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KR20210151464A - 카메라 모듈 - Google Patents

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KR20210151464A
KR20210151464A KR1020200068329A KR20200068329A KR20210151464A KR 20210151464 A KR20210151464 A KR 20210151464A KR 1020200068329 A KR1020200068329 A KR 1020200068329A KR 20200068329 A KR20200068329 A KR 20200068329A KR 20210151464 A KR20210151464 A KR 20210151464A
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KR
South Korea
Prior art keywords
lens
group
optical system
group lens
magnification
Prior art date
Application number
KR1020200068329A
Other languages
English (en)
Inventor
김경원
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US17/928,978 priority patent/US20230273412A1/en
Priority to CN202180040235.1A priority patent/CN115943344A/zh
Priority to PCT/KR2021/007030 priority patent/WO2021246826A1/ko
Priority to EP21817944.8A priority patent/EP4163717A4/en
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Abstract

본 실시예는 하우징; 상기 하우징 내에 배치되는 광학계; 상기 광학계 아래에 배치되는 기판; 및 상기 기판에 배치되는 이미지 센서를 포함하고, 상기 광학계는 순서대로 배치되는 제1군 렌즈와, 제2군 렌즈와, 제3군 렌즈와, 제4군 렌즈와, 제5군 렌즈를 포함하고, 상기 제3군 렌즈가 이동할 경우, 상기 광학계의 유효 초점 길이(Effective focal length, EFL)가 변화되는 카메라 모듈에 관한 것이다.

Description

카메라 모듈{Camera module}
본 실시예는 카메라 모듈에 관한 것이다.
각종 휴대단말기의 보급이 널리 일반화되고 무선 인터넷 서비스가 상용화됨에 따라 휴대단말기와 관련된 소비자들의 요구도 다양화되고 있어 다양한 종류의 부가장치들이 휴대단말기에 장착되고 있다.
그 중에서 대표적인 것으로 피사체를 사진이나 동영상으로 촬영하는 카메라 모듈이 있다. 최근 휴대단말기에 장착되는 카메라 모듈은 렌즈를 광축 방향으로 이동시켜 렌즈의 초점거리를 조절하는 오토 포커스(auto focus, AF) 및/또는 줌 기능을 수행할 수 있다.
한편, 카메라 모듈에서 줌 기능을 위해 렌즈 구동 장치를 이용하여 복수의 렌즈군을 광축 방향으로 이동시켜 주밍을 수행한다. 최근에는 고배율의 줌 기능을 구현하기 위해 렌즈의 이동 거리(stroke)가 길어짐에 따라 카메라 모듈의 크기가 커지는 문제가 있다.
또한, 최근에는 고배율 줌을 위해 휴대용 단말 장치에 줌 배율이 고정된 2개 또는 3개의 카메라 모듈을 배치하고 있다. 이 경우, 정해진 줌 배율 이상의 배율로 줌 인(zoom in)될 경우 획득되는 이미지의 화질이 악화되는 문제가 있다.
본 실시예가 해결하고자 하는 과제는 고배율 줌 기능을 구현함과 동시에 카메라 모듈의 크기가 최소화된 카메라 모듈을 제공하는 것에 있다.
또한, 화질의 저하를 최소화 한 고배율 줌 카메라 모듈을 제공하는 것에 있다.
또한, 더미 렌즈(dummy lens)의 사용을 통해 전체 렌즈의 유효 초점 거리의 자유로운 변환이 가능한 카메라 모듈을 제공하는 것에 있다.
본 실시예에 따른 카메라 모듈은 하우징; 상기 하우징 내에 배치되는 광학계; 상기 광학계 아래에 배치되는 기판; 및 상기 기판에 배치되는 이미지 센서를 포함하고, 상기 광학계는 순서대로 배치되는 제1군 렌즈와, 제2군 렌즈와, 제3군 렌즈와, 제4군 렌즈와, 제5군 렌즈를 포함하고, 상기 제3군 렌즈가 이동할 경우, 상기 광학계의 유효 초점 길이(Effective focal length, EFL)가 변화될 수 있다.
상기 제1군 렌즈와 상기 제5군 렌즈는 고정되고, 상기 제2군 내지 제4군 렌즈는 상기 광학계의 광축 방향으로 이동 가능할 수 있다.
상기 제2군 렌즈가 상기 렌즈의 광축 방향으로 이동될 경우, 상기 제3군 렌즈는 상기 제2군 렌즈와 가까워지는 제1방향 또는 상기 제2군 렌즈와 멀어지는 제2방향으로 이동할 수 있다.
상기 광학계는 제1차 배율과 제2차 배율을 포함하고, 상기 광학계가 상기 제1차 배율일 경우, 상기 제2군 렌즈와 상기 제3군 렌즈는 고정되고 상기 제4군 렌즈는 상기 광학계의 광축을 따라 이동될 수 있다.
상기 광학계는 제1차 배율과 제2차 배율을 포함하고, 상기 광학계가 상기 제2차 배율일 경우, 상기 제2군 내지 제4군 렌즈가 상기 광학계의 광축 방향으로 이동될 수 있다.
상기 광학계는 제1차 배율과 제2차 배율을 포함하고, 상기 광학계가 상기 제2차 배율일 경우, 상기 광학계의 배율이 증가할수록 상기 이미지 센서에서 획득되는 이미지의 화소수는 일정할 수 있다.
상기 광학계가 제1차 배율일 경우 제4군 렌즈만 이동되고, 상기 광학계가 제2차 배율일 경우 상기 제2군 내지 제4군 렌즈가 이동될 수 있다.
상기 제2군 렌즈는 줌 렌즈를 포함하고, 상기 제4군 렌즈는 포커스 렌즈를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 휴대용 단말 장치는 상기 카메라 모듈을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 렌즈 시스템에 있어서, 제1 렌즈 군 내지 제5 렌즈 군을 포함하고, 상기 렌즈 시스템은, 배율이 고정된 상태에서 상기 제4 렌즈 군의 이동으로 초점을 조절하는 제1 상태; 및 상기 제3 렌즈 군이 광축 방향으로 이동한 후, 상기 제2 렌즈 군이 상기 광축 방향으로 이동하는 것에 대응하여 상기 배율이 변화하는 제2 상태를 포함할 수 있다.
상기 렌즈 시스템은, 상기 제1 상태에서 제1 유효 초점 거리를 가지고, 및 상기 제3 렌즈 군의 상기 광축 방향으로의 이동에 대응하여, 상기 제1 유효 초점 거리가 제2 유효 초점 거리로 변화하는 상기 제2 상태를 포함할 수 있다.
상기 렌즈 시스템은, 상기 제2 상태에서, 상기 제2 렌즈 군의 이동에 대응하여, 상기 제2 유효 초점 거리가 변화할 수 있다.
본 실시예에 따른 카메라 모듈은 고배율 줌 기능을 구현함과 동시에 카메라 모듈의 크기가 최소화된 카메라 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 화질의 저하를 최소화 한 고배율 줌 카메라 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 더미 렌즈(dummy lens)의 사용을 통해 전체 렌즈의 유효 초점 거리의 자유로운 변환이 가능한 카메라 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 휴대용 단말 장치의 사시도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 사시도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 광학계의 제1차 배율을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 광학계의 제2차 배율을 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 구동부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 광학계의 배율 대비 화소수의 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 단말 장치(1)를 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 휴대용 단말 장치의 사시도이다.
본 실시예에 따른 휴대용 단말 장치(1)는 스마트폰, 태블릿 PC, 이동 통신 단말기 등의 휴대 가능한 전자 기기일 수 있다. 휴대용 단말 장치(1)는 카메라 모듈(100)을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(100)은 피사체를 촬영할 수 있다. 카메라 모듈(100)의 광축 방향으로의 길이는 피사체로부터 발생되는 광 경로에 대하여 수직한 방향으로의 길이를 의미할 수 있다. 이를 통해, 카메라 모듈(100)이 오토 포커싱(Auto focusing, AF), 줌(Zoom) 및 손떨림 보정(Optical image stabilizer, OIS) 중 적어도 하나의 기능을 포함하더라도 휴대용 단말 장치(10)의 두께를 최소화할 최소화 할 수 있다. 이를 통해, 휴대용 단말 장치(10)의 소형화가 가능하다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈(100)을 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 사시도이고, 도 3은 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 광학계의 제1차 배율을 나타내는 개략도이고, 도 4는 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 광학계의 제2차 배율을 나타내는 개략도이고, 도 5는 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 구동부를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 카메라 모듈(100)은 하우징(110)을 포함할 수 있다. 하우징(110)은 개구(111)를 포함할 수 있다. 개구(111)는 광이 유입되는 입구일 수 있다. 개구(111)는 후술하는 반사부재(120)의 위에 배치될 수 있다. 하우징(110)은 내부에 반사부재(120)을 포함할 수 있다. 반사부재(120)는 하우징(110)의 개구(111)의 아래에 배치될 수 있다. 하우징(110)은 내부에 광학계(130)를 포함할 수 있다. 하우징(110)은 내부에 기판(150)을 포함할 수 있다. 하우징(110)은 내부에 이미지 센서(151)를 포함할 수 있다. 하우징(110)은 내부에 제어부(140)를 포함할 수 있다. 하우징(110)은 카메라 모듈(100)의 외관을 형성할 수 있다.
본 실시예에 따른 카메라 모듈(100)은 반사부재(120)를 포함할 수 있다. 반사부재(120)는 하우징(110) 내에 배치될 수 있다. 반사부재(120)는 광학계(130)의 앞에 배치될 수 있다. 반사부재(120)는 프리즘을 포함할 수 있다. 반사부재(120)는 미러(mirror)를 포함할 수 있다. 반사부재(120)는 경사면을 포함할 수 있다. 반사부재(120)의 경사면은 피사체로부터 발생되는 광의 경로에 대하여 경사지게 형성될 수 있다. 반사부재(120)의 경사면은 광학계(130)의 광축에 대하여 경사지게 형성될 수 있다. 반사부재(120)의 경사면은 피사체로부터 발생되는 광의 경로에 대하여 45도로 경사지게 형성될 수 있다. 반사부재(120)의 경사면은 렌즈의 광축에 대하여 45도로 경사질 수 있다. 반사부재(120)는 피사체로부터 발생되는 광의 경로(Optical path, OP)를 변경할 수 있다. 반사부재(120)는 하우징(110)의 개구(111)를 통과한 광의 경로(OP)를 변경할 수 있다. 반사부재(120)는 하우징(110)의 개구(111)를 통과한 광의 경로를 광의 진행 방향(Optical path, OP)에 수직인 방향으로 변경할 수 있다. 반사부재(120)는 하우징(110)의 개구(111)를 통과한 광의 경로(OP)를 광학계(130)의 광축 방향(Optical axis, OA)과 평행한 방향으로 변경할 수 있다. 피사체로부터 발생되는 광 경로(OP)는 반사부재(120)의 경사면에 의해 변경될 수 있다. 피사체로부터 발생되는 광 경로(OP)는 반사부재(120)의 경사면에 의해 광 경로(OP)에 수직인 방향으로 경로가 변경될 수 있다. 반사부재(120)의 경사면에 의해 경로가 변경된 광은 광학계(130)로 입사될 수 있다.
본 실시예에 따른 카메라 모듈(100)은 광학계(130)를 포함할 수 있다. 광학계(130)는 하우징(110) 내에 배치될 수 있다. 광학계(130)는 반사부재(120)의 뒤에 배치될 수 있다. 광학계(130)는 반사부재(120)와 기판(150) 사이에 배치될 수 있다. 광학계(130)는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 광학계(130)는 복수의 렌즈군을 포함할 수 있다. 광학계(130)의 중심축 방향은 광축 방향(OA)에 평행할 수 있다. 광학계(130)는 반사부재(120)로부터 이미지 센서(151)까지 순서대로 배치되는 제1군 렌즈(131)와, 제2군 렌즈(132)와, 제3군 렌즈(133)와, 제4군 렌즈(134)와, 제5군 렌즈를(135)를 포함할 수 있다. 광학계(130)는 렌즈배럴(미도시)을 포함할 수 있다. 광학계(130)는 렌즈배럴 내에 배치될 수 있다.
광학계(130)는 제1군 렌즈(131)를 포함할 수 있다. 제1군 렌즈(131)는 굴절력을 가질 수 있다. 제1군 렌즈(131)는 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제1군 렌즈(131)는 복수의 렌즈로 구성될 수 있다. 제1군 렌즈(131)의 복수의 렌즈는 각각 굴절력을 가질 수 있다. 제1군 렌즈(131)의 복수의 렌즈는 각각 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제1군 렌즈(131)는 반사부재(120)로부터 경로가 변경된 광이 입사될 수 있다. 제1군 렌즈(131)는 반사부재(120)와 이격될 수 있다. 제1군 렌즈(131)는 제2군 렌즈(132)와 이격될 수 있다. 제1군 렌즈(131)는 반사부재(120)로부터 첫번째로 배치되는 렌즈군 일 수 있다. 제1군 렌즈(131)는 반사부재(120)와 제2군 렌즈(132) 사이에 배치될 수 있다.
제1군 렌즈(131)는 고정될 수 있다. 제1군 렌즈(131)는 광축 방향(OA)으로 이동되지 않을 수 있다. 제1군 렌즈(131)는 광학계(130)의 중심축 방향으로 이동되지 않을 수 있다. 이를 통해, 제1군 렌즈(131)와 제5군 렌즈(135) 사이의 거리가 고정될 수 있다. 이때, 제1군 렌즈(131)와 제5군 렌즈(135) 사이의 거리는 제1군 렌즈와 제5군 렌즈(135) 사이의 광학계(130)의 중심축 상에서의 거리를 의미할 수 있다. 또한, 제1군 렌즈(131)와 제5군 렌즈(135) 사이의 거리는 제1군 렌즈(131) 중 반사부재(120)와 대향하는 면과 제5군 렌즈(135) 중 이미지 센서(151)의 결상면과 대향하는 면 사이의 광학계(130)의 중심축 상 거리를 의미할 수 있다. 제1군 렌즈(131)의 위치가 고정되는 것에 의해, 광학계(130)의 전체 광학계의 광학계(130)의 중심축 방향으로의 길이가 고정될 수 있다. 이때, 전체 광학계의 광학계(130)의 중심축 방향으로의 길이는 제1군 렌즈(131)의 상면에서 이미지 센서(151)의 결상면 사이의 광학계(130)의 중심축 상의 거리를 의미할 수 있다. 이를 통해, 카메라 모듈(100)의 광축 방향(OA)으로의 길이를 최소화할 수 있다.
광학계(130)는 제2군 렌즈(132)를 포함할 수 있다. 광학계(130)는 제2군 렌즈(132)를 포함할 수 있다. 제2군 렌즈(132)는 굴절력을 가질 수 있다. 제2군 렌즈(132)는 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제2군 렌즈(132)는 복수의 렌즈로 구성될 수 있다. 제2군 렌즈(132)의 복수의 렌즈는 각각 굴절력을 가질 수 있다. 제2군 렌즈(132)의 복수의 렌즈는 각각 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제2군 렌즈(132)는 제1군 렌즈(131)를 통과한 광이 입사될 수 있다. 제2군 렌즈(132)는 제1군 렌즈(131)과 이격될 수 있다. 제2군 렌즈(132)는 반사부재(120)로부터 두번째로 배치되는 렌즈군 일 수 있다. 제2군 렌즈(132)는 제1군 렌즈(131)와 제3군 렌즈(133) 사이에 배치될 수 있다.
제2군 렌즈(132)는 광학계(130)의 중심축 방향을 따라 이동할 수 있다. 제2군 렌즈(132)는 광축 방향(OA)으로 이동할 수 있다. 제2군 렌즈(132)는 제1군 렌즈(131)와 제3군 렌즈(133) 사이를 이동할 수 있다. 제2군 렌즈(132)는 주밍(zooming)을 수행하는 줌 렌즈를 포함할 수 있다. 제2군 렌즈(132)는 제4군 렌즈(134)와 함께 이동할 수 있다. 이 경우, 제2군 렌즈(132)는 줌 렌즈이고 제4군 렌즈(134)는 포커스 렌즈일 수 있다.
광학계(130)는 제3군 렌즈(133)를 포함할 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 굴절력이 '0'일 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 굴절력이 없을 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 굴절력을 가질 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 복수의 렌즈로 구성될 수 있다. 제3군 렌즈(133)의 복수의 렌즈는 각각 굴절력을 가질 수 있다. 제3군 렌즈(133)의 복수의 렌즈는 각각 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 제2군 렌즈(132)를 통과한 광이 입사될 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 제2군 렌즈(132)와 이격될 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 제2군 렌즈(132)와 이격될 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 제4군 렌즈(134)와 이격될 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 반사부재(120)로부터 세번째로 배치되는 렌즈군 일 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 제2군 렌즈(132)와 제4군 렌즈(134) 사이에 배치될 수 있다.
제3군 렌즈(133)는 광학계(130)의 중심축 방향을 따라 이동할 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 광축 방향(OA)으로 이동할 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 제2군 렌즈(132)와 제4군 렌즈(134) 사이를 이동할 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 더미 렌즈(dummy lens)일 수 있다. 더미 렌즈는 광학 렌즈를 의미할 수 있다. 더미 렌즈는 유리 재질로 형성될 수 있다. 더미 렌즈는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 평판 렌즈일 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 원형 대칭 렌즈일 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 곡률 반경을 가지지 않을 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 굴절률을 가지지 않을 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 아베수를 가지지 않을 수 있다. 제3군 렌즈(133)가 이동할 경우, 광학계(130)의 유효 초점 길이(Effective focal length, EFL)가 변화될 수 있다. 제3군 렌즈(133)는 제2군 렌즈(132)가 광학계(130)의 중심축 방향으로 이동될 경우, 제2군 렌즈(132)와 가까워지는 제1방향 또는 제2군 렌즈(132)와 멀어지는 제2방향으로 이동할 수 있다 이 경우, 광학계(130)의 유효 초점 길이(Effective focal length, EFL)가 변화될 수 있다. 제3군 렌즈(133)가 제1방향으로 이동될 경우, 광학계(130)의 유효 초점 길이(EFL)은 커질 수 있다. 반대로, 제3군 렌즈(133)가 제1방향으로 이동될 경우, 광학계(130)의 유효 초점 길이(EFL)은 작아질 수 있다. 제3군 렌즈(133)가 제2방향으로 이동될 경우, 광학계(130)의 유효 초점 길이(EFL)은 커질 수 있다. 반대로, 제3군 렌즈(133)가 제2방향으로 이동될 경우, 광학계(130)의 유효 초점 길이(EFL)은 작아질 수 있다. 이때, 제4군 렌즈(134)는 광학계(130)의 초점을 맞추기 위해 제1방향 및 제2방향 중 어느 하나의 방향으로 이동 가능할 수 있다.
제3군 렌즈(133)가 제2군 렌즈(132)와 같은 방향으로 이동될 경우, 광학계의(130)의 유효 초점 길이(EFL)은 커질 수 있다. 제3군 렌즈(133)가 제2군 렌즈(132)과 함께 제1방향 또는 제2방향으로 이동될 경우, 광학계의(130)의 유효 초점 길이(EFL)은 커질 수 있다. 반대로, 제3군 렌즈(133)가 제2군 렌즈(132)와 같은 방향으로 이동될 경우, 광학계의(130)의 유효 초점 길이(EFL)는 작아질 수 있다. 제3군 렌즈(133)가 제2군 렌즈(132)과 함께 제1방향 또는 제2방향으로 이동될 경우, 광학계의(130)의 유효 초점 길이(EFL)는 작아질 수 있다. 이때, 제4군 렌즈(134)는 광학계(130)의 초점을 맞추기 위해 제1방향 및 제2방향 중 어느 하나의 방향으로 이동 가능할 수 있다.
제3군 렌즈(133)가 제2군 렌즈(132)와 다른 방향으로 이동될 경우, 광학계의(130)의 유효 초점 길이(EFL)은 커질 수 있다. 제3군 렌즈(133)가 제1방향으로 이동하고 제2군 렌즈(132)가 제2방향으로 이동할 경우 또는 제3군 렌즈(133)가 제2방향으로 이동하고 제2군 렌즈(132)가 제1방향으로 이동될 경우, 광학계의(130)의 유효 초점 길이(EFL)은 커질 수 있다. 반대로, 제3군 렌즈(133)가 제2군 렌즈(132)와 다른 방향으로 이동될 경우, 광학계의(130)의 유효 초점 길이(EFL)은 작아질 수 있다. 제3군 렌즈(133)가 제1방향으로 이동하고 제2군 렌즈(132)가 제2방향으로 이동할 경우 또는 제3군 렌즈(133)가 제2방향으로 이동하고 제2군 렌즈(132)가 제1방향으로 이동될 경우, 광학계의(130)의 유효 초점 길이(EFL)은 작아질 수 있다. 이때, 제4군 렌즈(134)는 광학계(130)의 초점을 맞추기 위해 제1방향 및 제2방향 중 어느 하나의 방향으로 이동 가능할 수 있다.
광학계(130)의 유효 초점 길이(EFL)이 커질 경우, 광학계(130)의 초점 거리가 길어질 수 있다. 이 경우, 광학계(130)는 망원 광학계(tele optical system)을 구현할 수 있다. 광학계(130)의 유효 초점 길이(EFL)이 작아질 경우, 광학계(130)의 초점 거리가 짧아질 수 있다. 이 경우, 광학계(130)는 광각 광학계(wide angle optical system)을 가질 수 있다.
제3군 렌즈(133)가 이동될 경우, 광학계(130)의 배율이 바뀔 수 있다. 제3군 렌즈(133)가 이동될 경우, 광학계(130)의 배율이 높아질 수 있다. 제3군 렌즈(133)가 이동될 경우, 광학계(130)의 배율이 선형적으로 증가 또는 감소될 수 있다. 즉, 광학계(130)는 선형적으로 줌(linear zoom)이 구현될 수 있다. 이를 통해, 광학계(130)의 배율이 증가되더라도 이미지 센서(151)에서 획득되는 이미지의 화소의 열화 현상이 최소화될 수 있다.
광학계(130)는 제4군 렌즈(134)를 포함할 수 있다. 광학계(130)는 제4군 렌즈(134)를 포함할 수 있다. 제4군 렌즈(134)는 굴절력을 가질 수 있다. 제4군 렌즈(134)는 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제4군 렌즈(134)는 복수의 렌즈로 구성될 수 있다. 제4군 렌즈(134)의 복수의 렌즈는 각각 굴절력을 가질 수 있다. 제4군 렌즈(134)의 복수의 렌즈는 각각 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제4군 렌즈(134)는 제3군 렌즈(133)를 통과한 광이 입사될 수 있다. 제4군 렌즈(134)는 제3군 렌즈(133)과 이격될 수 있다. 제4군 렌즈(134)는 제5군 렌즈(135)와 이격될 수 있다. 제4군 렌즈(134)는 반사부재(120)로부터 네번째로 배치되는 렌즈군 일 수 있다. 제4군 렌즈(134)는 제3군 렌즈(133)와 제5군 렌즈(135) 사이에 배치될 수 있다.
제4군 렌즈(134)는 광학계(130)의 중심축 방향을 따라 이동할 수 있다. 제4군 렌즈(134)는 광축 방향(OA)으로 이동할 수 있다. 제4군 렌즈(134)는 제3군 렌즈(134)와 제5군 렌즈(135) 사이를 이동할 수 있다. 제4군 렌즈(134)는 포커싱(focusing)을 수행하는 포커스 렌즈를 포함할 수 있다 제4군 렌즈(134)는 제2군 렌즈(132)와 함께 이동할 수 있다. 이 경우, 제2군 렌즈(132)는 줌 렌즈이고 제4군 렌즈(134)는 포커스 렌즈일 수 있다. 이 경우, 광학계(130)는 제2차 배율을 가질 수 있다. 즉, 광학계(130)의 배율이 증가될 수 있다. 제4군 렌즈(134)는 제2군 렌즈(132)가 고정된 상태에서 단독으로 이동될 수 있다. 이 경우, 광학계(130)는 제1차 배율을 가질 수 있다.
광학계(130)는 제5군 렌즈(135)를 포함할 수 있다. 제5군 렌즈(135)는 굴절력을 가질 수 있다. 제5군 렌즈(135)는 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제5군 렌즈(135)는 복수의 렌즈로 구성될 수 있다. 제5군 렌즈(135)의 복수의 렌즈는 각각 굴절력을 가질 수 있다. 제5군 렌즈(135)의 복수의 렌즈는 각각 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제5군 렌즈(135)는 제4군 렌즈(134)를 통과한 광이 입사될 수 있다. 제5군 렌즈(135)는 제4군 렌즈(134)와 이격될 수 있다. 제5군 렌즈(135)는 이미지 센서(151)와 이격될 수 있다. 제5군 렌즈(135)는 반사부재(120)로부터 다섯번째로 배치되는 렌즈군 일 수 있다. 제5군 렌즈(135)는 제4군 렌즈(134)와 이미지 센서(151) 사이에 배치될 수 있다.
제5군 렌즈(135)는 고정될 수 있다. 제5군 렌즈(135)는 광축 방향(OA)으로 이동되지 않을 수 있다. 제5군 렌즈(135)는 광학계(130)의 중심축 방향으로 이동되지 않을 수 있다. 이를 통해, 제1군 렌즈(131)와 제5군 렌즈(135) 사이의 거리가 고정될 수 있다. 이때, 제1군 렌즈(131)와 제5군 렌즈(135) 사이의 거리는 제1군 렌즈와 제5군 렌즈(135) 사이의 광학계(130)의 중심축 상에서의 거리를 의미할 수 있다. 또한, 제1군 렌즈(131)와 제5군 렌즈(135) 사이의 거리는 제1군 렌즈(131) 중 반사부재(120)와 대향하는 면과 제5군 렌즈(135) 중 이미지 센서(151)의 결상면과 대향하는 면 사이의 광학계(130)의 중심축 상 거리를 의미할 수 있다. 제5군 렌즈(135)의 위치가 고정되는 것에 의해, 광학계(130)의 전체 광학계의 광학계(130)의 중심축 방향으로의 길이가 고정될 수 있다. 이때, 전체 광학계의 광학계(130)의 중심축 방향으로의 길이는 제1군 렌즈(131)의 상면에서 이미지 센서(151)의 결상면 사이의 광학계(130)의 중심축 상의 거리를 의미할 수 있다. 이를 통해, 카메라 모듈(100)의 광축 방향(OA)으로의 길이를 최소화할 수 있다.
광학계(130)는 제1차 배율과 제2차 배율을 가질 수 있다. 제1차 배율은 제2군 렌즈(132)와 제3군 렌즈(133)는 고정되고 제4군 렌즈(134)는 광학계(130)의 중심축을 따라 이동될 수 있다. 제1차 배율은 제1군 내지 제5군 렌즈(131, 132, 133, 134, 135) 중 제4군 렌즈(134)를 제외한 렌즈군이 모두 고정될 수 있다. 이때, 제4군 렌즈(134)는 포커스 렌즈일 수 있다. 제1차 배율은 줌 배율은 고정된 상태에서 초점 거리만 변화될 수 있다. 제1차 배율은 피사체와 광학계(130) 사이의 거리가 일정한 상태에서 초점 거리만 변화될 수 있다. 이 경우, 변화된 초점 거리를 보정하기 위해 제4군 렌즈(134)가 광학계(130)의 중심축 방향으로 이동될 수 있다. 제1차 배율은 줌 배율이 증가될수록 이미지 센서(151)에서 획득되는 이미지 화상의 화소가 감소될 수 있다.
제2차 배율은 제3군 렌즈(133)이 광학계(130)의 중심축을 따라 이동할 수 있다. 제2차 배율은 제2군 내지 제4군 렌즈(132, 133, 134)가 광학계(130)의 상기 중심축을 따라 이동될 수 있다. 제2차 배율은 줌 배율이 고정되지 않을 수 있다. 제2차 배율은 제3렌군 렌즈(133)가 제2군 렌즈(132)와 가까워지는 제1방향 또는 제2군 렌즈(132)와 멀어지는 제2방향으로 이동됨에 의해 피사체와 광학계(130) 사이의 거리를 변화시킬 수 있다. 이를 통해, 제2차 배율은 줌 배율의 변환이 자유로울 수 있다. 제2차 배율은 제2군 렌즈(132)와 제3군 렌즈(133) 사이의 광학계(130)의 중심축 사이의 거리 변화에 따라 광학계(130)의 줌 배율이 고정되지 않을 수 있다. 이 경우, 광학계(130)의 줌 배율이 증가할수록 이미지 센서(151)에서 획득되는 이미지의 화소수는 일정하게 유지될 수 있다. 즉, 줌 배율이 증가될수록 획득된 이미지의 화소 열화 현상을 방지할 수 있다.
이하에서는 도면을 참고하여 광학계(130)의 줌 과정을 설명한다.
도 6은 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 광학계의 배율 대비 화소수의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 6의 가로축(x축)은 줌 배율을 의미하고 세로축(y축)은 이미지 센서(151)에서 획득된 이미지의 화소수를 의미하고, 도 6의 (a)는 광학계(130)의 제1차 배율 구간을 의미하고, 도 6의 (b)는 광학계(130)의 제2차 배율 구간을 의미하고, 도 6의 (c)는 제3군 렌즈(133)가 움직이기 시작하는 지점을 의미한다.
도 6을 참고하면, 제1차 배율 구간(a)의 경우 줌 배율이 증가될수록 이미지의 화소가 감소될 수 있다. 예를 들어, 제1차 배율 구간은 제2차 배율 구간 대비 상대적으로 저 배율이며, 사용자가 배율 확대에 따른 이미지의 화질 저하를 인지하기 어려운 배율 구간을 의미할 수 있다. 제1차 배율 구간(a)에서는 디지털 줌(digital zoom)이 구현될 수 있다. 이때, 디지털 줌이란 이미지 센서(151)가 이미지를 확대하여 확대된 이미지를 획득하는 방식으로 구현되는 줌을 의미할 수 있다. 디지털 줌은 광학 줌과 달리 초점 거리를 바꿀 수 없는 단 초점 렌즈에서도 사용이 가능할 수 있다. 또한, 디지털 줌은 촬영된 이미지의 일부를 확대하여 보여줄 수 있다. 제2차 배율 구간(b)의 경우 줌 배율이 증가되어도 이미지의 화소가 일정하게 유지된다. 즉, 센서의 제한된 화소로 인해, 더 이상 디지털 줌으로 긍정적인 사용자 경험을 이끌어 낼 수 없는 구간을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1차 배율 구간(a)과 제2차 배율 구간(b)은 제3군 렌즈(133)가 제1위치에서 제2위치로 움직이기 시작하는 시점(c)을 기준으로 구분될 수 있다. 제1차 배율 구간(a)에서는 제3군 렌즈(133)는 제1위치에 고정된다. 제2차 배율 구간(b)에서는 제3군 렌즈(133)가 제1위치에서 제2위치로 이동되어 고정되는 것에 의해 광학계(130)의 유효 초점 거리를 변화시킬 수 있다. 이후, 제2군 렌즈 및 제4군 렌즈의 이동에 기반하여 광학계(130)에서 연속 줌(continuous zoom)을 구현할 수 있다. 이를 통해, 전자 장치에 실장된 복수의 카메라 모듈의 배율 변화에 따른 전환을 수행하지 않고, 하나의 카메라 모듈을 통해, 연속적인 배율의 변화를 이끌어낼 수 있다.
제2차 배율 구간(b)에서는 광학 줌(optical zoom)이 구현될 수 있다. 광학 줌 이란, 광학 렌즈를 광학계의 광축을 따라 제1방향 또는 제2방향으로 움직여서 초점을 조절하여 줌을 조절하는 방식을 의미할 수 있다. 광학 줌은 복수의 광학 렌즈를 조합하여 구성될 수 있으며, 광학 렌즈의 이동에 따라 광학계의 초점 거리를 줄이거나 늘리는 방식으로 피사체를 확대하거나 축소시킬 수 있다. 이 경우, 광학 줌에 의해 획득된 이미지는 광학계와 피사체 사이의 거리를 물리적으로 조절하기 때문에 이미지가 확대되어도 화질이 저하되는 열화 현상이 없을 수 있다.
본 실시예에 따른 카메라 모듈(100)은 1개의 카메라 모듈을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(100)은 1개의 폴디드 카메라 모듈(Folded camera moduel)을 포함할 수 있다. 종래의 카메라 모듈은 3개의 일반 카메라 모듈을 포함하는 트리플 카메라 모듈(triple camera module) 또는 1개의 일반 카메라 모듈과 1개의 폴디드 카메라 모듈을 포함하는 듀얼 카메라 모듈(dual camera module)이 있다. 종래의 트리플 카메라 모듈은 서로 다른 줌을 가지는 3개의 일반 카메라 모듈을 가지며, 정해진 줌 이상의 줌을 구현할 경우 배율이 커질수록 이미지의 화질이 저하되는 문제가 있다. 종래의 듀얼 카메라 모듈도 줌이 정해진 1개의 일반 카메라 모듈에서 정해진 줌 배율 이상의 줌을 구현할 경우 또는 1개의 일반 카메라 모듈에서 폴디드 카메라 모듈로 변환되면서 이미지의 화질이 저하되는 문제가 있다. 반면, 본 실시예에 따른 카메라 모듈(100)은 1개의 폴디드 카메라 모듈만을 포함하고 있어 제3군 렌즈(133)의 이동 여부에 따라 3개의 일반 카메라 모듈을 가지는 트리플 카메라 모듈의 역할을 수행할 수 있다. 보다 상세히, 본 실시예에 따른 카메라 모듈(100)의 제3군 렌즈(133)의 이동 전의 광학계(130)는 트리플 카메라 모듈 및 듀얼 카메라 모듈 중 어느 하나의 역할을 수행하는 제1카메라 기능을 가질 수 있다. 카메라 모듈(100)의 제3군 렌즈(133)의 이동 후의 광학계(130)는 트리플 카메라 모듈에서의 제2 및 제3카메라 모듈 기능 및 듀얼 카메라 모듈에서의 폴디드 카메라 모듈 기능 중 어느 하나의 역할을 수행할 수 있다.
본 실시예에 따른 카메라 모듈(100)은 구동부(140)(미도시)를 포함할 수 있다. 구동부(140)는 광학계(130)를 광학계(130)의 광축 방향(OA)으로 이동시킬 수 있다. 구동부(140)는 복수의 광학계(130) 중 적어도 하나를 광축 방향(OA)으로 이동시킬 수 있다. 이를 통해, 카메라 모듈(100)이 오토 포커싱, 주밍 및 손떨린 보정 중 적어도 하나 이상의 기능을 구현할 수 있다. 구동부(140)는 광학계(130)를 광축 방향(OA)으로 이동시키기 위한 구동력을 제공할 수 있다. 구동부(140)는 코일(미도시)과 마그네트(미도시)를 포함할 수 있다. 이 경우, 코일과 마그네트의 전자기적 상호작용을 통해 렌즈((130)를 이동시킬 수 있다. 구동부(140)는 피에조 모터(미도시)를 포함할 수 있다. 이 경우, 구동부(140)는 압전 소자와, 압전 소자에 전원을 인가하는 추가 기판과, 압전 소자로부터 발생되는 진동을 전달하는 탄소기둥을 포함할 수 있다. 구동부(140)는 복수개로 구비될 수 있다.
구동부(140)는 제1구동부(141)를 포함할 수 있다. 제1구동부(141)는 제2군 렌즈(132)에 배치될 수 있다. 제1구동부(141)는 제2군 렌즈(132)를 광축 방향(OA)으로 이동시킬 수 있다. 제1구동부(141)는 제2군 렌즈(132)를 광축 방향(OA)으로 이동시켜 주밍을 수행할 수 있다. 구동부(140)는 제2구동부(142)를 포함할 수 있다. 제2구동부(142)는 제3군 렌즈(133)를 광축 방향(OA)으로 이동시킬 수 있다. 제2구동부(142)는 제3군 렌즈(133)를 광축 방향(OA)으로 이동시켜 광학계(130)의 우효 초점 거리를 변경할 수 있다. 구동부(140)는 제3구동부(143)를 포함할 수 있다. 제3구동부(143)는 제4군 렌즈(134)를 광축 방향(OA)으로 이동시킬 수 있다. 제3구동부(143)는 제4군 렌즈(134)를 광축 방향(OA)으로 이동시켜 포커싱을 수행할 수 있다.
본 실시예에 따른 카메라 모듈은 기판(150)을 포함할 수 있다. 기판(150)은 하우징(110) 내에 배치될 수 있다. 이와 다르게, 기판(150)은 하우징의 바깥에 배치될 수 있다. 기판(150)은 광학계(130)의 옆에 배치될 수 있다. 기판(150) 상에는 이미지 센서(151)가 배치될 수 있다. 이미지 센서(151)은 광학계(130)와 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 이미지 센서(151)는 광학계(130)를 통과한 광을 전기 신호로 변환할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 휴대용 단말 장치 100: 카메라 모듈
110: 하우징 120: 반사부재
130: 광학계 131: 제1군 렌즈
132: 제2군 렌즈 133: 제3군 렌즈
134: 제4군 렌즈 135: 제5군 렌즈
140: 구동부 141: 제1구동부
142: 제2구동부 143: 제3구동부
150: 기판 151: 이미지 센서

Claims (12)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내에 배치되는 광학계;
    상기 광학계 아래에 배치되는 기판; 및
    상기 기판에 배치되는 이미지 센서를 포함하고,
    상기 광학계는 순서대로 배치되는 제1군 렌즈와, 제2군 렌즈와, 제3군 렌즈와, 제4군 렌즈와, 제5군 렌즈를 포함하고,
    상기 제3군 렌즈가 이동할 경우, 상기 광학계의 유효 초점 길이(Effective focal length, EFL)가 변화되는 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1군 렌즈와 상기 제5군 렌즈는 고정되고,
    상기 제2군 내지 제4군 렌즈는 상기 광학계의 광축 방향으로 이동 가능한 카메라 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2군 렌즈가 상기 렌즈의 광축 방향으로 이동될 경우, 상기 제3군 렌즈는 상기 제2군 렌즈와 가까워지는 제1방향 또는 상기 제2군 렌즈와 멀어지는 제2방향으로 이동하는 카메라 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광학계는 제1차 배율과 제2차 배율을 포함하고,
    상기 광학계가 상기 제1차 배율일 경우, 상기 제2군 렌즈와 상기 제3군 렌즈는 고정되고 상기 제4군 렌즈는 상기 광학계의 광축을 따라 이동되는 카메라 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광학계는 제1차 배율과 제2차 배율을 포함하고,
    상기 광학계가 상기 제2차 배율일 경우, 상기 제2군 내지 제4군 렌즈가 상기 광학계의 광축 방향으로 이동되는 카메라 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광학계는 제1차 배율과 제2차 배율을 포함하고,
    상기 광학계가 상기 제2차 배율일 경우, 상기 광학계의 배율이 증가할수록 상기 이미지 센서에서 획득되는 이미지의 화소수는 일정한 카메라 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광학계가 제1차 배율일 경우 제4군 렌즈만 이동되고,
    상기 광학계가 제2차 배율일 경우 상기 제2군 내지 제4군 렌즈가 이동되는 카메라 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2군 렌즈는 줌 렌즈를 포함하고,
    상기 제4군 렌즈는 포커스 렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  9. 제1항의 카메라 모듈을 포함하는 휴대용 단말 장치.
  10. 렌즈 시스템에 있어서,
    제1 렌즈 군 내지 제5 렌즈 군을 포함하고,
    상기 렌즈 시스템은,
    배율이 고정된 상태에서 상기 제4 렌즈 군의 이동으로 초점을 조절하는 제1 상태; 및
    상기 제3 렌즈 군이 광축 방향으로 이동한 후, 상기 제2 렌즈 군이 상기 광축 방향으로 이동하는 것에 대응하여 상기 배율이 변화하는 제2 상태를 포함하는 렌즈 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 렌즈 시스템은,
    상기 제1 상태에서 제1 유효 초점 거리를 가지고, 및
    상기 제3 렌즈 군의 상기 광축 방향으로의 이동에 대응하여, 상기 제1 유효 초점 거리가 제2 유효 초점 거리로 변화하는 상기 제2 상태를 포함하는 렌즈 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 렌즈 시스템은,
    상기 제2 상태에서, 상기 제2 렌즈 군의 이동에 대응하여, 상기 제2 유효 초점 거리가 변화하는 렌즈 시스템.
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