WO2020242223A1 - 카메라 모듈 - Google Patents

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WO2020242223A1
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optical
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박강열
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 객체에 광신호를 출력하는 발광부; 상기 객체에 반사된 광신호를 수광하는 수광부; 및 상기 광신호가 면광원 패턴과 점광원 패턴 중 선택적으로 하나의 광패턴을 갖도록 상기 발광부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 발광부는, 소정의 배치 패턴에 따라 복수의 발광 소자가 배치되는 발광 소자 어레이; 및 상기 발광 소자 어레이가 출력하는 광신호를 투과시키는 렌즈 모듈을 포함하고, 상기 렌즈 모듈은 상기 발광 소자 어레이가 출력하는 광신호를 복제하는 광학 소자를 포함한다.

Description

카메라 모듈
실시 예는 카메라 모듈에 관한 것이다.
3 차원 콘텐츠는 게임, 문화뿐만 아니라 교육, 제조, 자율주행 등 많은 분야에서 적용되고 있으며, 3차원 콘텐츠를 획득하기 위하여 깊이 정보(Depth Map)가 필요하다. 깊이 정보는 공간 상의 거리를 나타내는 정보이며, 2차원 영상의 한 지점에 대하여 다른 지점의 원근 정보를 나타낸다. 깊이 정보를 획득하는 방법으로, IR(Infrared) 구조광을 객체에 투사하는 방식, 스테레오 카메라를 이용하는 방식, TOF(Time of Flight) 방식 등이 이용되고 있다.
이러한 TOF 방식이나 구조광 방식의 경우 적외선 파장 영역의 빛을 이용하고 있는데, 최근에는 적외선 파장 영역의 특징을 이용하여 생체 인증에 이용하고자 하는 시도가 있다. 예를 들어, 손가락 등에 퍼진 정맥의 모양은 태아 때부터 일생 동안 변하지 않고, 사람마다 다르다고 알려져 있다. 이에 따라, 적외선 광원이 탑재된 카메라 장치를 이용하여 정맥 패턴을 식별할 수 있다. 이를 위하여, 손가락을 촬영한 후, 손가락의 색과 형상을 기반으로 배경을 제거하여 각 손가락을 검출할 수 있으며, 검출된 각 손가락의 색 정보로부터 각 손가락의 정맥 패턴을 추출할 수 있다. 즉, 손가락의 평균 색깔, 손가락에 분포된 정맥의 색깔, 및 손가락에 있는 주름의 색깔은 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 손가락에 분포된 정맥의 색깔은 손가락의 평균 색깔에 비하여 적색이 약할 수 있으며, 손가락에 있는 주름의 색깔은 손가락의 평균 색깔에 비하여 어두울 수 있다. 이러한 특징을 이용하여 픽셀 별로 정맥에 근사한 값을 계산할 수 있으며, 계산한 결과를 이용하여 정맥 패턴을 추출할 수 있다. 그리고, 추출된 각 손가락의 정맥 패턴과 미리 등록된 데이터를 대비하여 개인을 식별할 수 있다.
다만, 적외선 이미지를 생성하기 위한 광원의 패턴과 구조광을 출력하는 프로젝터의 광원 패턴이 서로 상이한바 서로 다른 광원 모듈을 탑재해야 하므로 카메라 장치의 부피가 증가한다는 문제가 발생한다.
또한, 지정맥 등을 인식하기 위한 적외선 이미지의 경우 카메라 장치에 손가락 등을 근접시켜 촬영하는데 구조광 프로젝터과 동일한 강도의 빛을 조사하는 경우 광포화 현상이 발생하여 이미지를 획득하지 못하는 문제가 발생한다.
실시 예는 적외선 이미지 촬영을 위한 광원과 구조광 프로젝터가 하나의 모듈로 결합된 카메라 장치를 제공하기 위한 것이다.
실시 예는 빛의 세기를 조절하여 적외선 이미지 촬영시 광포화 현상을 방지할 수 있는 카메라 장치를 제공하기 위한 것이다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 객체에 광신호를 출력하는 발광부; 상기 객체에 반사된 광신호를 수광하는 수광부; 및 상기 광신호가 면광원 패턴과 점광원 패턴 중 선택적으로 하나의 광패턴을 갖도록 상기 발광부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 발광부는, 소정의 배치 패턴에 따라 복수의 발광 소자가 배치되는 발광 소자 어레이; 및 상기 발광 소자 어레이가 출력하는 광신호를 투과시키는 렌즈 모듈을 포함하고, 상기 렌즈 모듈은 상기 발광 소자 어레이가 출력하는 광신호를 복제하는 광학 소자를 포함한다.
상기 발광부는, 상기 발광 소자 어레이와 상기 렌즈 모듈 사이의 간격을 변경하여 상기 광신호의 광패턴을 변경할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 발광 소자 중 일부를 구동시키거나 상기 복수의 발광 소자 전체를 구동시킬 수 있다.
상기 발광 소자 어레이는, 상기 복수의 발광 소자가 서로 동일한 간격으로 이격 배치될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 발광 소자 중 기 설정된 간격으로 이격 배치된 발광 소자가 발광하도록 상기 발광부를 제어할 수 있다.
상기 발광부는, 상기 렌즈 모듈은 상기 발광 소자 어레이가 출력하는 광신호를 복제하는 광학 소자;를 포함하는 카메라 모듈
상기 광학 소자가 복제하여 출력하는 광신호의 화각은, 상기 렌즈 모듈이 집광하여 출력하는 광신호의 화각보다 클 수 있다.
상기 발광 소자 어레이는, 복수의 구역으로 구분되며, 상기 복수의 구역 각각의 일부 영역에 상기 복수의 발광 소자가 배치될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 구역 각각에 배치된 구역별 발광 소자 중 일부 발광 소자가 발광하도록 상기 발광부를 제어할 수 있다.
상기 광학 소자는, 상기 광학 소자가 복제하여 출력하는 광신호의 화각은, 상기 렌즈 모듈이 집광하여 출력하는 광신호의 화각보다 작을 수 있다.
상기 발광 소자 어레이는, 복수의 영역으로 구분되며, 상기 복수의 구역 각각의 전체 영역에 상기 복수의 발광 소자가 배치될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 구역 중 어느 하나에 배치된 전체 발광 소자가 발광하도록 상기 발광부를 제어할 수 있다.
상기 광학 소자는, 상기 복수의 구역 중 제1 구역에 배치된 발광 소자가 출력하는 광신호에 대응하는 제1 광패턴의 영역과 상기 복수의 구역 중 제2 구역에 배치된 발광 소자가 출력하는 광신호에 대응하는 제2 광패턴의 영역의 일부가 겹치도록 상기 광신호를 복제할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 광신호의 노출 시간을 제어하거나 상기 발광 소자 어레이에 공급되는 전력을 제어하여 상기 광신호의 강도를 조절할 수 있다.
실시 예에 따르면, 객체와의 거리, 해상도 등 다양한 변수에 따라 광신호의 광패턴을 변경함으로써 다양한 어플리케이션의 요구에 따라 유연하게 구동될 수 있다.
실시예에 따르면, 소비 전력을 줄일 수 있다.
실시예에 따르면, 광포화 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광부의 구성도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광경로 변경에 따른 광신호의 광패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수광부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 광경로 변경에 따른 광패턴의 시뮬레이션 결과이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 소자의 일부 구동에 따른 광패턴 변경을 설명하기 위한 도면이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광패턴 변경을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈(10)은 카메라 장치, ToF(Time of Flight) 카메라 모듈(10), ToF 카메라 장치 등으로 명명될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈(10)은 광학기기에 포함될 수 있다. 광학기기는 핸드폰, 휴대폰, 스마트폰(smart phone), 휴대용 스마트 기기, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player) 및 내비게이션(navigation) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 다만, 광학기기의 종류가 이에 제한되는 것은 아니며 영상 또는 사진을 촬영하기 위한 어떠한 장치도 광학기기에 포함될 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 ToF 카메라 장치의 구성을 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈(10)은 발광부(100), 수광부(200) 및 제어부(300)를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(10)은 발광부(100)를 포함할 수 있다. 발광부(100)는 발광모듈, 발광유닛, 발광어셈블리 또는 발광장치일 수 있다. 발광부(100)는 광신호를 생성한 후 객체에 조사할 수 있다. 이때, 발광부(100)는 펄스파(pulse wave)의 형태나 지속파(continuous wave)의 형태로 출력광 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 지속파는 사인파(sinusoid wave)나 사각파(squared wave)의 형태일 수 있다. 본 명세서에서, 발광부(100)가 출력하는 광신호는 객체에 입사되는 광신호를 의미할 수 있다. 발광부(100)가 출력하는 광신호는 카메라 모듈(10)을 기준으로 출력광, 출력광 신호 등으로 불릴 수 있다. 발광부(100)가 출력하는 광은 객체를 기준으로 입사광, 입사광 신호 등으로 불릴 수 있다.
발광부(100)는 생성된 광신호를 소정의 노출주기(integration time) 동안 객체에 조사한다. 여기서, 노출주기란 1개의 프레임 주기를 의미한다. 복수의 프레임을 생성하는 경우, 설정된 노출주기가 반복된다. 예를 들어, ToF 카메라 장치가 20 FPS로 객체를 촬영하는 경우, 노출주기는 1/20[sec]가 된다. 그리고 100개의 프레임을 생성하는 경우, 노출주기는 100번 반복될 수 있다.
발광부(100)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 광신호를 출력할 수 있다. 발광부(100)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 광신호를 순차적으로 반복하여 출력할 수 있다. 또는, 발광부(100)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 광신호를 동시에 출력할 수도 있다.
발광부(100)는 복수의 광패턴에 따른 광신호를 출력할 수 있다. 발광부(100)는 복수의 광패턴 중 어느 하나의 광패턴에 따라 광신호를 출력할 수 있다. 제1 실시예에 따르면, 발광부(100)는 광신호의 광경로를 변경하여 광패턴을 변경할 수 있다. 제2 실시예에 따르면, 발광부(100)는 복수의 발광 소자의 구동을 제어하여 광패턴을 변경할 수 있다. 제3 실시예에 따르면, 발광부(100)는 제어부(300)의 모듈레이션 제어에 따라 광신호의 노출 시간을 변경하거나 발광 소자에 공급되는 전력을 변경하여 광패턴을 변경할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈(10)은 제1 내지 제3 실시예를 개별적으로 구현하거나 적어도 2개의 실시예를 조합하여 구현할 수 있다.
카메라 모듈(10)은 수광부(200)를 포함할 수 있다. 수광부(200)는 수광모듈, 수광유닛, 수광어셈블리 또는 수광장치일 수 있다. 수광부(200)는 발광부(100)로부터 출력되어 객체에 의해 반사된 반사광 신호를 감지할 수 있다. 수광부(200)는 발광부(100)와 나란히 배치될 수 있다. 수광부(200)는 발광부(100) 옆에 배치될 수 있다. 수광부(200)는 발광부(100)와 같은 방향으로 배치될 수 있다. 수광부(200)는 렌즈 어셈블리, 필터 및 센서를 포함할 수 있다.
수광부(200)는 렌즈 어셈블리를 포함할 수 있다. 객체로부터 반사된 광신호는 렌즈 어셈블리를 통과할 수 있다. 렌즈 어셈블리의 광축은 센서의 광축과 얼라인(align)될 수 있다. 렌즈 어셈블리는 틸트(tilt) 또는 시프트(shift)될 수 있다. 렌즈 어셈블리는 광경로를 조절할 수 있다. 렌즈 어셈블리는 광경로를 조절하여 센서로 입사되는 광의 경로를 변경시킬 수 있다. 렌즈 어셈블리는 입사되는 광의 FOV(Field of View) 각도 또는 FOV의 방향 등을 변경시킬 수 있다.
수광부(200)는 필터를 포함할 수 있다. 필터는 렌즈 어셈블리와 센서 사이에 배치될 수 있다. 필터는 객체와 센서 사이의 광경로 상에 배치될 수 있다. 필터는 소정 파장 범위를 갖는 광을 필터링할 수 있다. 필터는 반사광의 특정 파장 대역을 투과시킬 수 있다. 필터는 특정 파장의 광을 통과시킬 수 있다. 즉, 필터는 특정 파장 외의 광을 반사 또는 흡수하여 차단할 수 있다. 필터는 적외선을 통과시키고 적외선 이외의 파장의 광을 차단시킬 수 있다. 또는, 필터는 가시광선을 통과시키고 가시광선 이외의 파장의 광을 차단시킬 수 있다. 필터는 이동할 수 있다. 필터는 이동하거나 틸트(tilt)되어 광경로를 조절할 수 있다. 필터는 이동을 통해 센서로 입사되는 광의 경로를 변경시킬 수 있다. 필터는 입사되는 광의 FOV(Field of View) 각도 또는 FOV의 방향 등을 변경시킬 수 있다.
카메라 모듈(10)은 센서를 포함할 수 있다. 센서는 광을 센싱할 수 있다. 센서는 반사광을 수신할 수 있다. 센서는 광을 센싱하는 이미지 센서일 수 있다. 센서는 광을 감지하여 전기적 신호로 출력할 수 있다. 센서는 발광 소자에서 출력하는 광의 파장에 대응하는 파장의 광을 감지할 수 있다. 센서는 적외선을 감지할 수 있다. 또는, 센서는 가시광선을 감지할 수 있다. 센서는 렌즈 어셈블리를 통과한 광을 수신하여 광에 대응하는 전기 신호로 변환하는 픽셀 어레이, 픽셀 어레이에 포함된 복수의 픽셀을 구동하는 구동 회로 및 각 픽셀의 아날로그 픽셀 신호를 리드(read)하는 리드아웃회로를 포함할 수 있다. 리드아웃회로는 아날로그 픽셀 신호를 기준 신호와 비교하여 아날로그-디지털 변환을 통해 디지털 픽셀 신호(또는 영상 신호)를 생성할 수 있다. 여기서, 픽셀 어레이에 포함된 각 픽셀의 디지털 픽셀 신호는 영상 신호를 구성하며, 영상 신호는 프레임 단위로 전송됨에 따라 이미지 프레임으로 정의될 수 있다. 즉, 이미지 센서는 복수의 이미지 프레임을 출력할 수 있다.
제어부(300)는 복수의 광패턴 중 하나의 광패턴에 따라 광신호를 출력하도록 발광부(100)를 제어할 수 있다. 제어부(300)는 발광 소자의 점멸을 제어하여 발광 소자가 지속파나 펄스파 형태의 광신호를 생성하도록 제어할 수 있다. 제어부(300)는 주파수 변조(frequency modulation)나 펄스 변조(pulse modulation) 등을 통해 발광 소자가 지속파나 펄스파 형태의 광신호를 생성하도록 제어할 수 있다. 그리고, 제어부(300)는 발광부(100)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 제어부(300)는 광신호가 면광원 패턴과 점광원 패턴 중 선택적으로 하나의 광패턴을 갖도록 발광부를 제어할 수 있다.
카메라 모듈(10)은 영상 처리부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예로, 영상 처리부는 센서에 포함될 수 있다. 다른 실시예로, 영상 처리부는 카메라 모듈(10)이 결합되는 단말에 포함될 수 있다. 예를 들어, 영상 처리부는 AP(application processor)에 포함될 수 있다. 영상 처리부는 센서로부터 영상 신호를 수신하고, 영상 신호를 처리(예컨대, 보간, 프레임 합성 등)하는 이미지 프로세서를 포함할 수 있다. 특히, 영상 처리부는 복수의 프레임의 영상 신호(저해상도)를 이용하여 하나의 프레임의 영상 신호(고해상도)로 합성할 수 있다. 즉, 영상 처리부는 센서로부터 받은 영상 신호에 포함된 복수의 이미지 프레임을 이용하고, 합성된 결과를 합성 이미지로서 생성할 수 있다. 영상 처리부에서 생성된 합성 이미지는 센서로부터 출력되는 복수의 이미지 프레임보다 높은 해상도를 가질 수 있다. 즉, 영상 처리부는 슈퍼레졸루션(Super Resolution, SR) 기법을 통해 고해상도의 이미지를 생성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광부의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광부(100)는 발광 소자 어레이(110) 및 렌즈 모듈(120)을 포함하며, 가변 렌즈(130) 또는 구동부(140) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
발광 소자 어레이(110)는 복수의 발광 소자를 포함할 수 있다. 발광 소자 어레이(110)는 소정의 배치 패턴에 따라 복수의 발광 소자가 배치될 수 있다. 발광 소자는 빛을 생성할 수 있다. 발광 소자는 빛을 출력할 수 있다. 발광 소자는 빛을 조사할 수 있다. 발광 소자가 생성하는 빛은 파장이 770 내지 3000nm인 적외선 일 수 있다. 또는 발광 소자가 생성하는 빛은 파장이 380 내지 770 nm인 가시광선 일 수 있다. 발광 소자는 수직 공진 표면 발광 레이저 (VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 을 포함할 수 있다. 또한 발광 소자는 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 포함할 수 있다. 발광 소자는 일정한 패턴에 따라 배열된 형태의 복수의 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 발광 소자는 유기 발광 다이오드(Organic light emitting diode, OLED)나 레이저 다이오드(Laser diode, LD)를 포함할 수 있다.
발광부(100)는 렌즈 모듈(120)을 포함할 수 있다. 렌즈 모듈(120)은 발광 소자 어레이(110)가 출력하는 광신호를 투과시킬 수 있다. 렌즈 모듈(120)은 복수 매의 렌즈(121) 및 광학 소자(122)로 구성될 수 있다.
복수 매의 렌즈(121)는 콜리메이터 렌즈(collimator lens)를 포함할 수 있다. 복수 매의 렌즈(121)는 발광 소자 어레이(110)와 광학 소자 (122) 사이에 배치될 수 있다.
광학 소자 (122)는 렌즈 모듈(120)이 출력하는 광신호를 기 설정된 복제 패턴에 따라 복제할 수 있다. 광학 소자 (122)는 회절광학소자(diffractive optical element, DOE)나 디퓨져 렌즈(diffuser lens)일 수 있다. 광학 소자 (122)는 마이크로 스케일(micro scale)이나 나노 스케일(nano scale)의 요철구조로 이루어진 소자일 수 있다. 회절광학소자는 요철 형태의 표면 구조에 입력되는 광신호의 위상과 진폭을 변조함으로써 기 설정된 형태의 파면을 갖는 광신호로 변환할 수 있다. 광학 소자 (122)에 의해 파면이 변조된 광신호는 파동 회절의 법칙에 따라 공간 또는 매질 상을 진행할 수 있다.
가변 렌즈(130)는 광신호의 광경로를 변경할 수 있다. 가변 렌즈(130)는 렌즈 모듈(120)의 하부, 복수 매의 렌즈(121)와 광학 소자(122) 사이 또는 복수 매의 렌즈(121) 사이에 배치될 수 있다. 가변 렌즈(130)가 광신호의 광경로를 변경함으로써, 발광부(100)가 출력하는 광신호의 광패턴은 면광원 패턴 또는 점광원 패턴일 수 있다. 면광원 패턴은 집광된 복수의 점광원을 확산(산란)시킨 광원 패턴을 의미할 수 있다. 가변 렌즈(130)는 액체 랜즈일 수 있다. 액체 렌즈는 서로 다른 성질을 가지는 두 종류의 액체(예를 들어, 전도성 액체 및 비전도성 액체)를 포함할 수 있다. 두 종류의 액체 사이에는 계면이 형성될 수 있다. 액체 렌즈는 인가되는 전압에 따라 계면의 굴곡 및 경사도 등이 변화됨으로써 광신호의 광경로를 변경할 수 있다.
구동부(140)는 렌즈 모듈(120)을 이동시킬 수 있다. 구동부(140)에 의해 이동된 렌즈 모듈(120)을 통과한 광신호는 광경로가 변경될 수 있다. 구동부(140)에 의해 이동한 렌즈 모듈(120)과 발광 소자 어레이(110) 사이의 간격이 멀어지면, 발광부(100)가 출력하는 광신호는 면광원 패턴에 따라 출력될 수 있다. 구동부(140)에 의해 이동한 렌즈 모듈(120)과 발광 소자 어레이(110) 사이의 간격이 가까워지면, 발광부(100)가 출력하는 광신호는 점광원 패턴에 따라 출력될 수 있다. 구동부(140)는 VCM(voice coil motor)일 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광경로 변경에 따른 광신호의 광패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈(10)은 출력되는 광신호의 광경로에 따라 광패턴이 변경될 수 있다. 일 실시예로 발광부(100)가 가변 렌즈(130)를 포함하는 경우, 광신호는 가변 렌즈(130)의 곡률이 변경됨에 따라 면광원 패턴이나 점광원 패턴을 출력할 수 있다. 예를 들어, 가변 렌즈(130)의 곡률이 일정 크기 이상이 되면, 광신호는 도 3의 (a) 및 도 4의 (a)와 같이 면광원 패턴으로 출력될 수 있다. 반면, 가변 렌즈(130)의 곡률이 일정 크기 이하가 되면, 광신호는 도 3의 (b) 및 (c), 도 4의 (b)와 같이 점광원 패턴으로 출력될 수 있다. 일정 크기 이하의 곡률에서 곡률의 크기가 작아질수록, 점광원의 해상도는 도 3의 (b)에서 도 3의 (c)와 같이 낮아질 수 있다. 여기서, 해상도가 낮아진다는 것은 점광원에 포함된 토드 사이의 거리가 멀어짐을 의미할 수 있다. 도 3의 (b)에 도시된 점광원 패턴에서 도트 사이의 거리는 도 3의 (c)에 도시된 점광원 패턴에서 도트 사이의 거리보다 작으므로, 도 3의 (b)의 점광원 해상도 대비 도 3의 (c)의 점광원 해상도는 낮을 수 있다.
다른 실시예로, 발광부(100)가 구동부(140)를 포함하는 경우, 광신호는 발광 소자 어레이(110)와 렌즈 모듈(120) 사이의 간격에 따라 면광원 패턴이나 점광원 패턴을 출력할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자 어레이(110)와 렌즈 모듈(120) 사이의 간격이 일정 거리 이하가 되면, 광신호는 도 3의 (a) 및 도 4의 (a)와 같이 면광원 패턴으로 출력될 수 있다. 반면, 발광 소자 어레이(110)와 렌즈 모듈(120) 사이의 간격이 일정 거리 이상이 되면, 광신호는 도 3의 (b) 및 (c), 도 4의 (b)와 같이 점광원 패턴으로 출력될 수 있다. 일정 거리 이상의 범위에서 발광 소자 어레이(110)와 렌즈 모듈(120) 사이의 간격이 멀어질수록, 점광원의 해상도는 도 3의 (b)에서 도 3의 (c)와 같이 낮아질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 모듈(10)은 가변 렌즈(130) 및 구동부(140)가 함께 구현될 수 있다. 발광부(100)는 가변 렌즈(130)의 곡률 및 구동부(140)에 의한 발광 소자 어레이(110)와 렌즈 모듈(120) 사이의 간격이 상기와 같이 변함에 따라 광신호의 광패턴을 변경하여 출력할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈(10)은 출력광의 해상도, 객체와의 거리, 전력 소모 정도 등에 따라 출력광의 광패턴을 면광원에서 점광원으로 변경하거나 점광원의 해상도를 변경할 수 있어, 다양한 어플리케이션의 요구 사항에 유연하게 대처할 수 있는 장점이 있다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수광부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 수광부(200)가 가변 렌즈(130)를 더 포함하는 실시예를 나타낸다.
도 5는 가변 렌즈(130)가 복수 매의 렌즈(121)와 광학 소자(122) 사이에 배치된 실시예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 수광부(200)는 발광 소자 어레이(110), 복수 매의 렌즈(121)와 광학 소자(122)를 포함하는 렌즈 모듈(120) 및 가변 렌즈(130)를 포함할 수 있다. 수광부(200)는 발광 소자 어레이(110), 복수 매의 렌즈(121), 가변 렌즈(130) 및 광학 소자 (122)의 순서로 배치될 수 있다. 따라서, 발광 소자 어레이(110)가 출력한 광신호는 복수 매의 렌즈(121)를 투과한 후 가변 렌즈(130)를 통해 광경로가 변경될 수 있다. 그리고, 가변 렌즈(130)에 의해 광경로가 변경된 광신호는 광학 소자 (122)를 통해 복제되어 객체에 출력될 수 있다.
도 6은 가변 렌즈(130)가 렌즈 모듈(120)의 하부에 배치된 실시예를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 수광부(200)는 발광 소자 어레이(110), 복수 매의 렌즈(121)와 광학 소자(122)를 포함하는 렌즈 모듈(120) 및 가변 렌즈(130)를 포함할 수 있다. 수광부(200)는 발광 소자 어레이(110), 가변 렌즈(130), 복수 매의 렌즈(121) 및 광학 소자 (122)의 순서로 배치될 수 있다. 즉, 가변 렌즈(130)는 발광 소자 어레이(110)와 렌즈 모듈(120) 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 발광 소자 어레이(110)가 출력한 광신호는 가변 렌즈(130)를 통해 광경로가 변경될 수 있다. 그리고, 가변 렌즈(130)에 의해 광경로가 변경된 광신호는 렌즈 모듈(120)에 의해 집광된 후 광학 소자(122)를 통해 복제되어 객체에 출력될 수 있다.
도 7은 가변 렌즈(130)가 복수 매의 렌즈(121)에 사이에 배치된 실시예를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 수광부(200)는 발광 소자 어레이(110), 복수 매의 렌즈(121)와 광학 소자(122)를 포함하는 렌즈 모듈(120) 및 가변 렌즈(130)를 포함할 수 있다. 수광부(200)는 발광 소자 어레이(110), 복수 매의 렌즈(121) 중 일부, 가변 렌즈(130), 복수 매의 렌즈(121) 중 나머지 일부 및 광학 소자 (122)의 순서로 배치될 수 있다. 따라서, 발광 소자 어레이(110)가 출력한 광신호는 복수 매의 렌즈(121)에 1차 집광된 후 가변 렌즈(130)를 통해 광경로가 변경될 수 있다. 그리고, 가변 렌즈(130)에 의해 광경로가 변경된 광신호는 복수 매의 렌즈(121)에 의해 2차 집광된 후 광학 소자 (122)를 통해 복제되어 객체에 출력될 수 있다.
도 8은 수광부(200)가 구동부(140)를 더 포함하는 실시예를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 수광부(200)는 발광 소자 어레이(110), 렌즈 모듈(120), 광학 소자(122) 및 구동부(140)를 포함할 수 있다. 수광부(200)는 발광 소자 어레이(110), 렌즈 모듈(120) 및 광학 소자(122)의 순서로 배치될 수 있다. 구동부(140)는 렌즈 모듈(120)과 결합되어 배치될 수 있다. 구동부(140)에 의해 렌즈 모듈(120)과 발광 소자 어레이(110) 사이의 간격이 달라짐에 따라 발광부(100)에서 출력하는 광신호의 광패턴이 변경될 수 있다. 구체적으로, 발광 소자 어레이(100)와 렌즈 모듈(120) 사이의 간격이 가까워지면, 발광부(100)는 면광원 패턴의 광신호를 출력할 수 있다. 발광 소자 어레이(100)와 렌즈 모듈(120) 사이의 간격이 멀어지면, 발광부(100)는 면광원 패턴의 광신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자 어레이(100)와 렌즈 모듈(120) 사이의 간격이 제1 거리값인 경우, 발광부(100)는 점광원 패턴의 광신호를 출력할 수 있다. 발광 소자 어레이(100)와 렌즈 모듈(120) 사이의 간격이 제1 거리값보다 큰 값인 제2 거리값인 경우, 발광부(100)는 면광원 패턴의 광신호를 출력할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 발광 소자 어레이(100)와 렌즈 모듈(120) 사이의 간격이 제1 거리값과 제2 거리값 사이의 값이 제3 거리값인 경우, 발광부(100)는 제2 거리값에 따라 출력된 점광원 패턴보다 각각의 도트 사이의 거리가 좁은 점광원 패턴의 광신호를 출력할 수도 있다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 광경로 변경에 따른 광패턴의 시뮬레이션 결과이다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 것처럼, 가변 렌즈(130)나 구동부(140)에 의해 광신호의 광경로가 변경됨에 따라 광신호는 점광원 패턴이나 면광원 패턴에 따라 객체에 출력됨을 알 수 있다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 소자의 일부 구동에 따른 광패턴 변경을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 발광 소자의 일부 구동에 따른 광패턴을 나타낸다.
도 10의 (a) 및 (b)에 도시된 도면 중 좌측에 도시된 도면은 발광 소자 어레이(110)를 나타내고, 우측에 도시된 도면은 객체에 출력된 광신호의 광패턴을 나타낸다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 어레이(110)는 복수의 발광 소자가 서로 동일한 간격으로 이격 배치될 수 있다. 이때, 복수 매의 렌즈(121)가 출력하는 광신호의 화각(FOV, Field of View)은 광학 소자 (122)가 복제하여 출력하는 광신호의 화각보다 작을 수 있다. 도 10에서, 복수 매의 렌즈(121)가 출력하는 광신호의 화각은 B1에 대응할 수 있다. 즉, A1 내지 A9 구역의 발광 소자가 생성한 광신호를 집광하여 복수 매의 렌즈(121)가 출력하면, 광신호는 객체의 B1에 대응하는 구역으로 조사될 수 있다. 반면, 광학 소자 (122)가 복제하여 출력하는 광신호의 화각은 B2 내지 B9에 대응할 수 있다. 예를 들어, A1에서 출력되는 광신호는 복제되어 객체의 B2 내지 B9에 대응하는 구역으로 조사될 수 있다.
제어부(300)는 복수의 발광 소자 중 일부가 발광하거나 복수의 발광 소자 전체가 발광하도록 제어할 수 있다. 일 실시예로, 도 10의 (a)에 도시된 것처럼, 제어부(300)는 복수의 발광 소자 중 기 설정된 간격으로 이격 배치된 발광 소자가 발광하도록 발광부(100)를 제어할 수 있다. 다른 실시예로, 도 10의 (b)에 도시된 것처럼, 제어부(300)는 복수의 발광 소자 전체가 발광하도록 발광부(100)를 제어할 수 있다. 이와 같이, 발광 소자의 일부 구동을 통해 객체에 조사되는 광패턴의 해상도를 제어할 수 있다.
도 11은 다른 실시예에 따른 발광 소자의 일부 구동에 따른 광패턴을 나타낸다.
도 11의 (a) 및 (b)에 도시된 도면 중 좌측에 도시된 도면은 발광 소자 어레이(110)를 나타내고, 우측에 도시된 도면은 객체에 출력된 광신호의 광패턴을 나타낸다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 어레이(110)는 복수의 구역으로 구분되며, 복수의 구역 각각의 일부 영역에 복수의 발광 소자가 배치될 수 있다. 예를 들어, 발광 소자 어레이(110)는 A1 내지 A9의 9개 구역으로 구분될 수 있으며, 각 구역의 좌측 상단에 9개의 발광 소자가 배치될 수 있다. 즉, 구분된 구역에 균일하게 발광 소자가 배치되지 않고, 소정의 영역에 집중되어 배치될 수 있다. 이때, 복수 매의 렌즈(121)가 출력하는 광신호의 화각(FOV, Field of View)은 광학 소자 (122)가 복제하여 출력하는 광신호의 화각보다 클 수 있다. 도 11에서, 복수 매의 렌즈(121)가 출력하는 광신호의 화각은 B1 내지 B9에 대응할 수 있다. 즉, A1 내지 A9 구역의 발광 소자가 생성한 광신호를 집광하여 렌즈 모듈(120)이 출력하면, 광신호는 객체의 B1 내지 B9에 대응하는 구역으로 조사될 수 있다. 반면, 광학 소자 (122)가 복제하여 출력하는 광신호의 화각은 B1 내지 B9 중 어느 하나에 대응할 수 있다. 예를 들어, A1에서 출력되는 광신호는 복제되어 객체의 B1에 대응하는 구역으로 조사될 수 있다. A2에서 출력되는 광신호는 복제되어 객체의 B2에 대응하는 구역으로 조사될 수 있다.
제어부(300)는 복수의 발광 소자 중 일부가 발광하거나 복수의 발광 소자 전체가 발광하도록 제어할 수 있다. 일 실시예로, 도 11의 (a)에 도시된 것처럼, 제어부(300)는 복수의 구역 각각에 배치된 구역별 발광 소자 중 일부 발광 소자가 발광하도록 발광부(100)를 제어할 수 있다. 다른 실시예로, 도 10의 (b)에 도시된 것처럼, 제어부(300)는 복수의 발광 소자 전체가 발광하도록 발광부(100)를 제어할 수 있다. 이와 같이, 발광 소자의 일부 구동을 통해 객체에 조사되는 광패턴의 해상도를 제어할 수 있다.
도 12는 다른 실시예에 따른 발광 소자의 일부 구동에 따른 광패턴을 나타낸다.
도 12의 (a) 및 (b)에 도시된 도면 중 좌측에 도시된 도면은 발광 소자 어레이(110)를 나타내고, 우측에 도시된 도면은 객체에 출력된 광신호의 광패턴을 나타낸다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 어레이(110)는 복수의 구역으로 구분되며, 복수의 구역 각각의 전체 영역에 복수의 발광 소자가 배치될 수 있다. 이때, 광학 소자(122)는 복수로 구현될 수 있다. 복수의 광학 소자(122)가 출력하는 각각의 광패턴은 서로 일부가 겹칠 수 있다. 예를 들어, 광학 소자(122)는 제1 구역에 배치된 발광 소자가 출력하는 광신호를 복제하는 제1 광학 소자와 복수의 구역 중 제2 구역에 배치된 발광 소자가 출력하는 광신호를 복제하는 제2 광학 소자를 포함할 수 있다. 제1 광학 소자가 출력하는 제1 광패턴의 영역과 제2 광학 소자가 출력하는 제2 광패턴의 영역의 일부가 겹칠 수 있다.
예를 들어, 도 12의 (a)에 도시된 것처럼, A1 구역에 배치된 발광 소자가 발광하는 경우, 제1 광학 소자는 복수 매의 렌즈(121)가 출력하는 광신호를 복제하여 B1과 같은 광패턴의 광신호를 출력할 수 있다. 반면, 도 12의 (b)에 도시된 것처럼, A1 구역 및 A2 구역에 배치된 발광 소자가 발광하는 경우, 제1 광학 소자는 복수 매의 렌즈(121)가 출력하는 A1 구역에 대응하는 광신호를 복제하여 B1과 같은 제1 광패턴의 광신호를 출력하고, 제2 광학 소자는 복수 매의 렌즈(121)가 출력하는 A2 구역에 대응하는 광신호를 복제하여 B2와 같은 제2 광패턴의 광신호를 출력할 수 있다. 이때, 제1 광패턴의 영역과 제2 광패턴의 영역의 일부가 겹칠 수 있다. 겹치는 영역에는 제1 광패턴의 해상도 및 제2 광패턴의 해상도보다 높은 해상도의 광패턴이 형성될 수 있다. 한편, 복수 매의 렌즈(121)가 출력하는 광신호의 화각(FOV, Field of View)은 제1 광학 소자 및 제2 광학 소자가 복제하여 출력하는 광신호의 화각보다 작을 수 있다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광패턴 변경을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 발광 소자에 공급되는 전력을 제어하여 광패턴을 변경하는 과정을 나타낸다. 제어부(300)는 발광부(100)의 발광 소자 어레이(110)에 공급되는 젼력을 제어할 수 있다. 제어부(300)는 발광부(100)의 발광 소자 어레이(110)에 공급되는 전력을 크기를 제어함으로써 발광부(100)가 출력하는 광신호의 광패턴을 변경할 수 있다. 예를 들어, 발광소자 어레이에 공급되는 전력의 크기를 크게 제어함으로써 발광부(100)는 높은 광도를 가지는 광패턴의 광신호를 출력할 수 있다. 이를 통해 카메라 모듈(10)은 측정 정확도를 향상시킬 수 있다. 다른 예로, 발광 소자 어레이(110)에 공급되는 전력의 크기를 작게 제어함으로써 발광부(100)는 낮은 광도를 가지는 광패턴의 광신호를 출력할 수 있다. 이를 통해 카메라 모듈(10)은 전력 소모를 줄일 수 있다.
도 14는 광신호의 노출 시간을 제어하여 광패턴을 변경하는 과정을 나타낸다. 제어부(300)는 발광부(100)가 출력하는 광신호의 노출 시간을 제어함으로써 발광부(100)가 출력하는 광신호의 광패턴을 변경할 수 있다. 예를 들어, 서브 프레임 단위에서 광신호의 노출 시간을 길게 제어함으로써 발광부(100)는 높은 강도를 가지는 광패턴의 광신호를 출력할 수 있다. 이를 통해 카메라 모듈(10)은 측정 정확도를 향상시킬 수 있다. 다른 예로, 서브 프레임 단위에서 광신호의 노출 시간을 짧게 제어함으로써 발광부(100)는 낮은 강도를 가지는 광패턴의 광신호를 출력할 수 있다. 이를 통해 카메라 모듈(10)은 전력 소모를 줄일 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 객체에 광신호를 출력하는 발광부;
    상기 객체에 반사된 광신호를 수광하는 수광부; 및
    상기 광신호가 면광원 패턴과 점광원 패턴 중 선택적으로 하나의 광패턴을 갖도록 상기 발광부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 발광부는,
    소정의 배치 패턴에 따라 복수의 발광 소자가 배치되는 발광 소자 어레이; 및
    상기 발광 소자 어레이가 출력하는 광신호를 투과시키는 렌즈 모듈;을 포함하는 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광부는,
    상기 발광 소자 어레이와 상기 렌즈 모듈 사이의 간격을 변경하여 상기 광신호의 광패턴을 변경하는 카메라 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 발광 소자 중 일부를 구동시키거나 상기 복수의 발광 소자 전체를 구동시키는 카메라 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발광 소자 어레이는,
    상기 복수의 발광 소자가 서로 동일한 간격으로 이격 배치되는 카메라 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 발광 소자 중 기 설정된 간격으로 이격 배치된 발광 소자가 발광하도록 상기 발광부를 제어하는 카메라 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발광부는,
    상기 렌즈 모듈은 상기 발광 소자 어레이가 출력하는 광신호를 복제하는 광학 소자;를 포함하는 카메라 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광학 소자가 복제하여 출력하는 광신호의 화각은, 상기 렌즈 모듈이 집광하여 출력하는 광신호의 화각보다 큰 카메라 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광 소자 어레이는,
    복수의 구역으로 구분되며, 상기 복수의 구역 각각의 일부 영역에 상기 복수의 발광 소자가 배치되는 카메라 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 구역 각각에 배치된 구역별 발광 소자 중 일부 발광 소자가 발광하도록 상기 발광부를 제어하는 카메라 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 광학 소자는,
    상기 광학 소자가 복제하여 출력하는 광신호의 화각은, 상기 렌즈 모듈이 집광하여 출력하는 광신호의 화각보다 작은 카메라 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 발광 소자 어레이는,
    복수의 영역으로 구분되며, 상기 복수의 구역 각각의 전체 영역에 상기 복수의 발광 소자가 배치되는 카메라 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 구역 중 어느 하나에 배치된 전체 발광 소자가 발광하도록 상기 발광부를 제어하는 카메라 모듈.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 광학 소자는,
    상기 복수의 구역 중 제1 구역에 배치된 발광 소자가 출력하는 광신호에 대응하는 제1 광패턴의 영역과 상기 복수의 구역 중 제2 구역에 배치된 발광 소자가 출력하는 광신호에 대응하는 제2 광패턴의 영역의 일부가 겹치도록 상기 광신호를 복제하는 카메라 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 광신호의 노출 시간을 제어하거나 상기 발광 소자 어레이에 공급되는 전력을 제어하여 상기 광신호의 강도를 조절하는 카메라 모듈.
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