JP2008507936A

JP2008507936A - 光学ズーム機能が可能な携帯用端末器カメラモジュール

Info

Publication number: JP2008507936A
Application number: JP2007523470A
Authority: JP
Inventors: キムハク−モー
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2005-07-18
Publication date: 2008-03-13
Also published as: KR20060009526A; KR100593177B1; WO2006011722A1; US20080186397A1

Abstract

【課題】ＰＣＳ、携帯端末機のような小型の携帯用通信機器で光学的なズーム機能が可能であるようにするカメラモジュールの構造を提供する。
【解決手段】本発明は光学的なズーム機能を携帯用端末機のカメラに適用し、携帯用端末機の小型化に支障を与えないようにするための方法として、従来イメージセンサが外部窓と直接接触されていた方式を脱皮して、イメージセンサを回転させモジュール内部に装着し、外部窓とイメージセンサとの間には光の方向を転換する転換部とレンズグループを挿入する形態を取る。転換部とレンズグループとは固定された状態でイメージセンサを受動操作またはモータを用いて動かすことで光学的なズーム機能を可能にする。
【選択図】図４

Description

本発明はカメラモジュールに係り、さらに詳細にはＰＣＳ、携帯端末機のような薄型の携帯用通信端末機に適用することができるカメラモジュールとしてイメージセンサを移動させながらズームを可能にすることができるカメラモジュールに関する。

携帯用端末機、特に、ＰＣＳ（Personal Communication System）または携帯端末機のような無線通信機器は爆発的な増加と技術発展をしてきた。特に、最近においては従来から継続されてきた小型化技術の発展に加えて携帯用端末機にカメラ機能が含まれるなどの多目的な装置としての活用が一つの文化現象で目立っている。カメラ機能は従来、数十万画素の解像度を有する水準で数百万画素の解像度を有する水準に発展して従来の低価型デジタルカメラを代替することができる水準まで到達してきた。

このような携帯用端末機の小型化傾向とカメラの機能発展という方向で相乗的な要素となっている部分が携帯用端末機カメラモジュールのズーム機能である。このようなズーム機能は多様な形態の写真と遠くにある被写体の写真を所望する消費者の欲求を充足させるためには必ず必要な機能である。

しかし、現在、携帯用端末機に適用されるカメラモジュールのズーム機能は大部分与えられたイメージセンサの解像度内でソフトウェア的な処理によってピクセルのサイズのみを拡大させるデジタルズーム機能のみに制限されている。デジタルズームによる被写体の拡大は被写体の撮影された画質を低下させる限界があって、本格的なズーム機能として活用するのは困難である。

一方、本格的なズーム機能といえる光学ズーム機能の場合は大口径を有する対物レンズと共にレンズの移動のためのズームイン（zoom in）及びズームアウトのための駆動装置が別途に必要となる。しかし、このためにはレンズ及びレンズを通じて入射された被写体の像を受け入れるイメージセンサ間にある程度の距離が必要であるという点で小型化傾向の携帯用端末機には不適切な面がある。

図１は従来のカメラモジュールを示した図である。

ＣＣＤ（charge coupled Device）またはＣＩＳ（ＣＭＯＳ Image Sensor）などの画像素子を採用したイメージセンサ１１０は一般的に所定の透明体１１５で保護され、外部窓１２０を通じて外部から入射される光の直接入射を受ける。所定の透明体１１５は一般的に透明ガラスまたは透明プラスチックで構成される。イメージセンサ１１０は設計と組立の柔軟性のためにＦＰＣＢ（flexible Printed Circuit Board；１４０）を用いて内部回路と連結される。このようなカメラモジュールの構造は薄い厚さ１３０を実現するためである。さらに、このようなカメラモジュールの薄い厚さ構造は図２及び図３に示されたような現在普遍化された携帯用端末機のカメラモジュールの装着構造を通じてその必要性を知ることができる。

図２及び図３は従来のカメラモジュールの装着構造の例を示す図である。

図２に示されたように、携帯用端末機のカメラモジュールはフォルダ型カメラの蓋部２１０の外側部に位置するか、図３で示されたようにフォルダ型カメラの本体部２３０の外側部に位置していることが一般的である。どちらも外部窓２２０を介して被写体を撮影することができる構造である。

使用者の最も自然な携帯電話グリップを保持しながら、イメージセンサーを通じて入射される被写体の像と被写体の像が示された液晶画面との方向を一致させるために図２または図３の方式を取っている。

また、端末機内部に実装される構成要素、即ち、ＰＣＢ（Printed Circuit board）、キーパッド、ＬＣＤ及びその駆動回路、アンテナなどの部品に起因して図１の構造で示されたようにカメラモジュールの厚さ１３０は限界を有する。従って、カメラモジュールの厚さ１３０は基本的な端末機の厚さの限界に追加して、さらに実装部品が占める空間を除いた制限的な空間のみの許容を受けるようになる特性上の限界を有するしかないのである。

前述したように、携帯用端末機のカメラモジュールが光学的なズーム機能を具備するためにはズーム機能のためにレンズグループを装備するためか、被写体の像が入力されるイメージセンサとレンズグループとの間にはズームインとズームアウトのためにレンズが移動する分だけの所定の空間が必要である。

しかし、基本的に小型化が基本前提となっている携帯用端末機では図１のようなカメラモジュールの構造を取ることが基本となっている。特に、薄形化が携帯用端末機の小型化の目標となっている傾向だからである。これにより、レンズを移動させる分だけの所定の距離を得ることが難しく、制限された厚さ内でズームインとズームアウトを可能にするための駆動装置の配置も極めて難しい限界を有している。

前記のような問題点を解決するための本発明の目的は光学的なズーム機能を可能にしながら、携帯用端末機の小型化に支障を与えないための方法で、従来のイメージセンサが外部窓と直接接触されていた方式を脱皮して、イメージセンサを回転させ、モジュール内部に装着し、外部窓とイメージセンサとの間には光の方向を転換することができる転換部とレンズグループとを挿入する形態を取る。転換部とズームレンズとは固定された状態でイメージセンサを受動操作またはモータを用いて動かすことで光学的なズーム機能を提供するカメラモジュールを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の一実施例による携帯用端末機カメラモジュールは、外部窓を介して被写体からの第１光の入射を受けるレンズグループと、前記レンズグループから出射される第２光を方向転換する転換部と、前記転換部を介して方向転換された前記第２光を用いてイメージセンシングするイメージセンサ部と、
前記イメージセンサ部を前記方向転換された第２光の光学軸の前後方向に移動させるイメージセンサ部駆動装置と、を具備する。

前記目的を達成するために、本発明の一実施例による携帯用端末機カメラモジュールは、外部窓を介して被写体からの第１光入射を受ける第１レンズグループと、前記第１レンズグループから出射される第２光を方向転換する固定された転換部と、前記転換部を介して前記方向転換された第２光の方向を調節する第２レンズグループと、前記第２レンズグループから出射された第３光を用いてイメージセンシングするイメージセンサ部と、前記イメージセンサ部を前記方向転換された第２光の光学軸の前後方向に移動させるイメージセンサ部駆動装置と、を具備する。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態をより詳細に説明する。

図４と図５とは、本発明によるカメラモジュールの実施例を示した図である。

図４は本発明のカメラモジュールの断面図であり、図５は本発明のカメラモジュールの斜視図を示したものである。

従来技術による図１のカメラモジュールに比べて図４に示された本発明のカメラモジュールは、イメージセンサ３１０が外部窓３２０を介して被写体から入射された光に直接的に接触しない。図１の場合には外部窓１２０を介してイメージセンサ１１０が直接的に被写体から入射された光を受光したが、本発明の場合には外部窓３２０を介して入射された光が、必要に応じて少なくとも一つのレンズ含むレンズグループを通した後、光の方向を転換する転換部３４０を介して方向を変えてイメージセンサ３１０に伝達される経路を形成している。

図４と図５の場合には凸レンズ３７０のみがレンズグループを形成している例を示したが、レンズグループは複数個の多様な特性を有したレンズを組合わせて構成することができる。図４と図５の場合は、外部窓３２０を介した光がレンズグループを経た後、転換部３４０で方向を変える場合を想定したが、外部窓３２０を介した光が転換部３４０を経た後レンズグループに伝達されるようにも構成することができる。

外部窓にスクラッチ及び異物質の導入を防止するための透明体３２５が追加できることは図１の従来技術のカメラモジュールと同一である。所定の透明体３２５は一般的に透明ガラスまたは透明プラスチックで構成される。透明体３２５を省略し、レンズグループを構成する最外側のレンズが透明体３２５の機能を代替することもできる。

転換部３４０は反射鏡を用いるのが一般的であるが、光を屈折させることができるプリズムで実現することもできる。図４と図５とは反射鏡で転換部３４０を構成した例を示している。また、イメージセンサ３１０と転換部３４０との間には別途に少なくとも一つのレンズで構成されたレンズグループを追加で具備し、イメージセンサ３１０に伝達される光を調節することができる。

図４には一つの凹レンズ３４５のみを用いてレンズグループを形成している例を示したが、前述した外部窓からの光の入射を受けるレンズグループの場合のように複数個の多様な特性を有したレンズを組合わせて構成することができる。

このようなレンズグループは選択的な要素として製品の工程によっては省略することができる。また、別途のレンズグループをイメージセンサ３１０と転換部３４０との間に具備する替わりに、最小限で構成されたレンズグループをイメージセンサ内部に挿入して使用することも可能である。

反射鏡やプリズムで構成された転換部３４０を介して方向が転換された被写体からの光がイメージセンサ３１０に伝達され、イメージセンサ３１０をイメージセンサ駆動装置３５０を用いて光学軸上の前後方向に移動させることで、光学ズーム機能を実施することができる。イメージセンサ３１０は内部と柔軟性の高いＦＰＣＢ（Flexible Printed Circuit Board；３４０）で連結されイメージセンサの移動に支障を与えない。

従来技術である図１のカメラモジュールの厚さ１３０に比べて図３のカメラモジュールの厚さ３３０は殆ど変化しないが、イメージセンサ３１０が動くことができる前後余裕空間をカメラモジュールの厚さ方向ではなくカメラモジュールの長さ方向３５０へ持っていくことができるので、イメージセンサ３１０の移動を通じた光学ズームが可能になる。

イメージセンサ３１０をカメラモジュールの長さ方向３６０に移動させるための手段として、イメージセンサ駆動装置３５０は受動方式、またはモータを用いた自動方式を用いてイメージセンサ３１０を前後に移動させることができる。望ましくは、小型の線形モータを用いてイメージセンサ３１０をスライディング方式で前後に移動させることで、イメージセンサ自体を回転させず、イメージセンサの一定の方向を保持したまま移動させることができる。

このようなイメージセンサ駆動装置３５０は携帯用端末機が所定の撮影モードに置かれている時イネイブルされ、撮影モードで所定のキーパッドと連係してその駆動方向を制御する方式で動作することができる。従って、本発明のカメラモジュールが実際の携帯用端末機に適用されるためには、このようなイメージセンサ駆動装置３５０の動作のためのキーパッドの機能定義及び実現が追加されるべきであり、カメラモジュールの実装方向が従来技術のカメラモジュールに比べて異なるべきである。

一方、前記反射鏡及びプリズムなどを転換部３４０が外部窓とレンズグループを介して入射された光の方向を転換する場合、方向転換角度は一般的に９０°である場合が大部分であるが、必要によっては一つ以上の反射鏡を使用して１８０°などの他の角度を用いる場合も必要である。

必要なカメラモジュールの大きさ及び実装空間の形態によって光の経路が異なると、必要な角度で光の経路を変更することが必要で有る。本実施例においては、一般的に９０°の角度で光の経路を変更することを想定するが、実際の構成においては他の角度を取ることができる。

図６、図７、図８は本発明のカメラモジュールが装着された携帯端末機の例を示した図である。

図６の場合は、一般的な従来技術と同様にフォルダ型携帯用端末機の蓋部４１０に垂直方向にカメラモジュールを装着したものである。カメラモジュール４２０はフォルダ型携帯用端末機の蓋部４１０に垂直に装着され、外部窓４２１を介して被写体を撮影する構造を取る。

図６の場合、従来の一般的な携帯電話のグリップを保持し、被写体の像と一般的にフォルダ型携帯用端末機の蓋部に装着されるＬＣＤ画面との方向を一致させ撮影することができるという点で最も一般的な装着形態とすることができる。

ただ、フォルダ型携帯用端末機の場合には一般的に蓋部にＬＣＤ画面が装着されるのが一般的であり、薄形化されていく傾向であって蓋部の中央に垂直方向にカメラモジュールを実装するのに難しさがある。従って、カメラモジュールの位置をフォルダ型携帯用端末機の蓋部４１０の中央部に位置させるよりも、ＬＣＤ画面及びＬＣＤ駆動回路の実装に支障を与えないように左側乃至右側に離れた位置にカメラモジュールを実装する場合もある。

図７の場合はフォルダ型携帯端末機の本体部４３０の後面にカメラモジュールを実装した様子である。

カメラモジュール４２０はフォルダ型携帯用端末機の本体部４３０に垂直に装着され、外部窓４２１を通じて被写体を撮影する構造を取る。

図６のように、本体部４３０はＰＣＢとアンテナ、キーパッド、バッテリなどの構成要素に起因して本体の中央部にカメラモジュールを垂直に実装するには難しさがある。従って、カメラモジュールの位置を本体部の中央部に位置させるより、中央部から左側ないし右側に離れた位置にカメラモジュールを実装する場合がある。

図８の場合は携帯用端末機の側面にカメラモジュールを実装した場合を示した図である。

図８は携帯用端末機を側面で見たものを示したもので、フォルダ型端末機本体部４５０の側面にカメラモジュール４２０が垂直に実装される。外部窓４２１を通じて被写体を撮影する。

使用者の便宜を増大するために、図８に示されたように、ＬＣＤ画面が付着されたフォルダ型携帯用端末機の蓋部４４０を多様な角度で回転させることが可能である。この場合には、図８に示されたようの携帯端末機の側面にカメラモジュールを垂直に実装し、撮影の際カメラモジュールの外部窓４２１を被写体に向ける。携帯端末機のＬＣＤ画面が付着された蓋部４４０を回転させ撮影をした場合は、被写体の方向とＬＣＤ画面の方向とを一致させたまま撮影が可能な利点がある。また、この場合には携帯端末機の内部ＬＣＤ、ＰＣＢ、キーパッド、バッフリなどの実装のための空間を侵犯しないで、携帯端末機側面の空間で一定部分余裕空間を拡大することだけでカメラモジュールを実装する空間を備えることができるのでカメラモジュールの装着において有利である。

前記のような本発明によると、イメージセンサを回転させモジュール内部に装着し、外部窓とイメージセンサとの間には反射体とズームレンズを挿入する形態を取ることで、反射体とズームレンズとは固定された状態でイメージセンサを受動操作またはモータを用いて動かして光学的なズーム機能を小型の携帯用端末機でも可能にするカメラモジュールが可能である。

以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離脱することなく、本発明を修正または変更できる。

従来のカメラモジュールを示した図である。従来のカメラモジュールの装着構造の例を示す図である。従来のカメラモジュールの装着構造の例を示す図である。本発明の改善されたカメラモジュールの断面図である。本発明のカメラモジュールの斜視図である。本発明のカメラモジュールが装着された携帯端末機の実施例を示した図である。本発明のカメラモジュールが装着された携帯端末機の実施例を示した図である。本発明のカメラモジュールが装着された携帯端末機の実施例を示した図である。

符号の説明

３１０イメージセンサ
３２０外部窓
３２５保護透明体
３３０カメラモジュールの厚さ
３４０光方向転換部
３４５凹レンズ
３５０イメージセンサ駆動装置
３６０イメージセンサの駆動方向
３７０対物レンズ
３８０ＦＰＣＢ

Claims

外部窓を介して被写体からの第１光の入射を受けるレンズグループと、
前記レンズグループから出射される第２光を方向転換する転換部と、
前記転換部を介して方向転換された前記第２光を用いてイメージセンシングするイメージセンサ部と、
前記イメージセンサ部を前記方向転換された第２光の光学軸の前後方向に移動させるイメージセンサ部駆動装置と、
を具備した携帯用端末機カメラモジュール。
前記外部窓は、光を透光する透明体で保護されることを特徴とする請求項１記載の携帯用端末機カメラモジュール。
前記レンズグループは、少なくとも一つの凸レンズを含んで構成されたことを特徴とする請求項１記載の携帯用端末機カメラモジュール。
前記転換部は、前記レンズグループを経て入射された光を９０°に方向転換することを特徴とする請求項１記載の携帯用端末機カメラモジュール。
前記転換部は、少なくとも一つの反射鏡を含むことを特徴とする請求項１記載の携帯用端末機カメラモジュール。
前記転換部は、少なくとも一つのプリズムを含むことを特徴とする請求項１記載の携帯用端末機カメラモジュール。
前記イメージセンサ部駆動装置は、前記イメージセンサ部を駆動させるためのモータを具備し、制御信号によって前記モータを駆動して前記イメージセンサ部を前記転換部が伝達する光の光学軸の前後方向に移動させることを特徴とする請求項１記載の携帯用端末機カメラモジュール。
前記制御信号は、前記携帯用端末機カメラモジュールが装着された携帯用端末機の操作キーのうち少なくとも一つから発生することを特徴とする請求項７記載の携帯用端末機カメラモジュール。
外部窓を介して被写体からの第１光入射を受ける第１レンズグループと、
前記第１レンズグループから出射される第２光を方向転換する固定された転換部と、
前記転換部を介して前記方向転換された第２光の方向を調節する第２レンズグループと、
前記第２レンズグループから出射された第３光を用いてイメージセンシングするイメージセンサ部と、
前記イメージセンサ部を前記方向転換された第２光の光学軸の前後方向に移動させるイメージセンサ部駆動装置と、
を具備したことを特徴とする携帯用端末機カメラモジュール。
前記外部窓は、光を透光する透明体で保護されることを特徴とする請求項９記載の携帯用端末機カメラモジュール。
前記第１レンズグループは、少なくとも一つの凸レンズを含んで構成されたことを特徴とする請求項９記載の携帯用端末機カメラモジュール。
前記第２レンズグループは、少なくとも一つの凹レンズを含んで構成されたことを特徴とする請求項９記載の携帯用端末器カメラモジュール。
前記転換部は、前記第１レンズグループから出射された前記第２光を９０°に方向転換することを特徴とする請求項９記載の携帯用端末機カメラモジュール。
前記転換部は、少なくとも一つの反射鏡を含むことを特徴とする請求項９記載の携帯用端末器カメラモジュール。
前記転換部は、少なくとも一つのプリズムを含むことを特徴とする請求項９記載の携帯用端末機カメラモジュール。
前記イメージセンサ部駆動装置は、前記イメージセンサ部を駆動させるためのモータを具備し、制御信号によって前記モータを駆動して前記イメージセンサ部を前記方向転換された第２光の光学軸の前後方向に移動させることを特徴とする請求項９記載の携帯用端末機カメラモジュール。
前記制御信号は、前記携帯用端末機カメラモジュールが装着された携帯用端末機の操作キーのうち少なくとも一つから発生することを特徴とする請求項１６記載の携帯用端末機カメラモジュール。