WO2021054761A1 - 광학 기기 및 이의 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 의한 광학 기기 및 이의 구동 방법이 개시된다. 상기 광학 기기는 액체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리; 및 상기 액체 렌즈를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하는 제어 회로를 포함하고, 상기 구동 신호는 파형의 형태가 다른 구동 신호를 갖는 제1 구간과 제2 구간을 포함한다.

Description

광학 기기 및 이의 구동 방법
실시예는 광학 기기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광학 기기 및 이의 구동 방법에 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 렌즈부에 대한 연구가 이루어지고 있다.
다만, 액체 렌즈부에서 파면(wavefront)의 변화로 에러가 발생하는 문제가 존재한다.
실시예는, 광학 기기 및 이의 구동 방법을 제공할 수 있다.
실시예에 따른 광학 기기는 액체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리; 및 상기 액체 렌즈를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하는 제어 회로를 포함하고, 상기 구동 신호는 파형의 형태가 다른 구동 신호를 갖는 제1 구간과 제2 구간을 포함할 수 있다.
상기 제1 구간에서는 정상파(standing wave) 형태의 제1 구동 신호가 생성되고, 상기 제2 구간에서는 구형파(pulse wave) 형태의 제2 구동 신호가 생성될 수 있다.
상기 제어 회로는 상기 제1 구동 신호의 한 주기 중 1/4 주기 이상의 신호를 생성할 수 있다.
상기 제어 회로는 상기 제1 구동 신호의 한 주기 중 1/2 주기 이하의 신호를 생성할 수 있다.
상기 제1 구동 신호의 진폭은 상기 제2 구동 신호의 진폭보다 작거나 같을 수 있다.
상기 제1 구동 신호의 주파수는 80 ~ 150Hz의 범위 이내일 수 있다.
상기 제1 구동 신호의 주파수는 파수(wavenumber), 액체의 밀도와 표면 장력, 렌즈의 구경에 의해 결정될 수 있다.
상기 액체 렌즈는 표면 장력파(capillary wave)의 특성을 갖도록 설계될 수 있다.
실시예에 따른 광학 기기의 구동 방법은 제어 회로가 액체 렌즈를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제어 회로가 상기 생성된 구동 신호를 상기 액체 렌즈에 인가하는 단계를 포함하고, 상기 구동 신호는 파형의 형태가 다른 구동 신호를 갖는 제1 구간과 제2 구간을 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 액체 렌즈의 계면을 조절하기 위한 구간에 따라 파형의 형태가 다른 구동 신호를 생성하도록 함으로써, 반응속도 변화없이 WFE를 저감시킬 수 있다.
실시예에 따르면, 액체 렌즈의 특성을 고려하여 액체 렌즈의 계면을 조절할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 카메라 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른 카메라 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 실시예에 따른 카메라 모듈의 단면도이다.
도 4는 실시예에 따른 액체 렌즈부의 단면도이다.
도 5a 내지도 5e는 액체 렌즈부의 구동 방식을 설명하는 도면이다.
도 6은 구동 전압에 대응하여 계면이 조정되는 액체 렌즈부를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지도 7b는 액체 렌즈부의 구조를 도시하는 도면이다.
도 8은 실시예에 따른 카메라 모듈의 블록도이다.
도 9a 내지 도 9b는 실시예에 따른 구동 신호의 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 실시예에 따른 구동 신호의 생성 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 실시예에 따른 정상파의 다양한 형태를 나타내는 도면이다.
도 12는 실시예에 따른 구동 신호를 이용하는 경우 디옵터의 변화를 보여주는 도면이다.
도 13은 실시예에 따른 구동 신호를 이용하는 경우 WFE의 변화를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시예들간 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 실시예의 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.
실시예에서는, 액체 렌즈의 계면을 조절하기 위한 구간에 따라 파형의 형태가 다른 구동 신호를 생성하되, 액체 렌즈의 계면을 형성하는 구간에서는 정상파 형태의 구동 신호를 생성하고, 형성된 액체 렌즈의 계면을 유지하는 구간에서는 구형파 형태의 구동 신호를 생성하도록 한, 광학 기기 구동 메커니즘을 제안한다.
여기서 광학 기기는 카메라 모듈, 렌즈 모듈, 렌즈 제어장치 등을 포괄하는 개념일 수 있다. 이하 실시예에서는 광학 기기로서 카메라 모듈을 일 예로 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 카메라 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 1을 참조하면, 카메라 모듈(100)은 렌즈 어셈블리(10), 제어 회로(20) 및 이미지 센서(30)를 포함할 수 있다.
먼저, 렌즈 어셈블리(10)는 복수의 렌즈부 및 복수의 렌즈부를 수용하는 홀더를 포함할 수 있다. 후술되는 바와 같이, 복수의 렌즈부는 액체 렌즈를 포함할 수 있고 제1 렌즈부 또는 제2 렌즈부를 더 포함할 수 있다. 복수의 렌즈부는 제1 및 제2 렌즈부 및 액체 렌즈부를 포함할 수 있다.
제어 회로(20)는 액체 렌즈부에 구동 전압(또는, 동작 전압)을 공급하는 역할을 수행한다.
전술한 제어 회로(20)와 이미지 센서(30)는 하나의 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board) 상에 배치될 수 있으나, 이는 하나의 예에 불과할 뿐 실시예는 이에 국한되지 않는다.
실시예에 의한 카메라 모듈(100)이 광학 기기(Optical Device, Optical Instrument)에 적용될 경우, 제어 회로(20)의 구성은 광학 기기에서 요구하는 사양에 따라 다르게 설계될 수 있다. 특히, 제어 회로(20)는 하나의 칩(single chip)으로 구현되어, 렌즈 어셈블리(10)로 인가되는 구동 전압의 세기를 줄일 수 있다. 이를 통해, 휴대용 장치에 탑재되는 광학 기기의 크기가 더욱 작아질 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
도 2는 실시예에 따른 카메라 모듈의 분해 사시도이고, 도 3은 실시예에 따른 카메라 모듈의 단면도이고, 도 4는 실시예에 따른 액체 렌즈부의 단면도이다.
도 2 내지 도 3를 참조하면, 카메라 모듈(100)은 렌즈 어셈블리, 메인 기판(150) 및 이미지 센서(30)를 포함할 수 있다. 또한, 카메라 모듈(100)은 제1 커버(170) 및 미들 베이스(middle base)(172)를 더 포함할 수 있다. 또한, 카메라 모듈(100)은 적어도 하나의 접착 부재(162, 164) 및 제2 커버(174)를 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 접착 부재는 홀더(120)에 액체 렌즈부(140)를 결합시키거나 고정시키는 역할을 한다.
여기서, 적어도 하나의 접착 부재는 제1 접착 부재(162), 제2 접착 부재(164) 및 제3 접착 부재(166)를 모두 포함하는 것으로 예시되어 있으나, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시예에 의하면, 적어도 하나의 접착 부재는 제1 접착 부재(162), 제2 접착 부재(164) 및 제3 접착 부재(166) 중 일부만을 포함할 수도 있다.
또한, 실시예에 의하면, 도 2에 도시된 카메라 모듈(100)의 구성 요소(110 내지 190) 중 적어도 하나는 생략될 수 있다. 또는, 도 2에 도시된 구성 요소(110 내지 190)와 다른 적어도 하나의 구성 요소가 카메라 모듈(100)에 더 추가되어 포함될 수도 있다.
설명의 편의상 도 3에서 도 2에 도시된 제3 접착 부재(166), 제1 커버(170), 제2 커버(174) 및 광학층(190)의 도시는 생략되었다.
또한, 렌즈 어셈블리(도 1 참조, 10)는 액체 렌즈부(140), 홀더(120), 제1 렌즈부(110, 110A), 제2 렌즈부(130, 130A), 제1 접착 부재(162), 제2 접착 부재(164) 또는 제3 접착 부재(166) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고 렌즈 어셈블리는 메인 기판(150)의 위에 배치될 수 있다.
그리고 렌즈 어셈블리에서 액체 렌즈부(140)와 구별하기 위하여 제1 렌즈부(110, 110A) 및 제2 렌즈부(130, 130A)를 '제1 고체 렌즈부' 및 '제2 고체 렌즈부'라고 각각 칭할 수도 있다.
제1 렌즈부(110, 110A)는 렌즈 어셈블리의 상측에 배치되며, 렌즈 어셈블리의 외부로부터 광이 입사되는 영역일 수 있다. 즉, 제1 렌즈부(110, 110A)는 홀더(120) 내에서 액체 렌즈부(140) 위에 배치될 수 있다. 제1 렌즈부(110, 110A)는 하나의 렌즈로 구현될 수도 있고, 중심축을 기준으로 정렬되어 광학계를 형성하는 2개 이상의 복수의 렌즈로 구현될 수도 있다. 여기서, 중심축이란, 카메라 모듈(100)에 포함된 제1 렌즈부(110, 110A), 액체 렌즈부(140) 및 제2 렌즈부(130, 130A)가 형성하는 광학계의 광축(Optical axis)(LX)을 의미할 수도 있고, 광축(LX)과 나란한 축을 의미할 수도 있다. 광축(LX)은 이미지 센서(30)의 광축과 동일할 수 있다.
즉, 제1 렌즈부(110, 110A), 액체 렌즈부(140), 제2 렌즈부(130, 130A) 및 이미지 센서(30)는 액티브 얼라인(AA: Active Align)을 통해 광축(LX)으로 정렬되어 배치될 수 있다. 여기서, 액티브 얼라인이란, 보다 나은 이미지 획득을 위해 제1 렌즈부(110, 110A), 제2 렌즈부(130, 130A) 및 액체 렌즈부(140) 각각의 광축을 일치시키고, 이미지 센서(30)와 렌즈부들((110, 110A), (130, 130A), (140)) 간의 축 또는 거리 관계를 조절하는 동작을 의미할 수 있다.
일 실시예로, 액티브 얼라인은 특정 객체로부터 입사되는 광을 제1 렌즈부(110, 110A), 제2 렌즈부(130, 130A) 또는 액체 렌즈부(140) 중 적어도 하나를 통해 이미지 센서(30)가 수신하여 생성한 이미지 데이터를 분석하는 동작을 통해 수행될 수 있다. 예를 들어, 액티브 얼라인은 다음과 같은 순서로 수행될 수 있다.
일예로, 홀더(120)에 고정되어 장착된 제1 렌즈부(110, 110A)와 제2 렌즈부(130, 130A) 및 이미지 센서(30) 간의 상대적 위치를 조절하는 액티브 얼라인(제1 정렬)이 완료된 뒤, 홀더(120)에 삽입된 액체 렌즈부(140)와 이미지 센서(30) 간 상대적 위치를 조절하는 액티브 얼라인(제2 정렬)이 수행될 수 있다. 제1 정렬은 그리퍼(gripper)가 미들 베이스(172)를 잡은 상태로 다양한 위치로 가변시키면서 수행될 수 있고, 제2 정렬은 그리퍼가 액체 렌즈부(140)의 스페이서(143)를 잡은 상태로 다양한 위치로 가변시키면서 수행될 수 있다. 다만 액티브 얼라인은 전술한 순서와 다른 순서로 수행될 수도 있다.
그리고 홀더(120)는 액체 렌즈부(140) 위에 배치된 홀더 상부 영역(120U) 및 액체 렌즈부(140) 아래에 배치된 홀더 하부 영역(120D)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 접착 부재(162, 164) 각각은 홀더 상부 영역(120U)과 홀더 하부 영역(120D) 각각과 액체 렌즈부(140)를 결합시킬 수 있다.
그리고 제1 및 제2 접착 부재(162, 164)가 배치될 때, 액체 렌즈부(140)는 홀더(120)에 안정적으로 고정되어 결합될 수 있다.
또한, 제1 렌즈부(110A)는 예를 들어, 2개의 렌즈(L1, L2)를 포함할 수 있으나, 이는 예시적인 것이며 제1 렌즈부(110A)에 포함된 렌즈의 개수는 적어도 하나 이상일 수 있다.
그리고 제1 렌즈부(110, 110A)의 상측에 노출렌즈가 배치될 수 있다. 여기서, 노출 렌즈란, 제1 렌즈부(110, 110A)에 포함된 렌즈 중에서 최외곽 렌즈를 의미할 수 있다. 즉, 제1 렌즈부(110A)의 최상측에 위치한 렌즈(L1)가 상부로 돌출되므로, 노출 렌즈의 기능을 수행할 수 있다. 노출 렌즈는 홀더(120) 외부로 돌출되어 표면이 손상될 가능성을 갖는다. 만일, 노출 렌즈의 표면이 손상될 경우, 카메라 모듈(100)에서 촬영되는 이미지의 화질이 저하될 수 있다. 따라서, 노출 렌즈의 표면 손상을 방지 및 억제하기 위해, 노출 렌즈의 상부에 커버 글래스(cover glass)를 배치하거나, 코팅층을 형성하거나, 노출 렌즈의 표면 손상을 방지하기 위해 다른 렌즈부의 렌즈보다 강성이 강한 내마모성 재질로 노출 렌즈를 구현할 수도 있다.
또한, 제1 렌즈부(110A)에 포함된 렌즈(L1, L2) 각각의 외경은 하부(예를 들어, -z축 방향)로 갈수록 증가할 수 있으나, 실시예는 이에 한정되지 않는다.
카메라 모듈(100)의 외부로부터 제1 렌즈부(110, 110A)로 입사된 광은 액체 렌즈부(140)를 통과하여 제2 렌즈부(130, 130A)로 입사될 수 있다. 제2 렌즈부(130, 130A)는 하나의 렌즈로 구현될 수도 있고, 중심축을 기준으로 정렬되어 광학계를 형성하는 2개 이상의 복수의 렌즈로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 도 3a에 예시된 바와 같이, 제2 렌즈부(130A)는 3개의 렌즈(L3, L4, L5)를 포함할 수 있으나, 이는 예시적인 것이며 제2 렌즈부(130, 130A)에 포함된 렌즈의 개수는 2개 이하 또는 4개 이상일 수 있다.
또한, 제2 렌즈부(130A)에 포함된 렌즈(L3, L4, L5) 각각의 외경은 하부(예를 들어, -z축 방향)로 갈수록 증가할 수 있으나, 실시예는 이에 한정되지 않는다.
그리고 액체 렌즈부(140)와 달리, 제1 렌즈부(110, 110A) 및 제2 렌즈부(130, 130A) 각각은 고체 렌즈로서, 유리 또는 플라스틱으로 구현될 수 있으나, 실시예는 제1 렌즈부(110, 110A) 및 제2 렌즈부(130, 130A) 각각의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
또한, 액체 렌즈부(140)는 제1 영역 내지 제5 영역(A1, A2, A3, A4, A5)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제4 영역(A4) 및 제5 영역(A5)은 카메라 모듈(100)의 최외측에 위치하고, 제1 영역(A1), 제2 영역(A2) 및 제3 영역(A3)은 제4 영역(A4)과 제5 영역(A5) 사이에 배치될 수 있다. 그리고 제3 영역(A3)은 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2) 사이에 배치될 수 있다. 그리고 제1 영역(A1)은 제4 영역(A4)과 제3 영역(A3) 사이에 배치될 수 있으며, 제2 영역(A2)은 제3 영역(A3)과 제5 영역(A5) 사이에 배치될 수 있다.
다시 말해, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)은 홀더(120)의 측면 각각의 개구의 내부에 배치된 영역일 수 있다. 제3 영역(A3)은 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2) 사이의 영역일 수 있다. 그리고 제4 영역(A4) 및 제5 영역(A5)은 홀더(120)의 개구로부터 돌출되는 영역으로서 개구에서 홀더(120)의 외부에 배치된 영역이다.
이하에서 제1 접착 부재(162) 및 제2 접착 부재(164)에 대해 설명하고, 액체 렌즈부(140)는 후술한다.
제1 접착 부재(162)는 제1 및 제2 접착부(162-1, 162-2)를 포함하고, 제2 접착 부재(164)는 제3 및 제4 접착부(164-1, 164-2)를 포함할 수 있다. 이러한 접착부는 접착제, 에폭시 등을 포함할 수 있다.
먼저, 제1 접착부(162-1)는 홀더(120)와 액체 렌즈부(140)의 제4 영역(A4)의 상면(140TS)을 결합시키고, 제3 접착부(164-1)는 홀더(120)와 액체 렌즈부(140)의 제5 영역(A5)의 상면을 결합시킨다 여기서, 액체 렌즈부(140)의 제4 영역(A4) 및 제5 영역(A5) 각각의 상면(140TS)은 제1 연결 기판(141)의 상면인 것으로 예시되어 있으나, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 액체 렌즈부(140)가 연결 기판(141, 144) 또는 스페이서(143)를 포함하지 않는 경우, 액체 렌즈부(140)의 상면이란, 액체 렌즈(142)의 상면일 수 있다.
또한, 홀더(120)는 액체 렌즈부(140)(또는, 액체 렌즈(142)) 위에 배치되는 홀더 상부와 액체 렌즈부(140)(또는, 액체 렌즈(142)) 아래에 배치되는 홀더 하부를 포함할 수 있다. 또한, 홀더(120)는 액체 렌즈(142) 또는 액체 렌즈부(140) 측면과 대면하는 측벽을 포함할 수 있다. 제1 접착부(162-1) 및 제3 접착부(164-1) 각각은 홀더 상부 영역(120U)과 액체 렌즈부(140)를 결합시킬 수 있다. 이와 같이, 제1 접착부(162-1) 및 제3 접착부(164-1) 각각이 홀더(120)와 액체 렌즈부(140)를 결합시킴으로써, 홀더(120)에 액체 렌즈부(140)가 고정될 수 있다.
또한, 제2 접착부(162-2)는 홀더(120)와 액체 렌즈부(140)의 제4 영역(A4)의 하면(140BS) 및 측면을 결합시킬 수 있다. 여기서, 액체 렌즈부(140)의 하면(140BS)은 제2 연결 기판(144)의 하면이고, 액체 렌즈부(140)의 측면은 스페이서(143)의 측면인 것으로 예시되어 있으나, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 액체 렌즈부(140)가 제1 및 제2 연결 기판(141, 144) 또는 스페이서(143)를 포함하지 않는 경우, 액체 렌즈부(140)의 하면 또는 측면이란, 액체 렌즈(142)의 하면 또는 측면을 각각 의미할 수 있다. 이와 동일하게, 제4 접착부(164-2)는 홀더(120)와 액체 렌즈부(140)의 제5 영역(A5)의 하면(140BS) 및 측면(140SS)을 결합시킬 수 있다. 여기서, 액체 렌즈부(140)의 하면(140BS)은 제2 연결 기판(144)의 하면이고, 액체 렌즈부(140)의 측면(140SS)은 스페이서(143)의 측면일 수 있으나, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 액체 렌즈부(140)가 연결 기판(141, 144) 또는 스페이서(143)를 포함하지 않는 경우, 액체 렌즈부(140)의 하면 또는 측면이란, 액체 렌즈(142)의 하면 또는 측면을 각각 의미할 수 있다.
또한, 제2 접착부(162-2) 및 제4 접착부(164-2) 각각은 홀더 하부 영역(120D)과 액체 렌즈부(140)를 결합시킬 수 있다. 이와 같이, 제2 접착부(162-2) 및 제4 접착부(164-4) 각각은 홀더(120)와 액체 렌즈부(140)를 결합시킴으로써, 홀더(120)의 개구를 밀폐할 수 있다. 예컨대, 제1 접착부(162-1)와 제2 접착부(164-1)는 서로 연결될 수 있고, 제3 접착부(164-1)와 제4 접착부(164-2)는 서로 연결되어 상술한 밀폐를 수행할 수 있다.
도시되지 않았지만, 제3 접착 부재(166)는 홀더(120)의 상면과 제1 커버(170) 사이의 이격 공간(또는, 갭)을 메우도록 배치될 수 있다. 그리고 경우에 따라, 제3 접착 부재(166)는 생략될 수도 있다. 이 경우, 홀더(120)의 상면과 제1 커버(170) 사이의 이격 공간은 비워질 수 있다.
실시예는 전술한 제1 내지 제3 접착 부재(162, 164, 166)의 형상에 국한되지 않는다. 즉, 외부로부터 홀더(120)의 개구를 통해 홀더(120)의 내부로 이물질이 유입되지 않도록 홀더(120)의 내부를 밀봉할 수 있다면, 제1 접착 부재 내지 제3 접착 부재(162, 164, 166)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 접착 부재(162) 및 제2 접착 부재(164)가 홀더(120)의 개구를 각각 밀폐시키도록 배치된 상태에서 제3 접착 부재(166)가 홀더(120)의 상면과 제1 커버(170) 사이의 이격 공간을 메우도록 배치될 경우, 홀더(120)의 내부 공간에 배치된 액체 렌즈부(140)의 제3 영역(A3)은 외부로부터 밀봉될 수 있다. 이에, 실시예에 따른 카메라 모듈(100)이 이물질로부터 신뢰성이 개선되고 광학 성능이 저하를 방지하고 불량률을 감소시킬 수 있다.
또한, 제1 접착부 내지 제4 접착부(162-1, 164-1, 162-2, 164-2) 각각은 다양한 형상을 가질 수 있다. 즉, 제1 접착부(162-1), 제2 접착부(162-2), 제3 접착부(164-1) 및 제4 접착부(164-2) 각각은 홀더(120)의 개구 각각의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있다.
그리고 제4 영역(A4) 및 제5 영역(A5)과 함께 제1 및 제2 영역(A1, A2)에도 접착제가 배치될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상술한 제1 커버(170)는 홀더(120), 액체 렌즈부(140), 미들 베이스(172) 및 센서 베이스(178)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이에, 제1 커버(170)는 홀더(120)의 어깨측 상면(120S)과 접촉할 수 있다. 이때, 제1 접착부(162-1) 및 제3 접착부(164-1) 각각의 상면(162S)이 홀더(120)의 어깨측 상면(120S)보다 더 높을 경우, 제1 커버(170)는 홀더(120)의 어깨측 상면(120S) 대신에 제1 접착부(162-1) 및 제3 접착부(164-1) 각각의 상면(162S)에 접할 수 있다. 이로 인해, 제1 커버(170)가 홀더(120)에 불안정하게 고착될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 홀더(120)의 상면(120S)은 제1 접착부(162-1)의 상면(162S)보다 소정의 높이만큼 차이를 갖도록 배치될 수 있다. 이와 마찬가지로, 홀더(120)의 상면(120S)은 제3 접착부(164-1)의 상면(164S)보다 소정의 높이만큼 더 높을 수 있다.
또한, 홀더(120)의 상면(120S)의 높이와 제1 접착부(162-1)의 상면(162S)의 높이는 동일할 수도 있고, 홀더(120)의 상면(120S)의 높이는 제3 접착부(164-1)의 상면(164S)의 높이와 동일할 수도 있다.
그리고 이상에서, 제1 접착 부재(162) 및 제2 접착 부재(164)에 대한 특징을 설명할 때 언급된 액체 렌즈부(140)는 제1 및 제2 연결 기판(141, 144)을 포함하는 것으로 하였다. 그러나, 전술한 제1 접착 부재(162) 및 제2 접착 부재(164)에 대한 특징을 설명할 때 언급되는 액체 렌즈부(140)는 제1 및 제2 연결 기판(141, 144)을 포함하지 않을 수도 있다.
또한, 제1 커버(170)는 홀더(120), 액체 렌즈부(140), 제3 접착 부재(166) 및 미들 베이스(172)를 둘러싸도록 배치되어, 이들(홀더(120), 액체 렌즈부(140), 제3 접착 부재(166) 및 미들 베이스(172))을 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다. 특히, 제1 커버(170)가 배치됨으로써, 광학계를 형성하는 복수의 렌즈들을 외부 충격으로부터 보호할 수 있다.
또한, 제1 커버(170)는 상부면에 형성된 상측 개구(170H)를 포함할 수 있다. 이에, 홀더(120)에 배치되는 제1 렌즈부(110, 110A)가 외부광에 노출될 수 있다.
그리고 미들 베이스(172)는 홀더(120)의 홀을 둘러싸면서 배치될 수 있다. 이에 따라, 미들 베이스(172)는 홀더(120)의 홀을 수용하기 위한 수용홀(172H)을 포함할 수 있다. 미들 베이스(172)의 내경(즉, 수용홀(172H)의 직경)은 홀더(120)의 홀의 외경 이상일 수 있다. 그리고 미들 베이스(172)의 수용홀(172H)과 홀더(120)의 홀의 형상은 각각 원형인 것으로 도시되어 있으나, 실시예는 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 변경될 수도 있다. 또한, 미들 베이스(172)는 메인 기판(150) 상에서 회로 소자(151)와 이격되어 메인 기판(150)에 장착될 수 있다.
제1 커버(170)의 상측 개구(170H)와 마찬가지로 수용홀(172H)은 미들 베이스(172)의 중앙 부근에서, 카메라 모듈(100)에 배치된 이미지 센서(30)의 위치에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
또한, 카메라 모듈(100)은 센서 베이스(178) 및 필터(176)를 더 포함할 수도 있으며, 회로 커버(154)를 더 포함할 수 있다.
필터(176)는 제1 렌즈부(110, 110A), 액체 렌즈부(140) 및 제2 렌즈부(130, 130A)를 통과한 광을 특정 파장 범위로 필터링할 수 있다. 필터(176)는 적외선(IR) 차단 필터 또는 자외선(UV) 차단 필터일 수 있으나, 실시예는 이에 한정되지 않는다.
또한, 필터(176)는 이미지 센서(30) 위에 배치될 수 있다. 필터(176)는 센서 베이스(178)의 내부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 필터(176)는 센서 베이스(178)의 내부 홈 또는 단차에 배치되거나 장착될 수 있다.
센서 베이스(178)는 미들 베이스(172)의 하부에 배치되고 메인 기판(150)에 부착될 수 있다. 센서 베이스(178)는 이미지 센서(30)를 둘러싸고 이미지 센서(30)를 외부의 이물질 또는 충격으로부터 보호할 수 있다.
다음으로, 메인 기판(150)은 미들 베이스(172)의 하부에 배치되고, 이미지 센서(30)가 장착, 안착, 접촉, 고정, 가고정, 지지, 결합, 또는 수용될 수 있는 홈, 회로 소자(151), 연결부(또는, FPCB)(152) 및 커넥터(153)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 메인 기판(150)은 홀더(120)가 배치되는 홀더 영역과 복수의 회로 소자(151)가 배치되는 소자 영역을 포함할 수 있다.
메인 기판(150)은 FPCB(152)를 포함하는 RFPCB(Rigid Flexible Printed Circuit Board)로 구현될 수 있다. FPCB(152)는 카메라 모듈(100)이 장착되는 공간이 요구하는 바에 따라 벤딩될 수 있다.
그리고 메인 기판(150)의 회로 소자(151)는 액체 렌즈부(140) 및 이미지 센서(30)를 제어하는 제어 모듈을 구성할 수 있다. 여기서, 제어 모들에 대해서는 후술한다.
그리고 회로 소자(151)는 수동 소자 및 능동 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 다양한 넓이 및 높이를 가질 수 있다. 회로 소자(151)는 복수 개일 수 있으며, 메인 기판(150)의 높이보다 높은 높이를 가지면서 외부로 돌출될 수 있다. 복수의 회로 소자(151)는 홀더(120)와 광축(LX)에 평행한 방향상에서 오버랩 되지 않도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 회로 소자(151)는 파워 인덕터(power inductor) 및 자이로 센서 등을 포함할 수 있으나, 실시예는 회로 소자(151)의 특정한 종류에 국한되지 않는다.
회로 커버(154)는 회로 소자(151)를 덮도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 회로 커버(154)는 메인 기판(150)의 상부에 배치된 회로 소자(151)가 외부 충격으로부터 보호될 수 있다. 또한, 이를 위하여 회로 커버(154)는 메인 기판(150)에 배치된 회로 소자(151)의 형상 및 위치를 고려하여 회로 소자(151)를 수용하여 덮기 위한 수용 공간을 포함할 수 있다. 그리고 회로 커버(154)는 전자기 차폐기능을 할 수 있다.
이미지 센서(30)는 렌즈 어셈블리(110, 120, 130, 140, 162, 164)의 제1 렌즈부(110, 110A), 액체 렌즈부(140) 및 제2 렌즈부(130, 130A)를 통과한 광을 이미지 데이터로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 이미지 센서(30)는 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이를 통해 광을 아날로그 신호로 변환하고, 아날로그 신호에 상응하는 디지털 신호를 합성하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조할 때, 액체 렌즈부(140)는 제1 연결 기판(또는, 개별 전극 연결 기판)(141), 액체 렌즈(또는, 액체 렌즈 본체)(142), 스페이서(143) 및 제2 연결 기판(또는, 공통 전극 연결 기판)(144)을 포함할 수 있다.
제1 연결 기판(141)은 액체 렌즈(142)에 포함된 복수의 제1 전극(미도시)을 메인 기판(150)에 전기적으로 연결하며, 액체 렌즈(142) 위에 배치될 수 있다. 제1 연결 기판(141)은 연성회로기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board)로 구현될 수 있다.
또한, 제1 연결 기판(141)은 복수의 제1 전극 각각과 전기적으로 연결된 연결 패드(141-1)를 통해 메인 기판(150) 상에 형성된 전극 패드(150-1)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 액체 렌즈부(140)가 홀더(120)의 내부 공간에 삽입된 후, 제1 연결 기판(141)은 메인 기판(150)을 향해 -z축 방향으로 벤딩(bending)된 후, 연결 패드(141-1)와 전극 패드(150-1)는 전도성 에폭시(conductive epoxy)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 다른 실시예로 제1 연결 기판(141)은 홀더(120)의 표면에 배치, 형성, 또는 코팅된 도전성 제1 홀더 표면 전극과 연결되어 홀더(120)의 표면에 배치된 도전성 제1 홀더 표면 전극을 통해 메인 기판(150)과 전기적으로 연결될 수 있으나, 실시예는 이에 한정되지 않는다.
제2 연결 기판(144)은 액체 렌즈(142)에 포함된 제2 전극(미도시)을 메인 기판(150)에 전기적으로 연결하며, 액체 렌즈(142) 아래에 배치될 수 있다. 제2 연결 기판(144)은 FPCB 또는 단일 메탈 기판(전도성 메탈 플레이트)으로 구현될 수 있다.
또한, 제2 연결 기판(144)은 제2 전극과 전기적으로 연결된 연결 패드를 통해 메인 기판(150) 상에 형성된 전극 패드와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 액체 렌즈부(140)가 홀더(120)의 내부 공간에 삽입된 후, 제2 연결 기판(144)은 메인 기판(150)을 향해 -z축 방향으로 벤딩될 수 있다. 다른 실시예로 제2 연결 기판(144)은 홀더(120)의 표면에 배치, 형성, 또는 코팅된 도전성 표면 전극과 연결되어 홀더(120)의 표면에 배치된 도전성 표면 전극을 통해 메인 기판(150)과 전기적으로 연결될 수 있으나, 실시예는 이에 한정되지 않는다.
액체 렌즈(142)는 캐비티(cavity, CA)를 포함할 수 있다. 그리고 캐비티(CA)에서 광이 입사되는 방향의 개구 면적은 반대 방향의 개구 면적보다 좁을 수 있다. 또는, 캐비티(CA)의 경사 방향이 반대가 되도록 액체 렌즈(142)가 배치될 수도 있다. 즉, 캐비티(CA)에서 광이 입사되는 방향의 개구 면적은 반대 방향의 개구 면적보다 클 수도 있다. 또한, 캐비티(CA)의 경사 방향이 반대가 되도록 액체 렌즈(142)가 배치될 때, 액체 렌즈(142)의 경사 방향에 따라서 액체 렌즈(142)에 포함된 구성의 배치 전체 또는 일부가 함께 바뀌거나, 캐비티(CA)의 경사 방향만 변경되고 나머지 구성의 배치는 바뀌지 않을 수도 있다.
스페이서(143)는 액체 렌즈(142)를 둘러싸도록 배치되어, 액체 렌즈(142)를 외부 충격으로부터 보호할 수 있다. 이를 위해, 스페이서(143)는 액체 렌즈(142)가 그의 내부에 장착, 안착, 접촉, 고정, 가고정, 지지, 결합, 또는 배치될 수 있는 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 스페이서(143)는 액체 렌즈(142)를 수용되는 중공(143H) 및 가운데에 형성된 중공(143H)을 에워싸는 프레임을 포함할 수 있다. 이와 같이, 스페이서(143)는 가운데가 뚤린 사각형 평면 형상(이하, 'ㅁ' 자 형성이라 함)을 가질 수 있으나, 실시예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 스페이서(143)는 제1 연결 기판(141)과 제2 연결 기판(144) 사이에 배치될 수 있으며, 홀더(120)의 개구로부터 돌출되어 배치될 수 있다
또한, 액체 렌즈(142)는 서로 다른 종류의 복수의 액체(LQ1, LQ2), 제1 내지 제3 플레이트(147, 145, 146), 제1 및 제2 전극(E1, E2) 및 절연층(148)을 포함할 수 있다. 액체 렌즈(142)는 광학층(190)을 더 포함할 수 있다.
그리고 복수의 액체(LQ1, LQ2)는 캐비티(CA)에 수용되며, 전도성을 갖는 제1 액체(LQ1)와 비전도성을 갖는 제2 액체(또는, 절연 액체)(LQ2)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 액체(LQ1)와 제2 액체(LQ2)는 서로 섞이지 않으며, 제1 및 제2 액체(LQ1, LQ2) 사이의 접하는 부분에 계면(BO)이 형성될 수 있다. 그리고 제2 액체(LQ2)는 제1 액체(LQ1) 상에 배치될 수 있으나, 실시예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 액체 렌즈(142)의 단면 형상에서 제1 및 제2 액체(LQ2, LQ1)의 가장 자리는 중심부보다 두께가 얇을 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 제1 액체(LQ1)는 오일(oil)일 수 있다.
제1 플레이트(147)는 내측면이 캐비티(CA)의 측벽(i)을 이룰 수 있다. 제1 플레이트(147)는 기 설정된 경사면을 갖는 상하의 개구부를 포함할 수 있다. 즉, 캐비티(CA)는 제1 플레이트(147)의 경사면, 제2 플레이트(145) 및 제3 플레이트(146)로 둘러싸인 영역일 수 있다.
또한, 실시예에 따르면 상부에서 개구의 크기(또는, 면적, 또는 폭)(O1)보다 하부에서 개구의 크기(또는, 면적, 또는 폭)(O2)가 더 클 수 있다. 여기서, 상부 개구 및 하부 개구 각각의 크기는 수평 방향(예를 들어, x축 방향 및 y축 방항)의 단면적일 수 있다. 예를 들어, 그리고 개구의 크기란, 개구의 단면이 원형이면 반지름을 의미하고, 개구의 단면이 정사각형이면 대각선의 길이를 의미할 수 있다. 그리고 개구의 직경은 액체 렌즈(142)에서 요구하는 화각(FOV) 또는 액체 렌즈(142)가 카메라 모듈(100)에서 수행해야 할 역할에 따라 달라질 수 있다.
또한, 개구 각각은 원형의 단면을 가지는 홀(hole)의 형상일 수 있으며, 계면(BO)은 구동 전압에 의해 캐비티(CA)의 경사면을 따라 움직일 수 있다.
그리고 상술한 바와 같이 제1 액체(LQ1) 및 제2 액체(LQ2)는 캐비티(CA)에 충진, 수용 또는 배치될 수 있다. 그리고 캐비티(CA)는 제1 렌즈부(110, 110A)를 통과한 광이 투과하는 부위이다. 또한, 제1 플레이트(147)는 캐비티(CA)의 외측에 위치하므로 투명한 재료로 이루어질 수도 있다. 뿐만 아니라, 제1 플레이트(147)는 광의 투과가 용이하지 않도록 불순물을 포함할 수도 있다.
또한, 제1 플레이트(147)는 일면과 타면에 전극이 각각 배치될 수 있다. 복수의 제1 전극(E1)은 제2 전극(E2)과 이격되어 배치되고, 제1 플레이트(147)의 일면(예를 들어, 상부면과 측면 및 하부면)에 배치될 수 있다. 제2 전극(E2)은 제1 플레이트(147)의 타면(예를 들어, 하부면)의 적어도 일부 영역에 배치되고, 제1 액체(LQ1)와 직접 접촉할 수 있다.
또한, 제1 전극(E1)은 n개의 전극(이하, '개별 전극'이라 함)일 수 있고, 제2 전극(E2)은 한 개의 전극(이하, '공통 전극'이라 함)일 수 있다. 여기서, n은 2 이상의 정수일 수 있다. 여기서, 제1 전극(E1)이 4개, 제2 전극(E2)이 1개인 경우로 이하 설명한다. 즉, 액체 렌즈(142)에 전기적으로 연결된 양단은 복수의 제1 전극(E1) 중 어느 하나와 제2 전극(E2)을 의미할 수 있다.
또한, 제1 플레이트(147)의 타면에 배치된 제2 전극(E2)의 일부(즉, 제2 전극(E2)의 전극 섹터)가 전도성을 갖는 제1 액체(LQ1)에 노출될 수 있다.
이러한 제1 및 제2 전극(E1, E2)은 각각이 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 제2 플레이트(145)는 제1 전극(E1)의 일면에 배치될 수 있다. 즉, 제2 플레이트(145)는 제1 플레이트(147)의 상부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 플레이트(145)는 제1 전극(E1)의 상면과 캐비티(CA) 위에 배치될 수 있다.
제3 플레이트(146)는 제2 전극(E2)의 일면에 배치될 수 있다. 즉, 제3 플레이트(146)는 제1 플레이트(147)의 하부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제3 플레이트(146)는 제2 전극(E2)의 하면과 캐비티(CA) 아래에 배치될 수 있다.
제2 플레이트(145)와 제3 플레이트(146)는 제1 플레이트(147)를 사이에 두고 서로 대향하여 배치될 수 있다. 또한, 제2 플레이트(145) 또는 제3 플레이트(146) 중 적어도 하나는 생략될 수도 있다.
한편, 광학층(190)은 제2 플레이트(145) 또는 제3 플레이트(146)의 중 적어도 하나의 일면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 광학층(190)은 제2 플레이트(145)의 위 또는 아래 중 적어도 한 곳에 배치될 수도 있고, 제3 플레이트(146)의 위 또는 아래 중 적어도 한 곳에 배치될 수도 있고, 제2 및 제3 플레이트(145, 146) 각각의 위 또는 아래 중 적어도 한 곳에 배치될 수도 있다.
그리고 액체 렌즈(142)와 광학층(190)은 서로 별개로 도시되어 있지만, 광학층(190)은 액체 렌즈(142)의 구성 요소일 수도 있다. 또한, 광학층(190)이 단일층인 것으로 도시되어 있지만, 이는 광학층(190)의 존재를 표시하기 위함일 뿐이다. 즉, 광학층(190)은 단일층 또는 다층일 수도 있다.
그리고 광학층(190)은 자외선 차단층, 반사 반지층 또는 적외선 차단층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광학층(190)은 이미지 센서(30)와 광축(LX)(즉, z축) 방향 또는 광축 방향과 나란한 방향으로 중첩되어 배치될 수 있다. 또한, 광학층(190)은 액체 렌즈부(140)의 제3 영역(A3)에 배치될 수 있다. 예컨대, 자외선 차단층은 자외선 특히 UV-A 영역의 광을 차단할 수 있다. 자외선 차단층은 액체 렌즈(142)로 광이 입사하는 영역에 배치될 수 있으며, 제1 렌즈부(110, 110A)로부터 전달될 수 있는 자외선 특히 UV-A 영역의 광을 차단할 수 있다. UV-C는 파장이 상대적으로 짧아서 침투력이 작아서 오존층에서 대부분이 차단되고, UV-B는 일반적인 유리에 차단되나, UV-A는 일반적인 유리를 통과하여 별도의 차단층이 특히 필요할 수 있다.
또한, 반사 방지층은 제2 플레이트(1450 또는 제3 플레이트(146)에서 광이 반사됨을 방지하는 역할을 수행할 수 있으며, 액체 렌즈(142)에서의 프레넬 손실(Fresnel loss)에 의한 광투과율 저하를 줄이고 액체 렌즈(142)의 야간 시인성이 저하되는 것을 방지할 수도 있다. 특히, 비록 도시되지는 않았지만, 반사 방지층은 절연층(148)의 경사면과 하부면에 배치될 수도 있으며, 반사 방지층은 광이 반사되어 이미지 센서(30)로 전달되는 광의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 적외선 차단(IR cut-off)층은 적외선 영역의 광을 차단할 수 있다. 적외선 차단층은, 적외선이 외부로부터 액체 렌즈(142)로 입사되는 것을 방지하여 영상의 열 얼룩을 제거하고, 액체 렌즈(142)의 표면에서의 광 반사를 줄여서 야간 시인성 저하를 방지할 수 있도록 한다.
그리고 실시예에 따른 카메라 모듈(100)의 입광부 또는 출광부 중 적어도 한 곳에 자외선 차단층, 반사 방지층 또는 적외선 차단층 중 적어도 하나가 배치될 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 광학층(190)은 코팅된 형태나 필름 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 광학층(190)의 반사 방지층은 저온에서 스프레이 방법 등에 의하여 코팅하여 형성될 수 있다.
도 5a 내지도 5e는 액체 렌즈부의 구동 방식을 설명하는 도면이다. 이하에서 전압은 제1 전극과 제2 전극 사이에 인가되는 것으로 설명한다.
먼저, 도 5a는 액체 렌즈부(140)에 제1 전압(V1)이 인가되어, 액체 렌즈의 계면(BO1)이 광의 진행 방향으로 볼록할 수 있다. 이에, 액체 렌즈부가 오목 렌즈와 같이 동작하는 것을 예시한다. 그리고 도 5b는 액체 렌즈부(140)에 제1 전압(V1) 보다 큰 제2 전압(V2)이 인가되어, 액체 렌즈의 계면(BO2)이 광의 진행 방향과 수직할 수 있다. 이에, 액체 렌즈부가 광의 진행 방향을 변경하지 않는 것을 예시한다. 그리고 도 5c는 액체 렌즈부(140)에 제2 전압(V2) 보다 큰 제3 전압(V3)이 인가되어, 액체 렌즈의 계면(BO3)이 광의 진행 방향에 반대 방향으로 볼록할 수 있다. 이에, 액체 렌즈부가 볼록 렌즈와 같이 동작하는 것을 예시한다. 이 때, 제1 전압(V1) 내지 제3 전압(V3)이 인가되는 경우에, 액체 렌즈부(140) 내의 액체 렌즈의 계면(BO1, BO2, BO3)은 모두 상이한 곡률을 각각 가질 수 있다.
즉, 실시예에 따른 액체 렌즈부(140)에서는 인가되는 전압의 레벨에 따라, 액체 렌즈부의 액체 렌즈의 곡률 또는 디옵터(diopter)가 변하는 것을 예시하나, 이에 한정되지 않으며, 인가되는 펄스의 펄스폭에 따라, 액체 렌즈의 곡률 또는 디옵터가 변하는 것도 가능하다.
그리고 도 5d는 액체 렌즈부(140) 내의 액체 렌즈가 도 5c와 동일한 곡률(BO3)을 가짐에 따라, 볼록 렌즈와 같이 동작하는 것을 예시한다. 이에, 도 5d에 따르면, 입사광(LPa)이 집중되어, 해당하는 출력광(LPb)이 출력되게 된다.
그리고 도 5e는 액체 렌즈부(140) 내의 액체 렌즈가 비대칭 곡면(예컨대, 계면이 상부에서 광의 진행 방향에 반대 방향으로 볼록)을 가짐에 따라, 광의 진행 방향이 일측(예컨대, 상측)으로 변경되는 것을 예시한다. 즉, 도 5d에 따르면, 입사광(LPa)이 상측으로 집중되어, 해당하는 출력광(LPc)이 출력되게 된다.
도 6은 구동 전압에 대응하여 계면이 조정되는 액체 렌즈부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 도 6(a)는 액체 렌즈부를 설명하고, 도 6(b)는 액체 렌즈부의 등가회로를 설명한다.
도 6(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 액체 렌즈의 계면이 변형될 수 있다.
또한, 도 6(b)를 참조하면, 액체 렌즈(142)는 일측은 서로 다른 개별 단자(L1, L2, L3, L4)로부터 동작 전압을 인가 받고, 다른 일측은 공통 단자(C0)와 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고 공통 단자(C0)와 복수의 캐패시터(149)가 연결될 수 있다. 그리고 등가회로에 포함된 복수의 캐패시터(149)는 약 수십 내지 200 피코패럿(pF) 이하의 작은 캐패시턴스를 가질 수 있다. 액체 렌즈의 단자는 전극 섹터 또는 서브 전극으로 불릴 수도 있다.
도 7a 내지도 7b는 액체 렌즈부의 구조를 도시하는 도면이다.
도 7a를 참조하면, 액체 렌즈부(140)는 일측에 공통 전극(제2 전극에 대응, E2)이 배치될 수 있다. 이때, 공통 전극(E2)은, 튜브 형태로 배치될 수 있으며, 공통 전극(E2)의 하부 영역에, 특히, 중공에 대응하는 영역에, 액체(LQ)가 배치될 수 있다.
한편, 도면에서는 도시하지 않았지만, 공통 전극(E2)의 절연을 위해, 공통 전극(E2)과 액체(LQ) 사이에, 절연층이 배치될 수도 있다.
그리고 도 7b와 같이, 공통 전극의 하부, 특히, 액체(LQ)의 하부에, 복수의 제1 전극(E11 내지 E14)이 배치될 수 있다. 복수의 제1 전극(E11 내지 E14)은, 특히, 액체(LQ)를 둘러싸는 형태로 배치될 수 았다.
그리고, 복수의 제1 전극(E11 내지 E14)과 액체(LQ) 사이에, 절연을 위한 복수의 절연층(148a 내지 148d)가 각각 배치될 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 카메라 모듈의 블록도이고, 도 9a 내지 도 9b는 실시예에 따른 구동 신호의 형태를 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 실시예에 따른 구동 신호의 생성 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 실시예에 따른 카메라 모듈은 제어 회로(210), 액체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리(220)를 포함할 수 있다. 여기서 제어 회로(210)는 전술한 제어 회로(20)에 해당하고 렌즈 어셈블리(220)는 전술한 렌즈 어셈블리(10)로, 즉 렌즈 어셈블리(110, 120, 130, 140, 162, 164)에 해당할 수 있다.
렌즈 어셈블리(220)는 복수의 렌즈부를 포함하되, 복수의 렌즈부는 액체 렌즈를 포함할 수 있다.
제어 회로(210)는 액체 렌즈를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하되, 구간에 따라 파형의 형태가 다른 구동 신호를 생성하여 렌즈 어셈블리(220) 내 액체 렌즈에 인가할 수 있다.
여기서 구동 신호는 액체 렌즈의 계면을 형성하기 위한 정상파 형태의 구동 신호와, 액체 렌즈의 계면을 유지하기 위한 구형파 형태의 구동 신호를 포함할 수 있다.
따라서 제어 회로(210)는 정상파 형태의 구동 신호를 생성하여 인가하다가 구형파 형태의 구동 신호를 생성하여 인가함으로써 액체 렌즈의 계면을 형성할 수 있다.
이때, 실시예에 따른 구동 신호는 액체 렌즈의 개별 단자를 통해서 전압이 인가되면 인가된 전압이 공통 단자에 인가되는 전압과의 상호작용으로 형성되는 구동 전압을 의미할 수 있다.
도 9a를 참조하면, 종래에는 구형파 형태의 구동 신호를 생성하여 인가하였고, 액체 렌즈의 계면을 형성하기 위한 미리 정해진 전압의 구동 신호를 생성하였다.
도 9b를 참조하면, 실시예에서는 구동 신호를 인가하는 구간을 액체 렌즈의 계면을 형성하는 제1 구간(A)과 형성된 액체 렌즈의 계면을 유지하는 제2 구간(B)으로 구분할 수 있다.
제1 구간(A)에서는 해당 디옵터(diopter)에 상응하는 액체 렌즈의 계면을 형성하기 위한 미리 정해진 진폭을 갖는 정상파 형태의 제1 구동 신호를 생성하고, 제2 구간(B)에서는 제1 구동 신호에 의해 형성된 액체 렌즈의 계면을 유지하기 위한 미리 정해진 진폭을 갖는 구형파 형태의 제2 구동 신호를 생성할 수 있다. 여기서 제1 구동 신호의 주파수는 100Hz로 설정된 경우를 일 예로 설명하고 있다.
이때, 제1 구동 신호의 진폭(amplitude)은 제2 구동 신호의 진폭과 같거나 작을 수 있고, 바람직하게 제1 구동 신호의 진폭은 제2 구동 신호의 진폭과 같을 수 있다.
이러한 이유는 제1 구동 신호의 진폭이 제2 구동 신호의 진폭보다 크게 설정되면 WFE가 더 커질 수 있기 때문에 제2 구동 신호의 진폭보다 같거나 작게 설정되어야 한다.
제1 구간(A)은 다시 제1 서브 구간(a1)과 제2 서브 구간(a2)으로 구분될 수 있는데, 제1 서브 구간(a1)은 액체 렌즈의 계면을 형성하는 메인 구간이고, 제2 서브 구간(a2)은 액체 렌즈의 계면을 형성하는 보조 구간일 수 있다. 즉, 제1 서브 구간(a1)에 액체 렌즈의 계면의 형태가 형성되되, 해당 신호가 인가되면 바로 계면의 형태가 완전히 형성되지 않고 일정 시간의 지연 후에 완전히 형성될 수 있다.
이때, 제1 서브 구간(a1)은 미리 정해진 구간일 수 있고, 제2 서브 구간(a2)은 액체 렌즈의 물성 구조에 따라 달라지는 구간일 수 있다. 여기서 물성 구조는 액체 렌즈를 구성하는 액체의 종류, 조성 비율, 변형 정도 등을 포괄하는 개념일 수 있다.
제1 구간(A)은 제1 구동 신호의 한 주기 중 1/4 주기 이상이고 1/2 주기 이하일 수 있다. 그리고 제2 서브 구간(a2)이 끝나는 시점(P)은 제1 구동 신호의 한 주기 중 1/4 주기 ~ 1/2 주기 사이에 위치할 수 있다. 즉, 제어 회로(210)는 제1 구동 신호의 한 주기 중 1/4 주기 이상이면서 1/2 주기 이하인 신호를 생성할 수 있다.
이러한 제1 구동 신호를 생성하는 원리에 대해서는 이하에서 설명하기로 한다.
도 10을 참조하면, 한정된 공간 안에 갇혀 있는 파동은 정상파(standing wave, stationary wave)를 이루는데, 실시예에서는 이러한 정상파를 이용하여 액체 렌즈의 계면을 조절하기 위한 구동 신호를 생성한다.
길이 L로 양쪽 끝이 열린 관에서의 정상파의 파장 λ n은 다음의 [수학식 1]과 같이 정의된다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2020012616-appb-img-000001
파장 λ와 진동수 f의 관계는 다음의 [수학식 2]와 같이 정의된다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2020012616-appb-img-000002
마디(node)의 개수 n에 따라 (a)에서는 n=1인 1차 고조파(first harmonic), (b)는 n=2인 2차 고조파(second harmonic), (c)는 n=3인 3차 고조파(third harmonic)를 보여준다. 실시예에서는 마디의 개수 n=2인 2차 고조파를 이용하고자 한다.
한편, 액체 렌즈는 표면 장력파(capillary wave)의 특성을 갖는데, 표면 장력파는 유체의 경계면에서 움직이는 파동을 의미한다.
이러한 표면 장력파의 파수(wavenumber) k는 다음의 [수학식 3]과 같이 정의된다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2020012616-appb-img-000003
여기서, λ는 파장(wavelength), L은 길이를 나타낸다.
표면 장력파의 분산 관계(dispersion relation)는 다음의 [수학식 4]와 같이 정의된다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2020012616-appb-img-000004
여기서, ω는 각 진동수(angular frequency), σ는 표면 장력(surface tension), ρ는 무거운 유체의 밀도(density of the heavier fluid), ρ'는 가벼운 유체의 밀도(density of the lighter fluid)를 나타낸다.
표면 장력파의 위상 속도(phase velocity) c p는 다음의 [수학식 5]와 같이 정의된다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2020012616-appb-img-000005
여기서, T는 주기(period)를 나타낸다.
상기 [수학식 2]로부터 2차 고조파 f 2의 주파수는 다음의 [수학식 6]과 같이 정의된다.
[수학식 6]
Figure PCTKR2020012616-appb-img-000006
여기서, v는 정상파의 위상 속도, L은 길이, D는 액체 렌즈의 구경을 나타낸다.
실시예에서 제1 구동 신호의 주파수 f는 상기 [수학식 6]을 통해 구한 2차 고조파의 주파수와 동일하게 설정하되, 그 범위는 다음의 [수학식 7]과 같이 정의된다.
[수학식 7]
80Hz ≤ f ≤ 150Hz
따라서 제1 구동 신호의 주파수 f는 액체 렌즈의 구경과 표면 장력파의 위상 속도에 의해 결정될 수 있다. 여기서 표면 장력파의 위상 속도는 무거운 유체와 가벼운 유체의 밀도, 표면 장력, 파수에 의해 결정되므로 제1 구동 신호의 주파수 f는 액체 렌즈의 구경, 유체의 밀도와 표면 장력, 파수에 의해 결정된다고 할 수 있다.
이와 같이 액체 렌즈는 표면 장력파의 특성을 갖기 때문에 표면 장력파로부터 구한 2차 고조파의 주파수를 구동 신호인 정상파의 주파수로 이용하고자 한다. 따라서 액체 렌즈의 특성을 고려하여 액체 렌즈의 계면 조절이 가능할 수 있다.
도 11은 실시예에 따른 정상파의 다양한 형태를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 정상파는 파동이 한정된 공간 안에 갇혀 제자리에서 진동하는 형태이기 때문에, 시간에 따라 움직이지 않는 지점인 마디(node)와 제자리에서 가장 크게 진동하는 지점인 배(antinode)가 생긴다.
그림에서와 같이 진폭이 다른 정상파를 시뮬레이션을 통해 생성한 예를 보여주고 있는데, 움직이지 않는 마디가 형성되고 있음을 확인할 수 있다. 이렇게 생성된 진폭이 다른 정상파가 액체 렌즈에 인가되는 경우 액체 렌즈의 계면을 조절할 수 있다. 즉, 인가되는 정상파의 진폭 변화만으로도 액체 렌즈의 계면을 조절할 수 있다.
도 12는 실시예에 따른 구동 신호를 이용하는 경우 디옵터의 변화를 보여주는 도면이고, 도 13은 실시예에 따른 구동 신호를 이용하는 경우 WFE의 변화를 보여주는 도면이다.
도 12를 참조하면, 도 9a의 종래 구동 신호가 인가된 경우와 도 9b의 제안 구동 신호가 인가된 경우의 디옵터의 변화를 보여주고 있는데, 반응 속도 변화가 없음을 알 수 있다.
여기서는 액체 렌즈의 곡률 또는 디옵터가 10으로 형성되는 경우를 보여주고 있다.
도 13을 참조하면, 도 9a의 종래 구동 신호가 인가된 경우와 도 9b의 제안 구동 신호가 인가된 경우의 WFE의 변화를 보여주고 있는데, 종래에 비해 저감되고 있음을 알 수 있다.
따라서 실시예에 따른 구동 신호를 인가하면 반응 속도 변화 없이 WFE를 저감시킬 수 있다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 액체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리; 및
    상기 액체 렌즈를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하는 제어 회로를 포함하고,
    상기 구동 신호는,
    파형의 형태가 다른 구동 신호를 갖는 제1 구간과 제2 구간을 포함하는, 광학 기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구간에서는 정상파(standing wave) 형태의 제1 구동 신호가 생성되고,
    상기 제2 구간에서는 구형파(pulse wave) 형태의 제2 구동 신호가 생성되는, 광학 기기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 제1 구동 신호의 한 주기 중 1/4 주기 이상의 신호를 생성하는, 광학 기기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 제1 구동 신호의 한 주기 중 1/2 주기 이하의 신호를 생성하는, 광학 기기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 구동 신호의 진폭은 상기 제2 구동 신호의 진폭보다 작거나 같은, 광학 기기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 구동 신호의 주파수는 80 ~ 150Hz의 범위 이내인, 광학 기기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 구동 신호의 주파수는,
    파수(wavenumber), 액체의 밀도와 표면 장력, 렌즈의 구경에 의해 결정되는, 광학 기기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 액체 렌즈는, 표면 장력파(capillary wave)의 특성을 갖도록 설계된, 광학 기기.
  9. 제어 회로가 액체 렌즈를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제어 회로가 상기 생성된 구동 신호를 상기 액체 렌즈에 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 구동 신호는,
    파형의 형태가 다른 구동 신호를 갖는 제1 구간과 제2 구간을 포함하는, 광학 기기의 구동 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 구간에서는 정상파(standing wave) 형태의 제1 구동 신호가 생성되고,
    상기 제2 구간에서는 구형파(pulse wave) 형태의 제2 구동 신호가 생성되는, 광학 기기의 구동 방법.
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