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KR102640659B1 - 카메라 모듈 및 카메라 장치 - Google Patents

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KR102640659B1
KR102640659B1 KR1020170009000A KR20170009000A KR102640659B1 KR 102640659 B1 KR102640659 B1 KR 102640659B1 KR 1020170009000 A KR1020170009000 A KR 1020170009000A KR 20170009000 A KR20170009000 A KR 20170009000A KR 102640659 B1 KR102640659 B1 KR 102640659B1
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camera module
lens
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지석만
홍삼열
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엘지전자 주식회사
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Abstract

소형의 카메라 장치에 구비되는 카메라 모듈의 두께 제약으로 인한 오토 포커싱 및 손떨림 보정 구조의 설계에 있어서의 제약을 해결하기 위해, 제1 방향의 광축을 형성하는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 굴절부, 상기 굴절부를 실장하는 렌즈 케이스, 상기 렌즈 케이스에 고정된 포커싱 구동자석, 상기 포커싱 구동자석의 적어도 일 영역이 삽입되고, 제1 전류를 인가 받아 상기 포커싱 구동자석이 상기 제1 방향으로 제1 상대 변위하는 구동력을 발생시키는 포커싱 구동코일, 상기 포커싱 구동코일을 고정 실장하는 보정 케이스 및 상기 보정 케이스에 고정 구비되고 상기 제1 상대 변위에 의해 제2 전류가 전자기 유도되는 포커싱 센싱코일을 포함하는 카메라 모듈을 제공한다.

Description

카메라 모듈 및 카메라 장치 {CAMERA MODULE AND CAMERA DEVICE}
본 발명은 피사체의 이미지를 획득하는 기능을 수행하는 카메라 모듈 및 카메라 모듈을 실장하는 카메라 장치에 관한 것이다.
카메라를 구비한 장치에 있어서 사용자가 별도의 지지대를 이용하지 않고 이미지를 촬영하는 경우 장치가 흔들리게 된다. 이러한 흔들림으로 인해 원하는 피사체 또는 피사체들의 이미지가 선명하게 나오지 않게 된다.
카메라를 구비한 장치의 촬영시 떨림으로 인해 발생하는 이미지의 열화, 즉, 흔들림 등의 문제는 카메라를 구비한 장치에 구비된 손떨림 보정 장치를 통해 개선될 수 있다.
손떨림 보정 장치는 그 보정 방식에 따라 광학식 손떨림 보정 방식과 전자식 손떨림 보정 방식으로 나누어 질 수 있다.
전자식 손떨림 보정 방식은 ISO 감도를 높여 고감도의 상태에서 촬영을 하여 이미지 흔들림을 최소화 하는 것을 말한다. 따라서 전자식 손떨림 보정 방식은 별도의 ISO 감도를 조절하기 위한 구성을 제외하고는 별도의 기구적인 장치의 추가 없이 구현 가능하다는 점에서 비용의 증가를 최소화 할 수 있다.
하지만 전자식 손떨림 보정 방식은 ISO 감도를 높이므로 그로 인한 다른 단점이 발생할 수 있으며, 장치의 떨림 자체를 막아주는 것이 아니므로 근본적인 해결책이 될 수 없다.
광학식 손떨림 보정 방식은 장치의 떨림을 측정하고 그 측정값을 기반으로 카메라 모듈의 일부 구성을 움직여 피사체에 대하여 장치는 흔들리지만 카메라 모듈 자체는 흔들리지 않게 하거나 흔들림을 최소화 하게 하는 것을 말한다.
종래의 광학식 손떨림 보정 방식에는 렌즈를 회전 거동시킴으로써 보정하는 모듈 틸트 방식과 렌즈를 병진 거동시킴으로써 보정하는 렌즈 쉬프트 방식이 있다.
장치의 떨림으로 인한 이미지의 흔들림은 장치의 병진 운동에 의한 요소보다 회전 운동에 의한 요소가 더 큰 영향을 미친다는 점에서 모듈 틸트 방식이 렌즈 쉬프트 방식보다 보정 효과가 더 뛰어나다. 하지만 구조가 복잡하고 큰 부피를 필요로 하여 생산 비용의 비싸 소형 장치에는 렌즈 쉬프트 방식이 많이 쓰인다.
카메라 장치는 오토 포커싱(Auto Focusing)을 수행하기 위한 장치도 구비할 수 있다.
오토 포커싱은 피사체의 상이 이미지 센서에 선명하게 맺히도록 유효 초점 거리(Effective Focal Length)를 조절하는 것을 말한다. 자동 초점 장치도 광학식 손떨림 보정 장치와 같이 렌즈를 거동 시켜 오토 포커싱을 수행한다.
장치의 오토 포커싱의 렌즈 이동 범위는 장치의 배율 범위에 영향을 받는다. 따라서 카메라 장치에서 지원하는 배율이 커질수록 오토 포커싱을 위한 가동 범위가 길어질 필요가 있다.
최근 소형 장치에도 높은 배율 조정이 가능한 구조가 나오고 있으며, 따라서 오토 포커싱의 거리 범위도 증가하고 있다. 오토 포커싱의 거리 범위가 증가하는 경우 이러한 렌즈의 이동 거리를 측정하기 위한 센서의 정확도도 함께 요구된다.
기존의 오토 포커싱 센서는 스프링 및 홀 아이씨를 이용하여 구동하게 된다. 스프링 및 홀 아이씨를 이용한 오토 포커싱 센서는 작은 거동 범위 내에서는 어느 정도의 선형성을 보장받으나, 거동 범위가 커지는 경우 이를 보장받을 수 없어 다른 형태의 센싱 방식이 요구된다.
본 발명은 전술한 문제인 소형의 카메라 장치에 구비되는 카메라 모듈의 두께 제약으로 인한 오토 포커싱 및 손떨림 보정 구조의 설계에 있어서의 제약을 해결하는 것을 목적으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 방향의 광축을 형성하는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 굴절부, 상기 굴절부를 실장하는 렌즈 케이스, 상기 렌즈 케이스에 고정된 포커싱 구동자석, 상기 포커싱 구동자석의 적어도 일 영역이 삽입되고, 제1 전류를 인가 받아 상기 포커싱 구동자석이 상기 제1 방향으로 제1 상대 변위하는 구동력을 발생시키는 포커싱 구동코일, 상기 포커싱 구동코일을 고정 실장하는 보정 케이스 및 상기 보정 케이스에 고정 구비되고 상기 제1 상대 변위에 의해 제2 전류가 전자기 유도되는 포커싱 센싱코일을 포함하는 카메라 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 일단이 상기 렌즈 케이스에 고정되는 제1 철편 및 상기 제1 철편의 타단에 상기 제1 방향을 따라 구비되어 상기 포커싱 구동자석과 결합하고 적어도 일 영역이 상기 포커싱 구동코일에 삽입되는 제1 삽입부를 더 포함하는 카메라 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 포커싱 구동코일과 상기 포커싱 센싱코일은 직렬 방향으로 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 렌즈 케이스 및 상기 보정 케이스에 구비되어 상기 렌즈 케이스와 상기 보정 케이스 사이에상호 인력을 발생시키는 제1 자성부 및 상기 렌즈 케이스 및 상기 보정 케이스 사이에 구비되어 상기 렌즈 케이스와 상기 보정 케이스를 지지하는 적어도 하나의 베어링 볼을 포함하는 카메라 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 베어링 볼은 복수인 것을 특징으로 하고, 상기 렌즈 케이스 또는 상기 보정 케이스 중 하나의 제1 면에 함몰 형성되어 상기 복수의 베어링 볼을 안착시키는 볼 안착부 및 상기 렌즈 케이스 또는 상기 보정 케이스 중 다른 하나의 제2 면에 돌출 형성되어 상기 복수의 베어링 볼 사이를 지지하는 지지 리브를 더 포함하는 카메라 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 지지 리브의 일 단면은 'V' 형상을 포함하고, 상기 제1 면을 향해 돌출된 것을 특징으로 하는 카메라 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 제2 방향으로 입사된 빛을 상기 굴절부로 반사시키는 제1 반사부, 상기 보정 케이스에 고정 구비된 병진 구동자석, 상기 병진 구동자석의 적어도 일 영역이 삽입되고, 제3 전류를 인가 받아 상기 병진 구동자석이 제3 방향으로 제2 상대 변위하는 구동력을 발생시키는 병진 구동코일, 상기 병진 구동코일을 고정 실장하는 고정 케이스 및 상기 고정 케이스에 고정 구비되고 상기 제2 상대 변위에 의해 제4 전류가 전자기 유도되는 병진 센싱코일을 더 포함하고, 상기 제3 방향은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 각각에 대해 수직인 카메라 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 고정 케이스에 구비된 제2 자성부, 상기 보정 케이스에 구비되어 상기 제2 자성부와 인력을 발생시키는 제3 자성부 및 상기 보정 케이스 및 상기 고정 케이스 사이에 구비되어 상기 보정 케이스 및 상기 고정 케이스를 지지하는 적어도 하나의 베어링 볼을 포함하는 카메라 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 고정 케이스에 고정 구비되고 상기 제3 방향의 회전축을 가져 상기 제1 반사부에 회전 결합하는 회전부, 상기 제1 반사부에 고정 구비된 회전 구동자석 및 상기 회전 구동자석에 대응하여 상기 고정 케이스에 구비되고, 제5 전류를 인가 받아 상기 제1 반사부를 상기 회전부의 회전축으로 회전시키는 구동력을 발생시키는 회전 구동코일을 더 포함하는 카메라 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 회전 구동자석에 대응하여 상기 고정 케이스에 고정 구비되고, 상기 제1 반사부의 회전 정도를 센싱하여 제6 전류를 발생시키는 홀 아이씨(Hall IC)를 더 포함하는 카메라 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 입사면이 상기 제2 방향에 수직이고 반사면에 의해 상기 제2 방향으로 입사된 빛을 상기 제1 방향으로 반사시키는 프리즘인 것을 특징으로 하는 카메라 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 굴절부를 통과한 상기 제1 방향의 빛을 상기 제2 방향의 반대 방향으로 반사시키는 제2 반사부 및 상기 제2 반사부의 상기 제2 방향의 반대 방향 일측에 구비되어 센싱면이 상기 제2 방향에 수직하도록 배치된 이미지 센서를 더 포함하는 카메라 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 두께 방향에 대해 전면 및 후면을 형성하여 카메라 모듈을 실장 카메라 장치에 있어서, 상기 카메라 모듈은, 제1 방향의 광축을 형성하는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 굴절부, 상기 굴절부를 실장하는 렌즈 케이스, 상기 렌즈 케이스에 고정 구비된 포커싱 구동자석, 상기 포커싱 구동자석의 적어도 일 영역이 삽입되고, 제1 전류를 인가 받아 상기 포커싱 구동자석이 상기 제1 방향으로 제1 상대 변위하는 구동력을 발생시키는 포커싱 구동코일, 상기 포커싱 구동코일을 고정 실장하는 보정 케이스, 상기 보정 케이스에 고정 구비되고 상기 제1 상대 변위에 의해 제2 전류가 전자기 유도되는 포커싱 센싱코일, 제2 방향으로 입사된 빛을 상기 굴절부로 반사시키는 제1 반사부, 상기 굴절부를 통과한 상기 제1 방향의 빛을 상기 제2 방향의 반대 방향으로 반사시키는 제2 반사부 및 상기 제2 반사부의 상기 제2 방향의 반대 방향 일측에 구비되어 센싱면이 상기 제2 방향에 수직하도록 배치된 이미지 센서를 포함하고, 상기 제2 방향은 상기 카메라 장치의 두께 방향과 일치하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 카메라 모듈은, 상기 보정 케이스에 고정 구비된 병진 구동자석, 상기 병진 구동자석의 적어도 일 영역이 삽입되고, 제3 전류를 인가 받아 상기 병진 구동자석이 제3 방향으로 제2 상대 변위하는 구동력을 발생시키는 병진 구동코일, 상기 병진 구동코일을 고정 실장하는 고정 케이스 및 상기 고정 케이스에 고정 구비되고 상기 제2 상대 변위에 의해 제4 전류가 전자기 유도되는 병진 센싱코일을 더 포함하고, 상기 제3 방향은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 각각에 대해 수직인 것을 특징으로 하고, 외관을 형성하고 상기 고정 케이스가 고정되도록 상기 카메라 모듈을 실장하는 하우징 및 상기 고정 케이스의 떨림 및 상기 제4 전류 값에 대응하여 상기 병진 구동코일에 상기 제3 전류를 인가하는 제어부를 더 포함하는 카메라 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 카메라 모듈은, 상기 고정 케이스에 고정 구비되고 상기 제3 방향의 회전축을 가져 상기 제1 반사부에 회전 결합하는 회전부, 상기 제1 반사부에 고정 구비된 회전 구동자석, 상기 회전 구동자석에 대응하여 상기 고정 케이스에 구비되고, 제5 전류를 인가 받아 상기 제1 반사부를 상기 회전부의 회전축으로 회전시키는 구동력을 발생시키는 회전 구동코일 및 상기 회전 구동자석에 대응하여 상기 고정 케이스에 고정 구비되고, 상기 제1 반사부의 회전 정도를 센싱하여 제6 전류를 발생하는 홀 아이씨(Hall IC)를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 고정 케이스의 떨림 및 상기 홀 아이씨의 센싱 값에 대응하여 상기 회전 구동코일에 상기 제5 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 카메라 모듈 및 카메라 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 카메라 모듈 및 카메라 장치의 두께를 최소화 할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 카메라 모듈 및 카메라 장치의 두께를 최소화 함과 동시에 렌즈의 설계 자유도가 증가한다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 굴절부의 거동 정도를 파악하는 센싱 정확도가 증가한다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 오토 포커싱 또는 손떨림 보정을 위한 거동에 있어서 발생하는 마찰력을 최소화 할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 오토 포커싱 또는 손떨림 보정을 위해 거동하는 구조의 구조적 안정성이 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 최소의 구성으로 상호 구성에 인력을 발생시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명과 관련된 카메라 장치의 정면 사시도 및 배면 사시도이다.
도 2는 본 발명과 관련된 카메라 장치의 블록도이다.
도 3은 종래의 렌즈 쉬프트 방식의 손떨림 보정에 관한 모식도이다.
도 4(a)는 종래의 카메라 장치의 단면을, 도 4(b)는 본 발명의 카메라 장치의 단면에 대한 개략도이다.
도 5는 본 발명과 관련된 카메라 모듈의 측면 개략도이다.
도 6은 본 발명과 관련된 카메라 모듈의 윗면 개략도이다.
도 7은 본 발명과 관련된 카메라 모듈의 측면 개략도이다.
도 8은 본 발명과 관련된 카메라 모듈의 윗면 사시도이다.
도 9는 본 발명과 관련된 카메라 모듈의 일부 윗면 사시도이다.
도 10은 도 8의 A-A' 방향 단면도를 도시한 것이고, 도 11은 도 8의 B-B' 방향 단면도를 도시한 것이다.
도 12는 렌즈 케이의 윗면 사시도 및 보정 케이스의 아랫면 사시도를 도시한 것이다.
도 13은 본 발명과 관련된 카메라 모듈의 일부 윗면을 도시한 것이다.
도 14는 도 8의 C-C' 방향 단면도이다.
도 15(a)는 본 발명과 관련된 카메라 모듈의 제1 반사부 영역에 대한 단면 사시도, 도 15(b)는 도 15(a)의 D-D' 방향 단면도, 도 15(c)는 본 발명과 관련된 카메라 모듈의 제1 반사부 영역의 일부 배면을 도시한 것이다.
도 16은 본 발명과 관련된 카메라 모듈의 윗면 사시도이다.
도 17은 몇 가지 변위 센싱 방식을 측정한 비교 표이다.
카메라를 구비한 장치에 있어서 사용자가 별도의 지지대를 이용하지 않고 이미지를 촬영하는 경우 장치가 흔들리게 된다. 이러한 흔들림으로 인해 원하는 피사체 또는 피사체들의 이미지가 선명하게 나오지 않게 된다.
카메라를 구비한 장치의 촬영시 떨림으로 인해 발생하는 이미지의 열화, 즉, 흔들림 등의 문제는 카메라를 구비한 장치에 구비된 손떨림 보정 장치를 통해 개선될 수 있다.
손떨림 보정 장치는 그 보정 방식에 따라 광학식 손떨림 보정 방식과 전자식 손떨림 보정 방식으로 나누어 질 수 있다.
전자식 손떨림 보정 방식은 ISO 감도를 높여 고감도의 상태에서 촬영을 하여 이미지 흔들림을 최소화 하는 것을 말한다. 따라서 전자식 손떨림 보정 방식은 별도의 ISO 감도를 조절하기 위한 구성을 제외하고는 별도의 기구적인 장치의 추가 없이 구현 가능하다는 점에서 비용의 증가를 최소화 할 수 있다.
하지만 전자식 손떨림 보정 방식은 ISO 감도를 높이므로 그로 인한 다른 단점이 발생할 수 있으며, 장치의 떨림 자체를 막아주는 것이 아니므로 근본적인 해결책이 될 수 없다.
광학식 손떨림 보정 방식은 장치의 떨림을 측정하고 그 측정값을 기반으로 카메라 모듈의 일부 구성을 움직여 피사체에 대하여 장치는 흔들리지만 카메라 모듈 자체는 흔들리지 않게 하거나 흔들림을 최소화 하게 하는 것을 말한다.
종래의 광학식 손떨림 보정 방식에는 렌즈를 회전 거동시킴으로써 보정하는 모듈 틸트 방식과 렌즈를 병진 거동시킴으로써 보정하는 렌즈 쉬프트 방식이 있다.
장치의 떨림으로 인한 이미지의 흔들림은 장치의 병진 운동에 의한 요소보다 회전 운동에 의한 요소가 더 큰 영향을 미친다는 점에서 모듈 틸트 방식이 렌즈 쉬프트 방식보다 보정 효과가 더 뛰어나다. 하지만 구조가 복잡하고 큰 부피를 필요로 하여 생산 비용의 비싸 소형 장치에는 렌즈 쉬프트 방식이 많이 쓰인다.
카메라 장치는 오토 포커싱(Auto Focusing)을 수행하기 위한 장치도 구비할 수 있다.
오토 포커싱은 피사체의 상이 이미지 센서에 선명하게 맺히도록 유효 초점 거리(Effective Focal Length)를 조절하는 것을 말한다. 자동 초점 장치도 광학식 손떨림 보정 장치와 같이 렌즈를 거동 시켜 오토 포커싱을 수행한다.
장치의 오토 포커싱의 렌즈 이동 범위는 장치의 배율 범위에 영향을 받는다. 따라서 카메라 장치에서 지원하는 배율이 커질수록 오토 포커싱을 위한 가동 범위가 길어질 필요가 있다.
최근 소형 장치에도 높은 배율 조정이 가능한 구조가 나오고 있으며, 따라서 오토 포커싱의 거리 범위도 증가하고 있다. 오토 포커싱의 거리 범위가 증가하는 경우 이러한 렌즈의 이동 거리를 측정하기 위한 센서의 정확도도 함께 요구된다.
기존의 오토 포커싱 센서는 스프링 및 홀 아이씨를 이용하여 구동하게 된다. 스프링 및 홀 아이씨를 이용한 오토 포커싱 센서는 작은 거동 범위 내에서는 어느 정도의 선형성을 보장받으나, 거동 범위가 커지는 경우 이를 보장받을 수 없어 다른 형태의 센싱 방식이 요구된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명과 관련된 카메라 장치(100)의 정면 사시도 및 배면 사시도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 카메라 장치(100) 바디의 전면에 디스플레이부(151), 제1 음향 출력부(152a), 근접 센서(141), 조도 센서(142), 광 출력부(154), 제1 카메라(121a) 및 제1 조작유닛(123a)이 배치되고, 카메라 장치(100) 바디의 측면에 제2 조작유닛(123b), 마이크로폰(122) 및 인터페이스부(160)이 배치되며, 카메라 장치(100) 바디의 후면에 제2 음향 출력부(152b) 및 제2 카메라(121b)가 배치된 카메라 장치(100)를 일 예로 들어 설명한다.
다만, 이들 구성은 이러한 배치에 한정되는 것은 아니다. 이들 구성은 필요에 따라 제외 또는 대체되거나, 다른 면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 카메라 장치(100) 바디의 전면에는 제1 조작유닛(123a)이 구비되지 않을 수 있으며, 제2 음향 출력부(152b)는 카메라 장치(100) 바디의 후면이 아닌 카메라 장치(100) 바디의 측면에 구비될 수 있다.
디스플레이부(151)는 카메라 장치(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이부(151)는 카메라 장치(100)에서 구동되는 응용 프로그램의 실행화면 정보, 또는 이러한 실행화면 정보에 따른 UI(User Interface), GUI(Graphic User Interface) 정보를 표시할 수 있다.
디스플레이부(151)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 디스플레이부(151)는 카메라 장치(100)의 구현 형태에 따라 2개 이상 존재할 수 있다. 이 경우, 카메라 장치(100)에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 배치될 수 있고, 또한 서로 다른 면에 각각 배치될 수도 있다.
디스플레이부(151)는 터치 방식에 의하여 제어 명령을 입력 받을 수 있도록, 디스플레이부(151)에 대한 터치를 감지하는 터치센서를 포함할 수 있다. 이를 이용하여, 디스플레이부(151)에 대하여 터치가 이루어지면, 터치센서는 상기 터치를 감지하고, 제어부(180)는 이에 근거하여 상기 터치에 대응하는 제어명령을 발생시키도록 이루어질 수 있다. 터치 방식에 의하여 입력되는 내용은 문자 또는 숫자이거나, 각종 모드에서의 지시 또는 지정 가능한 메뉴항목 등일 수 있다.
한편, 터치센서는, 터치패턴을 구비하는 필름 형태로 구성되어 윈도우(151a)와 윈도우(151a)의 배면 상의 디스플레이(미도시) 사이에 배치되거나, 윈도우(151a)의 배면에 직접 패터닝되는 메탈 와이어가 될 수도 있다. 또는, 터치센서는 디스플레이와 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 터치센서는, 디스플레이의 기판 상에 배치되거나, 디스플레이의 내부에 구비될 수 있다.
이처럼, 디스플레이부(151)는 터치센서와 함께 터치 스크린을 형성할 수 있으며, 이 경우에 터치 스크린은 사용자 입력부로 기능할 수 있다. 경우에 따라, 터치 스크린은 제1 조작유닛(123a)의 적어도 일부 기능을 대체할 수 있다.
제1 음향 출력부(152a)는 통화음을 사용자의 귀에 전달시키는 리시버(receiver)로 구현될 수 있으며, 제2 음향 출력부(152b)는 각종 알람음이나 멀티미디어의 재생음을 출력하는 라우드 스피커(loud speaker)의 형태로 구현될 수 있다.
디스플레이부(151)의 윈도우(151a)에는 제1 음향 출력부(152a)로부터 발생되는 사운드의 방출을 위한 음향홀이 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 사운드는 구조물 간의 조립틈(예를 들어, 윈도우(151a)와 프론트 케이스(101) 간의 틈)을 따라 방출되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 외관상 음향 출력을 위하여 독립적으로 형성되는 홀이 보이지 않거나 숨겨져 카메라 장치(100)의 외관이 보다 심플해질 수 있다.
광 출력부(154)는 이벤트의 발생시 이를 알리기 위한 빛을 출력하도록 이루어진다. 상기 이벤트의 예로는 메시지 수신, 호 신호 수신, 부재중 전화, 알람, 일정 알림, 이메일 수신, 애플리케이션을 통한 정보 수신 등을 들 수 있다. 제어부(180)는 사용자의 이벤트 확인이 감지되면, 빛의 출력이 종료되도록 광 출력부(154)를 제어할 수 있다.
제1 카메라(121a)은 촬영 모드 또는 화상통화 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(151)에 표시될 수 있으며, 메모리(170)에 저장될 수 있다.
후술하는 카메라 모듈(200)은 상기 제1 카메라(121a) 또는 상기 제2 카메라(121b)의 물리적인 일 형태가 될 수 있다.
카메라 모듈(200)은 카메라 장치(100)에 구비되는 하나의 부품단위의 개념이 될 수 있다.
제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 카메라 장치(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력 받기 위해 조작되는 사용자 입력부(123)의 일 예로서, 조작부(manipulating portion)로도 통칭될 수 있다. 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 터치, 푸시, 스크롤 등 사용자가 촉각적인 느낌을 받으면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 근접 터치(proximity touch), 호버링(hovering) 터치 등을 통해서 사용자의 촉각적인 느낌이 없이 조작하게 되는 방식으로도 채용될 수 있다.
본 도면에서는 제1 조작유닛(123a)이 터치키(touch key)인 것으로 예시하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 조작유닛(123a)은 푸시키(mechanical key)가 되거나, 터치키와 푸시키의 조합으로 구성될 수 있다.
제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)에 의하여 입력되는 내용은 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 조작유닛(123a)은 메뉴, 홈키, 취소, 검색 등의 명령을 입력 받고, 제2 조작유닛(123b)은 제1 또는 제2 음향 출력부(152a, 152b)에서 출력되는 음향의 크기 조절, 디스플레이부(151)의 터치 인식 모드로의 전환 등의 명령을 입력 받을 수 있다.
한편, 카메라 장치(100) 바디의 후면에는 사용자 입력부(123)의 다른 일 예로서, 후면 입력부(미도시)가 구비될 수 있다. 이러한 후면 입력부는 카메라 장치(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력 받기 위해 조작되는 것으로서, 입력되는 내용은 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 전원의 온/오프, 시작, 종료, 스크롤 등과 같은 명령, 제1 및 제2 음향 출력부(152a, 152b)에서 출력되는 음향의 크기 조절, 디스플레이부(151)의 터치 인식 모드로의 전환 등과 같은 명령을 입력 받을 수 있다. 후면 입력부는 터치입력, 푸시입력 또는 이들의 조합에 의한 입력이 가능한 형태로 구현될 수 있다.
후면 입력부는 카메라 장치(100) 바디의 두께방향으로 전면의 디스플레이부(151)와 중첩되게 배치될 수 있다. 일 예로, 사용자가 카메라 장치(100) 바디를 한 손으로 쥐었을 때 검지를 이용하여 용이하게 조작 가능하도록, 후면 입력부는 카메라 장치(100) 바디의 후면 상단부에 배치될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 후면 입력부의 위치는 변경될 수 있다.
이처럼 카메라 장치(100) 바디의 후면에 후면 입력부가 구비되는 경우, 이를 이용한 새로운 형태의 유저 인터페이스가 구현될 수 있다. 또한, 앞서 설명한 터치 스크린 또는 후면 입력부가 카메라 장치(100) 바디의 전면에 구비되는 제1 조작유닛(123a)의 적어도 일부 기능을 대체하여, 카메라 장치(100) 바디의 전면에 제1 조작유닛(123a)이 미배치되는 경우, 디스플레이부(151)가 보다 대화면으로 구성될 수 있다.
한편, 카메라 장치(100)에는 사용자의 지문을 인식하는 지문인식센서가 구비될 수 있으며, 제어부(180)는 지문인식센서를 통하여 감지되는 지문정보를 인증수단으로 이용할 수 있다. 상기 지문인식센서는 디스플레이부(151) 또는 사용자 입력부(123)에 내장될 수 있다.
마이크로폰(122)은 사용자의 음성, 기타 소리 등을 입력 받도록 이루어진다. 마이크로폰(122)은 복수의 개소에 구비되어 스테레오 음향을 입력 받도록 구성될 수 있다.
인터페이스부(160)는 카메라 장치(100)를 외부기기와 연결시킬 수 있는 통로가 된다. 예를 들어, 인터페이스부(160)는 다른 장치(예를 들어, 이어폰, 외장 스피커)와의 연결을 위한 접속단자, 근거리 통신을 위한 포트[예를 들어, 적외선 포트(IrDA Port), 블루투스 포트(Bluetooth Port), 무선 랜 포트(Wireless LAN Port) 등], 또는 카메라 장치(100)에 전원을 공급하기 위한 전원공급단자 중 적어도 하나일 수 있다. 이러한 인터페이스부(160)는 SIM(Subscriber Identification Module) 또는 UIM(User Identity Module), 정보 저장을 위한 메모리 카드 등의 외장형 카드를 수용하는 소켓의 형태로 구현될 수도 있다.
카메라 장치(100) 바디의 후면에는 제2카메라(121b)가 배치될 수 있다. 이 경우, 제2카메라(121b)는 제1카메라(121a)와 실질적으로 반대되는 촬영 방향을 가지게 된다.
제2카메라(121b)도 마찬가지로 후술하는 카메라 모듈(200)의 일 실시 형태가 될 수 있다.
제2카메라(121b)는 적어도 하나의 라인을 따라 배열되는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 복수의 렌즈는 행렬(matrix) 형식으로 배열될 수도 있다. 이러한 카메라는, '어레이(array) 카메라'로 명명될 수 있다. 제2카메라(121b)가 어레이 카메라로 구성되는 경우, 복수의 렌즈를 이용하여 다양한 방식으로 영상을 촬영할 수 있으며, 보다 나은 품질의 영상을 획득할 수 있다.
플래시(124)는 제2카메라(121b)에 인접하게 배치될 수 있다. 플래시(124)는 제2카메라(121b)로 피사체를 촬영하는 경우에 피사체를 향하여 빛을 비추게 된다.
카메라 장치(100) 바디에는 제2 음향 출력부(152b)가 추가로 배치될 수 있다. 제2 음향 출력부(152b)는 제1 음향 출력부(152a)와 함께 스테레오 기능을 구현할 수 있으며, 통화시 스피커폰 모드의 구현을 위하여 사용될 수도 있다.
카메라 장치(100) 바디에는 무선 통신을 위한 적어도 하나의 안테나가 구비될 수 있다. 안테나는 카메라 장치(100) 바디에 내장되거나, 케이스에 형성될 수 있다. 예를 들어, 방송 수신 모듈의 일부를 이루는 안테나는 카메라 장치(100) 바디에서 인출 가능하게 구성될 수 있다. 또는, 안테나는 필름 타입으로 형성되어 후면 커버(103)의 내측면에 부착될 수도 있고, 도전성 재질을 포함하는 케이스가 안테나로서 기능하도록 구성될 수도 있다.
카메라 장치(100) 바디에는 카메라 모듈(200)을 포함하는 카메라 장치(100)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부가 구비된다. 전원 공급부(190)는 카메라 장치(100) 바디에 내장되거나, 카메라 장치(100) 바디의 외부에서 착탈 가능하게 구성되는 배터리(191)를 포함할 수 있다.
배터리(191)는 인터페이스부(160)에 연결되는 전원 케이블을 통하여 전원을 공급받도록 구성될 수 있다. 또한, 배터리(191)는 무선충전기기를 통하여 무선충전 가능하도록 구성될 수도 있다. 상기 무선충전은 자기유도방식 또는 공진방식(자기공명방식)에 의하여 구현될 수 있다.
한편, 본 도면에서는 후면 커버(103)가 배터리(191)를 덮도록 리어 케이스(102)에 결합되어 배터리(191)의 이탈을 제한하고, 배터리(191)를 외부 충격과 이물질로부터 보호하도록 구성된 것을 예시하고 있다. 배터리(191)가 카메라 장치(100) 바디에 착탈 가능하게 구성되는 경우, 후면 커버(103)는 리어 케이스(102)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
도 2는 본 발명과 관련된 카메라 장치(100)의 블록도이다.
본 명세서에서 설명되는 카메라 장치(100)에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 카메라 장치(100), PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 카메라 장치(100) (smartwatch), 글래스형 카메라 장치(100) (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.
그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 카메라 장치(100)에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등과 같은 고정 카메라 장치(100)에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 해당 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 카메라 장치(100)는 무선 통신부(110), 입력부(120), 센싱부(140), 출력부(150), 인터페이스부(160), 메모리(170), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 구성요소들은 카메라 장치(100)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 카메라 장치(100)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중 무선 통신부(110)는, 카메라 장치(100)와 무선 통신 시스템 사이, 카메라 장치(100)와 다른 단말기 사이, 또는 카메라 장치(100)와 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신부(110)는, 카메라 장치(100)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.
이러한 무선 통신부(110)는, 방송 수신 모듈(111), 이동통신 모듈(112), 무선 인터넷 모듈(113), 근거리 통신 모듈(114), 위치 정보 모듈(115) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
입력부(120)는, 영상 신호 입력을 위한 카메라(121) 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone, 122), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(123, 예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(120)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.
센싱부(140)는 카메라 장치(100) 내 정보, 카메라 장치(100)를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(140)는 근접센서(141, proximity sensor), 조도 센서(142, illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라(121 참조)), 마이크로폰(microphone, 122 참조), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 카메라 장치(100)는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.
후술하는 센싱코일 구조도 센싱부(140)의 일 구성이 될 수 있다.
출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부(151), 음향 출력부(152), 햅틱 모듈(153), 광 출력부(154) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부(151)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 카메라 장치(100)와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부(123)로써 기능함과 동시에, 카메라 장치(100)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.
인터페이스부(160)는 카메라 장치(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 인터페이스부(160)는, 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 카메라 장치(100)에서는, 상기 인터페이스부(160)에 외부 기기가 연결되는 것에 대응하여, 연결된 외부 기기와 관련된 적절할 제어를 수행할 수 있다.
또한, 메모리(170)는 카메라 장치(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 카메라 장치(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 카메라 장치(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 또한 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 카메라 장치(100)의 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 카메라 장치(100)상에 존재할 수 있다. 한편, 응용 프로그램은, 메모리(170)에 저장되고, 카메라 장치(100) 상에 설치되어, 제어부(180)에 의하여 상기 카메라 장치(100)의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.
제어부(180)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 카메라 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(180)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 2의 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 카메라 장치(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
전원 공급부(190)는 제어부(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가 받아 카메라 장치(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원 공급부(190)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체 가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.
상기 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 카메라 장치(100)의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 상기 카메라 장치(100)의 동작, 제어, 또는 제어방법은 상기 메모리(170)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 카메라 장치(100) 상에서 구현될 수 있다.
이하 카메라 장치(100) 또는 카메라 모듈(200)과 관련한 손떨림 보정을 구현하는 원리 및 방식에 관해 설명한다.
도 3은 종래의 렌즈 쉬프트 방식의 손떨림 보정에 관한 모식도이다.
장치에 구비된 카메라는 렌즈(320)를 통해 피사체(310)에 반사된 빛을 수광하고, 렌즈(320)는 수광된 빛을 반사 또는 투과시켜 이미지 센서(330)로 출사시킨다. 출사된 빛의 상은 이미지 센서(330)에 맺혀 최종 이미지를 획득하게 된다.
카메라의 렌즈(320)는 장치에 고정되어 있으므로 장치의 떨림을 포함하는 움직임에 따라 카메라의 렌즈(320)가 바라보는, 즉 획득하게 되는 피사체(310)는 달라지게 된다.
렌즈 쉬프트 방식은 장치의 떨림을 렌즈(320)의 병진 운동으로 보정한다.
도 3(a)는 장치의 떨림에 대해 렌즈(320)가 병진 운동을 하기 전 상태를, 도 3(b)는 장치의 떨림에 대해 렌즈(320)가 병진 운동한 이후의 상태를 나타낸다.
물체의 빛은 렌즈(320)를 통과하여 이미지 센서(330)에 도립 실상을 맺는다. 이미지 센서(330)는 맺힌 도립 실상을 획득하여 전자 신호의 형태로 변환한다.
도 3(a)와 같이 고정된 물체의 중심을 촬영하려던 카메라 장치가 떨려 물체의 아래 방향을 바라보게 되었다고 가정하자. 결과적으로 카메라의 이미지 센서(330)에는 기존에 촬영하려고 했던 물체의 상단 부분 이미지를 획득하지 못하게 된다.
이러한 상태를 보정하기 위해 렌즈(320)는 도 3(b)와 같이 수직 상방으로 병진 거동하여 획득하지 못한 물체의 상단 부분을 획득할 수 있다. 이러한 렌즈(320)의 움직임 방식을 렌즈 쉬프트 방식이라 한다.
즉, 렌즈(320)를 렌즈(320)에 입사하는 광축에 수직 일 방향으로 렌즈(320)를 운동시켜 보정하게 된다.
하지만 전술한 바와 같이 이미지 열화는 장치의 병진 떨림에 의한 요인보다 장치의 회전 떨림에 의한 요인이 크다.
렌즈 쉬프트 방식은 이러한 장치의 회전 떨림을 병진 운동으로 보정하게 되고, 그 결과 획득된 이미지의 중심부는 일정 수준 이상의 보정이 가능하지만 주변부는 최외곽 렌즈(320)와 쉬프트 되는 렌즈(320) 간의 거리 차 등으로 인한 배율의 변화가 발생하게 되어 흔들리거나 왜곡되는 현상이 발생하게 된다.
모듈 틸트 방식은 이러한 렌즈 쉬프트 방식의 단점을 보완한다. 장치의 회전 떨림을 렌즈(320)의 틸팅, 즉 회전을 통해 보상하므로 렌즈 쉬프트 방식에 비해 이미지의 왜곡이 적다.
다만 모듈 틸트 방식은 렌즈(320)의 틸팅 구동을 위한 구동부의 구조가 복잡하여 제조 비용이 크고 소형 장치에 사용되는 것이 부적절하다.
도 4(a)는 종래의 카메라 장치(100)의 단면을, 도 4(b)는 본 발명의 카메라 장치(100)의 단면에 대한 개략도이다.
카메라 장치(100)가 통상적인 이동 단말기의 형태로 구비되는 경우 카메라는 장치의 조리개 또는 커버 윈도우(221)가 카메라 장치(100)의 두께 방향인 T방향 양면을 형성하는 전면 또는 배면을 바라보도록 하여 두께 방향의 피사체를 촬영하도록 하는 것이 일반적이다.
별도의 구성이 추가되지 않는 경우 카메라의 렌즈는 광축이 피사체를 바라보는 방향으로 구비되므로 도 4(a)와 같이 카메라 장치(100)의 T 방향으로 배치된다.
카메라 모듈(200)은 광축 방향으로 더 큰 공간을 차지하므로 도 4(a)와 같이 상대적으로 협소한 카메라 장치(100)의 두께 방향으로 카메라 모듈(200)이 배치되는 것은 카메라 모듈(200)의 렌즈 등의 설계에 제약을 가져온다.
이를 해결하기 위해 도 4(b)와 같이 반사부를 이용하여 렌즈의 광축이 카메라 장치(100)의 두께 방향인 T방향이 아닌 카메라 장치(100)의 길이 방향인 L방향으로 구비되는 페리스코프(Periscope) 타입의 카메라 모듈(200)을 제안한다.
굴절부(210)의 광축을 장치의 길이 방향으로 위치하도록 함으로써 굴절부(210)의 광축 방향 길이의 설계 자유도를 증가시켜 줌 또는 오토 포커싱 기능 등에 대한 제약을 완화 시킬 수 있다.
여기서 굴절부(210)는 동일한 광축을 공유하는 적어도 하나의 렌즈를 말한다.
카메라 모듈(200)에 구비되어 맺힌 상을 이미지화 하는 이미지 센서(222), 또는 이미지 센서(222)를 실장하는 기판 또한 두께가 얇고 너비가 넓은 형상 특징을 가지므로 이미지 센서(222) 면이 카메라 장치(100)의 두께 방향에 수직한 도 4(b)와 같이 위치하도록 이미지 센서(222)가 배치될 수 있다.
피사체에 반사된 빛은 카메라 장치(100)의 커버 윈도우(221)를 통과하여 제1 반사부(223)에서 꺾이고, 꺾인 빛은 길이 방향으로 광축을 형성하는 굴절부(210)를 지나 제2 반사부(224)에 반사되어 이미지 센서(222)에 상을 맺을 수 있다.
본 발명은 두 가지의 구동 메커니즘을 통한 광학식 떨림 보정을 통해 장치의 떨림을 보정한다.
하나는 제1 반사부(223)의 회전 거동을 통해, 다른 하나는 굴절부(210)의 병진 거동을 통해 구현된다.
각 구동 매커니즘에 의한 보정 원리를 설명한다.
도 5는 본 발명과 관련된 카메라 모듈(200)의 측면 개략도이다.
전술한 페리스코프 타입의 카메라 모듈(200)을 전제로, 제1 반사부(223)의 회전 거동을 통해 카메라 모듈(200)의 떨림 중 일부 성분에 대한 보정을 할 수 있다.
도 5(a)는 장치에 떨림이 발생하지 않은 상태를, 도 5(b)는 장치에 떨림이 발생한 상태를 도시한 것이다.
설명의 편의를 위해, 카메라 모듈(200)을 기준으로 하는 방향에 대해 정의하도록 한다.
굴절부(210)가 형성하는 광축(2101)의 방향을 제1 방향으로 정의한다. 제2 방향은 제1 반사부(223)로 입사되는 빛의 방향을 의미한다. 즉, 제1 반사부(223)는 제2 방향으로 입사된 빛을 제1 방향으로 반사시킨다. 제1 반사부(223)가 떨림 보정을 위한 회전 거동을 하기 이전이라면 제1 방향과 제2 방향은 수직을 이룰 수 있다. 제1 방향에 수직한 제2 방향은 장치에 떨림이 발생하지 않아 제1 반사부(223)의 회전이 발생하기 전을 의미한다.
제3 방향은 제1 방향 및 제2 방향 각각과 서로 수직을 이루는 방향을 의미한다.
제1 방향 및 제2 방향을 포함하는 평면을 제1 평면으로 정의한다.
제1 반사부(223)는 제1 평면에 수직한 일 방향을 회전축으로 하여 회전 보정을 수행한다.
제1 반사부(223)의 회전 보정은 카메라 모듈(200)의 제3 방향과 평행한 일 축을 회전축으로 하는 회전 떨림에 대한 보정의 효과가 있다.
예를 들어, 도 5(b)와 같이 카메라 모듈(200)이 제1 평면 상에서 시계 방향으로 회전하여 떨린 경우, 제1 반사부(223)는 제1 평면 상에서 반시계 방향으로 회전하여 떨림을 보정할 수 있다.
다만 상기와 같은 제1 반사부(223)의 회전 보상은 제1 평면 상의 회전에 제한되므로 카메라 모듈(200)의 모든 방향에 대한 떨림을 보정할 수 없다.
도 6은 본 발명과 관련된 카메라 모듈(200)의 윗면 개략도이다.
상기 제1 반사부(223)가 보정하지 못하는 성분에 대한 카메라 모듈(200)의 떨림은 굴절부(210)의 병진 거동에 의해 보완된다.
굴절부(210)는 제1 반사부(223)가 회전 거동하는 제1 평면 상에 수직한 제3 방향으로의 병진 거동한다.
이는 전술한 도 3의 렌즈 쉬프트 방식과 유사한 원리로 구현될 수 있다.
굴절부(210)는 광축(2101)에 수직한 일 방향에 대해 병진 거동을 한다. 이는 광축(2101)을 포함하고 병진 거동이 발생하는 평면 상에서의 장치 회전을 보정한다.
예를 들어, 장치가 제1 방향 및 제3 방향을 포함하는 제2 평면 상에서 반시계 방향으로 회전하여 떨린 경우, 굴절부(210)는 반시계 방향의 떨림 회전에 의해 광축(2101)이 물체로부터 멀어진 방향의 반대 방향으로 병진 거동할 수 있다. 이때 병진 거동은 광축(2101)에 수직한 방향이 될 수 있다.
카메라 모듈(200)의 3차원 상에서의 회전 떨림은 제1 평면 상의 카메라 모듈(200) 회전과 제2 평면 상의 카메라 모듈(200) 회전의 성분으로 모두 표현할 수 있으므로, 상기 제1 반사부(223)의 회전 거동과 굴절부(210)의 병진 거동으로 모두 보정 가능하다.
도 7은 본 발명과 관련된 카메라 모듈(200)의 측면 개략도이다.
오토 포커싱은 굴절부(210)의 유효 초점 거리를 이동 시켜 이미지 센서(222)에 위치시킴으로써 선명한 상이 맺히도록 한다.
복수의 렌즈를 포함하는 굴절부(210)에 있어서 유효 초점 거리는 굴절부(210)의 광학적 중심에서 초점까지의 거리를 의미한다.
굴절부(210)의 광축(2101) 방향에 대한 병진 이동을 통해 유효 초점 거리의 초점 위치를 이미지 센서(222)에 위치시킬 수 있다. 예를 들어 일 상태의 굴절부(210)의 유효 초점 거리의 위치가 이미지 센서(222)에서와 거리 S만큼 떨어진 경우 굴절부(210)를 S만큼 이동시켜 유효 초점 거리의 위치가 이미지 센서(222)의 위치와 일치하도록 한다.
본 발명의 카메라 모듈(200)은 전술한 도 5, 도 6 및 도 7의 각 구동을 복합적으로 수행할 수 있다. 즉 광학식 떨림 보정을 위해 제1 반사부(223)의 회전 또는 굴절부(210)의 광축(2101) 수직 방향의 병진 거동을 수행하고, 오토 포커싱을 위해 굴절부(210)의 광축(2101) 방향 병진 거동을 수행한다.
떨림 보정을 위한 굴절부(210)의 병진 운동 방향과 오토 포커싱을 위한 굴절부(210)의 병진 운동 방향은 서로 수직 하여 서로 영향을 미치지 않도록 하는 것이 원칙이다.
이하에서는 본 발명의 카메라 장치(100)와 관련하여 상기 세 가지 거동에 대해 구체적으로 살펴본다.
도 8은 본 발명과 관련된 카메라 모듈(200)의 윗면 사시도이다.
상술한 페리스코프 타입의 카메라 모듈(200)은 도 8의 형태로 형성될 수 있다. 하지만 본 발명의 특징이 체화되는 한도 내에서는 다른 형상이나 형태로 변형 가능하므로 본 실시 예의 형태에 한정되지 않는다.
카메라 모듈(200)은 상술한 카메라 장치(100)에 실장되어 카메라 장치(100)의 카메라 기능을 직접적으로 수행할 수 있다. 카메라 모듈(200)은 후술하는 구성들의 기능을 수행하는 하나의 단위를 의미하나 반드시 모듈 단위로 구비되어야 하는 것은 아니다.
카메라 모듈(200)은 플렉서블 피씨비를 구비하여 카메라 장치(100)의 제어부(180, 도 2참조)를 실장하는 메인 피씨비 등과 전기적으로 연결될 수 있다.
카메라 모듈(200)은 제2 방향에 대해 상대적으로 얇은 두께를 형성할 수 있고 따라서 전술한 바와 같이 카메라 장치(100)의 두께 방향과 카메라 모듈(200)의 두께 방향이 일치하도록 구비될 수 있다.
도 9는 본 발명과 관련된 카메라 모듈(200)의 일부 윗면 사시도이다.
전술한 바와 같이 피사체에 반사된 빛은 제1 반사부(223)로 입사한다. 제1 반사부(223)는 입사된 빛을 굴절부(210)로 반사시킨다.
제1 반사부(223)는 원칙적으로 입사된 빛을 반사할 때 빛의 굴절에는 영향을 미치지 않는 것을 원칙으로 한다. 다만, 경우에 따라 광학적 설계를 만족하기 위해 굴절에 일정한 영향을 미치지는 반사 렌즈로서 작용할 수 있다.
제1 반사부(223)는 프리즘 형태로 구비될 수 있다. 제1 반사부(223)가 프리즘 형태로 구비되는 경우 프리즘의 입사면이 상술한 커버 윈도우(221)로 대체될 수 있다. 이때 입사면은 제2 방향에 수직할 수 있다. 프리즘의 반사면은 제2 방향으로 입사된 빛을 제1 방향으로 반사시킨다.
굴절부(210)를 지난 빛은 제2 반사부(224)에 반사되어 이미지 센서(222)에 상을 맺는다.
렌즈 케이스(211)는 굴절부(210)를 실장한다. 따라서 굴절부(210)의 거동은 렌즈 케이스(211)의 거동에 종속 된다. 렌즈 케이스(211)의 거동에 따라 굴절부(210)의 각 렌즈는 모두 동일 변위 이동할 수 있다.
다만 복수의 렌즈군이 구비되고 각 렌즈군 사이의 거리가 변화하는 것은 줌 구동을 위한 것으로 렌즈 케이스(211) 내에서 독립적으로 수행될 수도 있다.
복수의 렌즈는 제2 방향 양단이 컷-아웃된 현의 영역(2102)을 포함하는 원형을 띨 수 있다. 렌즈 케이스(211)는 현의 영역(2102)을 포함하는 원형의 복수의 렌즈와 대응되는 형상을 포함할 수 있다. 따라서 렌즈 케이스(211)도 마찬가지로 상방과 하방이 평평한 면을 형성할 수 있다.
상방과 하방이 잘려나간 굴절부(210) 및 렌즈 케이스(211)의 형상은 상하 방향에 대해 최대한 얇은 두께를 구현함으로써 카메라 모듈(200) 전체의 상하 방향 두께가 두꺼워 지지 않도록 한다.
또한 컷-아웃 형상의 렌즈는 렌즈 케이스(211) 내에서 회전하는 등 불필요한 유동이 발생하지 않도록 고정시켜주는 역할을 한다.
렌즈 케이스(211)는 보정 케이스(231)에 대해 제1 방향으로 거동하여 굴절부(210)가 오토 포커싱 기능을 수행하는 제1 방향 병진 거동을 하도록 한다.
도 10은 도 8의 A-A' 방향 단면도를 도시한 것이고, 도 11은 도 8의 B-B' 방향 단면도를 도시한 것이다.
렌즈 케이스(211)는 제1 철편(212)과 고정된다. 제1 철편(212)의 일단은 렌즈 케이스(211)를 고정하고, 타단은 렌즈 케이스(211)의 제1 방향 거동을 위한 포커싱 구동코일(213) 내부로 연장되는 제1 삽입부(2121)를 구비한다. 제1 삽입부(2121)는 굴절부(210)의 광축(2101) 방향과 평행한 제1 방향을 따라 구비된다.
제1 삽입부(2121)는 포커싱 구동자석(214)이 안착되는 영역을 형성하여 포커싱 구동자석(214)과 결합할 수 있다.
포커싱 구동자석(214)과 제1 삽입부(2121)는 포커싱 구동코일(213) 내부에서 제1 방향을 따라 거동한다. 포커싱 구동자석(214)은 적어도 일 영역이 포커싱 구동코일(213) 내에 삽입되어 포커싱 구동코일(213)에 인가된 제1 전류에 의해 상호 인력 또는 척력을 발생시킨다.
결과적으로 제1 전류의 인가에 의한 포커싱 구동자석(214)과 포커싱 구동코일(213) 사이에 작용하는 힘은 굴절부(210)를 제1 방향에 대해 제1 상대 변위시켜 오토 포커싱을 수행하는 구동력이 된다(도 7 참조).
제1 플렉서블 피씨비(251)(F-PCB)는 인가된 제1 전류를 포커싱 구동코일(213)에 전달한다. 제1 플렉서블 피씨비(251)는 보정 케이스(231)의 외벽에 결합하여 포커싱 구동코일(213)과 전기적으로 연결된다. 보정 케이스(231)의 전도부는 제1 플렉서블 피씨비(251)와 포커싱 구동코일(213)을 전기적으로 연결한다.
포커싱 구동자석(214)과 제1 삽입부(2121)는 포커싱 구동코일(213)의 내주면과 특정 거리 이격되어 구비되어 상호 간섭에 의해 구동력에 방해를 받지 않도록 한다.
포커싱 구동자석(214)의 제1 방향 길이는 포커싱 구동코일(213)의 제1 방향 길이와 충분히 대응하여 충분한 구동력이 발생할 수 있도록 한다.
포커싱 구동자석(214), 포커싱 구동코일(213)은 렌즈 케이스(211)의 측면 방향, 즉 제3 방향 일측에 구비될 수 있다. 렌즈 케이스(211)의 정면 또는 후면 방향, 즉 제1 방향 일측에 구비하는 것은 광학 경로를 회피하여 구비하여야 하므로 불필요한 부피 증가를 초래할 수 있고, 렌즈 케이스(211)의 윗면 또는 아랫면 방향, 즉 제2 방향 일측에 구비되는 경우 카메라 모듈(200)의 상하 방향 두께를 증가시킬 수 있기 때문에 제3 방향 일측에 구비됨이 적절하다.
렌즈 케이스(211)의 제3 방향 일측에 구비되는 포커싱 구동자석(214) 및 포커싱 구동코일(213)은 제2 방향으로 긴 단면 형상을 가질 수 있다. 즉, 제3 방향에 대한 포커싱 구동자석(214) 및 포커싱 구동코일(213)로 인한 두께 증가를 최소화 할 수 있다.
포커싱 구동자석(214) 및 포커싱 구동코일(213)의 제2 방향의 길이는 렌즈 케이스(211)의 상하 두께에 대응되도록 최대한 길게 형성되어 충분한 구동력을 제공하도록 함이 바람직하다.
보정 케이스(231)는 포커싱 구동코일(213) 및 렌즈 케이스(211)를 실장하며, 특히 각 구성이 보정 케이스(231)와 동일한 거동을 하도록 고정시킨다.
렌즈 케이스(211)는 보정 케이스(231)에 지지되어 제1 방향에 대한 상대적인 병진 거동을 한다. 엄밀히 말해, 렌즈 케이스(211)는 베어링 볼(271) 및 자성부를 통해 보정 케이스(231)에 지지된다.
즉, 자성부는 렌즈 케이스(211)와 보정 케이스(231)간의 인력을 발생시켜 렌즈 케이스(211)가 원칙적으로 보정 케이스(231)를 지지하도록 하며, 베어링 볼(271)은 상기 포커싱 구동코일(213) 및 포커싱 구동자석(214)의 구동력에 의해 렌즈 케이스(211)가 보정 케이스(231)를 지지한 상태로 병진 거동할 때 발생하는 마찰력을 감소시키는 역할을 한다.
렌즈 케이스(211)와 보정 케이스(231) 각각에는 상호 인력을 발생시키는 자성부가 구비될 수 있다. 자성부의 인력에 의해 렌즈 케이스(211)는 중력의 영향을 무시하고 보정 케이스(231)만을 지지할 수 있다.
경우에 따라 포커싱 구동 자석이 자성부의 역할까지 수행할 수도 있다. 포커싱 구동 자석과 이에 대응하여 보정 케이스(231)에 구비된 제1 자성부(261)는 상호 인력을 발생시킬 수 있다. 자성 물질의 제1 자성부(261)는 비자성 물질의 보정 케이스(231)와 본딩 결합을 통해 고정될 수 있다.
베어링 볼(271)은 렌즈 케이스(211)의 제1 방향에 대한 병진 거동 시 발생할 수 있는 렌즈 케이스(211)와 보정 케이스(231) 사이의 마찰력을 최소화시킨다.
렌즈 케이스(211)는 제1 방향에 수직한 일 단면 상에 있어서 상단 영역에 대응되는 두 개의 베어링 볼(271)과 하단 영역에 대응되는 하나의 베어링 볼(271), 즉 총 3개의 베어링 볼(271)을 통해 보정 케이스(231)를 지지할 수 있다.
도 12는 렌즈 케이스(211)의 윗면 사시도 및 보정 케이스(231)의 아랫면 사시도를 도시한 것이다.
설명의 편의를 위해 도 11 및 도 12를 함께 참조한다.
렌즈 케이스(211)는 베어링 볼(271)을 지지하기 위한 일 측면에 돌출된 지지 리브(2111)를 구비한다. 지지 리브(2111)는 복수의 베어링 볼(271) 사이를 지지할 수 있다.
특히 리브의 단면은 'V' 형상을 가져 마주하는 보정 케이스(231)의 일면을 향해 돌출되어 구비될 수 있다. 지지 리브(2111)의 일측 경사면은 상단 두 개의 베어링 볼(271) 중 하나를, 타측 경사면은 상단 두 개의 베어링 볼(271) 중 다른 하나를 지지할 수 있다.
'V' 형상의 지지 리브(2111)는 렌즈 케이스(211)와 보정 케이스(231)가 베어링 볼(271)에 의해 3점 지지되도록 한다. 즉, 베어링 볼(271)의 두 지점은 보정 케이스(231)의 내측면 각각을 지지하고, 일 지점은 지지 리브(2111)의 일면을 지지하여 안정적인 구조를 가질 수 있다. 3점 지지 구조는 렌즈 케이스(211)와 보정 케이스(231)의 의도하지 않은 유동을 방지한다.
또, 하나의 지지 리브(2111)가 두 개의 베어링 볼(271)을 지지 하므로 각 구성의 제조 공차를 무시하고 렌즈 케이스(211)와 보정 케이스(231)가 지지될 수 있다.
복수의 베어링 볼(271)은 제1 방향에 대해 복수 셋(set)으로 구비될 수 있다. 예를 들어, 상하 방향으로 구비된 세 개의 베어링 볼(271)이 제1 방향에 대해 두 셋으로 구비되어 총 6개의 베어링 볼(271)을 구비할 수 있다.
보정 케이스(231)의 리브 홈(2311)은 렌즈 케이스(211)의 지지 리브(2111)가 지나가는 경로를 형성한다.
보정 케이스(231)의 볼 안착부(2312)는 베어링 볼(271)이 안착되는 공간을 형성한다.
보정 케이스(231)는 렌즈 케이스(211)의 상면 및 측면 적어도 일 영역을 감싸 보정 케이스(231)와 렌즈 케이스(211) 사이에 구비된 볼 베어링이 이탈하지 않도록 한다. 다만 보정 케이스(231)와 렌즈 케이스(211)는 베어링 볼(271)이 구비된 지점을 제외하고는 소정 거리 이격되어 굴절부(210)의 거동 시 마찰력이 방해하는 것을 방지한다.
지지 리브(2111)는 렌즈 케이스(211)에, 볼 안착부(2312)는 보정 케이스(231)에 구비된 것을 도시하고 있으나, 반대로 지지 리브(2111)가 보정 케이스(231)에, 볼 안착부(2312)가 렌즈 케이스(211)에 구비될 수도 있다.
다시 도 10을 참조하면, 포커싱 센싱코일(215)은 포커싱 구동코일(213)의 일측에 직렬 방향으로 나란히 배치될 수 있다. 이는 포커싱 센싱코일(215)에 전자기 유도되는 효과를 극대화 시킨다. 포커싱 센싱코일(215)은 렌즈 케이스(211)의 보정 케이스(231)에 대한 제1 상대 변위에 따라 제2 전류를 발생시킨다.
포커싱 센싱코일(215)은 포커싱 구동코일(213)과 상대적으로 고정된 거리를 유지한다. 극단적으로 포커싱 센싱코일(215)과 포커싱 구동코일(213)은 서로 접할 수도 있다.
렌즈 케이스(211)의 제1 상대 변위에 따라 제1 삽입부(2121)가 포커싱 구동코일(213) 내를 변위하여 인덕턴스를 변화시키고, 이러한 인덕턴스의 변화로 인해 포커싱 센싱코일(215)에 제2 전류가 전자기 유도된다.
발생한 제2 전류는 결과적으로 렌즈 케이스(211)의 제1 상대 변위 정도 및 방향에 따라 달라지므로 제2 전류의 값을 해석하여 제1 상대 변위를 계산할 수 있다.
종래와 같이 구동코일과 센싱코일 사이의 상대 거리가 변하는 것이 아니라 구동코일과 센싱코일의 상대 거리는 고정된 상태에서 전자기 유도가 된다는 점에서 차이가 있다.
포커싱 센싱코일(215)은 제2 플렉서블 피씨비(252)에 연결되어 발생된 제2 전류를 제2 플렉서블 피씨비(252)를 통해 제어부로 전달한다. 포커싱 센싱코일(215)도 보정 케이스(231)의 전도부를 통해 제2 플렉서블 피씨비(252)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 플렉서블 피씨비(252)는 제1 플렉서블 피씨비와 동일 피씨비를 공유할 수 있다.
도 13은 본 발명과 관련된 카메라 모듈(200)의 일부 윗면을 도시한 것이다.
보정 케이스(231)는 고정 케이스(241)에 대해 제3 방향으로 병진 운동 한다. 고정 케이스(241)는 카메라 모듈(200)의 외관 적어도 일 영역을 형성하므로 고정 케이스(241)의 떨림과 카메라 모듈(200)의 떨림을 동일시 할 수 있다.
보정 케이스(231)의 고정 케이스(241)에 대한 거동으로 인해 굴절부(210)는 고정 케이스(241)에 대해 상대적으로 거동하게 된다. 따라서 보정 케이스(231)의 고정 케이스(241)에 대한 제3 방향의 병진 거동은 카메라 모듈(200)의 수평 방향 성분의 회전을 보정하는 역할을 한다(도 6 참조).
즉, 오토 포커싱을 위한 구동계는 렌즈 케이스(211)를 직접적으로 움직이고, 떨림 보정을 위한 구동계는 보정 케이스(231)를 움직임으로써 렌즈 케이스(211)를 간접적으로 움직인다.
다만, 오토 포커싱을 위한 렌즈 케이스(211)의 거동과 떨림 보정을 위한 렌즈 케이스(211) 및 보정 케이스(231)의 거동 방향은 서로 수직하므로, 각 역할에는 영향을 미치지 않아 기능적으로 독립된다. 즉, 오토 포커싱은 굴절부(210)를 제1 방향에 대해서만 거동 시키고 떨림 보정은 굴절부(210)를 제1 방향에 수직한 제3 방향에 대해서만 거동 시키므로 보정 케이스(231)의 제3 방향 거동이 오토 포커싱 성능에 영향을 주지는 않는다.
보정 케이스(231)가 고정 케이스(241)에 대해 거동하는 원리는 상술한 렌즈 케이스(211)가 보정 케이스(231)에 대해 거동하는 원리와 대응된다.
도 14는 도 8의 C-C' 방향 단면도이다.
설명의 편의를 위해 도 11 및 도 14를 함께 참조한다.
고정 케이스(241)에는 병진 구동코일(233)이 구비되고, 보정 케이스(231)에는 병진 구동자석(234)이 고정된 상태로 구비된다.
병진 구동코일(233)에 제3 전류가 인가되면 병진 구동자석(234)이 제3 방향으로 제2 상대 변위하는 구동력이 발생한다. 발생한 구동력은 결과적으로 보정 케이스(231)를 고정 케이스(241)에 대해 병진 거동 시킨다.
제2 철편(232)은 일측에 보정 케이스(231)를 고정시키고 타측에 병진 구동자석(234)을 고정시킨다. 병진 구동자석(234)의 적어도 일 영역은 제2 철편(232)의 타측에 돌출 구비된 제2 삽입부(2321)에 안착되어 병진 구동코일(233)의 내부에 삽입된다. 제2 삽입부(2321)는 제3 방향으로 형성될 수 있다.
오토 포커싱을 수행하기 위한 렌즈 케이스(211)의 제1 방향 거동과 광학식 보정을 수행하기 위한 보정 케이스(231) 및 렌즈 케이스(211)의 제3 방향 거동이 서로 간섭하지 않도록 포커싱 구동코일(213)과 병진 구동코일(233)은 서로 수직하게 배치되는 것이 바람직하다.
병진 센싱코일(235)은 보정 케이스(231)의 고정 케이스(241)에 대한 제3 방향의 제2 상대 변위를 측정한다.
병진 센싱코일(235)의 제2 상대 변위 측정 방식은 포커싱 센싱코일(215)이 렌즈 케이스(211)의 제1 상대 변위를 측정하는 원리와 동일하다. 병진 센싱코일(235)에서는 보정 케이스(231)의 제2 상대 변위에 대응하는 제4 전류가 전자기 유도된다.
병진 센싱코일(235)은 병진 구동코일(233)과 직렬로 나란히 구비될 수 있다. 병진 센싱코일(235) 및 병진 구동코일(233)은 모두 고정 케이스(241)에 고정된 상태로 실장되어 보정 케이스(231)의 거동에도 불구하고 상대적 거리가 변하지 않는다.
상기 제1 플렉서블 피씨비와 제2 플렉서블 피씨비(252)와 유사한 방식으로 병진 구동코일(233)에 제3 플렉서블 피씨비(253)가 전기적으로 연결되고, 병진 센싱코일(235)에 제4 플렉서블 피씨비(254)가 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 플렉서블 피씨비(253)를 통해 제3 전류가 병진 구동코일(233)에 인가되고, 제4 플렉서블 피씨비(254)를 통해 병진 센싱코일(235)에서 발생한 제4 전류는 제어부(180, 도 2참조)에 전달된다.
상기 구성들은 고정 케이스(241)의 일 영역에 구비된 전도부(272)를 통해 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이 보정 케이스(231)는 고정 케이스(241)에 지지된 상태로 제3 방향 병진 거동 한다. 보정 케이스(231)는 베어링 볼(271)을 통해 고정 케이스(241)에 지지된다. 보정 케이스(231)와 고정 케이스(241) 사이에 구비된 베어링 볼(271)은 보정 케이스(231)의 제3 방향 거동 시 발생하는 마찰력을 최소화 시킨다.
보정 케이스(231)와 고정 케이스(241)의 사이에도 상술한 지지 리브(2111)가 형성되며, 베어링 볼(271)의 배치가 동일하게 적용될 수 있다. 중복되는 설명은 생략한다.
보정 케이스(231)는 베어링 볼(271)에 의해서만 고정 케이스(241)에 지지되고 나머지 영역은 이격됨으로써 보정 케이스(231)와 고정 케이스(241) 사이에 발생하는 마찰력을 최소화 시킬 수 있다.
이러한 이격 상태를 유지하기 위해 보정 케이스(231)와 고정 케이스(241)가 마주보는 각 면에는 상호 인력을 발생시키는 자성부(260)가 각각 구비될 수 있다. 자성부(260)의 인력에 의해 보정 케이스(231)는 중력의 영향을 무시하고 고정 케이스(241)에 지지될 수 있다.
자성부(260)는 고정 케이스(241)에 구비된 제2 자성부(262)와 보정 케이스(231)에 구비된 제3 자성부(263)를 포함할 수 있다. 제2 자성부(262)와 제3 자성부(263)는 인력이 작용할 수 있다.
제3 자성부(263)는 철편이 될 수도 있다. 제2 자성부(262)가 자성 물질을 포함하는 경우, 철편과 자성 물질이 상호 인력을 발생시킬 수 있다.
도 15(a)는 본 발명과 관련된 카메라 모듈(200)의 제1 반사부(223) 영역에 대한 단면 사시도, 도 15(b)는 도 15(a)의 D-D' 방향 단면도, 도 15(c)는 본 발명과 관련된 카메라 모듈(200)의 제1 반사부(223) 영역의 일부 배면을 도시한 것이다.
회전부(281)는 고정 케이스(241)에 고정되어 구비된다. 회전부(281)는 제3 방향의 회전축을 가져 제1 반사부(223)에 회전 결합한다. 즉, 회전부(281)는 제1 반사부(223)가 제3 방향을 회전축으로 회전할 수 있는 상대물을 제공한다. 제1 반사부(223)는 회전부(281)에 직접 회전 결합할 수도 있으나 반사부 케이스와 결합하고 프리즘 케이스(282)가 회전부(281)에 직접적으로 회전 결합할 수도 있다.
제1 반사부(223)에는 회전 구동자석(284)이 고정된 상태로 구비된다. 회전 구동자석(284)은 고정 케이스(241)에 구비된 회전 구동코일(283)과 상호 전자기력을 발생시켜 고정 케이스(241)에 대해 상대 운동하게 된다. 즉, 제1 반사부(223)는 회전부(281)의 회전축에 대해 회전하게 된다.
제어부(180, 도 2참조)는 장치의 제1 평면 내에서의 회전 떨림을 감지하고, 그 떨림 값에 대응하여 회전 구동코일(283)에 제5 전류를 인가한다. 제5 전류가 인가된 회전 구동코일(283)은 자기장을 형성하여 회전 구동자석(284)과 상호 인력 또는 척력을 발생시킨다.
회전 구동자석(284)은 N극 S극을 구비하여 회전 구동코일(283)에 인가된 제5 전류에 의해 발생한 전자기력과 각 극이 반대 방향의 힘을 받아 제3 방향의 회전축에 대해 회전하는 토크를 발생시키도록 할 수 있다.
홀 아이씨(Hall IC, 285)는 고정 케이스(241)에 고정된 상태로 구비되어 제1 반사부(223)의 회전 정도를 센싱한다. 구체적으로, 제1 반사부(223)에 고정되어 회전되는 회전 구동자석(284)과의 상대적인 자기장 신호를 발생함으로써 제1 반사부(223)의 회전 정도를 나타내는 신호를 발생시킬 수 있다.
제어부(180, 도 2참조)는 홀 아이씨(285)를 통해 발생한 제6 전류 값을 파악하여 제1 반사부(223)의 회전 상태를 인식하고, 장치의 떨림 값과 인식된 제1 반사부(223)의 회전 상태를 기초로 인가될 제5 전류를 연산한다.
제5 플렉서블 피씨비(255)는 고정 케이스(241)의 전도부(272)를 통해 회전 구동코일(283)에 전기적으로 연결되고, 제6 플렉서블 피씨비(256)는 고정 케이스(241)의 전도부(272)를 통해 홀 아이씨(285)와 연결된다. 제5 플렉서블 피씨비(255)는 제5 전류를 전달받아 회전 구동코일(283)에 인가하고, 제6 플렉서블 피씨비(256)는 홀 아이씨(285)에서 발생한 제6 전류를 제어부(180, 도 2참조)에 전달한다.
제1 플렉서블 피씨비 내지 제6 플렉서블 피씨비(256)는 모두 하나의 플렉서블 피씨비(250)에 구비될 수 있다. 즉, 피씨비에서 각각 분기되어 각 구성과 연결되고, 그에 대응하는 도전 패턴이 피씨비에 형성될 수 있다.
카메라 모듈(200)이 카메라 장치(100)에 연결되는 경우, 상기 플렉서블 피씨비는 카메라 장치(100)의 제어부(180, 도 2참조)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제어부(180, 도 2참조)는 상기 플렉서블 피씨비(250)를 통해 카메라 모듈(200)과 제1 전류 내지 제6 전류를 주고 받을 수 있다.
도 16은 본 발명과 관련된 카메라 모듈(200)의 윗면 사시도이다.
이미지 센서(222)는 피사체에서 반사되어 굴절부(210)를 통과하여 결상한 빛을 이미지에 관한 신호로 변환한다. 이미지 센서(222)의 센싱면이 굴절부(210)의 광축(2101)에 수직하도록 이미지 센서(222)가 배치될 수도 있으나, 도 16과 같이 제2 반사부(224)의 제2 방향 반대 방향 일측에 구비되고 센싱면이 제2 방향에 수직하도록 이미지 센서(222)가 배치됨으로써 장치의 제2 방향에 대한 두께를 최소화 할 수 있다.
제2 반사부(224)는 굴절부(210)와 이미지 센서(222) 사이의 광학 경로에 구비되어 굴절부(210)를 통과한 빛을 이미지 센서(222)로 반사시킨다. 즉, 제1 방향으로 입사된 빛을 제2 방향의 반대 방향으로 반사시키는 역할을 한다. 제2 반사부(224)는 빛을 잘 반사시키는 물질, 예를 들어 은 또는 알루미늄 등이 사용될 수 있다. 이러한 물질은 제2 반사부(224)의 반사면에만 구비되어 재료비를 절감할 수 있다.
도 17은 몇 가지 변위 센싱 방식을 측정한 비교 표이다.
분극 자석을 이용한 홀 아이씨(285) 센싱은 약 0.8mm에서 1.6mm 범위의 변위에 대해 선형성을 갖는 출력 신호를 갖는다. 반면, 단극 자석을 이용한 홀 아이씨(285) 센싱은 약 0mm에서 약 3mm까지 감소하는 특징을 가지나 약 0.6mm 부근에서 급격히 기울기가 바뀌므로 전체 범위에 대해 선형성을 보장받기 어렵다. 반면, 전자기 유도 방식은 약 0mm부터 계속해서 선형적인 형태를 띠므로 변위를 정확하게 측정할 수 있는 여지가 크다. 따라서 본 발명에 구비된 센싱코일을 통한 변위 측정은 비교적 넓은 범위의 거동에 대한 정확한 측정이 가능하다는 장점이 있다.
상기 홀 아이씨(285) 센싱 방식은 특히 오토 포커싱에 요구되는 구동 거리가 450um 이상이 되는 롱-레인지 오토 포커싱(Long Range AF)의 경우에는 적용되기 어렵다. 따라서 본 발명의 센싱코일을 통한 센싱 방식은 롱-레인지 오토 포커싱의 경우에 더욱 유용하게 적용될 수 있다.
나아가 홀 아이씨(285)는 변위 대상의 거리의 지점 위치 변화만을 파악할 수 있는 반면, 전자기 유도 방식은 지점 위치가 아닌 면적을 갖는 개념의 평균 위치 변화도 측정할 수 있어 사용성이 더욱 높다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명하다.
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.
100: 카메라 장치 200: 카메라 모듈
210: 굴절부 2101: 굴절부 광축
2102: 현의 영역 211: 렌즈 케이스
2111: 지지 리브 212: 제1 철편
2121: 제1 삽입부 213: 포커싱 구동코일
214: 포커싱 구동자석 215: 포커싱 센싱코일
221: 커버 윈도우 222: 이미지 센서
223: 제1 반사부 224: 제2 반사부
231: 보정 케이스 2311: 리브 홈
2312: 볼 안착부 232: 제2 철편
2321: 제2 삽입부 233: 병진 구동코일
234: 병진 구동자석 235: 병진 센싱코일
241: 고정 케이스 250: 플렉서블 피씨비
251: 제1 플렉서블 피씨비 252: 제2 플렉서블 피씨비
253: 제3 플렉서블 피씨비 254: 제4 플렉서블 피씨비
255: 제5 플렉서블 피씨비 256: 제6 플렉서블 피씨비
260: 자성부 261: 제1 자성부
262: 제2 자성부 263: 제3 자성부
271: 베어링 볼 272: 전도부
281: 회전부 282: 프리즘 케이스
283: 회전 구동코일 284: 회전 구동자석
285: 홀 아이씨 310: 종래 피사체
320: 종래 렌즈 330: 종래 이미지 센서

Claims (15)

  1. 제1 방향의 광축을 형성하는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 굴절부;
    상기 굴절부를 실장하는 렌즈 케이스;
    상기 렌즈 케이스에 고정된 포커싱 구동자석;
    상기 포커싱 구동자석의 적어도 일 영역이 삽입되고, 제1 전류를 인가 받아 상기 포커싱 구동자석이 상기 제1 방향으로 제1 상대 변위하는 구동력을 발생시키는 포커싱 구동코일;
    상기 포커싱 구동코일을 고정 실장하는 보정 케이스; 및
    상기 보정 케이스에 고정 구비되고 상기 제1 상대 변위에 의해 제2 전류가 전자기 유도되는 포커싱 센싱코일;
    상기 보정 케이스에 고정 구비된 병진 구동자석;
    상기 병진 구동자석의 적어도 일 영역이 삽입되고, 제3 전류를 인가 받아 상기 병진 구동자석이 제3 방향으로 제2 상대 변위하는 구동력을 발생시키는 병진 구동코일;
    상기 병진 구동코일을 고정 실장하는 고정 케이스; 및
    상기 고정 케이스에 고정 구비되고 상기 제2 상대 변위에 의해 제4 전류가 전자기 유도되는 병진센싱코일을 포함하고,
    상기 제3 방향은 상기 제1 방향에 대해 수직인 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    일단이 상기 렌즈 케이스에 고정되는 제1 철편; 및
    상기 제1 철편의 타단에 상기 제1 방향을 따라 구비되어 상기 포커싱 구동자석과 결합하고 적어도 일 영역이 상기 포커싱 구동코일에 삽입되는 제1 삽입부를 더 포함하는 카메라 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 포커싱 구동코일과 상기 포커싱 센싱코일은 직렬 방향으로 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈 케이스 및 상기 보정 케이스에 구비되어 상기 렌즈 케이스와 상기 보정 케이스 사이에 상호 인력을 발생시키는 제1 자성부; 및
    상기 렌즈 케이스 및 상기 보정 케이스 사이에 구비되어 상기 렌즈 케이스와 상기 보정 케이스를 지지하는 적어도 하나의 베어링 볼을 포함하는 카메라 모듈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 베어링 볼은 복수인 것을 특징으로 하고,
    상기 렌즈 케이스 또는 상기 보정 케이스 중 하나의 제1 면에 함몰 형성되어 상기 복수의 베어링 볼을 안착시키는 볼 안착부; 및
    상기 렌즈 케이스 또는 상기 보정 케이스 중 다른 하나의 제2 면에 돌출 형성되어 상기 복수의 베어링 볼 사이를 지지하는 지지 리브를 더 포함하는 카메라 모듈.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 지지 리브의 일 단면은 'V' 형상을 포함하고, 상기 제1 면을 향해 돌출된 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
  7. 제1 항에 있어서,
    제2 방향으로 입사된 빛을 상기 굴절부로 반사시키는 제1 반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 고정 케이스에 구비된 제2 자성부;
    상기 보정 케이스에 구비되어 상기 제2 자성부와 인력을 발생시키는 제3 자성부; 및
    상기 보정 케이스 및 상기 고정 케이스 사이에 구비되어 상기 보정 케이스 및 상기 고정 케이스를 지지하는 적어도 하나의 베어링 볼을 포함하는 카메라 모듈.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 고정 케이스에 고정 구비되고 상기 제3 방향의 회전축을 가져 상기 제1 반사부에 회전 결합하는 회전부;
    상기 제1 반사부에 고정 구비된 회전 구동자석; 및
    상기 회전 구동자석에 대응하여 상기 고정 케이스에 구비되고, 제5 전류를 인가 받아 상기 제1 반사부를 상기 회전부의 회전축으로 회전시키는 구동력을 발생시키는 회전 구동코일을 더 포함하는 카메라 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 회전 구동자석에 대응하여 상기 고정 케이스에 고정 구비되고, 상기 제1 반사부의 회전 정도를 센싱하여 제6 전류를 발생시키는 홀 아이씨(Hall IC)를 더 포함하는 카메라 모듈.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 반사부는,
    입사면이 상기 제2 방향에 수직이고 반사면에 의해 상기 제2 방향으로 입사된 빛을 상기 제1 방향으로 반사시키는 프리즘인 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 굴절부를 통과한 상기 제1 방향의 빛을 상기 제2 방향의 반대 방향으로 반사시키는 제2 반사부; 및
    상기 제2 반사부의 상기 제2 방향의 반대 방향 일측에 구비되어 센싱면이 상기 제2 방향에 수직하도록 배치된 이미지 센서를 더 포함하는 카메라 모듈.
  13. 두께 방향에 대해 전면 및 후면을 형성하여 카메라 모듈을 실장 카메라 장치에 있어서,
    상기 카메라 모듈은,
    제1 방향의 광축을 형성하는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 굴절부;
    상기 굴절부를 실장하는 렌즈 케이스;
    상기 렌즈 케이스에 고정 구비된 포커싱 구동자석;
    상기 포커싱 구동자석의 적어도 일 영역이 삽입되고, 제1 전류를 인가 받아 상기 포커싱 구동자석이 상기 제1 방향으로 제1 상대 변위하는 구동력을 발생시키는 포커싱 구동코일;
    상기 포커싱 구동코일을 고정 실장하는 보정 케이스;
    상기 보정 케이스에 고정 구비되고 상기 제1 상대 변위에 의해 제2 전류가 전자기 유도되는 포커싱 센싱코일;
    상기 보정 케이스에 고정 구비된 병진 구동자석;
    상기 병진 구동자석의 적어도 일 영역이 삽입되고, 제3 전류를 인가 받아 상기 병진 구동자석이 제3 방향으로 제2 상대 변위하는 구동력을 발생시키는 병진 구동코일;
    상기 병진 구동코일을 고정 실장하는 고정 케이스;
    상기 고정 케이스에 고정 구비되고 상기 제2 상대 변위에 의해 제4 전류가 전자기 유도되는 병진센싱코일;
    제2 방향으로 입사된 빛을 상기 굴절부로 반사시키는 제1 반사부;
    상기 굴절부를 통과한 상기 제1 방향의 빛을 상기 제2 방향의 반대 방향으로 반사시키는 제2 반사부; 및
    상기 제2 반사부의 상기 제2 방향의 반대 방향 일측에 구비되어 센싱면이 상기 제2 방향에 수직하도록 배치된 이미지 센서를 포함하고,
    상기 제2 방향은 상기 카메라 장치의 두께 방향과 일치하며,
    상기 제3 방향은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 각각에 대해 수직인 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 카메라 모듈은,
    상기 보정 케이스에 고정 구비된 병진 구동자석;
    상기 병진 구동자석의 적어도 일 영역이 삽입되고, 제3 전류를 인가 받아 상기 병진 구동자석이 제3 방향으로 제2 상대 변위하는 구동력을 발생시키는 병진 구동코일;
    상기 병진 구동코일을 고정 실장하는 고정 케이스; 및
    상기 고정 케이스에 고정 구비되고 상기 제2 상대 변위에 의해 제4 전류가 전자기 유도되는 병진 센싱코일을 더 포함하고,
    상기 제3 방향은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 각각에 대해 수직인 것을 특징으로 하고,
    외관을 형성하고 상기 고정 케이스가 고정되도록 상기 카메라 모듈을 실장하는 하우징; 및
    상기 고정 케이스의 떨림 및 상기 제4 전류 값에 대응하여 상기 병진 구동코일에 상기 제3 전류를 인가하는 제어부를 더 포함하는 카메라 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 카메라 모듈은,
    상기 고정 케이스에 고정 구비되고 상기 제3 방향의 회전축을 가져 상기 제1 반사부에 회전 결합하는 회전부;
    상기 제1 반사부에 고정 구비된 회전 구동자석;
    상기 회전 구동자석에 대응하여 상기 고정 케이스에 구비되고, 제5 전류를 인가 받아 상기 제1 반사부를 상기 회전부의 회전축으로 회전시키는 구동력을 발생시키는 회전 구동코일; 및
    상기 회전 구동자석에 대응하여 상기 고정 케이스에 고정 구비되고, 상기 제1 반사부의 회전 정도를 센싱하여 제6 전류를 발생하는 홀 아이씨(Hall IC)를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 고정 케이스의 떨림 및 상기 홀 아이씨의 센싱 값에 대응하여 상기 회전 구동코일에 상기 제5 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
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