KR102349228B1

KR102349228B1 - 카메라 모듈

Info

Publication number: KR102349228B1
Application number: KR1020170029599A
Authority: KR
Inventors: 이상훈; 정지영
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2022-01-10
Also published as: KR20180102883A

Abstract

실시예는 광축 방향으로 관통 홀을 가지는 홀더; 상기 홀더 상부에 배치되는 액체 렌즈; 상기 액체 렌즈 하부에 배치되는 고체 렌즈부; 상기 액체 렌즈와 상기 고체 렌즈부의 사이에 배치되는 조리개; 상기 액체렌즈와 전기적으로 연결되는 센서 기판; 상기 액체렌즈의 상기 광축 방향 상에 배치되어 상기 센서 기판에 실장되는 이미지 센서를 포함하고, 상기 액체 렌즈는 전도성 액체와 비전도성 액체를 포함하고, 상기 캐비티는 물체측 방향의 제1 개구부와 상측 방향의 제2 개구부를 포함하고, 상기 제1 개구부의 크기는 상기 제2 개구부의 크기보다 큰 카메라 모듈을 제공한다.

Description

카메라 모듈{CAMERA MODULE}

실시예는 카메라 모듈과 이를 포함하는 광학 기기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈과 이를 포함하는 광학 기기에 관한 것이다.

휴대용 장치의 사용자는 고해상도를 가지며 크기가 작고 다양한 촬영 기능, 예를 들면 오토포커싱(Auto-Focusing, AF) 기능이나, 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(Optical Image Stabilizer, OIS) 기능을 가지는 광학 기기를 원하고 있다. 이러한 촬영 기능은 여러 개의 렌즈를 조합해서 직접 렌즈를 움직이는 방법을 통해 구현될 수 있으나, 렌즈의 수를 증가시킬 경우 광학 기기의 크기가 커질 수 있다.

오토 포커스와 손떨림 보정 기능은, 렌즈 홀더에 고정되어 광축이 정렬된 여러 개의 렌즈 모듈이, 광축 또는 광축의 수직 방향으로 이동하거나 틸팅(Tilting)하여 수행되고, 렌즈 모듈을 구동시키기 위해 별도의 렌즈 구동 장치가 사용된다. 그러나 렌즈 구동 장치는 전력 소모가 높으며, 렌즈 모듈 구동을 위해 마그넷과 코일 등의 구동 부재가 필요하고 렌즈 모듈의 구동 범위에 대응하여 렌즈 모듈의 구동을 위한 여유 공간이 필요하므로 전체 카메라 모듈 및 광학기기의 두께가 두꺼워 진다.

따라서, 두 가지 액체의 계면의 곡률을 전기적으로 조절하여 오토 포커스와 손떨림 보정 기능을 수행하는 액체 렌즈에 대한 연구가 이루어지고 있다.

일본공개특허공보 특개2013-24938호(공개일:2013년 2월 4일)

실시예는 액체 렌즈를 이용하여 AF 또는 OIS를 수행할 수 있는 카메라 모듈 및 광학기기를 제공하고자 한다.

D3/2=D2/2+T2×Tan(FOV/2)이고, D3는 제1 개구부의 크기이고, D2는 제2 개구부의 크기이고, T2는 상기 액체 렌즈의 두께이고, FOV는 광학계의 화각일 수 있다.

D2/2=D1/2+T1×Tan(FOV/2)이고, D2는 제2 개구부의 크기이고, D1은 상기 조리개의 직경이고, T1은 상기 액체 렌즈의 후면으로부터 상기 고체 렌즈부까지의 거리이고, FOV는 광학계의 화각일 수 있다.

D3/2=D1/2+(T1+T2)×Tan(FOV/2)이고, D3는 제1 개구부의 크기이고, D1은 상기 조리개의 직경이고, T1은 상기 액체 렌즈의 후면으로부터 상기 고체 렌즈부까지의 거리이고, T2는 상기 액체 렌즈의 두께이고, FOV는 광학계의 화각일 수 있다.

고체 렌즈부는, 상기 액체 렌즈 방향으로부터 상기 센서 기판 방향으로 배치된 제1 렌즈 내지 제5 렌즈를 포함할 수 있다.

0.75<f1/F<1.1이고, f1은 제1 렌즈의 유효 초점거리이고, F는 광학계의 유효 초점 거리일 수 있다.

제1 렌즈는 양의 굴절능을 가지고, 상기 제2 렌즈는 음의 굴절능을 가지고, 상기 제3 렌즈는 양의 굴절능을 가지고, 상기 제4 렌즈는 양의 굴절능을 가지고, 상기 제5 렌즈는 음의 굴절능을 가질 수 있다.

1.3<TTL/F<1.6이고, TTL은 제1 렌즈의 물체측 방향의 제1 면으로부터 상(image)까지의 거리이고, 상기 F는 광학계의 유효 초점 거리일 수 있다.

20<v3d<30이고, v3d는 상기 제3 렌즈의 d-라인에서의 아베수일 수 있다.

제1 개구부의 지름은 2.36 밀리미터보다 크고 5.1 밀리미터보다 작을 수 있다.

제2 개구부의 지름은 2.3 밀리미터보다 크고 5.1 밀리미터보다 작을 수 있다.

조리개의 지름은 1.1 밀리미터보다 크고 2.5 밀리미터보다 작을 수 있다.

광학계의 화각인 70도 내지 90도일 수 있다.

액체 렌즈의 두께는 0.6 밀리미터 내지 0.8 밀리미터일 수 있다.

액체 렌즈의 후면으로부터 상기 고체 렌즈부까지의 거리는 0.3 밀리미터보다 크고 0.5 밀리미터보다 작을 수 있다.

액체 렌즈는, 전도성의 제1 액체와 비전도성의 제2 액체를 수용하는 캐비티가 형성된 제1 플레이트; 상기 제1 플레이트 상부에 배치되는 제1 전극; 상기 제1 플레이트 하부에 배치되는 제2 전극; 상기 제1 전극 상부에 배치되는 제2 플레이트; 및 상기 제2 전극 하부에 배치되는 제3 플레이트;를 포함할 수 있다.

다른 실시예는 광축 방향으로 관통 홀을 가지는 홀더; 상기 홀더 상부에 배치되는 액체 렌즈; 상기 액체 렌즈 하부에 배치되는 고체 렌즈부; 상기 액체 렌즈와 상기 고체 렌즈부의 사이에 배치되는 조리개; 상기 액체렌즈와 전기적으로 연결되는 센서 기판; 및 상기 액체렌즈의 상기 광축 방향 상에 배치되어 상기 센서 기판에 실장되는 이미지 센서를 포함하고, 상기 액체 렌즈는 전도성 액체와 비전도성 액체를 포함하고, 상기 캐비티는 물체측 방향의 제1 개구부와 상측 방향의 제2 개구부를 포함하고, 상기 제1 개구부의 크기는 상기 제2 개구부의 크기보다 큰 카메라모듈; 상기 카메라 모듈을 통과한 빛을 파장에 따라 선택적으로 투과하는 필터; 및

상기 카메라 모듈을 통하여 입사되는 이미지를 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서를 포함하는 광학 기기를 제공한다.

실시예에 따른 액체 렌즈를 포함하는 카메라 모듈 및 이를 포함하는 표시 장치는 액체 렌즈의 전면으로부터 제6 렌즈의 후면까지의 거리가 고정되고, 내부의 액체 렌즈의 초점 거리와 디옵터 등이 가변될 수 있어서, 렌즈 어셈블리 내의 렌즈들을 이동시키지 않고도 AF가 가능할 수 있다.

도 1 및 도 2는 카메라 모듈의 일 실시예의 사시도와 측면도이고,
도 3은 카메라 모듈의 액체 렌즈를 나타낸 도면이고,
도 4는 도 1의 카메라 모듈 내의 렌즈 어셈블리의 배치를 나타낸 도면이고,
도 5는 도 4의 카메라 모듈 내의 렌즈 어셈블리의 두께와 거리 관계를 나타낸 도면이고,
도 6은 실시예에 따른 카메라 모듈의 초점거리와 물체와의 거리와의 관계를 나타낸 도면이고,
도 7은 실시예에 따른 카메라 모듈 내의 액체 렌즈의 초점거리와 디옵터와의 관계를 나타낸 도면이다.

상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 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)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

도 1은 카메라 모듈의 일실시예의 사시도이고, 도 2는 카메라 모듈의 일실시예의 측면도이다.

카메라 모듈은 공통 단자와 복수의 개별 단자 사이에 인가되는 구동 전압에 대응하여 초점 거리가 조정되는 액체 렌즈부가 포함된 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리(1000)와 액체 렌즈에 구동 전압을 공급하기 위한 제어회로(2000)를 포함할 수 있다.

제어 회로(2000)의 구성은 촬상 장치에 요구되는 사양에 따라 다르게 설계될 수 있다. 특히, 렌즈 어셈블리(1000)에 인가되는 동작 전압의 크기를 줄이기 위해, 제어회로(2000)는 하나의 칩(single chip)으로 구현할 수 있다. 이를 통해, 휴대용 장치에 탑재되는 카메라 장치의 크기를 더욱 줄일 수 있다.

렌즈 어셈블리(1000)는, 센서 기판(800) 상에, 베이스(700)와 홀더(미도시)가 배치되고, 홀더의 내부에 액체 렌즈(300)와 고체 렌즈부(미도시)가 배치된다. 액체 렌즈(300)는 홀더의 전면에 형성된 개구부를 통하여 노출될 수 있다.

커버(600)는 상술한 베이스(700)와 홀더와 액체 렌즈(300)와 고체 렌즈부가 결합된 구조물의 상부면과 측면을 둘러싸며 배치될 수 있다. 커버(600)의 전면에는 오프닝이 구비되고, 커버(600)의 전면의 개구부는 홀더의 전면의 오프닝과 마주보며 배치될 수 있다.

도시된 렌즈 어셈블리(1000)의 구조는 하나의 예에 불과하며, 카메라 장치에 요구되는 사양에 따라 렌즈 어셈블리(1000)의 구조는 달라질 수 있다.

액체 렌즈(300)는 렌즈 어셈블리(1000)의 전방에 배치되고, 렌즈 어셈블리(1000)의 외부로부터 광이 입사하는 영역일 수 있다.

액체 렌즈(300)의 전면에는 노출렌즈(미도시)가 구비될 수 있으며, 노출 렌즈의 전방에는 커버 글래스(cover glass)가 배치될 수 있다. 노출렌즈는 커버의 외부로 돌출되어 외부에 노출되어 표면이 손상될 수 있다.

만약, 렌즈의 표면이 손상될 경우, 카메라 모듈에서 촬영되는 이미지의 화질이 저하될 수 있다. 따라서, 노출렌즈의 표면손상을 방지, 억제하기 위해, 커버 글래스를 배치시키거나 코팅층을 형성하거나 노출렌즈가 표면손상을 방지하기 위한 내마모성 재질로 구성하는 방법 등을 적용할 수 있다.

홀더에는 액체 렌즈(300)의 광축과 나란한 방향으로 관통 홀이 구비될 수 있는데, 관통 홀에 액체 렌즈(300)와 고체 렌즈부가 배치될 수 있다.

고체 렌즈부는 복수 개의 플라스틱 또는 글라스 렌즈를 포함할 수 있다. 액체 렌즈(300), 그리고 고체 렌즈부를 이루는 복수의 렌즈들이 중심축을 기준으로 정렬하여 광학계를 형성할 수도 있다. 여기서, 중심축은 광학계의 광축(Optical axis)과 동일할 수 있다.

커버와 상기 커버의 내부에 구비된 구조물들은 베이스(700) 상에 배치될 수 있다. 베이스(700)는 홀더와 일체형으로 구비될 수 있고, 생략될 수도 있다.

고체 렌즈부의 하부에는 수광 소자(미도시)를 포함하는 센서 기판(800)이 배치될 수 있고, 수광 소자는 예를 들면 이미지 센서일 수 있다. 이미지 센서의 단위 픽셀의 가로 및/또는 세로의 길이는 예를 들면 2 um(마이크로 미터) 이하일 수 있다.

도시된 바와 같이 커버(600)의 하나의 측면의 일부 영역이 제거된 오픈 영역이 형성되고, 액체 렌즈의 제1 전극과 제2 전극에 각각 연결된 제1,2 연결 기판(380, 390)이 상기의 오픈 영역에서 외부로 연장되며 노출될 수 있다.

제1,2 연결 기판(380, 390)은 예를 들면 연성 회로 기판(FPCB)일 수 있고, 제1,2 연결 기판(380, 390)의 단자(356)는 센서 기판(800)의 복수 개의 단자(810)와 전기적으로 연결될 수 있다.

제1,2 연결 기판(380, 390)이, 렌즈 어셈블리(1000)에서 커버(600)가 제거된 하나의 측면에 함께 구비될 때, 회로 기판(800)의 단자(810)와 접촉하는 영역들이 서로 인접하여 배치될 수 있다.

실시예에 따른 액체 렌즈와 이를 포함하는 카메라 모듈은 전기로 제1,2 액체의 표면장력을 변화시켜서 카메라 모듈의 크기를 작게 할 수 있고, 전기로 AF 또는 OIS를 수행하여 기계적으로 렌즈를 움직이는 것보다 전력 소모가 작다.

도 3은 도 1의 카메라 모듈의 액체 렌즈를 나타낸 도면이다.

액체 렌즈(300)는 액체, 제1 플레이트 및 전극을 포함할 수 있다. 액체는, 비전도성의 제1 액체(340)와 전도성의 제2 액체(350)를 포함할 수 있다. 제1 플레이트(310)는 액체가 배치되는 캐비티(cavity)를 포함할 수 있다.

제1 플레이트(310) 위 또는 아래에는 전극이 배치될 수 있다. 예를 들어 제1 플레이트(310) 아래에 제1 전극(345)이 배치되고, 제1 플레이트 위에는 제2 전극(355)가 배치될 수 있다. 제1 플레이트 위 또는 아래에는 제2 플레이트 또는 제3 플레이트가 배치될 수 있다. 예를 들어 제1 전극 아래에 제3 플레이트가 배치될 수 있고, 제2 전극 위에 제2 플레이트가 배치될 수 있으며, 제2 플레이트 또는 제3 플레이트 중 적어도 하나는 생략될 수 있다.

제1 플레이트(310)는 제2 플레이트(320)와 제3 플레이트(330)의 사이에 배치되고, 기설정된 경사면(예를 들면, 약 55~65도 또는 50~70도의 각도를 가지는 경사면)을 가지는 상하의 개구부를 포함할 수 있다. 상술한 경사면과 제2 플레이트(320)와 접촉하는 제1 개구부 및 제3 플레이트(330)와 접촉하는 제2 개구부로 둘러싸인 영역을 '캐비티(cavity)'라 할 수 있다.

실시예에서 제1 개구부의 크기(O₁)보다 제2 개구부의 크기(O₂)가 더 작을 수 있다. 여기서, 개구부들의 크기는 수평 방향의 단면적이나, 또는 개구부의 단면이 원형이면 반지름을 뜻하고, 정사각형이면 대각선의 길이를 뜻할 수 있다.

제1 플레이트(310)는 제1,2 액체(340, 350)를 수용하는 구조물이다. 제2 플레이트(320) 및 제3 플레이트(330)는 광이 통과하는 영역을 포함하고 있어서 투광성 재료로 이루어질 수 있고 예를 들면 유리(glass)로 이루어질 수 있으며, 공정의 편의상 제2 플레이트(320)와 제3 플레이트(330)는 동일한 재료로 형성될 수 있다.

또한, 제1 플레이트(310)는 투명한 재료로 이루어질 수도 있고, 광의 투과가 용이하지 않도록 불순물을 포함할 수도 있다.

제2 플레이트(320)는 제1 렌즈부(100)로부터 입사되는 광이 상기의 캐비티 내부로 진행할 때 입사하는 구성이고, 제3 플레이트(330)는 상술한 캐비티를 통과한 광이 제2 렌즈부(400)로 진행할 때 통과하는 구성이다.

상술한 캐비티에는 서로 다른 성질의 제1 액체(340)와 제2 액체(350)가 채워질 수 있고, 제1 액체(340)와 제2 액체(350)의 사이에는 계면이 형성될 수 있다. 제1 액체(340)와 제2 액체(350)가 이루는 계면은 굴곡, 경사도 등이 변할 수 있다.

제1 액체(340)는 오일(oil)일 수 있으며 예를 들면 페닐(phenyl) 계열의 실리콘 오일일 수 있다.

제2 액체(350)는 예를 들면 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)과 브로민화나트륨(NaBr)이 혼합되어 형성될 수 있다.

제1 액체(340)와 제2 액체(350)에는 살균제와 산화 방지제 중 적어도 하나가 각각 포함될 수 있다. 살균제는 페닐계 산화 방지제 또는 인(P)계 산화 방지제일 수 있다. 그리고, 살균제는 알코올계, 알데이트계 및 페놀계 중 어느 하나의 살균제일 수 있다.

제1 전극(345)은 제1 플레이트(310)의 하부면의 일부 영역에 배치되고, 제1 액체(340)와 직접 접촉할 수 있다. 제2 전극(355)은 제1 전극(345)과 이격되어 배치되고, 제1 플레이트(310)의 상부면과 측면 및 하부면에 배치될 수 있다.

제1 플레이트(310)의 내측면은 캐비티의 측벽(i)을 이룰 수 있다. 제1 액체(340) 또는 제2 액체(350)와 제1 전극(345) 사이에는 절연층(360)이 배치될 수 있다. 제2 액체(350)의 일부와 제2 전극(355)의 일부는 접촉할 수 있다. 제1 전극(345)과 제2 전극(355)은 제1 액체(340)와 제2 액체(350)의 경계면을 제어하기 위하여 외부의 회로 기판으로부터 수신되는 전기 신호를 인가할 수 있다.

제1 전극(345)과 제2 전극(355)은 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, 캐비티를 채우는 도전성 액체에도 강한 특징이 있다.

절연층(360)은 캐비티의 상부 영역에서 제3 플레이트(330)의 상부면의 일부와, 캐비티의 측벽을 이루는 제1 전극(345)의 일부를 덮으면서 배치될 수 있다. 또한, 절연층(360)은 제1 플레이트(310)의 상부면에서 제2 전극(355)의 일부와 제1 플레이트(310) 및 제1 전극(345)을 덮으며 배치될 수 있다. 절연층(360)은 예를 들면 파릴렌 C(parylene C) 코팅제로 구현될 수 있으며, 백색 염료를 더 포함할 수도 있다. 백색 염료는 캐비티의 측벽(i)을 이루는 절연층(360)에서 광이 반사되는 빈도를 증가시킬 수 있다.

도시된 바와 같이 제1 액체(340)와 제3 플레이트(330)의 사이에는 절연층(360)이 배치될 수 있다. 제2 액체(350)는 제2 플레이트(320)와 직접 접촉할 수 있다.

제2 플레이트(320)와 제3 플레이트(330)의 가장 자리는 사각형 형상일 수 있으나, 반드시 이에 한정하지는 않는다.

제2 전극(355)은 제2 플레이트(320)의 외곽의 적어도 하나의 영역에서 노출되고, 제1 전극(345)은 제3 플레이트(330)의 가장 자리의 적어도 하나의 영역에서 노출될 수 있다.

그리고, 제2 플레이트(320)의 바깥 영역에서 제2 전극(355) 상에는 제2 연결 기판(390)이 배치되고, 제3 플레이트(300)의 바깥 영역에서 제1 전극(345) 상에는 제1 연결 기판(380)이 배치될 수 있다.

도시되지 않았으나, 제2 전극(355)과 제2 연결 기판(390)의 사이에는 전도성 에폭시가 배치될 수 있고, 제1 전극(345) 및 제1 연결 기판(380)의 사이에도 전도성 에폭시가 배치될 수 있다. 또한, 제2 연결 기판(390)과 제1 연결 기판(380)은, 제2 전극(355) 및 제1 전극(345)에 각각 일체형으로 구비될 수도 있다.

도 4는 도 1의 카메라 모듈 내의 렌즈 어셈블리의 배치를 나타낸 도면이다. 이하에서, 도 3을 참조하여 카메라 모듈 내의 렌즈 어셈블리의 배치를 설명한다.

상기의 고체 렌즈부는 제1 내지 제5 렌즈부(110, 120, 410, 420, 430)로 이루어질 수 있고, 액체 렌즈(300)와 제1 렌즈부(110)의 사이에는 조리개(stop)가 배치될 수 있다.

이하에서, '물체측면'이라 함은 광축을 기준으로 하여 물체(object) 또는 피사체 방향의 렌즈의 면을 의미하며, '상측면'이라 함은 광축을 기준으로 하여 상(image)이 맺히는 센서 방향의 렌즈의 면을 의미한다.

또한, 본 발명에서 렌즈의 "+ 파워"는 평행광을 수렴시키는 수렴 렌즈를 나타내며, 렌즈의 "- 파워"는 평행광을 발산시키는 발산 렌즈를 나타낸다.

렌즈 어셈블리는 물체측(object side)으로부터 상측(image side)으로 배치되는 제1 렌즈 내지 제5 렌즈(110,120,410,420,430)를 포함하고, 필터(450)와, 커버 유리(미도시) 및 수광소자(480)가 더 포함될 수 있다.

필터(450)는 적외선 차단 필터(Infrared Ray Cut Filter) 등의 평판 형상의 광학 부재가 배치되며, 커버 유리는 광학 부재, 예를 들어 촬상면 보호용 커버유리일 수 있고, 수광소자(480)는 인쇄회로기판(미도시) 상에 적층되는 이미지 센서(image sensor)일 수 있다.

수광소자(480)는 이미지센서일 수 있으며, 이미지센서의 단위 픽셀의 가로 및/또는 세로의 길이는 2um(마이크로 미터) 이하일 수 있다. 상술한 실시예와 후술하는 실시예들은 화소 및/또는 화소수가 높은 카메라 모듈에 적용될 수 있는 촬상 렌즈를 제공할 수 있으며, 상술한 카메라 모듈은 화소 및/또는 화소수가 높은 이미지센서 또는 수광 소자를 포함할 수 있으며, 이 경우, 단위 픽셀의 가로 및/또는 세로길이는 2um 이하일 수 있다.

'S02'은 액체 렌즈(300)의 물체측면, 'S01'는 액체 렌즈(300)의 상측면이고, 'S11'은 제1 렌즈(110)의 물체측면, 'S12'는 제1 렌즈(110)의 상측면이고, 'S21'은 제2 렌즈(120)의 물체측면, 'S22'는 제2 렌즈(120)의 상측면이고, 'S41'은 제3 렌즈(410)의 물체측면, 'S42'는 제3 렌즈(410)의 상측면이고, 'S51'은 제4 렌즈(420)의 물체측면, 'S52'는 제4 렌즈(420)의 상측면이고, 'S61'은 제5 렌즈(430)의 물체측면, 'S62'는 제5 렌즈(430)의 상측면일 수 있다.

도시되지는 않았으나, 각각의 고체 렌즈들의 사이에는 스페이서가 배치될 수 있다. 스페이서 중 적어도 하나는 조리개 역할을 할 수도 있다. 그리고, 제1 렌즈 내지 제5 렌즈(110~430)의 가장 자리에 홀더가 배치될 수 있으며, 홀더는 액체 렌즈와 고체 렌즈부 모두를 수용할 수도 있다.

제1 렌즈(110)는 양의 굴절력을 가지고, 제2 렌즈(120)는 음의 굴절력을 가지고, 제3 렌즈(410)는 양의 굴절력을 가지며, 제4 렌즈(420)는 양의 굴절력을 가지고, 제5 렌즈(430)는 음의 굴절력을 가질 수 있다.

렌즈 어셈블리는 아래의 수학식 1을 만족할 수 있다.

<수학식 1>

0.75<f1/F<1.1

여기서, f1은 제1 렌즈(110)의 유효 초점거리이고, F는 광학계 즉, 액체 렌즈와 제1 렌즈 내지 제5 렌즈 전체의 유효 초점 거리일 수 있다. 초점거리는, 물체측에서 평행광이 렌즈 등의 광학계로 입사한 후, 렌즈로부터 상이 맺히는 지점까지의 거리를 뜻한다.

렌즈 어셈블리는 아래의 수학식 2를 만족할 수 있다.

<수학식 2>

1.3<TTL/F<1.6이고,

여기서, TTL은 제1 렌즈(110)의 물체측 방향의 제1 면(S11)으로부터 상(image)까지의 거리일 수 있다.

렌즈 어셈블리는 아래의 수학식 3을 만족할 수 있다.

<수학식 3>

20<v3d<30

여기서, v3d는 제3 렌즈(410)의 d-라인(587.6 nm)에서의 아베수일 수 있다. d-라인에서의 아베수는 (nd-1)/(nF-nC)로 나타낼 수 있으며, nF는 486.1 나노미터에서 매질의 굴절률이고, nC는 656.3 나노미터에서의 매질의 굴절률이고, nd는 587.6 나노미터에서 매질의 굴절률이며, 여기서 매질은 제3 렌즈(410)의 재료를 뜻한다.

표 1은 렌즈 어셈블리(1000)를 이루는 각 렌즈들의 특성을 나타낸다.

TTL	4.6
F	3.16
f1	2.53
f2	-4.87
f3	17.46
f4	3.27
f5	-2.17

f1 내지 f5는 제1 렌즈 내지 제5 렌즈(110~430)의 초점 거리일 수 있다. 제1 렌즈 내지 제5 렌즈(110~430)은 플라스틱(plastic)으로 이루어질 수 있다.

도 5는 도 4의 카메라 모듈 내의 렌즈 어셈블리의 두께와 거리 관계를 나타낸 도면이다.

도 5에서 렌즈 어셈블리의 화각을 FOV라고 하고, 액체 렌즈(300)의 제1 개구부의 크기를 D3라고 하고 제2 개구부의 크기를 D2라고 하고, 조리개(stop)의 크기를 D1이라고 라고, 액체 렌즈(300)의 두께를 T2라고 하고, 액체 렌즈(300)와 제1 렌즈(110) 사이의 거리를 T1이라고 할 때, D3와 D2는 아래의 수학식 4를 만족할 수 있다.

<수학식 4>

D3/2=D2/2+T2×Tan(FOV/2)

그리고, D2와 D1은 아래의 수학식 5를 만족할 수 있다.

<수학식 5>

D2/2=D1/2+T1×Tan(FOV/2)

그리고, D3와 D1은 아래의 수학식 6을 만족할 수 있다.

<수학식 6>

D3/2=D1/2+(T1+T2)×Tan(FOV/2)

도 5에서 액체 렌즈(300)과 제1 렌즈(110)의 사이에는 렌즈의 가장 자리를 고정하는 기구물 등을 고려하면 적어도 0.3 밀리미터(mm) 이격될 수 있다.

표 2는 액체 렌즈 모듈에서 물체와의 거리에 따른 초점 거리의 변화 등을 나타낸 것이고

물체와의 거리 (mm)	액체 렌즈 모듈			카메라 모듈의 초점 거리(mm)
물체와의 거리 (mm)	radius(mm)	디옵터	초점거리(mm)	카메라 모듈의 초점 거리(mm)
10000	10000	0.01	100000.0	3.169
80000	5000	0.02	50000.0	3.169
5000	1000	0.11	9090.91	3.168
2000	280	0.40	2500.00	3.164
1000	118	0.94	1063.83	3.156
800	95	1.17	854.70	3.153
500	60	1.85	540.54	3.143
300	35	3.18	314.47	3.124
200	23	4.83	207.04	3.101
150	17.2	6.46	154.80	3.078
120	13.7	8.11	123.30	3.056
100	11.4	9.75	102.56	3.034

물체와의 거리는 액체 렌즈(300)의 전면(S01)으로부터 물체와의 최단 거리일 수 있고, 곡률(radius)은 액체 렌즈(300) 내의 제1,2 액체 사이의 계면의 곡률이고, 디옵터와 초점 거리는 액체 렌즈의 디옵터와 초점 거리일 수 있다.

카메라 모듈의 F number를 1.6 내지 3으로 한정하였을 때, D1과 D3와 FOV와 T1 및 T2의 값은 다음과 같다. 표 3 내지 표 6은, 액체 렌즈(300)의 제2 개구부의 크기를 2.3 밀리미터 내지 5.1 밀리미터로 하였을 때 D1과 D3와 FOV와 T1 및 T2의 값의 관계를 나타낸 것이고, 각 수치는 밀리미터(mm) 단위일 수 있다.

D1	1.1	1.8	1.9	2	2.1	2.2	2.5
FOV	80	80	80	80	80	80	80
T2	0.6	0.8	0.8	1	1	1	1
T1	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
D3	2.95	3.98	4.08	4.52	4.62	4.72	5.02

D1	1.8	1.8	1.8	1.8	1.8	1.8	1.8
FOV	70	73	77	80	83	86	90
T2	0.6	0.8	0.8	1	1	1	1
T1	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
D3	3.34	3.72	3.87	4.32	4.45	4.60	4.80

D1	1.8	1.8	1.8	1.8	1.8	1.8	1.8
FOV	80	80	80	80	80	80	80
T2	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1
T1	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
D3	3.31	3.48	3.65	3.81	3.98	4.15	4.32

D1	1.8	1.8	1.8	1.8	1.8	1.8	1.8
FOV	80	80	80	80	80	80	80
T2	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8
T1	0.3	0.33	0.37	0.4	0.43	0.47	0.5
D3	3.65	3.70	3.81	3.86	3.86	3.93	3.98

표 3 내지 표 6에서, D1은 1.1 내지 2.5 밀리미터의 값을 가지고, FOV는 70도 내지 90도의 값을 가지고, T2는 0.6 내지 0.8 밀리미터의 값을 가지고, T1은 0.3 내지 0.5 밀리미터의 값을 가지고, D3는 2.36 내지 5.10 밀리미터의 값을 가질 수 있다.

도 6은 실시예에 따른 카메라 모듈의 초점거리와 물체와의 거리와의 관계를 나타낸 도면이고, 도 7은 실시예에 따른 카메라 모듈 내의 액체 렌즈의 초점거리와 디옵터와의 관계를 나타낸 도면이다.

실시예에 따른 액체 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리는, 액체 렌즈의 전면(S01)으로부터 제6 렌즈의 후면(S62)까지의 거리가 고정되고, 내부의 액체 렌즈의 초점 거리와 디옵터 등이 가변될 수 있어서, 렌즈 어셈블리 내의 렌즈들을 이동시키지 않고도 AF가 가능할 수 있다.

상술한 촬상 렌즈가 포함된 카메라 모듈은, 디지털 카메라나 스마트폰이나 노트북 및 테블렛(tablet) PC 등의 다양한 디지털 기기(digital device)에 내장될 수 있고, 특히 모바일 기기에 내장되어 고성능, 초박형의 줌 렌즈를 구현할 수 있다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

광축 방향으로 관통 홀을 가지는 홀더;
상기 홀더 상부에 배치되는 액체 렌즈;
상기 액체 렌즈 하부에 배치되는 고체 렌즈부;
상기 액체 렌즈와 상기 고체 렌즈부의 사이에 배치되는 조리개;
상기 액체렌즈와 전기적으로 연결되는 센서 기판;
상기 액체렌즈의 상기 광축 방향 상에 배치되어 상기 센서 기판에 실장되는 이미지 센서를 포함하고,
상기 액체 렌즈는 캐비티에 수용된 전도성 액체와 비전도성 액체를 포함하고, 상기 캐비티는 물체측 방향의 제1 개구부와 상측 방향의 제2 개구부를 포함하고, 상기 제1 개구부의 크기는 상기 제2 개구부의 크기보다 크고,
상기 고체 렌즈부는, 상기 액체 렌즈 방향으로부터 상기 센서 기판 방향으로 배치된 제1 렌즈 내지 제5 렌즈를 포함하고,
0.75<f1/F<1.1이고, f1은 제1 렌즈의 유효 초점거리이고, F는 광학계의 유효 초점 거리인 카메라 모듈.
제1 항에 있어서,
D3/2=D2/2+T2×Tan(FOV/2)이고, D3는 제1 개구부의 크기이고, D2는 제2 개구부의 크기이고, T2는 상기 액체 렌즈의 두께이고, FOV는 광학계의 화각인 카메라 모듈.
제1 항에 있어서,
D2/2=D1/2+T1×Tan(FOV/2)이고, D2는 제2 개구부의 크기이고, D1은 상기 조리개의 직경이고, T1은 상기 액체 렌즈의 후면으로부터 상기 고체 렌즈부까지의 거리이고, FOV는 광학계의 화각인 카메라 모듈.
제1 항에 있어서,
D3/2=D1/2+(T1+T2)×Tan(FOV/2)이고, D3는 제1 개구부의 크기이고, D1은 상기 조리개의 직경이고, T1은 상기 액체 렌즈의 후면으로부터 상기 고체 렌즈부까지의 거리이고, T2는 상기 액체 렌즈의 두께이고, FOV는 광학계의 화각인 카메라 모듈.
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제1 항에 있어서,
상기 제1 렌즈는 양의 굴절능을 가지고, 상기 제2 렌즈는 음의 굴절능을 가지고, 상기 제3 렌즈는 양의 굴절능을 가지고, 상기 제4 렌즈는 양의 굴절능을 가지고, 상기 제5 렌즈는 음의 굴절능을 가지는 카메라 모듈.
제1 항에 있어서,
1.3<TTL/F<1.6이고, TTL은 제1 렌즈의 물체측 방향의 제1 면으로부터 상(image)까지의 거리이고, 상기 F는 광학계의 유효 초점 거리인 카메라 모듈.
제1 항에 있어서,
20<v3d<30이고, v3d는 상기 제3 렌즈의 d-라인에서의 아베수인 카메라 모듈.
제1 항에 있어서,
상기 액체 렌즈의 두께는 0.6 밀리미터 내지 0.8 밀리미터이고,
상기 액체 렌즈의 후면으로부터 상기 고체 렌즈부까지의 거리는 0.3 밀리미터보다 크고 0.5 밀리미터보다 작은 카메라 모듈.
제1 항에 있어서,
상기 액체 렌즈는,
전도성의 제1 액체와 비전도성의 제2 액체를 수용하는 캐비티가 형성된 제1 플레이트;
상기 제1 플레이트 상부에 배치되는 제1 전극;
상기 제1 플레이트 하부에 배치되는 제2 전극;
상기 제1 전극 상부에 배치되는 제2 플레이트; 및
상기 제2 전극 하부에 배치되는 제3 플레이트;를 포함하는 카메라 모듈.