후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 개략적인 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(1)은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서(S)를 포함할 수 있고, 렌즈모듈(700), 제1 액추에이터(10) 및 제2 액추에이터(20) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제1 액추에이터(10)는 흔들림 보정용 액추에이터일 수 있고, 제2 액추에이터(20)는 초점 조정용 액추에이터일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 액추에이터(10)는 흔들림 보정용 및/또는 초점 조정용일 수 있고, 제2 액추에이터(20)는 생략될 수 있다. 예를 들어, 제2 액추에이터(20)는 흔들림 보정용 및/또는 초점 조정용일 수 있고, 제1 액추에이터(10)는 생략될 수 있다.
렌즈모듈(700)은 적어도 하나의 렌즈 및 렌즈배럴(710)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 렌즈는 렌즈배럴(710)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 적어도 하나의 렌즈의 개수가 2개 이상일 경우, 복수의 렌즈는 광축(Z축)을 따라 렌즈배럴(710)의 내부에 장착될 수 있다.
예를 들어, 렌즈모듈(700)은 렌즈배럴(710)과 결합되는 캐리어(730)를 더 포함할 수 있다. 캐리어(730)에는 캐리어(730)를 광축(Z축) 방향으로 관통하는 중공부가 구비될 수 있고, 렌즈배럴(710)은 중공부에 삽입되어 캐리어(730)에 대해 고정 배치될 수 있다.
자동 초점 조정(auto focus, AF) 시, 제1 액추에이터(10) 및/또는 제2 액추에이터(20)는 렌즈모듈(700)을 광축(Z축) 방향으로 이동시킬 수 있으며, 렌즈모듈(700)은 초점을 조정할 수 있다.
광학적 이미지 안정화(optical image stabilizing, OIS) 시, 제1 액추에이터(10) 및/또는 제2 액추에이터(20)는 렌즈모듈(700)을 광축(Z축) 방향에 수직인 방향(예: X축 및/또는 Y축)으로 이동시킬 수 있고, 렌즈모듈(700)은 카메라 모듈(1) 외부의 힘에 따른 움직임을 상쇄하는 방향으로 카메라 모듈(1) 내에서 움직일 수 있고, 이미지 센서(S)는 렌즈모듈(700)을 통해 이미지를 획득하는 과정에서 카메라 모듈(1) 외부의 힘이 상기 이미지에 주는 영향을 줄일 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 액추에이터(10)는 고정프레임(100), 이동프레임(200), 제1 구동부, 센서기판(400) 및 베이스(500) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 구동부는 제1 및 제2 서브 구동부를 포함할 수 있다. 제1 서브 구동부는 제1 마그네트(311), 제1 코일(313) 및 제1 위치센서(315) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 제2 서브 구동부는 제2 마그네트(331), 제2 코일(333) 및 제2 위치센서(335) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
고정프레임(100)은 후술하는 제2 액추에이터(20)와 결합될 수 있다. 예컨대, 고정프레임(100)은 제2 액추에이터(20)의 하우징(600)과 결합될 수 있다. 고정프레임(100)의 상부면에는 제2 액추에이터(20)의 하우징(600)이 안착되는 안착홈이 구비될 수 있다.
고정프레임(100)은 초점 조정 및 흔들림 보정 시에 움직이지 않는 고정부재일 수 있고, 상부와 하부가 개방된 사각 박스 형상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이동프레임(200)은 고정프레임(100)에 수용될 수 있다. 고정프레임(100)은 광축(Z축) 방향 아래쪽으로 연장된 측벽을 가지며, 이에 따라 고정프레임(100)은 이동프레임(200)을 수용하기 위한 수용공간을 가질 수 있다.
이동프레임(200)은 고정프레임(100)에 대하여 광축(Z축)에 수직한 방향으로 상대 이동되거나, 광축(Z축)을 회전축으로 하여 회전될 수 있다. 즉, 이동프레임(200)은 흔들림 보정 시에 이동되는 이동부재일 수 있다.
예컨대, 이동프레임(200)은 제1 축(X축) 방향 및 제2 축(Y축) 방향으로 이동 가능하게 구성되고, 광축(Z축)을 회전축으로 하여 회전될 수 있다. 제1 축(X축) 방향은 광축(Z축)에 수직한 방향을 의미할 수 있고, 제2 축(Y축) 방향은 광축(Z축) 방향 및 제1 축(X축) 방향에 모두 수직한 방향을 의미할 수 있다. 이동프레임(200)은 중앙이 광축(Z축) 방향으로 관통된 사각 플레이트 형상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이동프레임(200)의 상부면에는 적외선 차단 필터(IRCF)가 장착될 수 있다. 이동프레임(200)의 상부면에는 적외선 차단 필터(IRCF)가 장착되는 필터장착홈이 구비될 수 있다. 이동프레임(200)의 하부면에는 센서기판(400)이 장착될 수 있다.
고정프레임(100)과 이동프레임(200) 사이에는 제1 볼 부재(B1)가 배치될 수 있다. 제1 볼 부재(B1)는 고정프레임(100) 및 이동프레임(200)과 각각 접촉하도록 배치될 수 있다. 제1 볼 부재(B1)는 이동프레임(200)이 고정프레임(100)에 대해 상대적으로 이동되거나 회전될 때, 고정프레임(100)과 이동프레임(200) 사이에서 구름운동하여 이동프레임(200)의 이동을 지지할 수 있다. 예를 들어, 이동프레임(200)의 강성 보강을 위하여 이동프레임(200)에는 스테인레스 재질의 보강판이 구비될 수 있다.
센서기판(400)에는 이미지 센서(S)가 장착될 수 있다. 센서기판(400)의 일부는 이동프레임(200)과 결합되고, 센서기판(400)의 다른부분은 고정프레임(100)과 결합될 수 있다. 이동프레임(200)과 결합되는 센서기판(400)의 일부에는 이미지 센서(S)가 장착될 수 있다.
예를 들어, 센서기판(400)의 일부가 이동프레임(200)에 결합되므로, 이동프레임(200)이 이동되거나 회전됨에 따라 센서기판(400)의 일부도 이동프레임(200)과 함께 이동되거나 회전될 수 있다. 따라서, 이미지 센서(S)가 광축(Z축)에 수직한 평면에서 이동되거나 회전되어 촬영 시의 흔들림을 보정할 수 있다.
예를 들어, 센서기판(400)은 경연성(rigid-flexible) 인쇄회로기판일 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(S)는 경연성 인쇄회로기판의 경성 부분에 배치될 수 있고, 경연성 인쇄회로기판의 연성 부분은 후술할 제1 구동부에 전기적으로 연결되거나, 이미지 센서(S)가 획득한 이미지를 전달하는 대상(예: IC, 프로세서)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 센서기판(400)의 하부에는 외부 이물 등이 유입되지 않도록 방지할 수 있는 베이스(500)가 결합될 수 있다.
제1 구동부는 광축(Z축)에 수직한 방향으로 구동력을 발생시켜 이동프레임(200)을 광축(Z축)에 수직한 방향으로 이동시키거나 광축(Z축)을 회전축으로 하여 회전시킬 수 있다. 제1 구동부의 제1 서브 구동부는 제1 축(X축) 방향으로 구동력을 발생시킬 수 있고, 제1 구동부의 제2 서브 구동부는 제2 축(Y축) 방향으로 구동력을 발생시킬 수 있다.
제1 서브 구동부의 제1 마그네트(311)와 제1 코일(313)은 광축(Z축) 방향으로 마주보게 배치될 수 있다. 제1 마그네트(311)는 이동프레임(200)에 배치될 수 있다. 제1 마그네트(311)는 복수의 마그네트를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 마그네트(311)는 2개의 마그네트를 포함할 수 있고, 2개의 마그네트는 광축(Z축)을 기준으로 대칭되게 이격 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 마그네트(311)는 제1 마그네트(311)에 의해 구동력이 발생되는 방향(제1 축(X축) 방향)으로 이격 배치된 2개의 마그네트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이동프레임(200)의 상부면에는 제1 마그네트(311)가 배치되는 장착홈이 구비될 수 있다.
제1 마그네트(311)는 일면(예컨대, 제1 코일(313)과 마주보는 면)이 N극과 S극을 모두 갖도록 착자될 수 있다. 일 예로, 제1 코일(313)과 마주보는 제1 마그네트(311)의 일면에는 제1 축(X축) 방향을 따라 순차로 N극, 중립영역 및 S극이 구비될 수 있다. 제1 마그네트(311)는 제2 축(Y축) 방향으로 길이를 갖는 형상일 수 있다. 제1 마그네트(311)의 타면(예컨대, 일면의 반대면)은 S극과 N극을 모두 갖도록 착자될 수 있다. 일 예로, 제1 마그네트(311)의 타면에는 제1 축(X축) 방향을 따라 순차로 S극, 중립영역 및 N극이 구비될 수 있다.
제1 코일(313)은 제1 마그네트(311)와 마주보도록 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 코일(313)은 광축(Z축) 방향으로 제1 마그네트(311)와 마주보도록 배치될 수 있다. 제1 코일(313)은 중공을 갖는 도넛 형상일 수 있고, 제2 축(Y축) 방향으로 길이를 갖는 형상일 수 있다. 제1 코일(313)은 제1 마그네트(311)에 포함된 마그네트의 개수와 대응되는 개수의 코일을 포함할 수 있다.
제1 코일(313)은 제1 기판(350)에 배치될 수 있다. 제1 기판(350)은 제1 마그네트(311)와 제1 코일(313)이 광축(Z축) 방향으로 마주보도록 고정프레임(100)에 장착될 수 있다. 고정프레임(100)에는 관통홀이 구비될 수 있다. 예컨대, 관통홀은 고정프레임(100)의 상부면을 광축(Z축) 방향으로 관통하는 구성일 수 있고, 관통홀의 상부는 제1 기판(350)에 의해 덮여질 수 있다.
제1 마그네트(311)는 이동프레임(200)에 장착되어 이동프레임(200)과 함께 이동하는 이동부재이고, 제1 코일(313)은 제1 기판(350) 및 고정프레임(100)에 고정된 고정부재일 수 있다. 제1 코일(313)에 전원이 인가되면, 제1 마그네트(311)와 제1 코일(313) 사이의 전자기력에 의하여 이동프레임(200)을 제1 축(X축) 방향으로 이동시킬 수 있다. 제1 마그네트(311)와 제1 코일(313)은 서로 마주보는 방향(광축 방향)에 수직한 방향(예컨대, 제1 축(X축) 방향)으로 구동력을 발생시킬 수 있다.
제2 서브 구동부의 제2 마그네트(331)와 제2 코일(333)은 광축(Z축) 방향으로 마주보게 배치될 수 있다. 제2 마그네트(331)는 이동프레임(200)에 배치될 수 있다. 제2 마그네트(331)는 복수의 마그네트를 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 마그네트(331)는 2개의 마그네트를 포함할 수 있고, 2개의 마그네트는 제1 축(X축) 방향을 따라 이격 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 마그네트(331)는 제2 마그네트(331)에 의해 구동력이 발생되는 방향(제2 축(Y축) 방향)에 수직한 방향으로 이격 배치된 2개의 마그네트를 포함할 수 있다.
설계에 따라, 제1 마그네트(311)와 제2 마그네트(331)는 도 2에 도시된 형태와 서로 반대로 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 마그네트(311)는 제1 마그네트(311)에 의해 구동력이 발생되는 방향(제1 축(X축) 방향)에 수직한 방향으로 이격 배치된 2개의 마그네트를 포함할 수 있고, 제2 마그네트(331)는 제2 마그네트(331)에 의해 구동력이 발생되는 방향(제2 축(Y축) 방향)으로 이격 배치된 2개의 마그네트를 포함할 수 있다. 또는, 제1 마그네트(311)와 제2 마그네트(331) 모두, 각 마그네트에 의해 구동력이 발생되는 방향에 수직한 방향으로 이격 배치된 2개의 마그네트를 포함하는 것도 가능하다. 이동프레임(200)의 상부면에는 제2 마그네트(331)가 배치되는 장착홈이 구비될 수 있다.
제2 마그네트(331)는 일면(예컨대, 제2 코일(333)과 마주보는 면)이 S극과 N극을 모두 갖도록 착자될 수 있다. 예컨대, 제2 코일(333)과 마주보는 제2 마그네트(331)의 일면에는 제2 축(Y축) 방향을 따라 순차로 S극, 중립영역 및 N극이 구비될 수 있다. 제2 마그네트(331)는 제1 축(X축) 방향으로 길이를 갖는 형상일 수 있다. 제2 마그네트(331)의 타면(예컨대, 일면의 반대면)은 N극과 S극을 모두 갖도록 착자될 수 있다. 일 예로, 제2 마그네트(331)의 타면에는 제2 축(Y축) 방향을 따라 순차로 N극, 중립영역 및 S극이 구비될 수 있다.
제2 코일(333)은 제2 마그네트(331)와 마주보도록 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 코일(333)은 광축(Z축) 방향으로 제2 마그네트(331)와 마주보도록 배치될 수 있다. 제2 코일(333)은 중공을 갖는 도넛 형상일 수 있고, 제1 축(X축) 방향으로 길이를 갖는 형상일 수 있다. 제2 코일(333)은 제2 마그네트(331)에 포함된 마그네트의 개수와 대응되는 개수의 코일을 포함할 수 있다.
제2 코일(333)은 제1 기판(350)에 배치될 수 있다. 제1 기판(350)은 제2 마그네트(331)와 제2 코일(333)이 광축(Z축) 방향으로 마주보도록 고정프레임(100)에 장착될 수 있다. 고정프레임(100)에는 관통홀이 구비될 수 있다. 예컨대, 관통홀은 고정프레임(100)의 상부면을 광축 방향으로 관통하는 구성일 수 있고, 제2 코일(333)은 고정프레임(100)의 관통홀에 배치될 수 있다.
제2 마그네트(331)는 이동프레임(200)에 장착되어 이동프레임(200)과 함께 이동하는 이동부재이고, 제2 코일(333)은 제1 기판(350) 및 고정프레임(100)에 고정된 고정부재일 수 있다. 제2 코일(333)에 전원이 인가되면, 제2 마그네트(331)와 제2 코일(333) 사이의 전자기력에 의하여 이동프레임(200)을 제2 축(Y축) 방향으로 이동시킬 수 있다. 제2 마그네트(331)와 제2 코일(333)은 서로 마주보는 방향(광축 방향)에 수직한 방향(예컨대, 제2 축(Y축) 방향)으로 구동력을 발생시킬 수 있다.
한편, 제1 및 제2 마그네트(311, 331)와 제1 및 제2 코일(313, 333)에 의해 이동프레임(200)을 광축(Z축)을 기준으로 회전시킬 수 있다.
고정프레임(100)과 이동프레임(200) 사이에는 제1 볼 부재(B1)가 배치될 수 있다. 제1 볼 부재(B1)는 고정프레임(100) 및 이동프레임(200)과 각각 접촉하도록 배치될 수 있다. 제1 볼 부재(B1)는 흔들림 보정 과정에서 이동프레임(200)의 이동을 가이드할 수 있고, 고정프레임(100) 및 이동프레임(200) 간의 간격을 유지시킬 수도 있다.
제1 볼 부재(B1)는 제1 축(X축) 방향으로의 구동력이 발생한 경우에 제1 축(X축) 방향으로 구름운동할 수 있다. 이에 따라, 제1 볼 부재(B1)는 이동프레임(200)의 제1 축(X축) 방향으로의 이동을 가이드할 수 있다. 또한, 제1 볼 부재(B1)는 제2 축(Y축) 방향으로의 구동력이 발생한 경우에 제2 축(Y축) 방향으로 구름운동할 수 잇다. 이에 따라, 제1 볼 부재(B1)는 이동프레임(200)의 제2 축(Y축) 방향으로의 이동을 가이드할 수 있다. 제1 볼 부재(B1)는 고정프레임(100)과 이동프레임(200) 사이에 배치되는 복수의 볼을 포함할 수 있다.
고정프레임(100)과 이동프레임(200)이 서로 광축(Z축) 방향으로 마주보는 면 중 적어도 하나에는 제1 볼 부재(B1)가 배치되는 가이드홈이 구비될 수 있다. 가이드홈은 제1 볼 부재(B1)의 복수의 볼에 대응되도록 복수개가 구비될 수 있다. 예컨대, 고정프레임(100)의 하부면에는 제1 가이드홈이 구비될 수 있고, 이동프레임(200)의 상부면에는 제2 가이드홈이 구비될 수 있다. 제1 볼 부재(B1)는 제1 가이드홈과 제2 가이드홈에 배치되어 고정프레임(100)과 이동프레임(200) 사이에 끼워질 수 있다.
제1 위치센서(315)는 제1 마그네트(311)와 마주보도록 제1 기판(350)에 배치되고, 제2 위치센서(335)는 제2 마그네트(331)와 마주보도록 제1 기판(350)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 위치센서(315) 및 제2 위치센서(335)는 홀 센서일 수 있다. 예를 들어, 제2 위치센서(335)는 2개의 홀 센서를 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 마그네트(331)는 제2 마그네트(331)에 의해 구동력이 발생되는 방향(제2 축(Y축) 방향)에 수직한 방향(제1 축(X축) 방향)으로 이격 배치된 2개의 마그네트를 포함하며, 제2 위치센서(335)는 2개의 마그네트와 마주보게 배치된 2개의 홀 센서를 포함할 수 있다. 제2 마그네트(331)와 마주보는 2개의 홀 센서를 통해, 이동프레임(200)이 회전되는지 여부를 감지할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 액추에이터(10)는 제1 요크(317) 및 제2 요크(337)를 포함할 수 있다. 제1 요크(317) 및 제2 요크(337)는 고정프레임(100) 및 이동프레임(200)이, 제1 볼 부재(B1)와 접촉 상태를 유지할 수 있도록 인력을 제공할 수 있다.
제1 요크(317)와 제2 요크(337)는 고정프레임(100)에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 요크(317)와 제2 요크(337)는 제1 기판(350)에 배치되고, 제1 기판(350)은 고정프레임(100)에 결합될 수 있다. 제1 기판(350)의 일면에는 제1 코일(313) 및 제2 코일(333)이 배치되며, 제1 기판(350)의 타면에는 제1 요크(317) 및 제2 요크(337)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 요크(317) 및 제2 요크(337)는, 제1 마그네트(311) 및 제2 마그네트(331)와의 사이에서 인력을 발생시킬 수 있는 재질일 수 있다. 일 예로, 제1 요크(317) 및 제2 요크(337)는 자성체로 제공될 수 있다.
제1 요크(317)는 제1 마그네트(311)와 광축(Z축) 방향으로 마주보도록 배치될 수 있다. 제1 요크(317)는 제1 마그네트(311)에 포함된 마그네트의 개수의 두배에 해당하는 복수의 요크를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 마그네트(311)의 각 마그네트는 2개의 요크와 광축(Z축) 방향으로 마주볼 수 있다. 하나의 마그네트와 마주보는 2개의 요크는 제2 축(Y축) 방향으로 이격 배치될 수 있다. 다만, 제1 요크(317)가 제1 마그네트(311)에 포함된 마그네트의 개수에 대응되는 복수의 요크를 포함하는 것도 가능하다.
제2 요크(337)는 제2 마그네트(331)와 광축(Z축) 방향으로 마주보도록 배치될 수 있다. 제2 요크(337)는 제2 마그네트(331)에 포함된 마그네트의 개수에 대응되는 복수의 요크를 포함한다. 예컨대, 제2 마그네트(331)가 2개의 마그네트를 포함하는 경우 제2 요크(337)는 2개의 요크를 포함할 수 있다. 2개의 요크는 제1 축(X축) 방향으로 이격 배치될 수 있다. 이와는 달리, 제2 마그네트(331)의 각 마그네트는 2개의 요크와 광축 방향으로 마주볼 수 있다. 이 경우 하나의 마그네트와 마주보는 2개의 요크는 제1 축(X축) 방향으로 이격 배치될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제2 액추에이터(20)는 케이스(630), 캐리어(730), 하우징(600) 및 제2 구동부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 구동부는 제3 마그네트(810), 제3 코일(830), 제3 위치센서(850), 제3 요크(870) 및 제2 기판(890) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
캐리어(730)에는 캐리어(730)를 광축(Z축) 방향으로 관통하는 중공부가 구비될 수 있고, 렌즈배럴(710)은 중공부에 삽입되어 캐리어(730)에 대해 고정 배치된다. 따라서, 렌즈배럴(710)과 캐리어(730)는 광축(Z축) 방향으로 함께 이동될 수 있다.
하우징(600)은 내부공간을 가지며, 상부와 하부가 개방된 사각 박스 형상일 수 있다. 캐리어(730)는 하우징(600)의 내부공간에 배치될 수 있다. 케이스(630)는 하우징(600)과 결합되어 제2 액추에이터(20)의 내부 구성을 보호하는 구성일 수 있다.
제2 구동부(800)의 제3 마그네트(810) 및 제3 코일(830)은 광축(Z축) 방향으로 구동력을 발생시켜 캐리어(730)(2000)를 광축(Z축) 방향으로 이동시킬 수 있다. 제3 마그네트(810)와 제3 코일(830)은 광축(Z축)에 수직한 방향으로 마주보게 배치될 수 있다.
제3 마그네트(810)는 캐리어(730)에 배치될 수 있다. 예컨대, 제3 마그네트(810)는 캐리어(730)의 일 측면에 배치될 수 있다. 캐리어(730)와 제3 마그네트(810) 사이에는 백요크가 배치될 수 있다. 제3 마그네트(810)는 일면(예컨대, 제3 코일(830)과 마주보는 면)이 N극과 S극을 모두 갖도록 착자될 수 있다. 일 예로, 제3 코일(830)과 마주보는 제3 마그네트(810)의 일면에는 광축(X축) 방향을 따라 순차로 N극, 중립영역 및 S극이 구비될 수 있다. 제3 마그네트(810)의 타면(예컨대, 일면의 반대면)은 S극과 N극을 모두 갖도록 착자될 수 있다. 일 예로, 제3 마그네트(810)의 타면에는 광축(X축) 방향을 따라 순차로 S극, 중립영역 및 N극이 구비될 수 있다.
제3 코일(830)은 제3 마그네트(810)와 마주보도록 배치된다. 예컨대, 제3 코일(830)은 광축(Z축)에 수직한 방향으로 제3 마그네트(810)와 마주보도록 배치될 수 있다. 제3 코일(830)은 제2 기판(890)에 배치되고, 제2 기판(890)은 제3 마그네트(810)와 제3 코일(830)이 광축(Z축)에 수직한 방향으로 마주보도록 하우징(600)에 장착될 수 있다.
제3 마그네트(810)는 캐리어(730)에 장착되어 캐리어(730)와 함께 광축(Z축) 방향으로 이동하는 이동부재이고, 제3 코일(830)은 제2 기판(890)에 고정된 고정부재일 수 있다. 제3 코일(830)에 전원이 인가되면, 제3 마그네트(810)와 제3 코일(830) 사이의 전자기력에 의하여 캐리어(730)를 광축(Z축) 방향으로 이동시킬 수 있다. 캐리어(730)에는 렌즈배럴(710)이 배치되므로, 캐리어(730)의 이동에 의해 렌즈배럴(710)도 광축(Z축) 방향으로 이동될 수 있다.
하우징(600)에는 제3 요크(870)가 배치될 수 있다. 제3 요크(870)는 제3 마그네트(810)와 마주보는 위치에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 기판(350)의 일면에는 제3 코일(830)이 배치되고, 제1 기판(350)의 타면에는 제3 요크(870)가 배치될 수 있다. 제3 마그네트(810)와 제3 요크(870)는 서로 간에 인력을 발생시킬 수 있다. 예컨대, 제3 마그네트(810)와 제3 요크(870) 사이에는 광축(Z축)에 수직한 방향으로 인력이 작용한다.
캐리어(730)와 하우징(600)이 서로 마주보는 면에는 가이드홈이 배치될 수 있다. 예컨대, 캐리어(730)에는 제3 가이드홈이 구비되고, 하우징(600)에는 제4 가이드홈이 구비될 수 있다. 제1 볼 그룹(BG1) 및 제2 볼 그룹(BG2)은 상기 제3 및 제4 가이드홈에 배치될 수 있고, 각각 복수의 볼을 포함할 수 있다.
제3 위치센서(850)는 제3 마그네트(810)와 마주보도록 제2 기판(890)에 배치된다. 예를 들어, 제3 위치센서(850)는 홀 센서일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 및 카메라 모듈의 렌즈 광학 사이즈(lens optical size, LOS)를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서가 렌즈 광학 사이즈 내에서 획득할 수 있는 이미지의 다양한 종횡비(Aspect Ratio)를 나타낸 평면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서(S)는 제1 액추에이터(10)의 센서기판(400)이 제공하는 배치공간에 배치될 수 있다. 제2 액추에이터(20)의 렌즈모듈(700)은 이미지 센서(S) 상에 배치될 수 있고, 센서기판(400) 상에 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(1)은 센서기판(400) 및 렌즈모듈(700)을 포함할 수 있다.
렌즈모듈(700)의 화각은 θ일 수 있다. 렌즈모듈(700)의 초점이 조정된 상태에서, 이미지 센서(S)의 배치공간과 렌즈모듈(700) 간의 광축 방향의 거리는 F일 수 있다. 렌즈 광학 사이즈(lens optical size, LOS)의 반지름은 {tan(θ/2) * F}로 계산될 수 있고, 지름은 {2 * tan(θ/2) * F}로 계산될 수 있다.
이미지 센서(S)는 광축(Z축) 방향으로 이미지(image)를 센싱(sensing)하도록 소정의 종횡비(AR_S)로 배열된 복수의 픽셀들(도 8 참조)을 포함할 수 있다. 이미지 센서(S)가 센싱하는 이미지는 렌즈 광학 사이즈(LOS) 내로 제한될 수 있다. 따라서, 렌즈 광학 사이즈(LOS)가 커질수록, 이미지 센서(S)가 센싱하는 이미지의 크기나 화각은 더 넓어질 수 있고, 이미지 센서(S)가 센싱하는 이미지의 종횡비(aspect ratio)의 선택 자유도는 넓어질 수 있다. 더 나아가, 이미지 센서(S)를 사용하는 전자기기의 디스플레이 이미지(display image)의 크기나 화각도 더 넓어질 수 있고, 종횡비 선택 자유도도 넓어질 수 있다.
렌즈 광학 사이즈(LOS)는 화각(θ)이 넓어지거나 거리(F)가 길어질수록 커질 수 있다. 따라서, 렌즈모듈(700)의 Z 방향 길이가 길어지거나, 카메라 모듈(1) 전체의 Z 방향 길이가 길어질 경우, 렌즈 광학 사이즈(LOS)는 커질 수 있다.
렌즈모듈(700)의 Z 방향 길이나 카메라 모듈(1) 전체의 Z 방향 길이는, 카메라 모듈(1)에 요구되는 규격이나 이미지 센서(S)를 사용하는 전자기기에 요구되는 규격에 따라 제한될 수 있다. 이 경우, 렌즈 광학 사이즈(LOS)의 최대 크기도 제한될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(1)의 렌즈모듈(700)은, {2 * tan(θ/2) * F}가 이미지 센서(S)의 종방향 및 횡방향 일단의 일 코너(corner)에서 종방향 및 횡방향 타단의 타 코너까지의 길이인 DL보다 짧도록 센서기판(400) 상에 배치될 수 있다.
또는, 이미지 센서(S)의 소정의 종횡비(AR_S)는 제1 종횡비(AR_1)보다 높고 제2 종횡비(AR_2)보다 낮을 수 있다. 여기서, 제1 종횡비(AR_1)는 4/3일 수 있고, 제2 종횡비(AR_2)는 16/9일 수 있다. 예를 들어, 렌즈모듈(700)은 이미지 센서(S)가 제1 종횡비(AR_1) 및/또는 제2 종횡비(AR_2)의 이미지를 센싱하도록 초점이 조정된 상태일 수 있고, {2 * tan(θ/2) * F}는 길이(DL) 이하일 수 있다.
이미지 센서(S)를 사용하는 전자기기가 얻고자 하는 이미지의 종횡비는 4/3이나 16/9일 가능성이 높을 수 있다. 예를 들어, 전자기기가 제1 종횡비(AR_1)의 이미지를 얻고자 할 경우, 이미지 센서(S)가 이미지를 획득하는 영역은 이미지 센서(S) 전체 영역에서 종방향 일단 영역 및 종방향 타단 영역이 제외된 영역일 수 있다. 예를 들어, 전자기기가 제2 종횡비(AR_2)의 이미지를 얻고자 할 경우, 이미지 센서(S)가 이미지를 획득하는 영역은 이미지 센서(S) 전체 영역에서 횡방향 일단 영역 및 횡방향 타단 영역이 제외된 영역일 수 있다.
여기서, 제1 종횡비(AR_1)의 이미지를 얻기 위해 제외되는 영역의 총 면적과, 제2 종횡비(AR_2)의 이미지를 얻기 위해 제외되는 영역의 총 면적의 합은, 이미지 센서(S)의 소정의 종횡비(AR_S)가 제1 종횡비(AR_1)이거나 제2 종횡비(AR_2)인 경우에 비해, 이미지 센서(S)의 소정의 종횡비(AR_S)가 제1 종횡비(AR_1)보다 높고 제2 종횡비(AR_2)보다 낮을 경우에 더 작을 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서(S)는 제1 및 제2 종횡비(AR_1, AR_2)의 이미지의 전반적인 면적을 효율적으로 넓힐 수 있고, 제1 및 제2 종횡비(AR_1, AR_2)의 이미지 중 하나가 너무 작아지는 것도 방지할 수 있다.
이미지 센서(S)의 코너(CN)는 제1 종횡비(AR_1)의 이미지를 얻기 위해 제외되는 영역과, 제2 종횡비(AR_2)의 이미지를 얻기 위해 제외되는 영역 모두에 속할 수 있다. 따라서, 이미지 센서(S)의 코너(CN)는 렌즈 광학 사이즈(LOS) 내에 있을 필요가 없을 수 있고, 렌즈모듈(700)의 Z 방향 길이나 카메라 모듈(1) 전체의 Z 방향 길이는 더 짧아질 수 있다.
예를 들어, 이미지 센서(S)의 코너(CN)에 가장 가까운 픽셀은 이미지 센싱에 사용될 필요가 없을 수 있으므로, 비활성화 상태일 수 있다. 반면, 이미지 센서(S)의 중심에 가장 가까운 픽셀은 이미지 센싱에 사용될 수 있으므로, 활성화 상태일 수 있다. 비활성화 상태의 픽셀의 전력 소모가 더 작을 수 있으므로, 이미지 센서(S)는 비활성화 상태의 픽셀을 통해 전체 전력 소모를 줄일 수 있다. 예를 들어, 픽셀의 비활성화는 해당 픽셀에 공급되는 전원 전압(도 9a 및 도 9b 참조)을 낮추는 것일 수 있고, 픽셀의 활성화는 해당 픽셀에 공급되는 전원 전압이 정상인 것일 수 있다.
예를 들어, 소정의 종횡비(AR_S)는 16/11.5 초과 16/9.5 미만일 수 있다. 예를 들어, 소정의 종횡비(AR_S)는 16/10 또는 16/11일 수 있다.
예를 들어, 이미지 센서(S)는 제3 종횡비(AR_3) 및/또는 제4 종횡비(AR_4)의 이미지를 센싱할 수 있다. 제3 종횡비(AR_3)는 20/9일 수 있고, 제4 종횡비(AR_4)는 21/9일 수 있다. 제3 및 제4 종횡비(AR_3, AR_4)는 소정의 종횡비(AR_S)보다 높을 수 있다. 제3 및 제4 종횡비(AR_3, AR_4)가 제2 종횡비(AR_2)보다 높을 수 있으므로, 제3 및 제4 종횡비(AR_3, AR_4)의 이미지는 상당히 넓은 수평화각을 가질 수 있다.
렌즈 광학 사이즈(LOS)는 원형일 수 있고, 16/11.5 초과 16/9.5 미만의 소정의 종횡비(AR_S)는 렌즈 광학 사이즈(LOS)에서 제1, 제2, 제3 및 제4 종횡비(AR_1, AR_2, AR_3, AR_4)의 이미지를 효율적으로 제공할 수 있다.
아래의 표 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서(S)의 6개의 예시적인 실시형태의 파라미터를 나타낸다. 상기 6개의 예시적인 실시형태는 렌즈모듈(700)의 z 방향 길이가 9mm 미만인 요구 규격을 만족시킬 수 있고, 120도보다 넓은 수평화각과 90도보다 넓은 수직화각과 3% 미만의 광학 왜곡량의 이미지를 제공할 수 있다.
순번 |
픽셀수 |
종횡비 |
가로 픽셀수 |
세로 픽셀수 |
픽셀 사이즈 |
DL (mm) |
{2 * tan(θ/2) * F} (mm) |
1 |
116M |
16/10 |
13334 |
8664 |
0.8㎛ |
12.721 |
16/1.37 |
2 |
120M |
16/11 |
13334 |
9000 |
0.8㎛ |
12.870 |
16/1.33 |
3 |
116M |
16/10 |
13334 |
8664 |
0.7㎛ |
11.131 |
16/1.56 |
4 |
120M |
16/11 |
13334 |
9000 |
0.7㎛ |
11.261 |
16/1.52 |
5 |
116M |
16/10 |
13334 |
8664 |
0.6㎛ |
9.541 |
16/1.82 |
6 |
120M |
16/11 |
13334 |
9000 |
0.6㎛ |
9.652 |
16/1.78 |
표 1의 픽셀수(예: 116M, 120M)는 이미지 센서(S)가 비디오 이미지로 제공될 경우의 프레임율이 24fps 이상을 안정적으로 확보할 수 있도록 설정될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 표 1의 픽셀수는 가로 픽셀수와 세로 픽셀수의 곱일 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(S)의 픽셀수가 116M일 경우, 제1 종횡비(AR_1)의 이미지에 사용되는 픽셀수는 100MP일 수 있고, 제2 종횡비(AR_2)의 이미지에 사용되는 픽셀수는 92MP일 수 있고, 제3 종횡비(AR_3)의 이미지에 사용되는 픽셀수는 80MP일 수 있고, 제4 종횡비(AR_4)의 이미지에 사용되는 픽셀수는 76MP일 수 있다. 예를 들어, 표 1의 6개의 예시적인 실시형태의 복수의 픽셀들의 구조는 2*2 tetra color filter array 구조일 수 있다.
예를 들어, 표 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서(S)의 종방향 및 횡방향 일단의 일 코너에서 종방향 및 횡방향 타단의 타 코너까지의 길이인 DL은 8mm 초과 14.4mm 미만일 수 있다.
예를 들어, 표 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서(S)의 복수의 픽셀들 각각의 종방향 길이 또는 횡방향 길이는 0.5㎛ 초과 0.9㎛ 미만일 수 있다.
예를 들어, 표 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(1)의 {2 * tan(θ/2) * F}는 (16/1.85)mm 이상 (16/1.3)mm 이하일 수 있다.
도 5는 도 4의 다양한 종횡비 중 광학적 이미지 안정화(OIS) 시의 선택될 수 있는 종횡비를 예시한 평면도이다.
도 5를 참조하면, 광학적 이미지 안정화(OIS) 모드일 경우, 제2 및 제4 종횡비(AR_2, AR_4)는 사용될 수 있고, 도 4의 제1 및 제3 종횡비(AR_1, AR_3)은 사용되지 않을 수 있다. 제1 및 제3 종횡비(AR_1, AR_3)의 사용 여부는 OIS 사용 여부에 따라 달라질 수 있다. OIS 사용 여부에 따라 달라지는 종횡비는 설계에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 이미지 센서(S)의 종방향 일단 영역, 종방향 타단 영역, 횡방향 일단 영역 및 횡방향 타단 영역은 제2 종횡비(AR_2)의 이미지 센싱에 사용되지 않을 수 있으므로, 제2 종횡비(AR_2)의 이미지의 OIS를 위한 마진(margin)은 다른 종횡비의 그것에 비해 더 넓거나 더 균형적일 수 있다. 따라서, 제2 종횡비(AR_2)의 이미지는 OIS에 따라 더 안정적으로 획득될 수 있다.
예를 들어, 제4 종횡비(AR_4)의 이미지는 가장 넓은 수평화각을 가질 수 있으므로, 다른 종횡비의 이미지에 비해 더 최적화될 가능성이 높을 수 있고, 제4 종횡비(AR_4)의 이미지의 높은 최적화는 OIS에도 효율적이게 할 수 있다. 따라서, 제4 종횡비(AR_4)의 이미지도 OIS에 따라 더 안정적으로 획득될 수 있다.
예를 들어, 제4 종횡비(AR_4)와 같은 상당히 넓은 수평화각은 OIS를 위해 센서기판(400)이나 렌즈모듈(700)이 움직일 수 있는 최대거리도 일반적인 OIS의 그것보다 더 길게 요구할 수 있다. 예를 들어, OIS 수평 보정 각도 및 OIS 수직 보정 각도는 각각 3도 이상 5도 이하일 수 있고, OIS 대각 보정 각도는 4도 이상 7도 이하일 수 있다.
예를 들어, OIS를 위해 센서기판(400)이나 렌즈모듈(700)이 렌즈 광학 사이즈(LOS)의 중심에 대응되는 지점에서부터 움직일 수 있는 최대거리가 [{tan(θ/2) * F} - {tan((θ/2) - B) * F}]일 경우, 상기 B는 OIS 대각 보정 각도일 수 있다. 따라서, B는 4도 이상 7도 이하일 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서가 광학적 이미지 안정화(OIS)가 아닌 전자적 이미지 안정화(electronic image stabilizing) 시에 획득하는 이미지의 범위를 예시한 평면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, OIS는 전자적 이미지 안정화(EIS)로 대체될 수 있다.
예를 들어, 도 6a를 참조하면, 중심 영역(CC_large, CC_small), 횡방향 일단 영역(LC_large, LC_small), 횡방향 타단 영역(RC_large, RC_small), 종방향 일단 영역(UC_large, UC_small) 및 종방향 타단 영역(BC_large, BC_small)은 1차적으로 센싱될 수 있고, 횡방향 일단 영역(LC_large, LC_small), 횡방향 타단 영역(RC_large, RC_small), 종방향 일단 영역(UC_large, UC_small) 및 종방향 타단 영역(BC_large, BC_small)은 크롭(crop) 처리될 수 있다. 이에 따라, 중심 영역(CC_large, CC_small)은 제2 종횡비(AR_2)의 이미지를 가질 수 있다.
예를 들어, 도 6b를 참조하면, 중심 영역(CC_large, CC_small), 횡방향 일단 영역(LC_large, LC_small), 횡방향 타단 영역(RC_large, RC_small), 종방향 일단 영역(UC_large, UC_small) 및 종방향 타단 영역(BC_large, BC_small)은 1차적으로 센싱될 수 있고, 횡방향 일단 영역(LC_large, LC_small), 횡방향 타단 영역(RC_large, RC_small), 종방향 일단 영역(UC_large, UC_small) 및 종방향 타단 영역(BC_large, BC_small)은 크롭(crop) 처리될 수 있다. 이에 따라, 중심 영역(CC_large, CC_small)은 제4 종횡비(AR_4)의 이미지를 가질 수 있다.
도 6a의 횡방향 일단 영역(LC_large, LC_small), 횡방향 타단 영역(RC_large, RC_small), 종방향 일단 영역(UC_large, UC_small) 및 종방향 타단 영역(BC_large, BC_small)은 제2 종횡비(AR_2)에 맞춰질 수 있고, 도 6b의 횡방향 일단 영역(LC_large, LC_small), 횡방향 타단 영역(RC_large, RC_small), 종방향 일단 영역(UC_large, UC_small) 및 종방향 타단 영역(BC_large, BC_small)은 제4 종횡비(AR_4)에 맞춰질 수 있다. 따라서, 횡방향 일단 영역(LC_large, LC_small), 횡방향 타단 영역(RC_large, RC_small), 종방향 일단 영역(UC_large, UC_small) 및 종방향 타단 영역(BC_large, BC_small)은 복수의 종횡비(예: 제2 및 제4 종횡비) 중 선택에 기반하여 결정될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서가 서로 종횡비가 동일하고 서로 사이즈가 다른 이미지를 획득하는 것을 예시한 평면도이다.
도 7을 참조하면, 제1 종횡비의 큰 이미지(AR_1_large)는 제1 종횡비의 작은 이미지(AR_1_small)보다 클 수 있다. 예를 들어, 큰 이미지(AR_1_large) 및 작은 이미지(AR_1_small)는 선택적으로 센싱될 수 있고, 둘 중 하나는 비디오 이미지 센싱에 사용될 수 있고, 다른 하나는 사진 이미지 센싱에 사용될 수 있다.
예를 들어, 큰 이미지(AR_1_large) 센싱에 사용되는 픽셀수 및 수평화각은 100M 및 100도일 수 있고, 작은 이미지(AR_1_small) 센싱에 사용되는 픽셀수 및 수평화각은 48M 및 70도일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 8을 참조하면, 이미지 센서(S)는 복수의 행들과 복수의 열들을 따라서 어레이 형태로 배치되는 복수의 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀들(PX) 각각은 빛에 응답하여 전하를 생성하는 적어도 하나의 광전 변환 소자, 및 광전 변환 소자가 생성한 전하에 대응하는 픽셀 신호를 생성하는 픽셀 회로 등을 포함할 수 있다. 광전 변환 소자는 반도체 물질로 형성되는 포토 다이오드, 및/또는 유기 물질로 형성되는 유기 포토 다이오드 등을 포함할 수 있다.
일례로 픽셀 회로는 플로팅 디퓨전, 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 및 선택 트랜지스터 등을 포함할 수 있다. 실시예들에 따라 픽셀들(PX)의 구성은 달라질 수 있다. 일례로, 픽셀들(PX) 각각은 유기 물질을 포함하는 유기 포토 다이오드를 포함하거나, 또는 디지털 픽셀로 구현될 수도 있다. 픽셀들(PX)이 디지털 픽셀로 구현되는 경우, 픽셀들(PX) 각각은 디지털 픽셀 신호를 출력하기 위한 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, IC는 이미지 센서(S)를 제어하기 위한 회로들을 포함할 수 있다. 일례로, IC는 로우 드라이버(21), 리드아웃 회로(22), 칼럼 드라이버(23), 컨트롤 로직(24) 등을 포함할 수 있다. 로우 드라이버(21)는 복수의 픽셀들(PX)을 로우(ROW) 라인들 단위로 구동할 수 있다. 예를 들어, 로우 드라이버(21)는 픽셀 회로의 전송 트랜지스터를 제어하는 전송 제어 신호, 리셋 트랜지스터를 제어하는 리셋 제어 신호, 선택 트랜지스터를 제어하는 선택 제어 신호 등을 생성하여 복수의 픽셀들(PX)에 로우 라인 단위로 입력할 수 있다.
리드아웃 회로(22)는 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler, CDS), 아날로그-디지털 컨버터(Analog-to-Digital Converter, ADC) 등을 포함할 수 있다. 상관 이중 샘플러들은, 복수의 픽셀들(PX)과 칼럼 라인들을 통해 연결될 수 있다. 상관 이중 샘플러들은 로우 드라이버(21)의 로우 라인 선택 신호에 의해 선택되는 로우 라인에 연결되는 복수의 픽셀들(PX)로부터, 칼럼 라인들을 통해 픽셀 신호를 읽어올 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터는 상관 이중 샘플러가 검출한 픽셀 신호를 디지털 픽셀 신호로 변환하여 칼럼 드라이버(23)에 전달할 수 있다.
칼럼 드라이버(23)는 디지털 픽셀 신호를 임시로 저장할 수 있는 래치 또는 버퍼 회로와 증폭 회로 등을 포함할 수 있으며, 리드아웃 회로(22)로부터 수신한 디지털 픽셀 신호를 처리할 수 있다. 로우 드라이버(21), 리드아웃 회로(22) 및 칼럼 드라이버(23)는 컨트롤 로직(24)에 의해 제어될 수 있다. 컨트롤 로직(24)은 로우 드라이버(21), 리드아웃 회로(22) 및 칼럼 드라이버(23)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 컨트롤러 등을 포함할 수 있다.
복수의 픽셀들(PX) 중에서 가로 방향으로 같은 위치에 배치되는 픽셀들(PX)은 동일한 칼럼 라인을 공유할 수 있다. 일례로, 세로 방향으로 같은 위치에 배치되는 픽셀들(PX)은 로우 드라이버(21)에 의해 동시에 선택되며 칼럼 라인들을 통해 픽셀 신호를 출력할 수 있다. 일 실시예에서 리드아웃 회로(22)는 칼럼 라인들을 통해 로우 드라이버(21)가 선택한 픽셀들(PX)로부터 픽셀 신호를 동시에 획득할 수 있다. 픽셀 신호는 리셋 전압과 픽셀 전압을 포함할 수 있으며, 픽셀 전압은 픽셀들(PX) 각각에서 빛에 반응하여 생성된 전하가 리셋 전압에 반영된 전압일 수 있다.
복수의 픽셀들(PX) 간의 간격(PL)은 복수의 픽셀들(PX)의 각각의 종방향 길이 또는 횡방향 길이에 대응될 수 있고, 0.5㎛ 초과 0.9㎛ 미만일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 회로를 간단하게 도시한 도면들이다.
먼저 도 9a를 참조하면, 복수의 픽셀들(PX) 각각은 포토 다이오드(PD)와 픽셀 회로를 포함하며, 픽셀 회로는 전송 트랜지스터(TX)와 리셋 트랜지스터(RX), 선택 트랜지스터(SX), 및 구동 트랜지스터(DX) 등을 포함할 수 있다. 또한 픽셀 회로는, 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하가 축적되는 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 포함할 수 있다.
포토 다이오드(PD)는 외부에서 입사된 빛에 반응하여 전하를 생성 및 축적할 수 있다. 포토 다이오드(PD)는 실시예들에 따라 포토 트랜지스터, 포토 게이트, 핀드 포토 다이오드 등으로 대체될 수도 있다. 전송 트랜지스터(TX)는 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하를 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 이동시킬 수 있다. 플로팅 디퓨전 영역(FD)은 포토 다이오드(PD)에서 생성된 전하를 저장할 수 있다. 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 축적된 전하의 양에 따라 구동 트랜지스터(DX)가 출력하는 전압이 달라질 수 있다.
리셋 트랜지스터(RX)는 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 축적된 전하를 제거하여 플로팅 디퓨전 영역(FD)의 전압을 리셋시킬 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)의 드레인 전극은 플로팅 디퓨전 영역(FD)과 연결되며 소스 전극은 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)가 턴 온되면, 리셋 트랜지스터(RX)의 소스 전극과 연결된 전원 전압(VDD)이 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 인가되며, 리셋 트랜지스터(RX)가 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 축적된 전하가 제거될 수 있다.
구동 트랜지스터(DX)는 소스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier)로 동작할 수 있다. 구동 트랜지스터(DX)는 플로팅 디퓨전 영역(FD)의 전압 변화를 증폭하고, 이를 칼럼 라인들(COL1, COL2) 중 하나로 출력할 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)는 행 단위로 읽어낼 픽셀들(PX)을 선택할 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)가 턴 온될 때, 구동 트랜지스터(DX)의 전압이 칼럼 라인들(COL1, COL2) 중 하나로 출력될 수 있다. 일례로, 선택 트랜지스터(SX)가 턴 온될 때, 칼럼 라인들(COL1, COL2)을 통해 리셋 전압 또는 픽셀 전압이 출력될 수 있다.
도 9a에 도시한 일 실시예에서는, 복수의 픽셀들(PX) 각각이 포토 다이오드(PD)와 전송 트랜지스터(TX)는 물론, 리셋 트랜지스터(RX), 선택 트랜지스터(SX), 및 구동 트랜지스터(DX)를 모두 포함할 수 있다. 반면, 도 9b에 도시한 일 실시예에서는, 서로 인접한 둘 이상의 픽셀들이, 픽셀 회로에 포함되는 트랜지스터들 중 적어도 일부를 공유할 수 있다.
일례로, 첫 번째 픽셀의 제1 포토 다이오드(PD1)와 제1 전송 트랜지스터(TX1)가 플로팅 디퓨전 영역(FD) 연결될 수 있다. 마찬가지로, 두 번째 내지 네 번째 픽셀들(PX2-PX4)의 제2 내지 제4 포토 다이오드들(PD2-PD4)은, 제2 내지 제4 전송 트랜지스터들(TX2-TX4)을 통해, 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 연결될 수 있다. 일례로, 픽셀들 각각에 포함되는 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 배선 패턴 등으로 서로 연결하여, 하나의 플로팅 디퓨전 영역(FD)에 제1 내지 제4 전송 트랜지스터들(TX1-TX4)을 공통으로 연결할 수 있다.
한편, 픽셀 회로는 리셋 트랜지스터(RX), 제1 및 제2 구동 트랜지스터들(DX1, DX2), 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)는 리셋 제어 신호(RG)에 의해 제어되며, 선택 트랜지스터(SX)는 선택 제어 신호(SEL)에 의해 제어될 수 있다. 일례로, 네 개의 픽셀들 각각은 전송 트랜지스터(TX)외에 하나의 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 네 개의 픽셀들에 포함되는 네 개의 트랜지스터들 중에서 두 개는 서로 병렬로 연결되어 제1 및 제2 구동 트랜지스터들(DX1, DX2)을 제공하고, 남은 두 개의 트랜지스터들 중 하나는 선택 트랜지스터(SX)로 제공되며, 나머지 하나는 리셋 트랜지스터(RX)를 제공하도록 구성될 수 있다.
다만, 도 9b를 참조하여 설명한 픽셀 회로는 하나의 실시예일 뿐이며, 반드시 이와 같은 형태로 한정되는 것은 아니다. 일례로, 네 개의 트랜지스터들 중 하나를 구동 트랜지스터로 할당하고, 하나를 선택 트랜지스터로 할당할 수 있다. 또한, 나머지 두 개를 서로 직렬로 연결하여 제1 및 제2 리셋 트랜지스터들로 할당함으로써, 픽셀의 변환 이득을 조절할 수 있는 이미지 센서를 구현할 수 있다. 또는, 픽셀들 각각에 포함되는 트랜지스터의 개수에 따라 픽셀 회로가 달라질 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈을 포함하는 전자기기를 예시한 도면이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(1)을 포함하는 전자기기(ED)는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서(S)를 포함할 수 있고, IC 및 디스플레이 부재(DP) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
IC는 이미지 센서(S)가 센싱한 이미지(Image information)를 입력 받고 이미지에 기반한 디스플레이 이미지의 정보를 생성할 수 있다.
디스플레이 부재(DP)는 디스플레이 이미지를 출력할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 부재(DP)는 서로 다른 복수의 종횡비 중 선택된 종횡비의 디스플레이 이미지를 출력할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 복수의 종횡비는 4/3, 16/9, 20/9 및 21/9 중 적어도 셋을 포함할 수 있다.
예를 들어, 디스플레이 부재(DP)는 이미지 센서(S)의 소정의 종횡비(예: 16/10, 16/11)보다 낮은 제1 종횡비(예: 4/3)와 소정의 종횡비보다 높은 제2 종횡비(예: 16/9, 20/9, 21/9) 중 선택된 종횡비의 디스플레이 이미지를 출력할 수 있다.
예를 들어, 서로 다른 복수의 종횡비(예: 4/3, 16/9, 20/9, 21/9) 간의 차이는, 서로 다른 복수의 종횡비 중 디스플레이 부재(DP)의 종횡비(예: 제3 종횡비(AR_3)와 동일)에 더 가까운 종횡비(예: 3 종횡비(AR_3))와 디스플레이 부재의 종횡비 간의 차이보다 클 수 있다. 디스플레이 부재(DP)의 종횡비는 장축 길이(ML of AR_3)에 단축 길이(SL of AR_3)를 나눈 값일 수 있다.
예를 들어, 디스플레이 부재(DP)는 디스플레이 커버 부재(91), 터치 센서 패널(92) 및 디스플레이 패널(93) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이 커버 부재(91)는 글래스(glass)와 같이 투명하고 외부 충격으로부터 디스플레이 부재(DP)를 보호하도록 구성될 수 있다. 터치 센서 패널(92)은 전자기기 사용자 등의 터치(touch)를 감지할 수 있으며, 전선(82)을 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(93)은 디스플레이 이미지를 출력할 수 있으며, 전선(83)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 디스플레이 부재(DP)는 상당히 넓은 종횡비의 디스플레이 이미지를 출력하기 위해 카메라 모듈(1)의 광축(Z축)으로 중첩되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1)에서 OIS 보정에 사용될 수 있는 구조는 카메라 모듈(1)이 전선(82, 83)을 피하여 이미지를 센싱할 수 있도록 카메라 모듈(1)을 이동시킬 수 있다. 전자기기(ED)의 일면이 디스플레이 부재(DP)의 일면보다 넓을 수도 있으므로, 카메라 모듈(1)은 설계에 따라 디스플레이 부재(DP)에 광축(Z축)으로 중첩되지 않을 수도 있다.
예를 들어, IC는 프로세서(71), 컨트롤러(72) 및 드라이버(73) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이미지 센서(S)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, IC는 이미지 센서(S)가 배치된 센서기판이 경연성 인쇄회로기판일 경우에 상기 경연성 인쇄회로기판의 연성 부분을 통해 이미지 센서(S)에 유연하게 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 프로세서(71)는 전자기기(ED)의 전반적인 동작을 위한 정보처리를 수행할 수 있고, 컨트롤러(72)는 이미지 센서(S)에 대한 전반적인 제어를 위한 정보처리를 수행할 수 있고, 드라이버(73)는 카메라 모듈(1)의 움직임을 위한 신호(예: 코일에 흐르는 전류)를 출력할 수 있다.
예를 들어, IC는, 이미지 센서(S)가 센싱한 이미지(Image information)의 안정화를 위해 렌즈모듈 또는 센서기판을 이동시키는 OIS 모드의 사용 여부를 결정하고, 상기 OIS 모드의 사용 여부에 기반하여 복수의 종횡비 중 적어도 일부(예: 4/3, 20/9)의 사용 여부를 결정할 수 있다.
예를 들어, IC는, 이미지 센서(S)가 센싱한 이미지(Image information)를 EIS 처리하기 위해 이미지의 종방향 일단 영역, 종방향 타단 영역, 횡방향 일단 영역 및 횡방향 타단 영역을 크롭(crop) 처리할 수 있다. 여기서, 상기 종방향 일단 영역, 종방향 타단 영역, 횡방향 일단 영역 및 횡방향 타단 영역은 복수의 종횡비(예: 16/9, 21/9) 중 선택에 기반하여 결정될 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.