KR20200086815A

KR20200086815A - 카메라 모듈

Info

Publication number: KR20200086815A
Application number: KR1020190003068A
Authority: KR
Inventors: 김현
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2020-07-20

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈은 적외선을 조사하도록 구성된 복수의 광원소자를 포함하는 광원부; 피사체로부터 반사되는 상기 광원부의 빛을 이미지 센서로 굴절시키도록 구성되는 광학부; 및 상기 광학부를 구성하는 하나 이상의 렌즈를 광축 방향으로 이동시키도록 구성되는 액추에이터;를 포함하고, 상기 복수의 광원소자는 피사체와의 거리에 따라 선택적으로 구동되도록 구성된다.

Description

카메라 모듈{Camera Module}

본 발명은 3차원 입체 촬영을 가능케 하는 카메라 모듈에 관한 것이다.

휴대용 단말기를 이용한 보안 인증 기술이 개발되고 있다. 예를 들어, 휴대용 단말기의 카메라 모듈은 사용자의 안면 형태를 3차원으로 인식하고, 인식한 정보를 휴대용 단말기의 제어장치에 제공함으로써, 휴대용 단말기의 잠금상태를 해제시킬 수 있다.

카메라 모듈은 피사체의 입체 형상을 인식하기 위해 TOF(Time-Of-Flight) 방식을 이용할 수 있다. TOF(Time-Of-Flight) 방식의 카메라 모듈은 적외선 광원에서 방출되는 빛이 반사되어 돌아오는 시간으로부터 피사체와의 거리를 산출함으로써 피사체의 입체 형상을 인식한다.

종래기술에 따른 TOF 방식의 카메라 모듈은 고정 초점을 갖는 광학계를 하므로, 근거리 또는 원거리에 위치한 피사체의 입체 형상만을 촬영할 수 있었다. 아울러, 종래기술에 따른 TOF 방식의 카메라 모듈은 광원의 조사각도(또는 조사 범위)가 고정되어 있으므로, 피사체의 전 영역을 한번에 촬영하기 어렵거나 또는 원거리의 피사체를 촬영하기 어렵다.

참고로, 본 발명과 관련된 선행기술로는 특허문헌 1 내지 3이 있다.

KR

10-1859040

B

KR

2018-0104970

A

KR

2018-0121494

A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 근거리 및 원거리에 위치한 피사체의 입체 촬영이 가능한 카메라 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈은 적외선을 조사하도록 구성된 복수의 광원소자를 포함하는 광원부; 피사체로부터 반사되는 상기 광원부의 빛을 이미지 센서로 굴절시키도록 구성되는 광학부; 및 상기 광학부를 구성하는 하나 이상의 렌즈를 광축 방향으로 이동시키도록 구성되는 액추에이터;를 포함하고, 상기 복수의 광원소자는 피사체와의 거리에 따라 선택적으로 구동되도록 구성된다.

본 발명은 근거리 및 원거리에 위치한 피사체의 입체 촬영이 가능하다. 아울러, 본 발명은 복수의 광원을 선택적으로 작동시켜 광원의 조사 각도 및 조사 거리를 조정하므로 원거리 촬영에 필요한 소비 전류량을 절감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 사시도
도 2는 도 1에 도시된 광원부의 구성도
도 3은 도 2에 도시된 광원부의 전기적 연결 상태도
도 4는 도 1에 도시된 광학부의 구성도
도 5는 근거리 촬영 상태에서의 광원부의 작동 상태도
도 6은 원거리 촬영 상태에서의 광원부의 작동 상태도

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

아울러, 명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1을 참조하여 일 실시 예에 따른 카메라 모듈을 설명한다.

카메라 모듈(10)은 광원부(100), 광학부(200)를 포함한다. 그러나 카메라 모듈(10)의 구성된 전술된 요소들로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 카메라 모듈(10)은 광학부(200)의 촬영에 필요한 조도를 제공하기 위한 별도의 보조광원을 더 포함할 수 있다. 아울러, 카메라 모듈(10)은 광원부(100)의 빛을 산란시키기 위한 산란 렌즈(102)를 더 포함할 수 있다.

카메라 모듈(10)은 휴대용 단말기에 장착이 가능하도록 구성된다. 예를 들어, 광원부(100) 및 광학부(200)는 하나의 기판에 일체로 배치될 수 있다. 또는 광원부(100) 및 광학부(200)는 좁은 공간에 용이하게 배치될 수 있도록 가요성 기판에 의해 연결될 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하여 광원부를 설명한다.

광원부(100)는 소정 파장의 광선을 피사체에 조사하도록 구성된다. 예를 들어, 광원부(100)는 적외선을 피사체에 조사하도록 구성될 수 있다. 광원부(100)는 복수의 광원소자(110)를 포함한다. 광원소자(110)는 LD(Laser Diode), LED(Light-Emitting Diode), 및 VCSEL(vertical cavity surface emitting laser) 중 어느 한 형태일 수 있다. 그러나 광원소자(110)가 전술된 형태로 한정되는 것은 아니다.

광원소자(110)는 영역별로 구획되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 제1광원소자(112)는 중앙에 배치되고, 제2광원소자(114)는 제1광원소자(112)의 외측에 배치되고, 제3광원소자(116)는 제2광원소자(114)의 외측에 배치될 수 있다. 광원소자(110)는 필요에 따라 선택적으로 구동(또는 점등)될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(10)의 근거리 촬영 시에는 제1광원소자(112) 내지 제3광원소자(116)가 모두 점등되고, 카메라 모듈(10)의 원거리 촬영 시에는 제1광원소자(112)만이 점등될 수 있다. 다만, 어느 경우에도 광원소자(110)에 공급되는 전류량을 변동되지 않는다. 따라서, 전자의 경우, 제1광원소자(112) 내지 제3광원소자(116)는 근거리에 위치한 피사체를 조사할 정도의 출력을 가질 수 있다. 이와 달리, 후자의 경우, 제1광원소자(112)는 상대적으로 많은 전류를 공급받으므로, 원거리에 위치한 피사체를 조사할 정도의 출력을 발휘할 수 있다.

광원부(100)의 광원소자(110)는 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 구동 드라이브(120)에 의해 구동될 수 있다. 부연 설명하면, 제1광원소자(112)의 제1전극(132)과 제2전극(142), 제2광원소자(114)의 제1전극(134)과 제2전극(144), 제3광원소자(116)의 제1전극(136)과 제2전극(146)은 구동 드라이브(120)에 병렬 형태로 연결될 수 있다. 아울러, 포토다이오드(도시되지 않음)의 제1전극(152)과 제2전극(162)도 구동 드라이브(120)에 연결될 수 있다. 전자의 예는 근거리의 피사체를 넓은 화각으로 촬영하는데 유리하고, 후자의 예는 원거리의 피사체를 좁은 화각으로 촬영하는데 유리하다. 참고로, 포토다이오드는 거리 측정용 광선을 조사하거나 또는 조도를 향상시키기 위한 광선을 조사하도록 구성될 수 있다.

위와 같이 구성된 광원부(100)는 광학부(200)를 통한 피사체의 입체 형상이 인식될 수 있도록 피사체에 소정 파장의 광선을 피사체에 조사한다. 아울러, 광원부(100)는 피사체의 위치에 따라 서로 다른 범위로 광선을 조사하므로, 피사체의 입체 형상 인식율을 향상시킬 수 있다.

도 4를 참조하여 광학부를 설명한다.

광학부(200)는 굴절 렌즈(210), 적외선 투과 필터(220), 이미지 센서(230), 액추에이터(240)를 포함한다. 그러나 광학부(200)의 구성이 전술된 요소들로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 광학부(200)는 이미지 센서(230)로 입사되는 광량을 조절하기 위한 조리개를 더 포함할 수 있다.

굴절 렌즈(210)는 복수로 구성될 수 있다. 예를 들어, 광학부(200)는 정의 굴절력을 갖는 굴절 렌즈와 부의 굴절력을 갖는 굴절 렌즈를 하나 이상 포함할 수 있다. 여기서, 굴절 렌즈(210)의 수, 굴절 렌즈(210)들의 굴절력 분포, 굴절 렌즈(210)의 형상은 카메라 모듈(10)의 용도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 휴대 단말기의 전면에 배치되는 카메라 모듈(10)은 5매 이하의 굴절 렌즈(210)를 포함할 수 있고, 휴대 단말기의 배면에 배치되는 카메라 모듈(10)은 6매 이상의 굴절 렌즈(210)를 포함할 수 있다.

굴절 렌즈(210)는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다. 그러나 굴절 렌즈(210)의 재질이 플라스틱 재질로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하나 이상의 굴절 렌즈(210)는 유리 재질로 이루어질 수 있다.

적외선 투과 필터(220)는 이미지 센서(230)로 입사하는 입사광 중 소정 파장의 빛을 통과시키도록 구성된다. 예를 들어, 적외선 투과 필터(220)는 850nm 내지 940nm 대역의 빛을 투과시킬 수 있다.

이미지 센서(230)는 피사체로부터 반사되는 광을 수신하도록 구성된다. 아울러, 이미지 센서(230)는 굴절 렌즈(210)를 통해 입사된 광 신호를 전기신호로 변환하도록 구성된다. 이미지 센서(230)는 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이를 포함할 수 있다. 복수의 픽셀은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 픽셀 어레이의 복수의 픽셀 각각에는 광원부(100)와 피사체 간의 거리 정보를 생성하기 위한 회로가 내장되어, 복수의 픽셀 각각에서 광원부(100)와 피사체 간의 거리 정보가 산출될 수 있고, 이를 통해 피사체의 입체 형상을 구현할 수 있다. 실시예에 따라, 거리 정보 생성 회로는 픽셀 외부에 별도로 형성될 수 있다.

액추에이터(240)는 CM(Voice Coil Motor), SMA(Surface Memory Alloy), 피에조(Piezo) 중 하나를 포함할 수 있다. 참고로, 본 실시 예에서 액추에이터(240)는 CM 형태일 수 있다. 액추에이터(240)는 하나 이상의 굴절 렌즈(210)를 광축 방향으로 이동하도록 구성된다. 예를 들어, 액추에이터(240)는 복수의 굴절 렌즈를 서로 다른 변위로 이동시킴으로써 카메라 모듈(10)의 초점이 근거리에서 원거리로 이동되도록 변화시킬 수 있다.

다음은 도 5 및 도 6을 참조하여 본 실시 예에 따른 카메라 모듈의 작동 예를 설명한다.

카메라 모듈(10)은 근거리 및 원거리에 위치한 피사체의 입체 촬영이 모두 가능하도록 구성된다. 일 예로, 근거리에 위치한 피사체를 입체 촬영할 경우, 카메라 모듈(10)은 도 5에 도시된 바와 같이 모든 광원소자(112, 114, 116)가 점등되도록 제어하고, 짧은 초점거리를 갖도록 굴절 렌즈를 이동시킬 수 있다. 다른 예로, 원거리에 위치한 피사체를 입체 촬영할 경우, 카메라 모듈(10)은 도 6에 도시된 바와 같이 일부 광원소자(112)가 점등되도록 제어하고, 긴 초점거리를 갖도록 굴절 렌즈를 이동시킬 수 있다. 또 다른 예로, 중거리에 위치한 피사체를 입체 촬영할 경우, 카메라 모듈(10)은 제1광원소자(112) 및 제2광원소자(114)가 점등되도록 제어하고, 중간 초점거리를 갖도록 굴절 렌즈를 이동시킬 수 있다.

위와 같이 구성된 카메라 모듈(10)은 초점거리의 조정이 가능할 뿐만 아니라 초점거리에 따라 광원부(100)로부터 조사되는 광량 및 조사범위를 조정할 수 있으므로, 피사체의 위치에 관계 없이 피사체의 입체 형상을 용이하게 촬영할 수 있다.

본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다. 예를 들어, 전술된 실시형태에 기재된 다양한 특징사항은 그와 반대되는 설명이 명시적으로 기재되지 않는 한 다른 실시형태에 결합하여 적용될 수 있다.

10 카메라 모듈
100 광원부
102 산란 렌즈
110 광원소자
112 제1광원소자
114 제2광원소자
116 제3광원소자
120 구동 드라이브
132, 134, 136 제1전극
142, 144, 146 제2전극
152, 154, 156 제3전극
162, 164, 166 제4전극
200 광학부
210 굴절 렌즈
220 적외선 투과 필터
230 이미지 센서
240 액추에이터

Claims

적외선을 조사하도록 구성된 복수의 광원소자를 포함하는 광원부;
피사체로부터 반사되는 상기 광원부의 빛을 이미지 센서로 굴절시키도록 구성되는 광학부; 및
상기 광학부를 구성하는 하나 이상의 렌즈를 광축 방향으로 이동시키도록 구성되는 액추에이터;
를 포함하고,
상기 복수의 광원소자는 피사체와의 거리에 따라 선택적으로 구동되도록 구성되는 카메라 모듈.
제1항에 있어서,
상기 광학부는 상기 액추에이터에 의해 초점거리가 변경되는 줌 광학계인 카메라 모듈.
제1항에 있어서,
상기 광원부는,
제어부의 제1신호에 의해 구동되는 제1광원소자;
상기 제어부의 제2신호에 의해 구동되고, 상기 제1광원소자의 외측에 배치되는 제2광원소자; 및
상기 제어부의 제3신호에 의해 구동되고, 상기 제2광원소자의 외측에 배치되는 제3광원소자;
를 포함하는 카메라 모듈.
제1항에 있어서,
상기 광원부는 상기 광원소자로부터 조사도는 빛을 산란시키기 위한 산란 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
제1항에 있어서,
상기 광학부는 적외선을 투과시키기 위한 적외선 투과 필터를 포함하는 카메라 모듈.
제1항에 있어서,
상기 광원소자는 LD(Laser Diode), LED(Light-Emitting Diode), 및 VCSEL(vertical cavity surface emitting laser) 중 하나인 카메라 모듈.