또는 제3 플레이트가 배치되지 않아 액체 렌즈의 코너의 두께가 중심부 보다 얇을 수 있다. 액체 렌즈의 코너 상면 또는 하면에는 전극이 노출될 수 있다.
액체 렌즈(28)는 서로 다른 두 액체, 예를 들면 제1 액체(122)와 제2 액체(124)를 포함하고, 제1 및 제2 액체가 형성하는 계면(130)의 곡률, 형상은 액체 렌즈(28)에 공급되는 구동 전압에 의해 조정될 수 있다.
이때, 제1 액체(122)는 전도성 액체일 수 있다. 그리고, 제2 액체(124)는 비전도성 액체일 수 있다.
복수의 제1 및 제2 액체(122, 124)는 캐비티에 수용되며, 전도성을 갖는 제1 액체(122)와 비전도성을 갖는 제2 액체(또는, 절연 액체)(124)를 포함할 수 있다. 제1 액체(LQ1)와 제2 액체(LQ2)는 서로 섞이지 않으며, 제1 및 제2 액체(122, 124) 사이의 접하는 부분에 계면(130)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 액체(122) 위에 제2 액체(124)가 배치될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 도시된 바와는 다르게 제2 액체(124) 위에 제1 액체(122)가 배치될 수도 있을 것이다.
이때, 제1 액체(122) 및 제2 액체(124)는 상기 캐비티 내에 서로 다른 비중을 가지고 수용될 수 있다.
즉, 액체 렌즈의 경우, 전극의 전압을 이용하여 제1 액체(122) 및 제2 액체(124) 사이의 계면(130)의 곡률, 위치, 형상 등을 변화시켜, 카메라의 오토 포커싱 기능을 수행할 수 있다. 또한, 액체 렌즈의 경우, 복수의 전극에 인가되는 전압을 비대칭적으로 인가하고, 이를 토대로 광축의 중심을 기준으로 계면 곡률이 비대칭적으로 나타나도록 하여 손떨림 방지 기능을 수행할 수 있다.
한편, 액체 렌즈에는 물 계열과 기름 계열의 액체를 사용하고, 이를 토대로 서로 섞이지 않는 두 액체의 굴절율 이용하여 렌즈 역할을 수행하고 있다. 또한, 비교 예의 액체 렌즈는 제1 액체(122) 및 제2 액체(124)의 비중을 동일하게 하여, 중력에 영향을 받지 않고, 항상 같은 곡률을 만들 수 있도록 되어 있다. 이에 따라, 비교 예의 액체 렌즈는 제1액체 및 제2 액체의 재료 선택에 있어, 이의 비중을 동일하게 만들기 위해 한정된 범위의 재료를 사용하고 있었다. 이로 인해, 비교 예의 액체 렌즈는 제1 액체의 물질 및 제2 액체의 물질의 분산 특성과 같은 기본 특성에 한계가 존재한다.
이에 따라, 실시 예에서는 액체렌즈를 구성하는 제1 액체(122) 및 제2 비중을 서로 달리한다. 여기에서 비중이란 물질의 질량과 이것과 같은 부피를 가진 표준 물질의 질량과의 비율을 의미한다. 여기에서, 비중은 무차원수이며, 액체에 대해서는 그 값이 밀도와 유사하며, 이에 따라 비중은 밀도라고도 할 수 있다.
여기에서, 제1 액체(122)와 제2 액체(124)의 비중이 다르다는 것은, 제1 액체(122)의 비중이 제2 액체(124)의 비중보다 크다는 것을 의미할 수 있고, 이와 반대로 제2 액체(124)의 비중이 제1 액체(122)의 비중보다 크다는 것을 의미할 수 있다. 즉, 실시 예에서는 제1 액체(122)의 비중을 제2 액체(124)의 비중보다 크게 하여 구성할 수 있다. 또한, 실시 예에서는 제2 액체(124)의 비중을 제1 액체(122)의 비중보다 크게하여 구성할 수도 있다.
이때, 상기 제1 액체(122) 및 제2 액체(124)의 비중을 달리하는 것만으로도, 제1 액체(122) 및 제2 액체(124)의 구성을 위한 재료 선택에 있어 비중과 같은 제약사항을 고려하지 않아도 되며, 이에 따라 재료 선택의 폭을 넓혀 액체 렌즈의 기본 특성을 한 단계 끌어올릴 수 있다.
한편, 상기와 같은 액체 렌즈는 제1 및 제2 액체(122, 124)을 구성하는 두 물질간의 굴절율을 다르게 선택하여 렌즈 역할을 조절할 수 있으며, 이에 따라 액추에이터로 사용되고 있다. 이때, 액체 렌즈를 구성할 때에 가장 고려해야할 문제에는 색깔별로 달라지는 렌즈의 굴절능이 있다.
즉, 상기와 같은 액체 렌즈를 카메라 모듈에서 사용하기 위해서는 색깔별로 렌즈의 굴절능의 변화가 아래의 식1과 같은 수식을 만족할 때, 색깔의 변화와 무관하게 동일한 이미지가 제공될 수 있다.
액체렌즈가 가져야 하는 제1 및 제2 액체(122, 124)의 물질의 색깔별 굴절능 조건은 아래 식 1과 같다.
Figure PCTKR2020006735-appb-img-000001
여기에서,Φ i는 각 물질의 굴절능이고, V i는 각 물질별 아베수(abbe number)이다.
즉, 액체 렌즈를 구성하는 2개의 액체의 굴절능 조건은, 각 물질의 굴정능을 색깔별 차이를 주는 아베수로 나눠준 값을 물질 개수만큼 더해서, 그 값이 0이 나와야 색깔로 인해 다른 이미지가 촬영되지 않는다.
이에 따라, 종래에는 제1 및 제2 액체를 구성하는 물질의 비중을 동일하게 하면서, 상기와 같은 굴절능 조건을 만족시키기 위하여, 실질적인 설계 및 이용 가능한 물질의 범위에 한계가 있었다. 그러나, 현실적으로 제1 및 제2 액체의 비중을 동일하게 하면, 상기와 같은 굴절능 조건을 만족하는 범위의 재료가 아닌 이 범위 밖의 재료를 사용할 수 밖에 없었다.
따라서, 실시 예에서는 상기와 같이 제1 액체(122) 및 제2 액체(124)의 비중을 서로 다르게 하여, 상기 제1 및 제2 액체(122, 124)의 물질이 상기 식 1과 같은 색깔별 굴절능 조건을 만족할 수 있도록 한다.
즉, 종래에는 제1 액체 및 제2 액체의 비중을 동일하게 하기 위해, 상기 줄절능 조건을 만족시키지 못하였으나, 실시 예에서는 제1 액체 및 제2 액체의 비중을 서로 다르게 하여 상기 굴절능 조건을 만족할 수 있도록 한다.
이때, 제1 액체(122)의 비중과 제2 액체(124)의 비중의 차이는 0.005보다 크도록 한다. 즉, 상기 제1 액체(122)의 비중과 제2 액체(124)의 비중의 차이가 0.005보다 작다는 것은 실질적으로 상기 제1 액체(122)의 비중과 제2 액체(124)의 비중이 동일하다는 것을 의미할 수 있으며, 이에 따른 재료 선택 범위가 좁아질 수 있다. 또한, 이때, 제1 액체(122)의 비중과 제2 액체(124)의 비중의 차이는 0.005보다 0.3보다 작도록 한다. 즉, 제1 액체(122)의 비중과 제2 액체(124)의 비중의 차이가 0.3보다 크면, 중력에 따라 액체 렌즈의 광축 중심의 틀어짐 정도가 보상 범위를 벗어나게 되고, 이에 따른 이미지 화질이 낮아지는 문제가 있다. 따라서, 이때, 제1 액체(122)의 비중과 제2 액체(124)의 비중의 차이의 절대 값이 20℃에서 0.005 내지 0.3 g/cm 3 사이의 범위를 만족하도록 한다.
더욱 바람직하게, 이때, 제1 액체(122)의 비중과 제2 액체(124)의 비중의 차이는 상기와 같은 화질 문제를 해결하면서 재료 선택 범위를 넓히기 위해 20℃에서 0.01 내지 0.1 g/cm 3 사이의 범위를 만족하도록 할 수 있다.
한편, 상기와 같이 제1 액체(122) 및 제2 액체(124)의 비중이 서로 다르게 되면, 상기 카메라 모듈의 자세(또는 중력 방향)에 따라 액체 렌즈의 기구적 중심과 두 액체의 계면의 중심이 달라지는 문제가 발생할 수 있다. 여기에서, 제1 액체(122) 및 제2 액체(124)의 계면의 중심은 광축 중심(또는 광학적 중심)이라고도 할 수 있다.
즉, 액체 렌즈의 중력 방향과 액체 렌즈의 광축 방향이 동일한 경우, 상기 액체 렌즈의 기구적 중심과 액체 렌즈의 광축 중심은 서로 일치할 수 있다. 그러나, 상기 중력 방향과 액체 렌즈의 광축 방향이 다른 경우, 상기 중력 방향을 기준으로 상기 광축 중심은 상기 기구적 중심으로부터 일정 각도 틸팅 되거나 일정 거리만큼 쉬프트될 수 있다. 여기에서, 상기 기구적 중심은, 액체 렌즈 자체의 중심일 수 있고, 액체 렌즈의 액체가 배치되는 캐비티의 중심일 수도 있다. 상기 액체 렌즈가 가져야 하는 기준 광축 중심(또는, 제1 광축 중심)이라고 할 수 있고, 상기 중력 방향에 따라 이동한 광축 중심은, 현 상황에 따라 변화한 실제 광축 중심(또는, 제2 광축 중심)이라고 할 수 있다. 이하에서는, 상기 기구적 중심을 제1 광축 중심이라고 하고, 상기 실제 광축 중심을 제2 광축 중심이라고 한다.
이에 따라, 실시 예에서는 상기 제1 광축 중심과 제2 광축 중심의 쉬프트 정도(또는 틀어짐 정도)를 피드백하고, 이에 따라 중력에 의해 변화한 광축 중심의 변화를 보상할 수 있도록 한다. 이에 대해서는 하기에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
한편, 액체 렌즈(28)에 공급되는 구동 전압은 연결부(500)를 통해 전달될 수 있다. 연결부는 제1기판(142) 및 제2기판(144)중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 연결부가 제1기판(142) 및 제2기판(144)를 포함하는 경우 제2기판(144)은 복수의 개별 단자 각각에 전압을 전달할 수 있고, 제1기판(142)은 공통 단자에 전압을 전달할 수 있다. 복수의 개별 단자는 4개일 수 있고, 제2기판(144)은 4개의 개별 단자 각각에 전압을 전달할 수 있다. 제2기판(144)과 제1기판(142)을 통해 공급되는 전압은 액체 렌즈(28)의 각 모서리에 배치 또는 노출되는 복수의 전극(134, 132)에 인가될 수 있다.
또한, 액체 렌즈(28)는 투명한 재질을 포함하는 제3플레이트(116) 및 제2플레이트(112), 제3플레이트(116) 및 제2플레이트(112) 사이에 위치하며 기 설정된 경사면을 가지는 개구영역을 포함하는 제1플레이트(114)를 포함할 수 있다.
또한, 액체 렌즈(28)는 제1플레이트(114)의 캐비티(150)를 포함할 수 있다. 캐비티(150)는 제1플레이트(114)의 개구영역에 의해 결정될 수 있다. 여기서, 캐비티(150)는 상기 설명한 바와 같은 서로 다른 성질(예, 전도성 액체 및 비전도성 액체)의 제1 및 제2 액체(122, 124)가 충진될 수 있으며, 서로 다른 성질의 제1 및 제2 액체(122, 124) 사이에는 계면(130)이 형성될 수 있다.
또한, 액체 렌즈(28)에 포함되는 두 액체(122, 124) 중 적어도 하나는 전도성을 가지며, 액체 렌즈(28)는 제1플레이트(114) 상부 및 하부에 배치되는 두 전극(132, 134)을 포함할 수 있다. 제1플레이트(114)는 경사면을 포함하고 경사면에 배치되는 절연층(118)을 더 포함할 수 있다. 전도성을 가지는 액체는 절연층에 접촉할 수 있다. 여기서, 절연층(118)은 두 전극(132, 134) 중 하나의 전극(예, 제2전극(134))을 덮고, 다른 하나의 전극(예, 제1전극(132))의 일부를 덮거나 또는 노출시켜 전도성 액체(예, 122)에 전기 에너지가 인가되도록 할 수 있다. 여기서, 제1전극(132)은 적어도 하나 이상의 전극섹터(예, C0)를 포함하고, 제2전극(134)은 둘 이상의 전극섹터(예, 도4의 L1, L2, L3, L4)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2전극(134)은 광축을 중심으로 시계방향을 따라 순차적으로 배치되는 복수의 전극섹터를 포함할 수 있다. 전극 섹터는 서브 전극 또는 액체 렌즈의 단자로 불릴 수 있다.
액체 렌즈(28)에 포함된 두 전극(132, 134)에 전압을 전달하기 위한 하나 또는 두 개 이상의 기판(142, 144)이 연결될 수 있다. 구동 전압에 대응하여 액체 렌즈(28) 내 형성되는 계면(130)의 곡률, 굴곡 또는 경사도 등이 변하면서 액체 렌즈(28)의 초점 거리가 조정될 수 있다.
도5는 액체 렌즈 내 계면의 변화를 설명한다. 구체적으로, (a) 내지 (c)는 액체 렌즈(28)의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 전압이 인가되는 경우 발생할 수 있는 계면(30a, 30b, 30c)의 움직임을 설명한다.
먼저 (a)를 참조하면, 액체 렌즈(28)의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 실질적으로 동일한 전압을 인가한 경우, 계면(30a)은 원형에 가까운 형태를 유지할 수 있다. 상면에서 보았을 때, 계면의 수평거리(LH)와 계면의 수직거리 (LV)가 실질적으로 동일하고, 계면(30a)의 움직임(예, 경사각)이 균형을 이루는 형태를 가질 수 있다. 이 경우에는 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)를 통해 측정한 계면(30a)의 캐패시턴스 값이 실질적으로 동일하게 측정될 수 있다.
또한 (b)를 참조하면, 액체 렌즈(28)의 제1개별 전극(L1)과 제3개별 전극(L3)에 인가되는 전압이 제2개별 전극(L2)과 제4개별 전극(L4)에 인가되는 전압보다 높은 경우를 설명한다. 이 경우, 계면(30b)을 당기거나 미는 힘이 수평 또는 수직에서 다르기 때문에, 상면에서 보았을 때 계면의 수평거리(LH))가 상면에서 보았을 때 계면의 수직 거리(LV))보다 짧아질 수 있다. 제2개별 전극(L2)과 제4개별 전극(L4)에 인가되는 전압이 제1개별 전극(L1)과 제3개별 전극(L3)에 비하여 낮은 경우, 제2개별 전극(L2)과 제4개별 전극(L4)에서의 액체 렌즈(28)의 계면(30b)의 경사각이 제1개별 전극(L1)과 제3개별 전극(L3)에서의 액체 렌즈(28)의 계면(30b)의 경사각보다 작기 때문에, 평면상에서는 동일해 보이지만 입체적으로는 수직거리 (LV)가 수평거리 (LH)보다 길다. 이 경우에는 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)를 통해 측정한 계면(30a)의 캐패시턴스 값이 서로 다를 수 있다. 한편, 계면(30b)이 계면(30b)이 대칭적으로 변화하였기 때문에 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)를 통해 측정한 계면(30a)의 캐패시턴스 값이 대칭적일 수 있다. 이 경우 L1과 L3의 캐패시턴스 값이 같고, L2와 L4의 캐패시턴스 값이 같을 수 있다.
또한, (c)를 참조하면, 액체 렌즈(28)의 제1개별 전극(L1)과 제3개별 전극(L3)에 인가되는 전압과 제2개별 전극(L2)과 제4개별 전극(L4)에 인가되는 전압이 달라져, 상면에서 보았을 때 계면의 계면의 수직 거리(LV))가 수평거리(LH)) 보다 짧아 질 수 있다. (b)의 경우와 마찬가지로 계면(30c)이 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)을 통해 측정한 계면(30c)의 캐패시턴스가 서로 다를 수 있다. 한편, 계면(30c)이 계면(30b)이 대칭적으로 변화하였기 때문에 4개의 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)를 통해 측정한 계면(30a)의 캐패시턴스 값이 대칭적일 수 있다. 이 경우 L1과 L3의 캐패시턴스 값이 같고, L2와 L4의 캐패시턴스 값이 같을 수 있다.
또한, (a), (b) 및 (c)에 도시된 계면(30a, 30b, 30c)에서 측정된 캐패시턴스는 차이가 있고, 이러한 캐패시턴스의 차이를 통해 제1개별 전극(L1) 내지 제4개별 전극(L4)에 인가된 전압에 따라 계면(30a, 30b, 30c)이 이전과 달리 어떻게 움직였는지를 보다 직접적으로 정확하게 측정할 수 있다.
한편, 전술한 예에서는 액체 렌즈(28)가 4개의 개별 전극을 포함하는 구조를 들어 설명하였으나, 액체 렌즈(28)가 8개, 12개, 16개 등의 더 많은 개별 전극을 가지고 액체 렌즈(28)의 움직임을 보다 정교하게 제어할 수 있고, 해당 움직임을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
한편, 상기와 같은 액체 렌즈(28)는 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 실질적으로 동일한 전압을 인가한 경우, 계면(30a)은 원형에 가까운 형태를 유지할 수 있고, 이에 따른 제1 광축의 중심과 제2 광축의 중심은 정렬될 수 있다. 다만, 실시 예에서는 제1 액체(122) 및 제2 액체(124)의 비중을 서로 달리하였기 때문에 상기 액체 렌즈(28)가 놓인 방향에 따라 상기 제1 및 제2 광축의 중심은 서로 달라지게 된다. 즉, 실시 예에서는 액체 렌즈(28)가 놓인 방향과 중력의 방향이 동일한 경우에는 제1 광축의 중심과 제2 광축의 중심은 정렬될 수 있다. 액체 렌즈(28)가 놓인 방향은 액체 렌즈(28)의 기구적 중심 축의 방향일 수 있고, 액체 렌즈(28)의 기구적 중심 축은 액체 렌즈(28)의 액체가 배치되는 캐비티의 중심 축 일 수 있다. 반면, 액체 렌즈(28)가 놓인 방향과 중력의 방향이 다를 경우, 제1 액체(122) 및 제2 액체(124) 중 비중이 큰 액체가 중력 방향으로 더 이동하게 된다. 이는, 액체 렌즈(28)의 계면의 곡률변화를 발생시키며, 이에 따라 상기 제2 광축의 중심은 제1 광축의 중심을 기준으로 일정거리만큼 쉬프트될 수 있다. 그리고, 상기 제2 광축의 중심이 쉬프트된 상태로 이미지를 촬영하면 화질열화가 발생하게 된다.
따라서, 실시 예에서는 카메라 모듈의 자세에 따라 변화하는 액체 렌즈(28)의 계면의 변화, 즉 제2 광축의 쉬프트 정도를 검출하고, 상기 검출한 쉬프트 정도에 따라 상기 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 인가되는 전압을 조절하여 상기 제2 광축의 틀어짐을 보상할 수 있도록 한다.
도 6은 실시 예에 따른 중력에 따라 변화하는 액체 렌즈의 계면 상태를 나타낸 도면이다.
도 6의 (a)는 액체 렌즈(28)가 놓인 방향과 중력의 방향이 서로 동일한 경우에 대한 계면(130)을 보여준다. 즉, 액체 렌즈(28)의 방향과 중력의 방향이 서로 동일한 경우, 제1 광축의 중심과 제2 광축의 중심은 하나의 라인 상에서 정렬될 수 있다. 즉, 액체 렌즈(28)의 방향과 중력의 방향이 동일한 경우, 상기 계면은 기준 형상을 가질 수 있다. 다시 말해서, 액체 렌즈(28)의 방향과 중력의 방향이 동일한 경우, 상기 제1 액체 또는 상기 제2 액체의 무게중심이 상기 캐비티의 중심축에 위치할 수 있다. 이때, 상기 기준 형상은 상기 계면이 상기 캐비티의 중심 축을 기준으로 대칭일 수 있다.
즉, 액체 렌즈(28)는 편평한 플레이트 위에 수평한 상태로 놓인 상태에서 설계될 수 있으며, 이와 같은 상황에서 제1 광축의 중심과 제2 광축의 중심은 정렬될 수 있다. 상기 제1 광축의 중심은 기준이 되는(또는, 목표로 하는) 계면의 중심축을 의미하고, 제2 광축의 중심은 상기 액체 렌즈(28)의 현재 상태에 따른 상기 계면의 중심축을 의미한다.
도 6의 (b)는 액체 렌즈(28)의 방향과 중력의 방향이 서로 수직인 경우에 대한 계면(130A)을 보여준다.
즉, 액체 렌즈(28)의 방향과 중력의 방향이 서로 일치하지 않고 수직 방향일 경우, 제1 광축의 중심과 제2 광축의 중심은 하나의 라인 상에서 정렬되지 않는다. 즉, 제1 액체(122) 및 제2 액체(124) 중 비중이 높은 액체는 중력 방향으로 움직이고, 이에 따른 계면의 곡률 변화를 발생시킨다. 예를 들어, 제2 액체(124)의 비중이 제1 액체(122)의 비중보다 높은 경우, 도 6의 (b)에서와 같이 제2 액체(124)는 중력 방향인 하부 방향으로 이동할 수 있다. 이로 인해, 상기 계면(130A)의 중심은 제1 광축 중심이 아닌 상기 제1 광축 중심으로부터 제1 거리(D1)만큼 이동한 제2 광축 중심에 놓이게 된다.
즉, 상기 액체 렌즈(28)의 계면의 형상이 상기 중력에 의해 기준 형상에서 벗어나게 되며, 이에 따라 상기 계면의 형상은 상기 캐비티의 중심 축을 기준으로 비대칭 형상을 가질 수 있다.
다시 말해서, 상기와 같은 중력에 의해 상기 제1 액체(122) 및 제2 액체(124)의 무게 중심이 캐비티의 중심축에 놓이지 않고, 상기 캐비티의 중심축을 벗어난 위치에 놓이게 된다.
도 6의 (c)는 액체 렌즈(28)의 방향과 중력의 방향이 45도 방향일 경우에 대한 계면(130B)을 보여준다.
즉, 액체 렌즈(28)의 방향과 중력의 방향이 서로 일치하지 않고 45도 방향일 경우, 제1 광축의 중심과 제2 광축의 중심은 하나의 라인 상에서 정렬되지 않는다. 즉, 제1 액체(122) 및 제2 액체(124) 중 비중이 높은 액체는 중력 방향으로 움직이고, 이에 따른 계면의 곡률 변화를 발생시킨다. 예를 들어, 제2 액체(124)의 비중이 제1 액체(122)의 비중보다 높은 경우, 도 6의 (c)에서와 같이 제2 액체(124)는 중력 방향인 하부 방향으로 이동할 수 있다. 이로 인해, 상기 계면(130A)의 중심은 제1 광축 중심이 아닌 상기 제1 광축 중심으로부터 제2 거리(D2)만큼 이동한 제2 광축 중심에 놓이게 된다.
즉, 상기 액체 렌즈(28)의 계면의 형상이 상기 중력에 의해 기준 형상에서 벗어나게 되며, 이에 따라 상기 계면의 형상은 상기 캐비티의 중심 축을 기준으로 비대칭 형상을 가질 수 있다.
다시 말해서, 상기와 같은 중력에 의해 상기 제1 액체(122) 및 제2 액체(124)의 무게 중심이 캐비티의 중심축에 놓이지 않고, 상기 캐비티의 중심축을 벗어난 위치에 놓이게 된다.
이때, 제1 거리(D1)는 제2 거리(D2)보다 클 수 있다. 즉, 렌즈 방향과 중력 방향이 서로 90도일 경우, 상기 제2 광축 중심의 틀어짐 정도가 가장 크다는 것을 의미할 수 있다.
따라서, 실시 예에서는 제1 광축 중심을 기준으로 상기 제2 광축 중심의 이동 거리를 검출하고, 상기 이동 거리를 보상하기 위해 상기 개별전극에 인가되는 전압을 조절할 수 있도록 한다.
이때, 상기 이동 거리의 검출은 도3에서 설명한 것과 같이 캐패시턴스(정전용량, capacitance)를 이용하여 측정할 수 있다.
도 7은 실시 예에 따른 중력에 따른 계면의 높이 변화를 나타낸 도면이다.
즉, 도 7을 참조하면, (a)에서와 같이 중력 방향과 렌즈 방향이 서로 동일한 경우, 제2 광축 중심은 제1 광축 중심과 정렬될 수 있다. 이때, 액체 렌즈(28)의 계면(130)의 높이는 전 영역에서 동일할 수 있다. 다시 말해서, 제1 광축 중심과 제2 광축 중심이 정렬된 경우, 계면(130)의 일단(예를 들어, 제1 개별전극에 인접한 단부)의 제1 높이(H1)는, 계면(130)의 타단(예를 들어, 제3 개별전극과 인접한 단부)의 제2 높이(H2)와 동일할 수 있다.
여기에서, 제1 높이(H1)는 제2 액체(124)의 제1부분과 캐비티 사이의 접촉 면적에 대응할 수 있고, 제2 높이(H2)는 제2 액체(124)의 제2 부분과 캐비티 사이의 접촉 면적에 대응할 수 있다. 그리고, 제2 광축 중심이 제1 광축 중심에 정렬된 경우, 상기 제1 높이(H1) 및 제2 높이(H2)는 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 개별 전극과 공통 전극 사이의 정전 용량과 제2 개별 전극과 공통 전극 사이의 정전 용량과 동일할 수 있다. 즉, 상기 계면이 기준 형상을 가지는 경우, 또는 무게 중심이 캐비티의 중심축에 놓이는 경우, 각각의 개별 전극에서 획득되는 캐패시턴스 정보는 서로 동일할 수 있다.
다시 말해서, 상기 제1 높이(H1) 및 제2 높이(H2)는 액체 렌즈(28) 내의 복수의 개별 전극 및 공통 전극 상에 배치되는 절연층과 상기 제1 액체(122) 사이의 경계 영역의 면적의 크기에 대응할 수 있다.
반면, 도 7의 (b)에서와 같이 중력 방향과 렌즈 방향이 서로 수직한 경우, 제2 광축 중심은 제1 광축 중심으로부터 일정 거리만큼 쉬프트될 수 있다. 이는, 비중이 높은 제2 액체(124)가 중력 방향으로 이동함에 의해 발생하며, 이에 따라 액체 렌즈(28)의 계면(130)의 높이는 영역별로 서로 다를 수 있다. 다시 말해서, 제1 광축 중심을 기준으로 제2 광축 중심이 일정 거리만큼 쉬프트된 경우, 계면(130A)의 일단(예를 들어, 제1 개별전극에 인접한 단부)의 제3 높이(H3)는, 계면(130A)의 타단(예를 들어, 제3 개별전극과 인접한 단부)의 제4 높이(H2)와 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 개별 전극과 공통 전극 사이의 정전 용량은 제2 개별 전극과 공통 전극 사이의 정전 용량과 다를 수 있다.
즉, 중력 방향과 렌즈 방향이 서로 다른 경우, 액체 렌즈(28) 내의 복수의 개별 전극 및 공통 전극 상에 배치되는 절연층과 상기 제1 액체(122) 사이의 경계 영역의 면적의 크기에 변화가 발생할 수 있다. 여기에서, 경계 영역의 면적은 상기 절연층과 상기 제1 액체가 접촉하는 면적을 의미할 수 있다.
이는, 제1 광축 중심에서의 상기 경계 면적의 크기와, 상기 제2 광축 중심에서의 상기 경계 면적의 크기에 변화가 발생한 것을 의미할 수 있다. 이때, 상기 절연층과 상기 제1 액체(122) 사이의 경계 영역의 상기 면적의 크기는 개별 전극과 공통 전극 사이의 커패시턴스를 감지하는 것으로 확인할 수 있다.
이에 따라, 실시 예에서는 상기 계면의 중심이 위치해야 하는 기준이 되는 제1 광축 중심에 대응하는 정전 용량 정보를 테이블화하여 저장한다. 그리고, 상기 제2 광축 중심이 제1 광축 중심을 기준으로 쉬프트된 경우, 이에 따라 변화하는 정전 용량을 측정한다. 이때, 상기 제1 광축 중심에 대응하는 정전 용량과 상기 측정된 정전 용량은 서로 다를 수 있다. 따라서, 실시 예에서는 상기 두 정전용량의 차이 값을 보상하기 위하여, 각각의 개별 전극에 인가되는 전압을 변경한다. 이를 위해, 실시 예에서의 테이블에는 정전 용량의 차이 값에 대응하는 전압 보상 정보가 저장될 수 있다. 다시 말해서, 상기 계면이 기준 형상에서 벗어나거나 무게 중심이 캐비티의 중심축에서 벗어나는 경우, 각각의 개별 전극에서 획득되는 캐패시턴스 정보는 서로 다를 수 있으며, 실시 예에서는 이와 같은 경우에 상기 각가의 개별전극에서 획득되는 캐패시턴스 정보가 서로 동일해지도록 보상할 수 있다.
이하에서는, 상기 정전 용량의 측정 방법에 대해 설명하기로 한다.
도8은 액체 렌즈와 연동하는 제어 회로를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28)는 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)과 하나의 공통전극(C0, 도3참조)를 포함한다. 전압 제어 회로(40)는 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)과 하나의 공통전극(C0)에 인가되는 전압(V L1, V L2, V L3, V L4, V C0)을 생성하여 공급할 수 있다. 예를 들어, 도4 및 도5를 참조하면, 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)은 제2전극(134)에 대응할 수 있고, 하나의 공통전극(C0)은 제1전극(132)에 대응할 수 있다.
정전용량 측정 회로(50)는 액체 렌즈(28) 내 계면(30)의 위치, 형상 또는 움직임을 측정 또는 산출하기 위한 것이다. 이에 따라, 정전용량 측정 회로(50)는 센싱부라고도 할 수 있다.
즉, 정전용량 측정 회로(50)는 계면(30)의 중심의 쉬프트 여부 및 쉬프트 정도를 측정 또는 산출하기 위한 것이다. 정전용량 측정 회로(50)는 계면(30)의 형상이 기준 형상을 가지는지, 아니면 기준 형상에서 얼마나 변형되었는지를 측정 또는 산출할 수 있다. 또한, 정전용량 측정 회로(50)는 1 액체 또는 상기 제2 액체의 무게중심이 상기 캐비티의 중심축에 놓였는지, 아니면 캐비티의 중심축에서 얼마나 이동하였는지를 측정 또는 산출할 수 있다.
액체 렌즈(28) 계면(30)의 위치, 형상 또는 움직임은 도3에서 설명한 것과 같이 캐패시턴스(정전용량, capacitance)를 이용하여 측정할 수 있다. 액체 렌즈(28)의 제1 전극과 제2 전극 사이의 캐패시턴스를 측정하기 위해, 액체 렌즈(28)에 포함된 적어도 2개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)과 공통 전극을 이용할 수 있다.
전압 제어 회로(40)는 적어도 0V 내지 80V의 레벨의 전압(V L1, V L2, V L3, V L4, V C0)을 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4) 및 공통 전극(C0)에 서로 같은 시점 또는 다른 시점에 제공할 수 있다. 전압 제어 회로(40)는 4개의 개별 전극(L1, L2, L3, L4) 및 공통 전극(C0)에 전압을 동일한 시점에 인가하지 않고, 전압 제어 회로(40) 내 또는 별도의 제어부(미도시)가 생성하는 타이밍에 대응하여 전달할 수 있다. 바람직하게, 제어부는 전압 제어 회로(40)에서 액체 렌즈(28)에 공급될 전압을 결정하고, 상기 결정된 전압을 이용하여 상기 전압 제어 회로를 제어할 수 있다. 이에 따라, 전압 제어 회로(40)는 액체 렌즈(28)구동시키기 위한 전압을 공급하는 렌즈 구동부를 포함할 수 있고, 이는 상기 전압 제어 회로의 제어하에 동작할 수 있다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28) 계면(30)은 복수의 개별 전극(L1, L2, L3, L4) 및 공통 전극(C0)에 전달되는 전압(V L1, V L2, V L3, V L4, V C0)이 형성하는 구동 전압에 대응하여 제어될 수 있다. 액체 렌즈(28) 내 계면(30)의 중심의 변화(제1 광축 중심과 제2 광축 중심의 차이)는 카메라 모듈의 자세에 의해 발생할 수 있다. 그리고, 액체 렌즈(28) 내 계면(30)의 위치, 형상 또는 움직임은 제1 내지 제4 전압(V L1, V L2, V L3, V L4)과 공통 전극(C0)에 인가되는 전압(V C0)의 전압차에 의해 발생할 수 있다.
제1 내지 제4 전압(V L1, V L2, V L3, V L4)과 공통 전극(C0)의 전압(V C0)의 전압차에 의해 액체 렌즈(28) 내 계면(30)의 움직임, 위치, 또는 형상의 변화가 발생하면 캐패시턴스의 변화가 발생할 수 있다. 또한, 중력에 의해 계면의 중심에 대응하는 제2 광축 중심의 쉬프트가 발생하면 캐패시턴스의 변화가 발생할 수 있다. 액체 렌즈(28) 내 계면(30)의 변화에 따라 일어나는 캐패시턴스의 변화는 수 pF 내지 수십 pF의 작은 범위일 수 있다.
제1 내지 제4 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 인가되는 전압에 의한 계면(30)의 중심(예를 들어, 제2 광축 중심)의 위치는 공통 전극(C0)에 그라운드 전압(GND, 0V)가 인가한 후 공통 전극(C0)을 플로팅(floating)시켜 측정할 수 있다. 보다 구체적으로는, 공통 전극(C0)을 플로팅(floating)되고 제1 내지 제4 개별 전극(L1, L2, L3, L4) 중 하나에 인가되는 제1 내지 제4 전압(V L1, V L2, V L3, V L4)이 고전압(예, 10~80V)에서 그라운드 전압(0V)으로 떨어지는 폴링 에지(falling edge) 또는 라이징 에지일 때, 해당 전극에 인가되는 전압의 변화를 이용하여 캐패시턴스를 측정할 수 있다. (그라운드 플로팅 엣지 측정)
액체 렌즈(28) 내 공통 전극(C0) 측에 연결된 정전용량 측정 회로(50)는 액체 렌즈(28) 내 개별 전극과 공통 전극 사이의 캐패시턴스를 측정할 수 있다. 실시예에 따라, 정전용량 측정 회로(54)는 다양한 구성 요소를 포함할 수 있다.
예를 들어, 수 pF 내지 수십 pF의 작은 캐패시턴스의 변화를 측정하기 위한 정전용량 측정 회로(54)는 어떤 절댓 값의 커패시턴스를 측정하는 것이 아니라 이미 값을 알고 있는 두 커패시터 중 하나 혹은 두 개 전부를 외부 변화에 노출시킬 때 발생하는 물리적 변화량의 차이를 통해 커패시턴스를 측정하는 차동 비교를 통해 캐패시턴스의 변화를 측정할 수 있다.
또 다른 예로, 수 pF 내지 수십 pF의 작은 캐패시턴스를 측정하기 위한 정전용량 측정 회로(54)는 이미 알려진 큰 값을 갖는 커패시터와 측정하고자 하는 작은 값을 갖는 커패시터와의 비율을 산정하여 그 값을 알아내는 방식을 통해 계면(30)의 캐패시턴스를 측정할 수도 있다.
정전용량 측정 회로(50)는 산출 또는 측정한 정보를 전압 제어 회로(40)로 전달하고, 전압 제어 회로(40)는 정보에 대응하여 전압(V L1, V L2, V L3, V L4, V C0)을 조정할 수 있다. 정전용량 측정 회로에서 산출 또는 측정한 정보는 전압 또는 캐패시턴스 값일 수 있다. 정전용량 측정 회로에서 산출된 정보를 전압 제어 회로로 전달하고, 전압 제어 회로는 산출된 정보를 이용하여 구동 전압을 조정하는 액체 렌즈 제어 회로를 구성할 수 있다.
즉, 전압 제어 회로(40)는 적어도 2개의 개별 전극과 공통 전극 사이에서 측정된 캐패시턴스를 제공받을 수 있다. 이때, 상기 측정된 캐패시턴스는 카메라 모듈의 현재 상태에 따른 액체 렌즈(28)의 계면 위치에 대응될 수 있다. 이때, 전압 제어 회로(40)는 제1 광축 중심의 위치에 대응하는 적어도 2개의 개별 전극과 공통 전극 사이의 기준 캐패시턴스가 저장될 수 있다.
전압 제어 회로(40)는 상기 측정된 캐패시턴스와 상기 기준 캐패시턴스를 비교하여, 상기 제2 광축 중심이 상기 제1 광축 중심과 정렬되었는지, 아니면 일정 거리만큼 쉬프트되었는지를 판단할 수 있다.
또한, 전압 제어 회로(40)는 상기 측정된 캐패시턴스와 상기 기준 캐패시턴스가 동일하면, 상기 제1 광축 중심과 상기 제2 광축 중심이 정렬되었다고 판단할 수 있다.
또한, 전압 제어 회로(40)는 상기 측정된 캐패시턴스와 상기 기준 캐패시턴스가 서로 다르면, 이의 차이값에 대응되게 상기 제2 광축 중심이 상기 제1 광축 중심으로부터 일정 거리 쉬프트되었다고 판단할 수 있다.
그리고, 전압 제어 회로(40)는 상기 측정된 캐패시턴스와 상기 기준 캐패시턴스가 서로 다른 경우, 이의 차이 값에 대응하는 보상 전압 정보를 이용하여 상기 개별전극에 인가되는 전압의 크기를 변경할 수 있다. 그리고, 상기 전압의 크기의 변경에 따라 상기 계면의 위치가 변경될 수 있으며, 이에 따라 상기 제2 광축 중심이 상기 제1 광축 중심과 정렬될 수 있다.
도9는 정전용량 측정 회로의 예를 설명한다. 도10에 도시된 정전용량 측정 회로는 하나의 예로서 제시된 것으로, 실시예에 따라 다양한 구성 요소를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 피드백 전압 제어 회로(52)로부터 전달된 피드백 전압(V F)은 액체 렌즈에 배치된 피드백 전극 중 하나(L1)에 인가되면, 다른 하나(C0)와 연결된 정전용량 측정 회로(54)가 두 전극(L1, C0) 사이의 캐패시턴스를 측정하여 계면(30)의 상태 또는 위치를 인지할 수 있다.
전압(V L1)이 인가되고, 피드백 전압 제어 회로(52) 내 제1스위치(SW1)를 연결하면 계면(30)에 전하(Q)의 양은 전압의 변화량(ΔV L1)에 계면(30)의 캐패시턴스(C)를 곱한 것과 같을 수 있다. 제1스위치(SW1)가 연결되면 전하(Q)는 기준 캐패시터(Cap-m)으로 이동할 수 있다.
이후, 전압(V L1)이 그라운드 전압으로 떨어지는 폴링 에지(falling edge)에서 제1스위치(SW1)가 오프(OFF)되고 제2스위치(SW1)가 온(ON)되면, 기준 캐패시터(Cap-m)으로 이동했던 전하가 온칩 캐패시터(Cap-on)로 이동할 수 있다. 이때, 온칩 캐패시터(Cap-on)로 이동하는 전하(Q)의 양은 피드백 전압의 변화량(ΔV L1)에 온칩 캐패시터(Cap-on)의 캐패시턴스를 곱한 것과 같을 수 있다.
기준 캐패시터(Cap-m)에 누적되는 전하의 총량이 0이 되도록 계면(30)의 캐패시턴스(C)에 의한 커플링 횟수와 온칩 캐패시터(Cap-on)에 의한 커플링 횟수의 비를 조정하여 그 비율로부터 두 커패시턴스의 비를 구하게 된다. 온칩 캐패시터(Cap-on)의 캐패시턴스는 이미 알고 있는 값이므로, 계면(30)의 캐패시턴스(C)의 캐패시턴스를 측정할 수 있다.
전술한 정전용량 측정 회로(54)의 구성은 실시예에 따라 달라질 수 있으며, 그에 따른 동작과 제어 방법도 차이가 날 수 있다. 여기서, 정전용량 측정 회로(54)는 수 pF 내지 200 pF의 변화를 측정할 수 있도록 설계될 수 있다.
캐패시턴스를 측정하는 회로의 구성은 실시예에 따라 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 공통 전극에 LC 직렬 공진을 이용하여 공진 주파수를 바탕으로 캐패시턴스를 산출하는 회로가 사용될 수 있다. 다만, LC 직렬 공진을 이용하는 경우 공진 주파수를 찾기 위해서 각 주파수 별 파형을 인가해야 하기 때문에 캐패시턴스를 산출하는 데 시간이 소요될 수 있고, 이로 인해 액체 렌즈의 계면이 영향 받을 수 있다. 하지만, 전술한 정전용량 측정 회로(54)는 스위치드 캐패시터(switched capacitor)를 이용한 정전용량 측정회로이다. 스위치드 캐패시터는 2개의 스위치와 1개의 캐패시터를 포함할 수 있으며, 이를 이용해 흐르는 평균전류를 제어하는 장치로 평균저항이 커패시터 용량과 스위치 동작 주파수에 반비례할 수 있다. 스위치드 캐패시터를 이용하여 액체 렌즈의 캐패시턴스를 측정하는 경우, 매우 빠른 속도(예, 수십 ns)로 캐패시턴스를 측정할 수 있다.
또한, 캐패시턴스를 측정하기 위한 회로로 저항, 인턱터, 캐패시터를 모두 포함해야 하는 LC 직렬 공진 회로보다는 캐패시터와 스위치만으로 구성될 수 있는 스위치드 캐패시터 회로가 직접도가 높아, 모바일 기기 등에 적용하기 용이할 수 있다. 제1 스위치의 일단은 액체 렌즈와 전압 제어 회로와 전기적으로 연결될 수 있다.
도10은 제어 회로의 제1예를 설명한다. 설명의 편의를 위해, 복수의 개별 전극 중 하나(L1)를 예로 들어 설명한다.
도시된 바와 같이, 제어 회로는 전압 제어 회로(40)와 정전용량 측정 회로(50)를 포함하고, 액체 렌즈(28)에 연결될 수 있다. 전압 제어 회로(40)는 고전압(예, 70V, 35V)과 그라운드 전압(GND) 중 하나를 선택적으로 액체 렌즈(28)에 포함된 개별 전극(L1)과 공통 전극(C0)에 전달할 수 있다.
정전용량 측정 회로(50)는 공통 전극(C0) 측에 연결될 수 있다. 정전용량 측정 회로(50)는 액체 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하기 위해 후술하는 제1스위치(SW1)을 연결하면, 액체 렌즈(28)의 캐패시터에 저장되었던 전하량이 정전용량 측정 회로(50)로 전달될 수 있다. 정전용량 측정 회로(50)는 비교기 외에도 캐패시터 등의 구성 요소들이 더 포함될 수 있어, 액체 렌즈(28)의 캐패시터로부터 전달되는 전하량을 측정할 수 있다.
제 1스위치는 정전용량 측정 회로와 액체 렌즈 사이에 배치될 수 있다.
액체 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하기 전에 공통 전극(C0)에 접지전압(GND)을 인가한다. 이후, 제1스위치(SW1)를 연결(ON)할 때, 전압 제어 회로(40)의 제2스위치(SW0)를 오프(OFF)시켜 공통 전극(C0)을 플로팅(floating) 상태로 만든다. 제2스위치(SW0)는 접지전압(GND)을 공통 전극(C0)에 인가하기 위한 스위치이다. 이후, 제1스위치(SW1)을 연결하고, 측정하고자 하는 개별 전극(L1)에 인가되는 전압(V L1)을 변화시키면 액체 렌즈(28)의 캐패시터에 저장된 전하들(예, Q(전하량) = ΔV L1 x C(액체 렌즈의 캐패시턴스))을 정전용량 측정 회로(50)으로 이동시킬 수 있다.
도11은 도8의 제어 회로의 동작을 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈의 복수의 개별 전극(L1, L2, L3, L4) 및 공통 전극(C0)에는 시분할 제어의 방법으로 제어되는 타이밍에 맞추어 고전압(예, 70V, 35V)과 그라운드 전압(예, 0V)이 인가될 수 있다.
공통 전극(C0)에 그라운드 전압이 인가되는 시점, 즉 전압 제어 회로(40)의 제2스위치(SW0)을 연결한 시점 이후, 제2스위치(SW0)을 끄고 공통 전극(C0)을 플로팅시킨 상태에서 정전용량 측정 회로(50) 내 제1스위치(SW1)를 연결(ON)한 상태에서 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 인가되는 전압이 고전압에서 그라운드 전압으로 떨어지는 폴링 에지에서 캐패시턴스의 측정은 이루어질 수 있다.
제1스위치(SW1)가 첫번째로 연결되는 시점에서 제3개별 전극(L3)에 인가되는 전압(V L3)의 폴링 에지가 있어, 제3개별 전극(L3)과 공통 전극(C0) 사이의 제3캐패시턴스(C L3)를 측정할 수 있다. 이후, 제1스위치(SW1)가 연결되는 시점에서, 제4개별 전극(L4)과 공통 전극(C0) 사이의 제4캐패시턴스(C L4), 제2개별 전극(L2)과 공통 전극(C0) 사이의 제2캐패시턴스(C L2), 제1개별 전극(L1)과 공통 전극(C0) 사이의 제1캐패시턴스(C L1)를 순차적으로 측정할 수 있다. 제1스위치(SW1)가 온(ON)되는 구간 동안 전압 제어 회로로부터 공통 전극(C0)에 전압이 공급되지 않는다.
한편, 캐패시턴스의 측정을 위해, 전압 제어 회로는 액체 렌즈에 포함된 복수의 개별 전극에 인가되는 전압을 시계방향 또는 반 시계방향으로 로테이션시켜 서로 다른 시점에 전달할 수 있다.
도12는 제어 회로의 제2예를 설명한다. 설명의 편의를 위해, 복수의 개별 전극 중 하나(L1)를 예로 들어 설명한다.
도시된 바와 같이, 제어 회로는 전압 제어 회로(40)와 정전용량 측정 회로(50)를 포함하고, 액체 렌즈(28)에 연결될 수 있다. 전압 제어 회로(40)는 고전압(예, 70V, 35V)과 그라운드 전압(GND) 중 하나를 선택적으로 액체 렌즈(28)에 포함된 개별 전극(L1)과 공통 전극(C0)에 전달할 수 있다.
정전용량 측정 회로(50)는 공통 전극(C0) 측에 연결될 수 있다. 정전용량 측정 회로(50)는 액체 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하기 위해 후술하는 제1스위치(SW1)을 연결하면, 액체 렌즈(28)의 캐패시터에 저장되었던 전하량이 정전용량 측정 회로(50)로 전달될 수 있다. 정전용량 측정 회로(50)는 비교기 외에도 캐패시터 등의 구성 요소들이 더 포함될 수 있어, 액체 렌즈(28)의 캐패시터로부터 전달되는 전하량을 측정할 수 있다.
제 1스위치는 정전용량 측정 회로와 액체 렌즈 사이에 배치될 수 있다.
제어 회로는 전압 제어 회로(40)와 제1스위치의 사이 및/또는 전압 제어 회로와 액체 렌즈(28) 사이에 배치되는 제3스위치(SW3)를 더 포함할 수 있다. 제3 스위치(SW3)의 일단은 전압 제어 회로와 연결될 수 있고, 타단은 액체 렌즈 및 제1스위치와 연결될 수 있다. 제3 스위치(SW3)는 공통 전극(C0)에 연결된 정전용량 측정 회로(50)가 캐패시턴스를 측정하는 과정에서 플로팅 상태를 제어할 수 있다. 또한, 전압 제어 회로(40) 내부의 스위치를 이용하여 플로팅 상태를 제어하는 것보다 독립적으로 연결되는 스위치부(SW3)는 스위칭 소자의 내압을 낮추는 데 효과적일 수 있다.
액체 렌즈(28)의 캐패시턴스를 측정하기 전에 제3스위치(SW3)를 연결하여 공통 전극(C0)에 접지전압(GND)을 인가한다. 이후, 제3스위치(SW3)는 공통 전압(C0)을 플로팅 시킨다. 제1스위치(SW1)를 연결(ON)할 때, 측정하고자 하는 개별 전극(L1)에 인가되는 전압(V L1)을 변화시키면 액체 렌즈(28)의 캐패시터에 저장된 전하들(예, Q(전하량) = ΔV L1 x C(액체 렌즈의 캐패시턴스))을 정전용량 측정 회로(50)으로 이동시킬 수 있다.
도13은 도12의 제어 회로의 동작을 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈의 복수의 개별 전극(L1, L2, L3, L4) 및 공통 전극(C0)에는 시분할 제어의 방법으로 제어되는 타이밍에 맞추어 고전압(예, 70V, 35V)과 그라운드 전압(예, 0V)이 인가될 수 있다.
캐패시턴스의 측정은 공통 전극(C0)에 그라운드 전압이 인가되는 시점, 즉 전압 제어 회로(40)와 제3스위치(SW3)는 연결될 수 있다. 제3스위치(SW3)가 연결된 상태에서 공통 전극(C0)에 그라운드 전압(GND)이 인가된 이후, 제3스위치(SW3)을 끄고 공통 전극(C0)을 플로팅시킨다. 공통 전극(C0)이 플로팅된 상태에서 정전용량 측정 회로(50) 내 제1스위치(SW1)를 연결(ON)한 상태에서 개별 전극(L1, L2, L3, L4)에 인가되는 전압이 고전압에서 그라운드 전압으로 떨어지는 폴링 에지가 일어나면 전하량의 이동이 이루어질 수 있다.
제1스위치(SW1)가 첫번째로 연결되는 시점에서 제3개별 전극(L3)에 인가되는 전압(V L3)의 폴링 에지가 있어, 제3개별 전극(L3)과 공통 전극(C0) 사이의 제3캐패시턴스(C L3)를 측정할 수 있다. 이후, 제2스위치(SW1)가 연결되는 시점에서, 제4개별 전극(L4)과 공통 전극(C0) 사이의 제4캐패시턴스(C L4), 제2개별 전극(L2)과 공통 전극(C0) 사이의 제2캐패시턴스(C L2), 제1개별 전극(L1)과 공통 전극(C0) 사이의 제1캐패시턴스(C L1)를 순차적으로 측정할 수 있다.
실시예에 따라, 액체 렌즈가 8개보다 더 많은 개별 전극을 가질 수도 있다. 다만 개별 전극의 수는 4의 배수일 수 있다. 또한, 액체 렌즈에 배치된 피드백 전극의 수는 액체 렌즈에 포함된 개별 전극의 수와 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.
도14는 액체 렌즈와 제어 회로의 연결을 설명한다. 특히, 도12는 도 6에서 설명한 제어 회로의 연결을 보다 구체적으로 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28)는 액체 렌즈(28)의 개별 전극 및 공통 전극에 전압을 공급하는 전압 제어 회로(40)와 연결되어 있고, 정전 용량 측정 회로(50)는 액체 렌즈(28)의 두 개의 전극 중 하나와 연결될 수 있다. 액체 렌즈(28) 내 캐패시턴스를 측정하고자 하는 위치, 즉 캐패시턴스를 가지는 양측인 두 개의 전극은 전술한 도10 내지 도13에서 설명한 것과 같이 선택될 수 있다.
한편, 전압 제어 회로(40)와 정전 용량 측정 회로(50)는 스위칭 소자(SW_V)를 통해 연결되어 있다. 액체 렌즈(28) 내 캐패시턴스를 측정하고자 하는 시점에 스위칭 소자(SW_V)는 온(ON)되어 전압 제어 회로(40)에서 부스트(boost)되기 전 입력전압(VIN)을 정전 용량 측정 회로(50)로 전달할 수 있다.
정전용량 측정 회로에서 산출 또는 측정한 액체 렌즈의 캐패시턴스는 전압 제어 회로로 전달될 수 있다. 액체 렌즈의 캐패시턴스를 전달받은 전압 제어 회로는 캐패시턴스를 통해 액체 렌즈 내 계면의 형상, 상태를 인지할 수 있다. 만약 액체 렌즈 내 계면의 상태(즉, 제2 광축 중심)가 목표한 것(즉, 제1 광축 중심)과 차이가 있을 경우, 전압 제어 회로는 구동 전압을 조정할 수 있다.
도 15는 실시 예에 따른 액체 렌즈의 제어 방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
전술한 바와 같이, 액체 렌즈의 제어 방법은 액체 렌즈의 공통 전극은 그라운드와 연결하고, 액체 렌즈의 개별 전극에는 전압이 인가되어, 공통 전극과 개별 전극 사이에 전하가 축적되는 단계(S100), 정전용량 측정 회로와 액체 렌즈 사이에 배치되는 제1 스위치를 온(ON)하는 단계, 정전용량 측정 회로의 기준 캐패시터 양단의 전압을 측정하는 단계(S110)를 포함할 수 있다. 이후, 기준 캐패시터 양단의 전압의 측정값을 이용하여 공통 전극과 개별 전극 사이의 캐패시턴스를 산출할 수 있다.
그리고, 상기 산출한 캐패시턴스를 이용하여 제2 광축 중심이 제1 광축 중심과 일치하는지를 확인할 수 있다(S120). 그리고, 상기 제2 광축 중심이 상기 제1 광축 중심과 일치하지 않는 경우, 개별전극에 각각 인가되는 전압을 보상하기 위한 보상 전압을 결정할 수 있다(S130). 이때, 상기 보상 전압에 대한 정보는 전압 제어 회로(40)의 메모리 내에 저장될 수 있으며, 이는 기준 캐패시턴스와 산출된 캐패시턴스의 차이 값에 대응하는 보상 전압 값을 보상할 수 있다.
이후, 상기 보상 전압 값을 인가하여, 상기 제2 광축 중심이 상기 제1 광축 중심과 일치하도록 계면의 상태를 변화시킬 수 있다(S140).
전술한 액체 렌즈는 카메라 모듈에 포함될 수 있다. 카메라 모듈은 하우징에 실장되는 액체 렌즈 및 액체 렌즈의 전면 또는 후면에 배치될 수 있는 적어도 하나의 고체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리, 렌즈 어셈블리를 통해 전달되는 광신호를 전기신호로 변환하는 이미지센서, 및 액체 렌즈에 구동 전압을 공급하기 위한 제어회로를 포함할 수 있다.
한편, 실시 예에서는 상기 기준 캐패시턴스와 상기 산출된 캐피시턴스의 차이 값을 기준으로 중력 방향을 예측하여 카메라의 자세를 판별할 수 있다. 예를 들어, 제1 개별 전극에서 측정된 캐패시턴스가 상기 기준 캐패시턴스보다 클 경우, 상기 두 캐패시턴스의 차이 값만큼 상기 제1 개별 전극 방향으로 중력이 작용하고 있음을 예측할 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.
전술한 카메라 모듈을 포함한 광학 기기(Optical Device, Optical Instrument)를 구현할 수 있다. 여기서, 광학 기기는 광신호를 가공하거나 분석할 수 있는 장치를 포함할 수 있다. 광학 기기의 예로는 카메라/비디오 장치, 망원경 장치, 현미경 장치, 간섭계 장치, 광도계 장치, 편광계 장치, 분광계 장치, 반사계 장치, 오토콜리메이터 장치, 렌즈미터 장치 등이 있을 수 있으며, 액체 렌즈를 포함할 수 있는 광학 기기에 본 발명의 실시예를 적용할 수 있다. 또한, 광학 기기는 스마트폰, 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 휴대용 장치로 구현될 수 있다. 이러한 광학 기기는 카메라 모듈, 영상을 출력하는 디스플레이부, 카메라 모듈과 디스플레이부를 실장하는 본체 하우징을 포함할 수 있다. 광학기기는 본체 하우징에 타 기기와 통신할 수 있는 통신모듈이 실장될 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 메모리부를 더 포함할 수 있다

Claims (8)

  1. 서로 계면을 형성하는 전도성의 제1 액체와 비전도성의 제2 액체가 배치되는 캐비티를 포함하는 액체 렌즈; 및
    상기 액체 렌즈에 전압을 인가하여 상기 계면을 조정하는 전압 제어 회로를 포함하고,
    상기 제1 액체와 상기 제2 액체의 비중은 서로 다르고,
    상기 전압 제어회로는 상기 계면의 형상이 중력에 의해 기준 형상에서 벗어나는 경우 상기 계면을 기준 형상으로 이동시키도록 상기 액체 렌즈에 인가되는 전압을 제어하는 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액체의 비중과 상기 제2 액체의 비중의 차이의 절대값은,
    20℃에서 0.005 내지 0.3g/cm 3 사이의 범위를 가지는
    카메라 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 기준 형상은 상기 계면이 상기 캐비티의 중심 축을 기준으로 대칭인 형상인 카메라 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 액체 렌즈는 전극과 상기 전극 상에 배치되는 절연층을 포함하고,
    상기 계면의 정보를 감지하기 위한 센서부를 포함하고,
    상기 센서부는 상기 전극 상에 배치되는 상기 절연층과 상기 제1 액체가 접촉하는 면적의 크기 또는 변화를 감지하는 카메라 모듈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 센서부는
    상기 절연층과 상기 제1 액체가 접촉하는 면적의 크기 또는 변화에 대응하는 캐패시턴스 정보를 감지하는 정전용량 측정 회로를 포함하는 카메라 모듈.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 캐비티를 따라 순차적으로 배치되는 복수의 개별 전극을 포함하고,
    상기 계면이 상기 기준 형상일 때 상기 개별 전극 각각의 캐패시턴스 정보는 서로 동일한 카메라 모듈.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제어회로는, 상기 센서부에서 획득된 상기 개별 전극 각각의 캐패시턴스 정보가 서로 동일하지 않은 경우
    상기 센서부에서 획득된 상기 개별 전극 각각의 캐패시턴스 정보가 서로 동일하도록 상기 액체 렌즈에 인가되는 전압을 제어하는 카메라 모듈.
  8. 서로 계면을 형성하는 전도성의 제1 액체와 비전도성의 제2 액체가 배치되는 캐비티를 포함하는 액체 렌즈; 및
    상기 액체 렌즈에 전압을 인가하여 상기 계면을 조정하는 전압 제어 회로를 포함하고,
    상기 제1 액체와 상기 제2 액체의 비중은 서로 다르고,
    상기 전압 제어회로는 상기 제1 액체 또는 상기 제2 액체의 무게중심이 상기 캐비티의 중심축을 벗어나는 경우 상기 제1 액체 또는 상기 제2 액체의 무게중심을 상기 중심축으로 이동시키도록 상기 액체 렌즈에 인가되는 전압을 제어하는 카메라 모듈.
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