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KR102531130B1 - 액체 렌즈를 포함하는 듀얼 카메라 모듈 - Google Patents

액체 렌즈를 포함하는 듀얼 카메라 모듈 Download PDF

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KR102531130B1
KR102531130B1 KR1020180052033A KR20180052033A KR102531130B1 KR 102531130 B1 KR102531130 B1 KR 102531130B1 KR 1020180052033 A KR1020180052033 A KR 1020180052033A KR 20180052033 A KR20180052033 A KR 20180052033A KR 102531130 B1 KR102531130 B1 KR 102531130B1
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liquid
liquid lens
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camera module
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 의한 듀얼 카메라 모듈은 제1 액체 렌즈를 포함하는 제1 렌즈 어셈블리; 및 제2 액체 렌즈를 포함하는 제2 렌즈 어셈블리를 포함하되, 상기 제1 액체 렌즈 및 상기 제2 액체 렌즈 각각은, 캐비티(cavity), 상기 캐비티에 배치되는 전도성 액체와 비전도성 액체, 제1 전극과 제2 전극 및 상기 캐비티를 형성하는 내측면을 따라 상기 제1 전극의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 절연층을 포함하되, 상기 제1 액체 렌즈의 절연층과 상기 제2 액체 렌즈의 절연층은 서로 다른 두께를 가질 수 있다.

Description

액체 렌즈를 포함하는 듀얼 카메라 모듈{DUAL CAMERA MODULE INCLUDING LIQUID LENS}
실시 예는 액체 렌즈를 포함하는 듀얼 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 렌즈부에 대한 연구가 이루어지고 있다.
실시 예는 액체 렌즈를 이용하되, 단순한 구조로 다중 초점을 구현할 수 있는 듀얼 카메라 모듈을 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.
실시예에 의한 듀얼 카메라 모듈은 제1 액체 렌즈를 포함하는 제1 렌즈 어셈블리; 및 제2 액체 렌즈를 포함하는 제2 렌즈 어셈블리를 포함하되, 상기 제1 액체 렌즈 및 상기 제2 액체 렌즈 각각은, 캐비티(cavity), 상기 캐비티에 배치되는 전도성 액체와 비전도성 액체, 제1 전극과 제2 전극 및 상기 캐비티를 형성하는 내측면을 따라 상기 제1 전극의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 절연층을 포함하되, 상기 제1 액체 렌즈의 절연층과 상기 제2 액체 렌즈의 절연층은 서로 다른 두께를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 렌즈 어셈블리 및 상기 제2 렌즈 어셈블리에 동일한 구동 전압을 동시에 인가하는 제어회로를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 액체 렌즈의 절연층은 상기 제2 액체 렌즈의 절연층보다 얇은 두께를 갖는 경우, 동일한 구동 전압에서 상기 제1 액체 렌즈는 상기 제2 액체 렌즈보다 작은 초점 거리를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 렌즈 어셈블리는 광각 렌즈로 동작하고, 상기 제2 렌즈 어셈블리는 협각 렌즈로 동작할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 액체 렌즈 및 상기 제2 액체 렌즈 각각의 절연층의 두께는 1um 내지 6um일 수 있다.
실시 예에 따른 듀얼 카메라 모듈은 동일 구동 전압을 동시에 서로 다른 렌즈 어셈블리에 인가하더라도 다중 초점이 구현될 수 있다.
따라서, 시분할 제어를 위한 멀티플렉서 등의 스위칭 소자가 불필요하므로 구조가 간단하고 소형화에 유리하다.
또한, 본 실시 예에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며 언급하지 않은 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 개략적인 측면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 카메라 모듈의 단면도를 나타낸다.
도 3은 구동 전압에 대응하여 초점 거리가 조정되는 액체 렌즈를 설명한다.
도 4는 전술한 실시 예에 의한 액체 렌즈를 포함하는 액체 렌즈부의 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 5는 실시예에 따른 듀얼 카메라 모듈의 개략적인 블럭도이다.
도 6은 실시예에 따른 액체 렌즈부의 절연층 두께에 따른 구동 전압별 디옵터를 나타낸 그래프이다.
도 7은 최대 디옵터와 절연층 두께 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 듀얼 카메라 모듈 구조의 일례를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시 예를 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.
도 1은 실시 예에 의한 카메라 모듈의 개략적인 단면도를 나타낸다.
이하, 실시 예에 의한 액체 렌즈, 이 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈을 데카르트 좌표계를 이용하여 설명하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, x축, y축, z축은 직교하는 대신에 서로 교차할 수 있다.
이하, 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(100)을 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 다음과 같이 살펴본다. 그러나, 실시 예에 의한 액체 렌즈는 도 1 내지 도 3에 도시된 카메라 모듈(100)과 다른 구성을 갖는 카메라 모듈에도 적용될 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(100)의 개략적인 측면도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 카메라 모듈(100)은 렌즈 어셈블리(22), 제어 회로(24) 및 이미지 센서(26)를 포함할 수 있다.
먼저, 렌즈 어셈블리(22)는 렌즈부 및 렌즈부를 수용하는 홀더를 포함할 수 있다. 후술되는 바와 같이, 렌즈부는 액체 렌즈부를 포함할 수 있고 제1 렌즈부 또는 제2 렌즈부를 더 포함할 수 있다. 또는, 렌즈부는 제1 및 제2 렌즈부 및 액체 렌즈부를 모두 포함할 수 있다.
제어 회로(24)는 액체 렌즈부에 구동 전압(또는, 동작 전압)을 공급하는 역할을 수행한다.
전술한 제어회로(24)와 이미지 센서(26)는 하나의 인쇄회로기판(PCB:Printed Circuit Board) 상에 배치될 수 있으나, 이는 하나의 예에 불과할 뿐 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
실시 예에 의한 카메라 모듈(100)이 광학 기기(Optical Device, Optical Instrument)에 적용될 경우, 제어 회로(24)의 구성은 광학 기기에서 요구하는 사양에 따라 다르게 설계될 수 있다. 특히, 제어 회로(24)는 하나의 칩(single chip)으로 구현되어, 렌즈 어셈블리(22)로 인가되는 구동 전압의 세기를 줄일 수 있다. 이를 통해, 휴대용 장치에 탑재되는 광학 기기의 크기가 더욱 작아질 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 카메라 모듈(100)의 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 카메라 모듈(100)은 렌즈 어셈블리, 메인 기판(150) 및 이미지 센서(182)를 포함할 수 있다. 또한, 카메라 모듈(100)은 미들 베이스(172)를 더 포함할 수 있다. 또한, 카메라 모듈(100)은 센서 베이스(174) 및 필터(176)를 더 포함할 수도 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 센서 베이스(174) 및 필터(176)를 포함하지 않을 수도 있다.
실시 예에 의하면, 도 2에 도시된 카메라 모듈(100)의 구성 요소(110 내지 176) 중 적어도 하나는 생략될 수 있다. 또는, 도 2에 도시된 구성 요소(110 내지 176)와 다른 적어도 하나의 구성 요소가 카메라 모듈(100)에 더 추가되어 포함될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 렌즈 어셈블리는 액체 렌즈부(140), 홀더(120), 제1 렌즈부(110) 또는 제2 렌즈부(130) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 도 1에 도시된 렌즈 어셈블리(22)에 해당할 수 있다. 이러한 렌즈 어셈블리는 메인 기판(150)의 위에 배치될 수 있다.
렌즈 어셈블리에서 액체 렌즈부(140)와 구별하기 위하여 제1 렌즈부(110) 및 제2 렌즈부(130)를 '제1 고체 렌즈부' 및 '제2 고체 렌즈부'라고 각각 칭할 수도 있다.
제1 렌즈부(110)는 렌즈 어셈블리의 상측에 배치되며, 렌즈 어셈블리의 외부로부터 광이 입사되는 영역일 수 있다. 즉, 제1 렌즈부(110)는 홀더(120) 내에서 액체 렌즈부(140) 위에 배치될 수 있다. 제1 렌즈부(110)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), 액체 렌즈부(140) 및 제2 렌즈부(130)가 형성하는 광학계의 광축(Optical axis)(LX)을 의미할 수도 있고, 광축(LX)과 나란한 축을 의미할 수도 있다. 광축(LX)은 이미지 센서(182)의 광축에 해당할 수 있다. 즉, 제1 렌즈부(110), 액체 렌즈부(140), 제2 렌즈부(130) 및 이미지 센서(182)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), 제2 렌즈부(130) 및 액체 렌즈부(140) 각각의 광축을 일치시키고, 이미지 센서(182)와 렌즈부들(110, 130, 140) 간의 축 또는 거리 관계를 조절하는 동작을 의미할 수 있다.
또한, 도 2에 예시된 바와 같이, 제1 렌즈부(110)는 예를 들어, 2개의 렌즈(L1, L2)를 포함할 수 있으나, 이는 예시적인 것이며 제1 렌즈부(110)에 포함된 렌즈의 개수는 1개 또는 3개 이상일 수 있다.
또한, 제1 렌즈부(110)의 상측에 노출렌즈가 배치될 수 있다. 여기서, 노출 렌즈란, 제1 렌즈부(110)에 포함된 렌즈 중에서 최외곽 렌즈를 의미할 수 있다. 즉, 제1 렌즈부(110)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.
제1 연결 기판(141)과 제2 연결 기판(144)은 -z축 방향으로 벤딩된다. 스페이서(143)는 제1 연결 기판(141)과 제2 연결 기판(144) 사이에 배치될 수 있으며, 홀더(120)의 제1 또는 제2 개구(OP1, OP2) 중 적어도 한곳으로부터 돌출되어 배치될 수 있다.
제1 및 제2 홀이 홀더(120)의 상부와 하부에 각각 형성되어, 홀더(120)의 상부와 하부를 각각 개방시킬 수 있다. 제1 렌즈부(110)는 홀더(120)의 내부에 형성된 제1 홀에 수용, 장착, 안착, 접촉, 고정, 가고정, 지지, 결합, 또는 배치될 수 있고, 제2 렌즈부(130)는 홀더(120)의 내부에 형성된 제2 홀에 수용, 장착, 안착, 접촉, 고정, 가고정, 지지, 결합, 또는 배치될 수 있다.
또한, 홀더(120)의 제1 및 제2 측벽은 광축(LX) 방향과 수직하는 방향(예를 들어, x축 방향)으로 서로 대면하여 배치되고, 제3 및 제4 측벽은 광축(LX) 방향과 수직하는 방향(예를 들어, y축 방향)으로 서로 대면하여 배치될 수 있다. 또한, 홀더(120)에서 제1 측벽은 제1 개구(OP1)를 포함하고, 제2 측벽은 제1 개구(OP1)와 같은 또는 유사한 형상의 제2 개구(OP2)를 포함할 수 있다. 따라서, 제1 측벽에 배치된 제1 개구(OP1)와 제2 측벽에 배치된 제2 개구(OP2)는 광축(LX) 방향과 수직인 방향(예를 들어, x축 방향)으로 서로 대면하여 배치될 수 있다.
제1 및 제2 개구(OP1, OP2)에 의해 액체 렌즈부(140)가 배치될 홀더(120)의 내부 공간이 개방될 수 있다. 이때, 액체 렌즈부(140)는 제1 또는 제2 개구(OP1, OP2)를 통해 삽입되어 홀더(120)의 내부 공간에 장착, 안착, 접촉, 고정, 가고정, 지지, 결합, 또는 배치될 수 있다.
이와 같이, 액체 렌즈부(140)가 제1 또는 제2 개구(OP1, OP2)를 통해 홀더(120) 내부 공간으로 삽입될 수 있도록, 광축(LX) 방향을 기준으로 홀더(120)의 제1 또는 제2 개구(OP1, OP2) 각각의 크기는 액체 렌즈부(140)의 y축과 z축 방향으로의 단면적보다 클 수 있다.
제2 렌즈부(130)는 홀더(120) 내부에서 액체 렌즈부(140)의 아래에 배치될 수 있다. 제2 렌즈부(130)는 제1 렌즈부(110)와 광축 방향(예를 들어, z축 방향)으로 이격되어 배치될 수 있다.
카메라 모듈(100)의 외부로부터 제1 렌즈부(110)로 입사된 광은 액체 렌즈부(140)를 통과하여 제2 렌즈부(130)로 입사될 수 있다. 제2 렌즈부(130)는 하나의 렌즈로 구현될 수도 있고, 중심축을 기준으로 정렬되어 광학계를 형성하는 2개 이상의 복수의 렌즈로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 도 2에 예시된 바와 같이, 제2 렌즈부(130)는 3개의 렌즈(L3, L4, L5)를 포함할 수 있으나, 이는 예시적인 것이며 제2 렌즈부(130)에 포함된 렌즈의 개수는 2개 이하 또는 4개 이상일 수 있다.
액체 렌즈부(140)와 달리, 제1 렌즈부(110) 및 제2 렌즈부(130) 각각은 고체 렌즈로서, 유리 또는 플라스틱으로 구현될 수 있으나, 실시 예는 제1 렌즈부(110) 및 제2 렌즈부(130) 각각의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 액체 렌즈부(140)는 제1 연결 기판(141), 액체 렌즈(142), 스페이서(143) 및 제2 연결 기판(144)을 포함할 수 있다.
제1 연결 기판(141)은 액체 렌즈(142)에 포함된 복수의 개별 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 개별 전극 각각과 전기적으로 연결된 연결 패드(미도시)를 통해 메인 기판(150) 상에 형성된 전극 패드(미도시)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(미도시)와 전극 패드(미도시)는 전도성 에폭시(conductive epoxy)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 다른 실시 예로 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, 실시 예는 이에 한정되지 않는다.
제2 연결 기판(144)은 액체 렌즈(142)에 포함된 공통 전극을 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. 여기서, 개별 전극 및 공통 전극에 대해서는 후술되는 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명된다.
제2 연결 기판(144)은 공통 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 제2 홀더 표면 전극과 연결되어 홀더(120)의 표면에 배치된 도전성 제2 홀더 표면 전극을 통해 메인 기판(150)과 전기적으로 연결될 수 있으나, 실시 예는 이에 한정되지 않는다.
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.
또한, 스페이서(143)는 제1 연결 기판(141)과 제2 연결 기판(144) 사이에 배치될 수 있으며, 홀더(120)의 제1 또는 제2 개구(OP1, OP2) 중 적어도 한 곳으로부터 돌출되어 배치될 수 있다. 즉, 스페이서(143)의 적어도 일부는 제1 및 제2 연결 기판(141, 144)과 함께 광축(LX)과 수직한 방향(예를 들어, x축 방향)으로 홀더(120)의 제1 또는 제2 측벽 중 적어도 한 곳으로부터 돌출된 형상을 가질 수 있다. 이는 스페이서(143)의 x축 방향으로의 길이가 홀더(120)의 x축 방향으로의 길이보다 길수도 있기 때문이다.
또한 커버(미도시)는 홀더(120), 액체 렌즈부(140) 및 미들 베이스(172)를 둘러싸도록 배치되어, 이들(120, 140, 172)을 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다. 특히, 커버가 배치됨으로써, 광학계를 형성하는 복수의 렌즈들을 외부 충격으로부터 보호할 수 있다.
한편, 미들 베이스(172)는 홀더(120)의 제2 홀을 둘러싸면서 배치될 수 있다. 이를 위해, 미들 베이스(172)는 제2 홀을 수용하기 위한 수용홀(미도시)을 포함할 수 있다. 미들 베이스(172)의 내경(즉, 수용홀의 직경)은 제2 홀의 외경 이상일 수 있다. 수용홀은 미들 베이스(172)의 중앙 부근에서, 카메라 모듈(100)에 배치된 이미지 센서(182)의 위치에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 미들 베이스(172)는 메인 기판(150) 상에서 회로 소자와 이격되어 메인 기판(150)에 장착될 수 있다. 즉, 홀더(120)는 회로 소자와 이격되어 메인 기판(150) 상에 배치될 수 있다.
메인 기판(150)은 미들 베이스(172)의 하부에 배치되고, 이미지 센서(182)가 장착, 안착, 접촉, 고정, 가고정, 지지, 결합, 또는 수용될 수 있는 홈, 회로 소자(미도시), 연결부(또는, FPCB)(미도시) 및 커넥터(미도시)를 포함할 수 있다.
메인 기판(150)의 회로 소자는 액체 렌즈부(140) 및 이미지 센서(182)를 제어하는 제어 모듈을 구성할 수 있다. 회로 소자는 수동 소자 및 능동 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 다양한 넓이 및 높이를 가질 수 있다. 복수의 회로 소자는 홀더(120)와 광축(LX)에 평행한 방향상에서 오버랩 되지 않도록 배치될 수 있다. 메인 기판(150)은 FPCB를 포함하는 RFPCB(Rigid Flexible Printed Circuit Board)로 구현될 수 있다. FPCB는 카메라 모듈(100)이 장착되는 공간이 요구하는 바에 따라 벤딩될 수 있다.
이미지 센서(182)는 렌즈 어셈블리(110, 120, 130, 140)의 제1 렌즈부(110), 액체 렌즈부(140) 및 제2 렌즈부(130)를 통과한 광을 이미지 데이터로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 이미지 센서(182)는 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이를 통해 광을 아날로그 신호로 변환하고, 아날로그 신호에 상응하는 디지털 신호를 합성하여 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
도 3은 구동 전압에 대응하여 초점 거리가 조정되는 액체 렌즈를 설명한다. 구체적으로, 도 3(a)는 렌즈 어셈블리(22)에 포함된 액체 렌즈(28)를 설명하고, 도 3(b)는 액체 렌즈(28)의 등가회로를 설명한다. 여기서, 액체 렌즈(28)는 도 2에 도시된 액체 렌즈에 해당할 수 있다.
먼저 도 3(a)를 참조하면, 구동 전압에 대응하여 초점 거리가 조정되는 액체 렌즈(28)는 동일한 각 거리를 가지고 4개의 서로 다른 방향에 배치된 개별 전극의 섹터(L1, L2, L3, L4)(이하, '개별 전극 섹터'라 함)를 통해서 구동 전압을 인가 받을 수 있다. 여기서, 개별 전극 섹터란, 후술되는 도 4에 도시된 바와 같이 개별 전극에서 제2 플레이트(145)에 의해 덮이지 않고 노출된 개별 전극의 일부를 의미한다. 개별 전극 섹터(L1, L2, L3, L4)는 액체 렌즈(28)의 중심축을 기준으로 동일한 각 거리를 가지고 배치될 수 있고, 개별 전극 섹터의 개수는 4개일 수 있다. 4개의 개별 전극 섹터는 액체 렌즈(28)의 4개 코너에 각각 배치될 수 있다. 개별 전극 섹터(L1, L2, L3, L4)를 통해서 구동 전압(이하, '개별 전압'이라 함)이 인가되면 인가된 개별 전압은 후술할 공통 전극 섹터(C0)에 인가되는 전압(이하, '공통 전압'이라 함)과의 상호작용으로 형성되는 구동 전압에 의해 렌즈 영역(310)에 배치된 도전성 액체와 비도전성 액체의 경계면이 변형될 수 있다. 여기서, 공통 전극 섹터란, 후술되는 도 4에 도시된 바와 같이 공통 전극(C)에서 제3 플레이트(146)에 의해 덮이지 않고 노출된 공통 전극(C)의 일부를 의미한다.
또한, 도 3(b)를 참조하면, 액체 렌즈(28)는 그의 일측이 서로 다른 개별 전극 섹터(L1, L2, L3, L4)로부터 개별 전압을 인가 받고, 다른 일측이 공통 전극 섹터(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.
이하, 실시 예에 의한 액체 렌즈부(140)를 첨부된 도 4를 참조하여 다음과 같이 살펴본다. 여기서, 액체 렌즈부(140)는 도 2에 도시된 카메라 모듈(100)에 포함될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 4는 실시 예에 의한 액체 렌즈부(28A)의 단면도를 나타낸다.
도 4에 도시된 액체 렌즈부(140)는 제1 연결 기판(141), 액체 렌즈(142), 스페이서(143) 및 제2 연결 기판(144)을 포함할 수 있다. 스페이서(143)에 대한 설명은 전술한 바와 같으므로 중복되는 설명을 생략하며, 설명의 편의상, 도 4에서 스페이서(143)의 도시는 생략된다.
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.
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. 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. 예를 들어, 제1 액체(LQ1) 위에 제2 액체(LQ2)가 배치될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 액체 렌즈(142)의 단면 형상에서 제1 및 제2 액체(LQ2, LQ1)의 가장 자리는 중심부보다 두께가 얇을 수 있다.
제1 액체(LQ1)는 예를 들면 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)과 브로민화나트륨(NaBr)이 혼합되어 형성될 수 있다. 제2 액체(LQ2)는 오일(oil)일 수 있으며 예를 들면 페닐(phenyl) 계열의 실리콘 오일일 수 있다. 제1 액체(LQ1)와 제2 액체(LQ2) 각각은 살균제 또는 산화 방지제 중 적어도 하나를 포함될 수 있다. 산화 방지제는 페널계 산화 방지제 또는 인(P)계 산화 방지제일 수 있다. 그리고, 살균제는 알코올계, 알데이트계 및 페놀계 중 어느 하나의 살균제일 수 있다. 이와 같이 제1 액체(LQ1) 및 제2 액체(LQ2) 각각이 산화 방지제와 살균제를 포함될 경우, 제1 및 제2 액체(LQ1, LQ2)가 산화되거나 미생물의 번식에 의한 제1 및 제2 액체(LQ1, LQ2)의 물성 변화를 방지할 수 있다.
제1 플레이트(147)의 내측면은 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)와 접촉하는 제3 개구, 및 제3 플레이트(146)와 접촉하는 제4 개구로 둘러싸인 영역으로 정의될 수 있다.
제3 및 제4 개구 중에서 보다 넓은 개구의 직경은 액체 렌즈(142)에서 요구하는 화각(FOV) 또는 액체 렌즈(142)가 카메라 모듈(100A)에서 수행해야 할 역할에 따라 달라질 수 있다. 실시 예에 의하면, 제3 개구의 크기(또는, 면적, 또는 폭)(O1)보다 제4 개구의 크기(또는, 면적, 또는 폭)(O2)가 더 클 수 있다. 여기서, 제3 및 제4 개구들 각각의 크기는 수평 방향(예를 들어, x축과 y축 "??*)의 단면적일 수 있다. 예를 들어, 제3 및 제4 개구들 각각의 크기란, 개구의 단면이 원형이면 반지름을 의미하고, 개구의 단면이 정사각형이면 대각선의 길이를 의미할 수 있다.
제3 및 제4 개구 각각은 원형의 단면을 가지는 홀(hole)의 형상일 수 있으며, 경사면은 55° 내지 65° 또는 50° 내지 70°의 범위의 경사도를 가질 수 있다. 두 액체가 형성한 계면(BO)은 구동 전압에 의해 캐비티(CA)의 경사면을 따라 움직일 수 있다.
제1 플레이트(147)의 캐비티(CA)에 제1 액체(LQ1) 및 제2 액체(LQ2)가 충진, 수용 또는 배치된다. 또한, 캐비티(CA)는 제1 렌즈부(110, 110A)를 통과한 광이 투과하는 부위이다. 따라서, 제1 플레이트(147)는 투명한 재료로 이루어질 수도 있고, 광의 투과가 용이하지 않도록 불순물을 포함할 수도 있다.
제1 플레이트(147)의 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 양의 정수일 수 있다.
제1 및 제2 전극(E1, E2) 각각은 적어도 하나의 전극 섹터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(E1)은 둘 이상의 전극 섹터를 포함하고, 제2 전극(E2)은 적어도 하나의 전극 섹터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 전극(E1)은 광축을 중심으로 시계 방향(또는, 반시계 방향)을 따라 순차적으로 배치되는 복수의 전극 섹터를 포함할 수 있다. 여기서, 전극 섹터란, 전극의 일부분을 의미한다.
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.
제1 및 제2 전극(E1, E2) 각각은 도전성 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 금속으로 이루어질 수 있고, 상세하게는 크롬(Cr)을 포함할 수 있다. 크로뮴(chromium) 또는 크롬(Chrom)은 은색의 광택이 있는 단단한 전이 금속으로, 부서지기 쉬우며 잘 변색되지 않고 녹는점이 높다. 그리고, 크로뮴을 포함한 합금은 부식에 강하고 단단하기 때문에 다른 금속과 합금한 형태로 사용될 수 있으며, 특히 크롬(Cr)은 부식과 변색이 적기 때문에, 캐비티(CA)를 채우는 전도성을 갖는 제1 액체(LQ1)에도 강한 특징이 있다.
또한, 제2 플레이트(145)는 제1 전극(E1)의 일면에 배치될 수 있다. 즉, 제2 플레이트(145)는 제1 플레이트(147)의 위에 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 아래에 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.
제2 또는 제3 플레이트(145, 146) 중 적어도 하나는 사각형 평면 형상을 가질 수 있다. 제3 플레이트(146)는 제1 플레이트(147)와 에지(edge) 주변의 접합 영역에서 맞닿아 접착될 수 있다.
제2 및 제3 플레이트(145, 146) 각각은 광이 통과하는 영역으로서, 투광성 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 제2 및 제3 플레이트(145, 146) 각각은 유리(glass)로 이루어질 수 있으며, 공정의 편의상 동일한 재료로 형성될 수 있다. 또한, 제2 및 제3 플레이트(145, 146) 각각의 가장 자리는 사각형 형상일 수 있으나, 반드시 이에 한정하지는 않는다.
제2 플레이트(145)는 제1 렌즈부(110, 110A)로부터 입사되는 광이 제1 플레이트(145)의 캐비티(CA) 내부로 진행하도록 허용하는 구성을 가질 수 있다.
제3 플레이트(146)는 제1 플레이트(145)의 캐비티(CA)를 통과한 광이 제2 렌즈부(130, 130A)로 진행하도록 허용하는 구성을 가질 수 있다. 제3 플레이트(146)는 제1 액체(LQ1)와 직접 접촉할 수 있다.
실시 예에 의하면, 제3 플레이트(146)는 제1 플레이트(147)의 제3 및 제4 개구 중에서 넓은 개구의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다. 또한, 제3 플레이트(146)는 제1 플레이트(147)와 이격된 주변 영역을 포함할 수 있다.
또한, 액체 렌즈(142)의 실제 유효 렌즈영역은 제1 플레이트(147)의 제3 및 제4 개구 중에서 넓은 개구의 직경(예를 들어, O2)보다 좁을 수 있다.
절연층(148)은 캐비티(CA)의 상부 영역에서 제2 플레이트(145)의 하부면의 일부를 덮으면서 배치될 수 있다. 즉, 절연층(148)은 제2 액체(LQ2)와 제2 플레이트(145)의 사이에 배치될 수 있다.
또한, 절연층(148)은 캐비티(CA)의 측벽을 이루는 제1 전극(E1)의 일부를 덮으면서 배치될 수 있다. 또한, 절연층(148)은 제1 플레이트(147)의 하부면에서, 제1 전극(E1)의 일부와 제1 플레이트(147) 및 제2 전극(E2)을 덮으며 배치될 수 있다. 이로 인해, 제1 전극(E1)과 제1 액체(LQ1) 간의 접촉 및 제1 전극(E1)과 제2 액체(LQ2) 간의 접촉이 절연층(148)에 의해 차단될 수 있다.
절연층(148)은 예를 들면 파릴렌 C(parylene C) 코팅제로 구현될 수 있으며, 백색 염료를 더 포함할 수도 있다. 백색 염료는 캐비티(CA)의 측벽(i)을 이루는 절연층(148)에서 광이 반사되는 빈도를 증가시킬 수 있다.
절연층(148)은 제1 및 제2 전극(E1, E2) 중 하나의 전극(예를 들어, 제1 전극(E1))을 덮고, 다른 하나의 전극(예를 들어, 제2 전극(E2))의 일부를 노출시켜 전도성을 갖는 제1 액체(LQ1)에 전기 에너지가 인가되도록 할 수 있다.
실시 예에 의한 카메라 모듈(100)의 경우, 자외선 차단이나 적외선 차단을 위한 필터(176)가 미들 베이스(172)와 이미지 센서(182) 사이에 배치되어, 제1 렌즈부(110), 액체 렌즈(142) 및 제2 렌즈부(130)를 통과한 광에 대해 특정 파장 범위에 해당하는 광을 필터링한다. 또한, 이러한 적외선 차단 필터 또는 자외선 차단 필터는 센서 베이스(178)의 내부 홈에 장착된다.
적어도 하나의 기판 예를 들어, 제1 연결 기판(141)과 제2 연결 기판(144)은 액체 렌즈(142)에 전압을 공급하는 역할을 한다. 이를 위해, 복수의 제1 전극(E1)은 제1 연결 기판(141)과 전기적으로 연결되고, 제2 전극(E2)은 제2 연결 기판(144)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 연결 기판(141)과 제2 연결 기판(144)을 통해 제1 및 제2 전극(E1, E2)으로 구동 전압이 인가될 때, 제1 액체(LQ1)와 제2 액체(LQ2) 사이의 계면(BO)이 변형되어 액체 렌즈(142)의 곡률과 같은 형상 또는 초점거리 중 적어도 하나가 변경(또는, 조정)될 수 있다. 예를 들어, 구동 전압에 대응하여 액체 렌즈(142) 내에 형성되는 계면(BO)의 굴곡 또는 경사도 중 적어도 하나가 변하면서 액체 렌즈(142)의 초점 거리가 조정될 수 있다. 이러한 계면(BO)의 변형, 곡률 반경이 제어되면, 액체 렌즈(142), 액체 렌즈(142)를 포함하는 렌즈 어셈블리(110, 120, 130, 140), 카메라 모듈(100) 및 광학 기기는 오토포커싱(AF:Auto-Focusing) 기능, 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(OIS:Optical Image Stabilizer) 기능 등을 수행할 수 있다.
제1 연결 기판(141)은 서로 다른 4개의 구동 전압(이하, '개별 전압'이라 함)을 액체 렌즈(142)로 전달할 수 있고, 제2 연결 기판(144)은 하나의 구동 전압(이하, '공통 전압'이라 함)을 액체 렌즈(142)로 전달할 수 있다. 공통 전압은 DC 전압 또는 AC 전압을 포함할 수 있으며, 공통 전압이 펄스 형태로 인가되는 경우 펄스의 폭 또는 듀티 사이클(duty cycle)은 일정할 수 있다. 제1 연결 기판(141)을 통해 공급되는 개별 전압은 액체 렌즈(142)의 각 모서리에 노출되는 복수의 제1 전극(E1)(또는, 복수의 전극 섹터)에 인가될 수 있다.
비록 도시되지는 않았지만, 제1 연결 기판(141)과 복수의 제1 전극(E1) 사이에 전도성 에폭시가 배치됨으로써, 제1 연결 기판(141)과 복수의 제1 전극(E1)이 접촉, 결합 및 통전될 수 있다. 또한, 제2 연결 기판(144)과 제2 전극(E2) 사이에 전도성 에폭시가 배치됨으로써, 제2 연결 기판(144)과 제2 전극(E2)이 접촉, 결합 및 통전될 수 있다.
또한, 제1 연결 기판(141)과 복수의 제1 전극(E1)은 서로 별개의 소자로 구현될 수도 있고 일체형으로 구현될 수도 있다. 또한, 제2 연결 기판(144)과 제2 전극(E2)은 서로 별개의 소자로 구현될 수도 있고, 일체형으로 구현될 수도 있다.
한편, 최근 일반각(또는 협각)과 광각으로 각각 촬영된 피사체를 하나의 이미지로 합성하는 듀얼 카메라 기능(dual camera function)등이 각광받고 있다. 이러한 듀얼 카메라는 액체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리를 이용하여 구현될 수도 있다. 예컨대, 실시예에 따른 듀얼 카메라는 하나의 메인 기판(150) 상에 두 개의 이미지 센서(182)와, 두 이미지 센서(182) 각각에 대응되는 렌즈 어셈블리가 구비될 수 있다.
이러한 듀얼 카메라 모듈의 구성을 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 실시예에 따른 듀얼 카메라 모듈(200)의 개략적인 블럭도이다.
도 5를 참조하면, 듀얼 카메라 모듈(200)은 제어 회로(210) 및 두 개의 렌즈 어셈블리, 즉 제1 렌즈 어셈블리(251) 및 제2 렌즈 어셈블리(252)를 포함할 수 있다. 제어 회로(210)는 도 1에 도시된 제어 회로(24)에 해당하고, 제1 및 제2 렌즈 어셈블리(251, 252)는 각각 도 1에 도시된 렌즈 어셈블리(22) 또는 도 2에 도시된 렌즈 어셈블리(110, 120, 130, 140)에 해당할 수 있다. 제1 렌즈 어셈블리(251)는 액체 렌즈 모듈(260)을 포함할 수 있으며, 액체 렌즈 모듈(260)은 구동 전압 제공부(270) 및 액체 렌즈(280)를 포함할 수 있다. 비록 도시되지는 않았으나, 제2 렌즈 어셈블리(252)도 제1 렌즈 어셈블리(251)와 동일하게 액체 렌즈 모듈(260)을 포함할 수 있으며, 액체 렌즈 모듈(260)은 구동 전압 제공부(270) 및 액체 렌즈(280)를 포함할 수 있다.
제어 회로(210)는 제어부(220)를 포함할 수 있으며, 액체 렌즈(280)를 포함하는 액체 렌즈부(140)의 동작을 제어할 수 있다.
제어부(220)는 AF 기능 및 OIS 기능을 수행하기 위한 구성을 가지며, 사용자의 요청 또는 감지 결과(예컨대, 자이로 센서(225)의 움직임 신호 등)를 이용하여 제1 렌즈 어셈블리(251) 및 제2 렌즈 어셈블리 각각에 포함된 액체 렌즈(280)를 제어할 수 있다. 여기서, 액체 렌즈(280)는 전술한 액체 렌즈(142)에 해당할 수 있다.
제어부(220)는 자이로 센서(225), 컨트롤러(230) 및 전압 드라이버(235)를 포함할 수 있다. 자이로 센서(225)는 제어부(220)에 포함되지 않는 독립된 구성일 수도 있고, 제어부(220)에 포함될 수도 있다.
자이로 센서(225)는 광학 기기의 상하 및 좌우에 대한 손떨림을 보상하기 위해 요(Yaw)축과 피치(Pitch)축 두 방향의 움직임의 각속도를 감지할 수 있다. 자이로 센서(225)는 감지된 각속도에 상응하는 움직임 신호를 생성하여 컨트롤러(230)에 제공할 수 있다.
컨트롤러(230)는 OIS 기능 구현을 위해 저역 통과 필터(LPF:Low Pass Filter)를 이용하여 움직임 신호에서 높은 주파수의 노이즈 성분을 제거하여 원하는 대역만 추출하고, 노이즈가 제거된 움직임 신호를 사용하여 손떨림량을 계산하고, 계산된 손떨림량을 보상하기 위해 액체 렌즈 모듈(260)의 액체 렌즈(280)가 가져야 할 형상에 대응하는 구동 전압을 계산할 수 있다.
컨트롤러(230)는 광학 기기 또는 카메라 모듈(200)의 내부(예컨대, 이미지 센서(182)) 또는 외부(예컨대, 거리 센서 또는 애플리케이션 프로세서)로부터 AF 기능을 위한 정보(즉, 객체와의 거리 정보)를 수신할 수 있고, 거리 정보를 통해 객체에 초점을 맞추기 위한 초점 거리에 따라 액체 렌즈(280)가 가져야 할 형상에 대응하는 구동 전압을 계산할 수 있다.
컨트롤러(230)는 구동 전압과 구동 전압을 전압 드라이버(235)가 생성하도록 하기 위한 구동 전압 코드를 맵핑한 구동 전압 테이블을 저장할 수 있고, 계산된 구동 전압에 대응하는 구동 전압 코드를 구동 전압 테이블을 참조하여 획득하고, 획득된 구동 전압 코드를 전압 드라이버(235)로 출력할 수 있다.
전압 드라이버(235)는 컨트롤러(230)로부터 제공된 디지털 형태의 구동 전압 코드를 기초로, 구동 전압 코드에 상응하는 아날로그 형태의 구동 전압을 생성하여, 제1 렌즈 어셈블리(251)와 제2 렌즈 어셈블리(252)에 각각 제공할 수 있다. 이때, 전압 드라이버(235)는 동일한 구동 전압을 제1 렌즈 어셈블리(251)와 제2 렌즈 어셈블리(252)에 제공할 수 있다.
전압 드라이버(235)는 공급 전압(예컨대, 별도의 전원 회로로부터 공급된 전압)을 입력 받아 전압 레벨을 증가시키는 전압 부스터, 전압 부스터의 출력을 안정시키기 위한 전압 안정기 및 액체 렌즈(280)의 각 단자에 전압 부스터의 출력을 선택적으로 공급하기 위한 스위칭부를 포함할 수 있다.
여기서, 스위칭부는 에이치브릿지(H Bridge)로 불리는 회로의 구성을 포함할 수 있다. 전압 부스터에서 출력된 고전압이 스위칭부의 전원 전압으로 인가된다. 스위칭부는 인가되는 전원 전압과 그라운드 전압(ground voltage)을 선택적으로 액체 렌즈(280)의 양단에 공급할 수 있다. 여기서, 액체 렌즈(280)는 구동을 위해 4개의 전극 섹터를 포함하는 4개의 제1 전극(E1), 제1 연결 기판(141), 1개의 제2 전극(E2) 및 제2 연결 기판(144)을 포함함은 전술한 바와 같다. 액체 렌즈(280)의 양단은 복수의 제1 전극(E1) 중 어느 하나와 제2 전극(E2)을 의미할 수 있다. 또한 액체 렌즈(280)의 양단은 4개의 제1 전극(E1)의 4개의 전극 섹터 중 어느 하나와 제2 전극(E2)의 1개의 전극 섹터를 의미할 수 있다.
액체 렌즈(280)의 각 전극 섹터에 기 설정된 폭을 가지는 펄스 형태의 전압이 인가될 수 있으며, 액체 렌즈(280)에 인가되는 구동 전압은 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 각각에 인가되는 전압의 차이이다.
또한, 전압 드라이버(235)가 컨트롤러(230)로부터 제공된 디지털 형태의 구동 전압 코드에 따라 액체 렌즈(280)에 인가되는 구동 전압을 제어하기 위해, 전압 부스터는 증가되는 전압레벨을 제어하고, 스위칭부는 공통 전극과 개별 전극에 인가되는 펄스 전압의 위상을 제어함에 의해 구동 전압 코드에 상응하는 아날로그 형태의 구동 전압이 생성되도록 한다.
즉, 제어부(220)는 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 각각에 인가되는 전압을 제어할 수 있다.
제어 회로(210)는 제어 회로(210)의 통신 또는 인터페이스의 기능을 수행하는 커넥터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, I2C(Inter-Integrated Circuit) 통신 방식을 사용하는 제어 회로(210)와 MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 통신 방식을 사용하는 제1 및 제2 렌즈 어셈블리(251, 252) 간의 통신을 위해 커넥터는 통신 프로토콜 변환을 수행할 수 있다. 또한, 커넥터는 외부(예컨대, 배터리)로부터 전원을 공급받아, 제어부(220)와 제1 및 제2 렌즈 어셈블리(251, 252)의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다. 이 경우 커넥터는 도 2에 도시된 커넥터(153)에 해당할 수 있다.
구동 전압 제공부(270)는 전압 드라이버(235)로부터 구동 전압을 제공받아, 액체 렌즈(280)에 구동 전압을 제공할 수 있다. 여기서, 구동 전압은 n개의 개별 전극 중 어느 하나의 개별 전극과 1개의 공통 전극 사이에 인가되는 아날로그 전압일 수 있다.
구동 전압 제공부(270)는 제어 회로(210)와 제1 및 제2 렌즈 어셈블리(251, 252) 간의 단자 연결로 인한 손실을 보상하기 위한 전압 조정 회로(미도시) 또는 노이즈 제거 회로(미도시)를 포함할 수도 있고, 또는 전압 드라이버(235)로부터 제공되는 전압을 액체 렌즈(280)로 바이패스(bypass)할 수도 있다.
구동 전압 제공부(270)는 연결부(152)의 적어도 일부를 구성하는 FPCB(또는, 기판)에 배치될 수 있으나, 실시 예는 이에 한정되지 않는다. 연결부(152)는 구동 전압 제공부(270)를 포함할 수 있다.
액체 렌즈(280)는 구동 전압에 따라 제1 액체(LQ1)와 제2 액체(LQ2) 간의 계면(BO)이 변형되어 AF 기능 또는 OIS 기능 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.
한편, 실시예에 따른 듀얼 카메라 모듈(200)에서 제1 렌즈 어셈블리(251)와 제2 렌즈 어셈블리(252)는 서로 다른 화각, 즉, 다중 초점을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 렌즈 어셈블리(251)와 제2 렌즈 어셈블리(252) 중 어느 하나는 협각 렌즈로 동작할 수 있고, 나머지 하나는 광각 렌즈로 동작할 수 있다.
서로 다른 화각을 가지기 위해서는, 전압 드라이버(235)로부터 동일한 구동 전압이 인가될 때 제1 렌즈 어셈블리(251)와 제2 렌즈 어셈블리(252) 각각의 액체 렌즈부의 계면이 서로 다른 디옵터를 갖도록 변화되는 것이 바람직하다.
이를 위해, 제1 렌즈 어셈블리(251)와 제2 렌즈 어셈블리(252) 각각의 액체 렌즈(280)의 구성이 상이할 수 있다. 상이한 구성의 일례로, 도 4에 도시된 바와 같은 액체 렌즈부(140)에서 절연층(148)의 두께(T)를 들 수 있다.
구체적으로, 액체 렌즈부(140)의 디옵터(D)는 아래 수학식 1과 같이 결정된다.
Figure 112018044560798-pat00001
수학식 1에서 Do는 액체 렌즈부(140)가 오프 상태일 때, 즉, 구동 전압이 인가되지 않은 상태의 디옵터를, ε는 절연층(148)의 유전상수를, df는 절연층(148)의 두께(T)를, V는 인가되는 구동 전압을 각각 나타낸다. 또한, γci는 제1 액체(LQ1)와 제2 액체(LQ2)의 계면 장력(liquid/liquid interfacial tension)을, R은 제3 개구의 반경을, ni는 제2 액체(LQ2)의 굴절률을, nc는 제1 액체(LQ1)의 굴절률을 각각 나타낸다.
결국, 수학식 1에서 구동 전압이 인가될 때의 디옵터는 다른 요소가 고정될 때 절연층(148)의 두께(df, 즉, 도 4의 T)에 반비례함을 알 수 있다. 특히, 절연층(148)의 두께는 절연층(148)의 증착 과정에서 제어될 수 있는 부분으로, 나머지 요소에 비해 비교적 용이하게 변경이 가능하므로, 액체 렌즈부(140)의 디옵터 특성을 변경함에 있어 생산 효율 면에서도 바람직하다.
예를 들어, γci가 0.045 N/mm이고, 제1 렌즈 어셈블리(251)에 포함된 액체 렌즈부(140)의 절연층(148) 두께(df)가 3um이고, 제2 렌즈 어셈블리(252)에 포함된 액체 렌즈부(140)의 절연층(148) 두께(df)가 4um이라 가정한다. 이러한 경우, 구동 전압별 디옵터와 초점 거리를 그래프로 정리한 결과가 도 6에 각각 도시된다.
도 6은 실시예에 따른 액체 렌즈부의 절연층 두께에 따른 구동 전압별 디옵터를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 제1 렌즈 어셈블리(251)의 액체 렌즈부(140)는 동일 구동 전압을 인가할 때 상대적으로 높은 디옵터를 보여 초점거리가 짧은 광각 렌즈의 특성을 보인다. 반대로, 제2 렌즈 어셈블리(252)의 액체 렌즈부(140)는 동일 구동 전압을 인가할 때 상대적으로 낮은 디옵터를 보여 초점거리가 긴 협각 렌즈의 특성을 보인다. 따라서, 절연층(148)의 두께를 달리 가져감으로 인해 동일 구동 전압을 인가할 때 두 개의 렌즈 어셈블리(251, 252)가 서로 다른 초점 거리를 가져 다중 초점이 구현됨을 알 수 있다.
특히, 도 6의 경우 제2 렌즈 어셈블리(252)의 디옵터(즉, 협각 디옵터)가 0 디옵터를 나타내는 지점(즉, 구동 전압이 약 47V일 때)에서, 제1 렌즈 어셈블리(251)의 디옵터(즉, 광각 디옵터)는 약 17 디옵터를 나타낸다. 따라서, 협각 특성을 기준으로 렌즈 어셈블리의 나머지 구성요소, 예를 들어, 제1 렌즈부(110) 및 제2 렌즈부(130)를 설계할 때 이러한 디옵터 차이가 고려될 수 있다. 구체적으로, 제2 렌즈 어셈블리(252)의 제1 렌즈부(110)와 제2 렌즈부(130)를 먼저 설계한 후, 이를 기준으로 제1 렌즈 어셈블리(251)의 제1 렌즈부(110)와 제2 렌즈부(130)를 설계할 경우, 제1 렌즈 어셈블리(251)의 제1 렌즈부(110)와 제2 렌즈부(130) 중 적어도 하나는 17디옵터 차이를 상쇄하기에 적합한 구조를 가질 수 있다. 이러한 경우, 제1 렌즈 어셈블리(251)와 제2 렌즈 어셈블리(252)는 특정 전압대에 대응되는 피사체와의 거리에 대하여 동일한 AF 특성(예를 들어, 동일 구동 전압 인가시 초점 일치)을 가질 수 있다.
한편, 절연층(148)의 두께를 결정함에 있어, 접사(macro) 성능이 고려될 수 있다. 접사 성능은 최대 디옵터와 연관되는데, 최대 디옵터는 절연층(148)의 두께에 영향을 받는다. 이를 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 최대 디옵터와 절연층 두께 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 최대 디옵터는 절연층(148)의 두께에 반비례함을 알 수 있다. 실시예에 따른 절연층(148)의 두께는 1um 내지 6um 일 수 있다. 이는 절연층의 두께가 1um 미만이면 캐비티(CA)의 측벽(i)을 이루는 경사면에 균일하게 절연층을 증착시키기 어렵고, 절연층의 두께가 6um을 초과할 경우 최대 디옵터 값이 확보되기 어렵기 때문이다. 다시 말해, 절연층(148)의 두께가 4um일 경우 최대 디옵터는 약 62에 해당하여 3cm의 접사거리를 만족할 수 있으나, 절연층(148)의 두께가 6um일 경우 최대 디옵터는 약 18에 해당하여 10cm 이하의 접사거리를 갖기 어렵다.
도 8는 다른 실시예에 따른 듀얼 카메라 모듈(200') 구조의 일례를 나타낸다.
도 8에 참조하면, 다른 실시예에 따른 듀얼 카메라 모듈(200')은 도 5에 도시된 실시예에 따른 듀얼 카메라 모듈(200) 대비 멀티플렉서 컨트롤러(237), 클럭 모듈(239) 및 멀티플렉서(240)를 더 포함할 수 있다. 또한 다른 실시예에 따른 듀얼 카메라 모듈(200')에서 제1 및 제2 렌즈 어셈블리(251', 252')는 동일한 구성을 갖는 것으로 가정한다. 이하, 도 5와 중복되는 구성 요소에 대한 설명은 생략하고, 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
멀티플렉서 컨트롤러(237)는 멀티플렉서(240)에 포함된 두 개의 스위치 모두를 단락시키는 명령을 멀티플렉서(240)로 전달하거나 멀티플렉서(240)에 포함된 두 개의 스위치 중 어느 하나의 스위치를 개방(open)시키고, 나머지 하나의 스위치를 단락(short)시키는 명령을 멀티플렉서(240)로 전달한다.
클럭 모듈(239)은 제어회로(210)와 두 개의 렌즈 어셈블리(251, 252)의 동기화를 수행하기 위해 클럭 신호를 생성한다.
멀티플렉서(240)는 적어도 렌즈 어셈블리의 개수에 대응되는 스위치를 포함하며, 전압 드라이버(235)로부터 전달된 구동 전압을 멀티플렉서 컨트롤러(237)의 제어에 대응되는 스위치 상태에 따라 두 개의 렌즈 어셈블리(251, 252) 중 적어도 하나를 전달한다.
결국, 다른 실시예에 의한 듀얼 카메라 모듈(200')은 제1 렌즈 어셈블리(251') 및 제2 렌즈 어셈블리(252') 각각이 다른 초점거리를 갖도록(즉, 다중 초점 구현) 제어하기 위해서는 동일한 구동 전압을 동시에 제1 렌즈 어셈블리(251') 및 제2 렌즈 어셈블리(252')에 인가할 수 없다. 대신, 다른 실시예에 의한 듀얼 카메라 모듈(200')은 멀티플렉서(240)를 통해 시분할 방식으로 제1 렌즈 어셈블리(251')와 제2 렌즈 어셈블리(252') 각각에 서로 다른 구동 전압을 서로 다른 시점에 인가해야 한다. 때문에, 결국, 다른 실시예에 의한 듀얼 카메라 모듈(200')은 적어도 멀티플렉서 컨트롤러(237), 클럭 모듈(239) 및 멀티플렉서(240)를 더 포함해야 하므로 구조가 복잡해지고 메인 기판(150)이 커질 수 있다.
반면에, 실시예에 따른 듀얼 카메라 모듈(200)은 동일한 구동 전압이 제1 렌즈 어셈블리(251)와 제2 렌즈 어셈블리(252)에 동시에 인가되더라도, 상이한 절연층의 두께에 의해 각각의 액체 렌즈부가 상이한 디옵터를 갖게 되므로, 다중 초점이 구현될 수 있다. 또한, 멀티플렉서 컨트롤러(237), 클럭 모듈(239) 및 멀티플렉서(240)가 구비될 필요가 없으므로 구조가 단순해지고 소형화가 가능한 장점이 있다.
실시 예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시 예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.
실시 예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시 예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시 형태로 구현될 수도 있다.
한편, 전술한 실시 예에 의한 렌즈 어셈블리를 포함하는 카메라 모듈(100A, 100B)을 이용하여 광학 기기를 구현할 수 있다. 여기서, 광학 기기는 광 신호를 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, 렌즈 어셈블리를 포함할 수 있는 광학 기기에 본 실시 예를 적용할 수 있다.
또한, 광학 기기는 스마트폰, 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 휴대용 장치로 구현될 수 있다. 이러한 광학 기기는 카메라 모듈(100), 영상을 출력하는 디스플레이부(미도시), 카메라 모듈(100)에 전원을 공급하는 배터리(미도시), 카메라 모듈(100)과 디스플레이부와 배터리를 실장하는 본체 하우징을 포함할 수 있다. 광학 기기는 타 기기와 통신할 수 있는 통신모듈과, 데이터를 저장할 수 있는 메모리부를 더 포함할 수 있다. 통신 모듈과 메모리부 역시 본체 하우징에 실장될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
22, 250, 251, 252: 렌즈 어셈블리 24, 210: 제어 회로
26, 182: 이미지 센서 100: 카메라 모듈
200, 200': 듀얼 카메라 모듈 110: 제1 렌즈부
120: 홀더 130: 제2 렌즈부
140: 액체 렌즈부 141: 제1 연결 기판
142: 액체 렌즈 143: 스페이서
144: 제2 연결 기판 150: 메인 기판
154: 회로 커버 170: 제1 커버
172: 미들 베이스 178 센서 베이스
176: 필터 210: 제어 회로

Claims (5)

  1. 제1 액체 렌즈를 포함하는 제1 렌즈 어셈블리; 및
    제2 액체 렌즈를 포함하는 제2 렌즈 어셈블리를 포함하되,
    상기 제1 액체 렌즈 및 상기 제2 액체 렌즈 각각은,
    캐비티(cavity), 상기 캐비티에 배치되는 전도성 액체와 비전도성 액체, 제1 전극과 제2 전극 및 상기 캐비티를 형성하는 내측면을 따라 상기 제1 전극의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 절연층을 포함하되,
    상기 제1 액체 렌즈의 절연층과 상기 제2 액체 렌즈의 절연층은 서로 다른 두께를 갖는, 듀얼 카메라 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 어셈블리 및 상기 제2 렌즈 어셈블리에 동일한 구동 전압을 동시에 인가하는 제어회로를 더 포함하는, 듀얼 카메라 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 액체 렌즈의 절연층은 상기 제2 액체 렌즈의 절연층보다 얇은 두께를 갖는 경우,
    동일한 구동 전압에서 상기 제1 액체 렌즈는 상기 제2 액체 렌즈보다 작은 초점 거리를 갖는, 듀얼 카메라 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 어셈블리는 광각 렌즈로 동작하고,
    상기 제2 렌즈 어셈블리는 협각 렌즈로 동작하는, 듀얼 카메라 모듈.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 액체 렌즈 및 상기 제2 액체 렌즈 각각의 절연층의 두께는,
    1um 내지 6um인, 듀얼 카메라 모듈.
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