KR20090036332A - 야간 촬영용 카메라 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적외선 차단 필터가 장착된 카메라 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일정 파장 범위에서 적외선의 차단이 가능한 필터가 장착된 카메라 모듈에 관한 것이다.

본 발명은 렌즈부와, 적외선 파장을 차단하는 적외선 차단 필터와, 집광된 이미지의 광신호를 전기신호로 변환시켜 이미지를 촬영하는 이미지 센서가 포함되어 이루어진 카메라 모듈에 있어서, 상기 적외선 차단 필터는 특정 영역의 적외선을 차단할 수 있는 적외선 필터이고, 상기 이미지 센서는 집광되는 가시광의 광량에 따라 게인이 조정되는 센서로 이루어진다.

본 발명의 카메라 모듈은 밝은 장소에서나 어두운 장소에서 고화질의 이미지를 획득할 수 있도록 된 것이다.

카메라 모듈, 적외선 차단 필터, 이미지 센서

Description

야간 촬영용 카메라 모듈{CAMERA MODULE FOR NIGHT SHOT}

본 발명은 카메라 모듈에 관한 것으로, 보다 자세하게는 일정 범위의 적외선 파장범위를 차단하면서 기타 파장범위의 적외선이 통과되도록 이루어진 적외선 차단 필터가 카메라 모듈에 장착되고, 이 특수 적외선 차단 필터에 의해 가시선과 적외선이 포함된 입사광이 이미지 센서에 집광되면 이 이미지 센서는 가시선의 포함 정도에 따라 입사광의 전체적인 광량을 상향 또는 하향 조정함으로써, 밝은 장소 또는 어두운 장소에서 별도의 적외선 차단 필터의 교환 없이 고화질의 이미지를 획득할 수 있도록 된 특수 적외선 차단 필터가 장착된 카메라 모듈에 관한 것이다.

현재 휴대폰 및 PDA 등과 같은 휴대용 단말기는 최근 그 기술의 발전과 더불어 단순한 전화 기능뿐만 아니라, 음악, 영화, TV, 게임 등으로 멀티 컨버전스로 사용되고 있으며, 이러한 멀티 컨버전스로의 전개를 이끌어 가는 것 중의 하나로서, 카메라 모듈(camara moule)이 가장 대표적이라 할 수 있다. 이러한 카메라 모듈은 기존의 30만 화소(VGA급)에서 현재 700만 화소의 고화소 중심으로 변화됨과 동시에 오토포커싱(AF), 광학 줌(optical zoom) 등과 같은 다양한 부가 기능의 구현으로 변화되고 있다.

일반적으로 카메라 모듈(COM:Compact Camera Moudule)은 소형으로써 카메라폰이나 PDA, 스마트폰을 비롯한 휴대용 이동통신 기기와 토이 카메라(toy camera) 등의 다양한 IT기기에 적용되고 있는 바, 최근에 이르러서는 소비자의 다양한 취향에 맞추어 소형의 카메라 모듈이 장착된 기기의 출시가 점차 늘어나고 있는 실정이다.

이와 같은 카메라 모듈은, CCD나 CMOS 등의 이미지 센서를 주요 부품으로 하여 제작되고 있으며, 상기 이미지 센서를 통해 사물의 이미지 광(光)을 집광시켜 기기내의 메모리 상에 데이터로 저장되고, 저장된 데이터는 기기 내의 LCD 또는 PC모니터 등의 디스플레이 매체를 통해 영상으로 디스플레이된다.

이러한 종래의 카메라 모듈(10)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 렌즈(lens;22)가 배치되고 이 렌즈(22)에 일반광(光)이 통과되도록 이루어진 렌즈부(20)와, 이 렌즈부(20)의 일단부에 고정되는 하우징(30)과, 이 하우징(30) 내부에 배치되어 렌즈부(20)를 통해 입사된 일반광에서 적외선 파장범위를 차단하는 적외선 차단 필터(40)와, 이 적외선 차단 필터(40)를 통과하여 적외선이 차단된 입사광(光)을 집광(集光)하여 이미지를 촬영하는 이미지 센서(50)와, 이 이미지 센서(50)가 부착되는 인쇄회로기판(60)이 포함되어 이루어졌다.

이러한 구조를 갖는 종래의 카메라 모듈(10)을 좀 더 간단하게 살펴보면 도 3에서와 같이 일반광이 렌즈(22)를 통과하여 적외선 차단 필터(40)에서 적외선 범위의 파장이 차단된 다음, 대략 350～650nm 파장범위의 입사광이 이미지 센서(50)에 집광되면 이 이미지 센서(50)에서 입사된 광신호를 전기신호로 변환하여 이미지 를 촬영하게 되었다.

이러한 적외선 차단 필터(40)의 설치는 이미지 센서(50)에 촬영된 이미지가 가시선과 적외선의 간섭으로 발생되는 노이즈를 제거하기 위한 것으로, 보급형 또는 소형 등의 카메라 모듈(10)에 고정되도록 내장되어 있었다.

상기 적외선 차단 필터(40)에서 차단하는 적외선 파장범위가 도 5에 자세히 도시되어 있듯이, 대략 350～650nm 정도 범위의 가시선 파장범위를 초과하는 즉, 650nm 초과되는 적외선의 파장범위(a)를 전부 차단하여 이미지 센서(50)에서 얻는 이미지에 노이즈가 최대한 제거되도록 이루어졌다.

이에 따라, 상기 적외선 차단 필터(40)의 설치로 가시선이 거의 없는 밤에는 이미지 센서(50)에서 집광할 수 있는 광신호가 약하다는 문제가 있어서, 이를 해결하기 위해 플레쉬를 보조적으로 사용하여 왔다.

그러나, 플레쉬를 켤 수 없는 상황, 예를 들어 CCTV 촬영이나 별도의 플레쉬 없이 촬영이 필요한 경우 등에서는 적외광을 이용해서 촬영을 해야하는데, 적외선 차단 필터 때문에 촬영이 어렵고, 적외선 필터를 제거할 경우, 주간의 촬영 등에서는 가시광선과 함께 적외선이 입사되어 촬영 이미지의 화질을 저해시키는 문제가 있다.

이를 극복하기 위해, CCTV 앞에 기계적으로 움직이는 적외선 필터를 장착하여 낮에는 적외선 필터를 통해서 이미지를 획득하고, 밤에는 적외선 필터를 탈측한 상태에서 적외광을 이용해서 이미지를 획득하는 방법이 사용되어 왔다.

그러나, 이러한 방법은 렌즈와 별도로 구성된 필터와 필터를 구동하는 구동 장치가 필요하게 되어 장치의 크기가 큰 CCTV등에는 사용할 수 있으나, 소형화 기기에서는 사용하기 어렵다는 문제가 있어왔다.　

이에 따라, 밤낮에 구분없이 선명한 이미지의 촬영이 가능한 카메라 모듈, 특히 소형 모바일 카메라 모듈에 대한 요구가 계속되고 있다.

본 발명의 목적은 적외선 필터의 탈부착이 없이 주야간 촬영이 가능한 카메라 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명은 적외선 필터의 탈부착 없이 촬영할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은

렌즈부와, 적외선 파장을 차단하는 적외선 차단 필터와, 집광된 이미지의 광신호를 전기신호로 변환시켜 이미지를 촬영하는 이미지 센서가 포함되어 이루어진 카메라 모듈에 있어서, 상기 적외선 차단 필터는 적외선 파장범위 중 적어도 일부가 투과가능하도록 차단되고, 상기 이미지센서는 광량에 따라 게인이 조절되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 렌즈부는 하나 이상의 광학용 렌즈로 구성된 것으로서, 통상의 광학용 카메라 렌즈를 사용할 수 있으며, 특별한 제한은 없다.

본 발명에 있어서, 상기 적외선 차단 필터는 선택적 범위의 적외선을 차단하도록 구성되는 필터로서, 바람직하게는 광량이 감소시 피사체를 촬영하기 위해서 방사하는 적외선 광원 범위를 투과시킬 수 있도록 구성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 카메라 모듈은 광량이 적을 경우, 피사체의 촬영을 위한 적외선 광원이 더 포함되며, 바람직하게는 적외선 LED를 사용하는 것이 좋다. 적외선 LED는 방사되는 적외선의 파장이 일정하며, 그 파장을 적외선 차단필터의 투과영역에 맞춰 조절할 수 있다.

발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 이미지 센서는 특정 범위의 파장을 선택적으로 흡수, 차단하여 적외선의 통과를 차단하는 흡수형 적외선 필터를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시에 있어서, 특정 범위의 적외선을 흡수하여 차단하는 필터는 대한민국 특허 출원 제10-2003-0031198, 또는 10-2002-0079741호 등에 소개되는 특정 파장의 적외선을 흡수하는 물질이 코팅된 필터일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 적외선 필터는 이미지 센서에 대한 감도가 상대적으로 좋은 단파장의 적외선을 흡수(차단)하는 필터를 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어 대역폭 +/-50nm, 940nm 중심 파장의 LED를 사용하는 경우 650 - 890 nm 범위의 적외선을 차단하는 필터를 사용할 수 있다. 발명의 일 실시에 의해서, 상기 필터는 단파장의 적외선과 장파장의 적외선을 흡수하는 물질이 이중으로 코팅된 제품, 예를 들어 650 - 800 nm 대역의 적외선과 1000nm이상의 대역을 차단 하는 물질이 각각 코팅된 필터일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 이미지 센서는 적외선에 대한 감도가 가시광에 대한 감도보다 낮은 이미지 센서이다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 이미지센서는 적외선의 대한 감도가 가시광에 대한 감도보다 낮은 CCD나 CMOS 와 같은 이미지 센서를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 이미지 센서는 입사되는 광량에 따라 게인이 조절될 수 있는 이미지 센서이다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 이미지 센서는 광량이 적은 경우, 예를 들어 밤에는 게인이 높여 필터를 통해 입사되는 적외광이 이미지 생성에 전부 이용되도록 구성되며, 광량이 많은 경우, 예를 들어 낮에는, 가시광선이 충분히 입사되므로, 게인을 낮추어 필터를 통해 입사되는 적외광이 이미지 형성에 오히려 노이즈로 작용하는 것을 방지하게 된다.

본 발명에 있어서, 상기 카메라 모듈은 입사광량이 적은 경우, 피사체를 촬영하기 위한 적외선 방사 광원을 더 포함한다.

본 발명은 다른 일 측면에서, 렌즈부와; 적외선의 특정 파장범위만을 차단하는 적외선 차단 필터와; 이 적외선 차단 필터를 통과하여 이미지 센서에 집광되는 가시선과 적외선을 포함하는 입사광의 전체적인 광량이 상향 또는 하향으로 조정되어 이미지 센서에 집광되는 적외선의 광량을 조정하도록 이루어짐으로써, 조도가 높은 장소 즉, 밝은 장소에서는 적외선 차단 필터를 통과한 적외선이 이미지 센서에 최소한으로 집광되어 고화질의 이미지를 얻을 수 있고, 조도가 낮은 장소 즉, 어두운 장소에서는 적외선 차단 필터를 통과한 적외선이 이미지 센서에 최대한으로 집광되어 역시 고화질의 이미지를 얻을 수 있도록 구성되는 이미지 센서;를 포함하는 카메라 모듈과 적외광원이 장착된 카메라를 제공하게 된다.　

상기 이미지 센서에 집광되는 입사광의 대부분이 가시선일 경우, 상기 카메라는 적외선 차단 필터를 통과하는 적외선의 광량을 감소시키기 위해 상기 이미지 센서에 집광되는 입사광의 전체적인 광량이 이미지 센서에 의해 하향 조정하도록 이루어진다.

또한, 상기 이미지 센서에 집광되는 입사광의 대부분이 적외선일 경우, 상기 카메라는 적외선 차단 필터를 통과하는 적외선의 광량을 상승시키기 위해 상기 이미지 센서에 집광되는 입사광의 전체적인 광량이 이미지 센서에 의해 상향 조정하도록 이루어진다.

여기서, 상기 렌즈부를 통과하여 이미지 센서에 집광되는 입사광은 실리콘계의 재질로 제작된 이미지 센서의 물성상 대략 350nm～400nm부터 1100nm의 파장범위를 수광(受光))하는 특성을 가지므로, 가시선 파장범위의 투과율이 적외선 파장범위의 투과율보다 월등하다는 것은 도 6에 도시된 이미지 센서의 분광 스펙트럼을 통해 확인할 수 있다.

본 발명은 일 측면에서,

입사광원의 광량을 측정하여 이미지 센서의 게인을 조절하는 단계; 적외선의 일부 파장을 투과시키면서 이미지를 촬영하는 단계를 포함하는 카메라 촬영방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 입사광원의 광량과 이미지 센서의 게인은 반비례하게 조절될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 낮에와 같이 입사광원이 많을 경우에는 이미지 센서의 게인을 낮추어, 투과된 적외선이 가시광선을 이용한 이미지 촬영에 노이즈로 작용하는 것을 방지하게 되며, 밤에와 같이 입사광원이 적을 경우에는, 이미지 센서의 게인을 높여, 투과된 적외선이 이미지 촬영에 전부 사용될 수 있도록 구성된다.

본 발명에 있어서, 상기 적외선의 일부 파장을 투과시키는 방식은 특정 파장의 적외선 흡수성 물질이 코팅된 필터를 통해서 이루어지게 된다.　

상기된 바와 같이 본 발명에 따르면, 일부가 파장이 투과 가능하도록 설계된 적외선 차단 필터를 통해 특정 범위인 보조 광원으로 사용하는 적외광 LED의 파장에 해당되는 적외선이 투과되도록 이루어지고, 이미지 센서에 집광되는 입사광에 포함된 가시선의 포함 정도에 따라 입사광의 전체적인 광량이 상향 또는 하향으로 조정됨으로써, 밝은 장소에서 많은 양의 가시선 광량이 이미지 센서에 집광될 때는 적외선 광량이 최소로 감소되어 가시선과 적외선의 간섭이 회피되도록 하여 고화질의 이미지가 획득되고, 또한 어두운 장소에서 미량의 가시선 광량이 이미지 센서에 집광될 때는 적외선 광량이 최대로 상승되어 고화질의 이미지가 획득되며, 밝은 장소 및 어두운 장소와 무관하게 별도의 적외선 차단 필터의 착탈없이 간편하게 이용 가능하면서 고화질의 이미지가 획득되는 효과가 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 적외선 차단 필터가 장착된 카메라 모듈에 대해 첨부된 도면에 의거하여 자세히 설명한다.

또한, 종래의 카메라 모듈의 주요 구성요소와 동일한 기능을 하는 동일한 구성요소에 대해 동일한 참조부호를 부여하여 그 설명을 간략히 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 카메라 모듈이 개략적으로 도시된 분리 사시도이고, 도 9은 도 7의 특수 적외선 차단 필터와 도 6의 이미지 센서의 분광특성이 조합된 형태인 도 8의 입사광의에 대한 전체적인 광량이 하향 조정된 상태가 도시된 그래프이며, 도 10은 도 8의 그래프에서 입사광의 전체적인 광량 이 상향 조정된 상태가 도시된 그래프이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 특수 적외선 차단 필터가 장착된 카메라 모듈(100)은 도 4에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 렌즈(22)가 내장된 렌즈부(20)와, 이 렌즈부(20)의 하단부에 고정되는 하우징(30)에 부착되어 특정 파장범위의 적외선을 차단하는 특수 적외선 차단 필터(110)와, 이 특수 적외선 차단 필터(100)을 통과하여 집중된 가시선 및 일부 적외선이 포함된 입사광의 광신호를 전기신호로 변환하여 이미지를 획득하는 이미지 센서(129)와, 이 이미지 센서(50)가 부착되는 인쇄회로기판(60)이 포함되어 이루어진다.

상기 렌즈부(20)는 하나 이상의 렌즈(도 3의 22)가 내장되면서 각각의 렌즈가 상호 접근되거나 이격되어 줌(zoom)기능이 부가될 수도 있다.

또한, 상기 특수 적외선 차단 필터(110)는 650 nm에서 890 nm의 적외선 파장범위를 차단하도록 제작되고, 이 적외선 파장범위를 초과하는 파장범위의 적외선은 통과된다.

여기서, 상기 특수 적외선 차단 필터(110)은 도 7 실시예에서 보는 바와 같이, +/-50nm, 940nm 중심 파장의 LED를 사용하는 경우 650nm에서 890nm의 적외선 파장범위를 차단하는 것이 바람직하고, 그외를 초과하는 적외선 파장범위는 통과되는 것이 바람직하다.

한편, 조도가 높을 경우 즉, 가시선이 대부분 포함된 입사광이 이미지 센서(120)에 집광되면 도 9에서와 같이, 상기 이미지 센서(120)에 집광되는 입사광의 전체적인 광량이 하향 조정되어(제1보정광) 상기 특수 적외선 차단 필터(110)를 통과한 적외선이 최소화되고, 이를 통해 이미지 센서(120)에 집광된 가시선과 자외선의 간섭이 최대한 회피됨으로써 고화질의 이미지가 획득된다.

또한, 조도가 낮을 경우 즉, 가시선이 미량이거나 포함되지 않은 입사광이 이미지 센서(120)에 집광되면 도 10에서와 같이, 상기 이미지 센서(120)에 집광되는 입사광의 전체적인 광량이 상향 조정되어 (제2 보정광) 상기 특수 적외선 차단 필터(110)를 통과한 적외선이 최대화되고, 이를 통해 이미지 센서(120)에 집광된 자외선에 의해 고화질의 이미지가 획득된다.

여기서, 상기 입사광의 전체적인 광량의 상향 또는 하향 조정은 이미지 센서(120)에 의해 이루어진다.

한편, 특수 적외선 차단 필터(110)를 통과하는 적외선 파장범위가 사용 적외선 파장영역보다 큰 영역에서는 이미지센서의 자체 감도가 낮아져 이미지 센서(120)를 통해 획득되는 이미지의 신호가 낮아질 수 있다.

여기서, 상기 이미지 센서(120)에 의한 입사광의 전체적인 광량의 조정은 이미지 센서(120)와 인쇄회로기판(60)이 연계되어 소프트 웨어(soft ware) 측면에서 가능하다.

또한, 상기 이미지 센서(120)에 의한 입사광의 전체적인 광량의 하향 조정폭은 조도가 높은 경우, 특수 적외선 차단 필터(110)를 통과하는 적외선 파장범위가 최대한 배제되도록 하는 것이 바람직하고, 반면 상기 입사광의 전체적인 광량의 상향 조정폭은 조도가 낮은 경우, 특수 적외선 차단 필터(110)를 통과하는 적외선 파장범위가 최대한이 되도록 하는 것이 바람직하다.

도 1은 종래의 카메라 모듈이 개략적으로 도시된 분리 사시도이고,

도 2는 도 1의 일부 부분 측단면도이며,

도 3은 도 1에 도시된 렌즈, 적외선 차단 필터, 이미지 센서의 배치도이고,

도 4는 일반적인 카메라 모듈의 구조이며,

도 5는 일반적인 적외선 차단 필터에 의해 차단되는 적외선 파장범위가 도시된 그래프이며,

도 6는 일반적인 이미지 센서의 분광 감도 스펙트럼이며

도 7은 실시예1의 투과특수 적외선 차단 필터에 의해 차단되는 적외선 파장 범위이며

도 8은 실시예 1의 도 6의 이미지센서와 도 7의 특수 적외선 차단필터가 조합된 경우의 이미지센서의 분광감도를 보여주는 그래프이며

도 9는 도 8의 실시예 1의 이미지 센서에 집광되는 입사광의 전체적인 광량이 하향 조정된 상태가 도시된 그래프이며,

도 10은 도8의 실시예 1의 그래프에서 입사광의 전체적인 광량이 상향 조정된 상태가 도시된 그래프이다.

< 도면의 주요 부위에 대한 간단한 참조부호의 설명 >

20...렌즈부 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　30...하우징,

40...적외선 차단 필터　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　60...인쇄회로기판,

100...카메라 모듈　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　110...특수 적외선 차단 필터,

120...이미지 센서.

Claims (10)

1. 렌즈부와, 적외선 파장을 차단하는 적외선 차단 필터와, 집광된 이미지의 광신호를 전기신호로 변환시켜 이미지를 촬영하는 이미지 센서가 포함되어 이루어진 카메라 모듈에 있어서,

   상기 적외선 차단 필터는 적외선 파장범위 중 일부 영역이 투과가능하도록 차단되고, 상기 이미지센서는 광량에 따라 게인이 조절되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
2. 제1항에 있어서, 입사광량이 적은 경우, 피사체를 촬영하기 위한 적외선 LED 광원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
3. 제2항에 있어서, 적외선 차단필터는 적외선 LED광원의 파장대를 투과시키는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
4. 제1항에 있어서, 상기 적외선 필터는 흡수 또는 차단하는 적외선 필터인 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
5. 제1항에 있어서, 상기 이미지 센서는 입사되는 광량이 높을 경우 게인이 낮아지고, 입사되는 광량이 낮을 경우 게인이 높아지게 조절되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
6. 입사광원의 광량을 측정하여 이미지 센서의 게인을 조절하는 단계; 및

   적외선의 일부 파장을 투과시키면서 이미지를 촬영하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 촬영 방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 입사광원의 광량과 이미지 센서의 게인은 반비례하는 것을 특징으로 하는 이미지 촬영방법.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 적외선의 일부 파장은 특정 파장의 적외선 흡수성 또는 차단성 물질이 코팅된 필터를 통해서 투과되는 것을 특징으로 하는 이미지 촬영방법.
9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 광량이 적을 경우, 적외선LED 광원이 방사되면서 이미지를 촬영하는 것을 특징으로 하는 이미지 촬영방법.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 필터는 적외선LED광원의 파장대를 투과시키는 것을 특징으로 하는 이미지 촬영방법.

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