JP2015007804A - カメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】プレロード部をとり除いて電力消耗及びレンズバレルのチルト現象を最小化し、駆動の信頼性を向上させることができ、ダンピング部材の結合により、レンズバレル駆動時の自体振動を軽減させることができるカメラモジュールを提供する。
【解決手段】レンズが内蔵されたレンズバレル１１０、レンズバレル１１０が収容される収容空間を備えるハウジング１２０、マグネット１３２とコイル１３４で構成され、マグネット１３２とコイル１３４から発生する電磁気力により、レンズバレル１１０を上方に駆動させる第１駆動力と、レンズバレル１１０を下方に駆動させる第２駆動力を提供する駆動部１３０、レンズバレル１１０とハウジング１２０の間に備えられてレンズバレル１１０の動きを案内するガイドボール１４０、及びレンズバレル１１０の位置を検知する位置検出部１５０を含むことを特徴とし、駆動部１３０がレンズバレル１１０を上下に駆動させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、カメラモジュールに関する。

一般的に、電子機器や携帯電話、ＰＤＡなどのような個人携帯端末機には、メイン機能の外に付加的な機能が追加されるが、最近の多くの電子機器には、カメラ機能が追加されて消費者から人気を集めている。したがって、これらに実装されるカメラモジュールの市場もますます拡大している状況である。

このような市場の要求に答えて、カメラモジュールも固定焦点のような単純な機能から、オートフォーカスや光学ズーム、ＯＩＳ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｍａｇｅ Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ）などの付加機能が搭載されるように発展しつつある。

特に、カメラモジュールがオートフォーカスや光学ズーム、ＯＩＳなどの付加機能を具現するためには、レンズを駆動させることができるアクチュエータを利用したレンズ駆動モジュールが必須である。

一般的に、ＶＣＭ（Ｖｏｉｃｅ ｃｏｉｌ ｍｏｔｏｒ）方式のレンズ駆動モジュールを備えたカメラモジュールが採用されており、図１は、従来技術によるカメラモジュールの断面図を示し、図２は、図１に示したカメラモジュールの使用状態の断面図を示し、図３は、図１に示したカメラモジュールのコイルに印可される電流に対するレンズバレルの変位グラフを示している。

図１に示したように、従来技術によるカメラモジュール１０は、多数のレンズからなるレンズ群２２を取り付けて光軸方向に駆動するレンズバレル２０、前記レンズバレル２０が収容される固定部３０、前記固定部３０に支持されてレンズバレル２０を光軸方向に弾性支持する板ばね（プレロード部）４０、マグネット５２とコイル５４で構成されてレンズバレル２０を光軸方向に駆動させる力（電磁気力）を発生させるアクチュエータを含んで構成される。この際、マグネット５２は、ヨーク５６を媒介として固定部３０の内周面に固定されて、コイル５４は、レンズバレル２０の外周面に備えられる。

このような構成を有するカメラモジュール１０は、コイル５４に電流が印可されない時、レンズバレル２０は、初期位置に位置するようになり、コイル５４に電流が印可される時、コイル５４とマグネット５２の相互作用により生じられる電磁気力によって上昇されることで、オートフォーカス機能が遂行される（図２参照）。次に、電流の供給を遮断すると、上昇されたレンズバレル２０は、板ばね４０の復元力（プレロード）によって初期位置にかえるようになる。

しかしながら、このような駆動原理を採用する従来技術によるカメラモジュール１０は、レンズバレル２０を初期位置に復元させる板ばね４０による電力消耗が多いという問題点があった。図３を参照すると、コイル５４に電流を印可した後、レンズバレル２０の荷重ＭとプレロードＫの和より大きい力がレンズバレル２０に印可される場合にだけ、レンズバレル２０が上昇駆動されることが分かる。すなわち、プレロードＫによってレンズバレル２０を駆動させるためには、コイル５４に多い電流量が印可されるしかなく、電力消耗が多いという問題点があった。

また、板ばね４０を採用することによって、構造及び製作工程が複雑になるだけではなく、板ばね４０のプレロードＫは、レンズバレル２０の位置によって変わるので、これを考慮してコイル５４に印可される電流を制御しなければならなく、これによって、駆動の信頼性が低下されるという問題点があった。

更に、レンズバレル２０と板ばね４０の結合状態によって、レンズバレル２０が光軸方向からチルトされる問題が発生して、その制御が難しいという問題点があった。

更にまた、レンズバレル２０の上方及び下方の駆動時、外部衝撃による揺れや自体振動を軽減するための構造の不在により、レンズバレルの作動性能の向上に問題があった。

本発明は、上述した問題点を解決するために導き出されたものであり、本発明の目的は、プレロード部をとり除いて電力消耗及びレンズバレルのチルト現象を最小化し、駆動の信頼性を向上させることができ、またダンピング部材の結合によりレンズバレル駆動時の自体振動を軽減させることができるカメラモジュールを提供することにある。

本発明の好ましい実施形態によるカメラモジュールは、外部イメージを集めるためのレンズが内蔵されたレンズバレル、前記レンズバレルが収容される収容空間を備えたハウジング、マグネットとコイルで構成され、マグネットとコイルから発生する電磁気力により前記レンズバレルを上方に駆動させる第１駆動力と前記レンズバレルを下方に駆動させる第２駆動力を提供する駆動部、前記レンズバレルと前記ハウジングの間に備えられて前記レンズバレルの動きを案内するガイドボール、及び前記レンズバレルの位置を検知する位置検出部を含むことを特徴とする。

このとき、前記レンズバレルの振動軽減のためのダンピング部材は、レンズバレルの上部または下部に形成されることが好ましい。

また、前記ダンピング部材を支持するように前記レンズバレルの外周面に、ダンピング結合部がさらに形成されることが好ましい。

更に、前記レンズバレルは、前記ハウジングの収容空間の内部に任意地点で前記駆動部により上方と下方に駆動が始まることが好ましい。

前記第１駆動力が前記レンズバレルの荷重より大きい時、前記レンズバレルは、上方に駆動され、前記第１駆動力より小さい駆動力である第２駆動力が印可される時、前記レンズバレルは、下方に駆動されることが好ましい。

このとき、前記第１駆動力は、前記第２駆動力より大きいことが好ましい。

前記駆動部は、前記ハウジングの内周面に取り付けられ、電流印可の時電場を発生させるコイル、及び前記コイルと向い合うように前記レンズバレルの外周面に取り付けられ、前記電場と相互作用する磁場を発生させるマグネットを含むことが好ましい。

前記レンズバレルの外周面と前記ハウジングの内周面には、前記ガイドボールを回転可能に支持する収容溝が形成されたことが好ましい。

前記位置検出部は、前記マグネットの位置変化を検知するホールセンサーであることが好ましい。

また、前記ハウジングが上面に付着固定される回路基板に実装されたイメージセンサーの画像信号から前記レンズバレルのフォーカシング目標位置を算出し、前記フォーカシング目標位置と前記位置検出部から検知されたレンズバレルの駆動位置を比べて、前記レンズバレルに印可される電源を制御する制御部をさらに含むことが好ましい。

本発明の特徴及び利点は、添付図面に基づいた以下の詳細な説明からより明らかになるのであろう。

本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び請求範囲に用いられた用語や単語は、通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはいけなく、発明者がその自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって、本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されなければならない。

本発明によれば、駆動部がレンズバレルを上下駆動させる第１及び第２駆動力を提供して、レンズバレルを上下に駆動させ正確なレンズバレルのオートフォーカス機能を遂行することができる。この際、レンズバレルを初期位置に復元させるプレロード（レンズバレルを下降させる駆動力）を提供するプレロード部を別途に具備しないから、電力消耗及びレンズバレルのチルト現象を最小化し、駆動の信頼性を向上させることができる。

また、本発明によれば、プレロード部をとり除くことにより構造及び製作工程を単純化させることができる。

更に、本発明によれば、ダンピング部材がレンズバレルに結合されることにより、レンズバレルの上方または下方に作動時に発生する可能性のある振動を軽減させることができる。

従来技術によるカメラモジュールの断面図である。 図１に示すカメラモジュールの使用状態の断面図である。 図１に示すカメラモジュールのコイルに印可される電流に対するレンズバレルの変位グラフである。 本発明の好ましい実施形態によるカメラモジュールの縦断面図である。 図４に示すカメラモジュールの切開斜視図である。 図４及び図５に示すカメラモジュールの駆動原理を説明するための図である。 図４及び図５に示すカメラモジュールの駆動部に印可される電流とレンズバレルの変位の関係を示すグラフである。 本発明の好ましい実施形態によるダンピング部材がレンズバレル上部に結合された図である。 本発明の他の実施形態によるダンピング部材がレンズバレルの下部に結合された図である。

本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面と以下の詳細な説明および好ましい実施形態によってさらに明らかになろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同じ構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明の説明において、係わる公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要にぼかす可能性があると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。

以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。

図４は、本発明の好ましい実施形態によるカメラモジュールの縦断面図であり、図５は、図４に示すカメラモジュールの一部切開斜視図である。以下、これを参照して本実施形態によるカメラモジュール１００について説明する。

図４及び図５に示すように、本発明の好ましい実施形態によるカメラモジュール１００は、レンズバレル１１０、ハウジング１２０、駆動部１３０、ガイドボール１４０、及び位置検出部１５０を含んで構成される。

また、前記レンズバレル１１０の振動を軽減させるために、図８ａ及び図８ｂに示すように、ダンピング部材１７０ａ、１７０ｂを結合させるダンピング結合部１７０をさらに含んで構成されることができる。

レンズバレル１１０は、レンズＬを介して外部のイメージをカメラモジュールの内部に集めるためのものであり、少なくとも一つのレンズＬが光軸に沿って配列されるように一定の大きさの内部空間を有する中空円筒状のレンズ収容体で構成され、光軸方向に上下駆動しながら焦点距離を調節するようになる。

ここで、レンズバレル１１０は、レンズバレル１１０を収容支持するハウジング１２０の収容空間の内部の任意地点に位置する。このような任意地点に位置したレンズバレル１１０は、駆動部１３０によって光軸方向に上方及び下方に駆動を始めながら焦点距離を合わせるようになる。駆動部１３０は、以下に後述することにする。

レンズバレル１１０は、その内部に配置される複数のレンズの間に一定の大きさの間隔を維持するようにスぺーサー（図示せず）を備え、上部にレンズの中心と一致する一定の大きさの入射孔（図面符号図示せず）が貫通形成される。

また、レンズバレル１１０の外周面の一側には磁場を発生させるマグネット１３２が備えられるが、これについては駆動部１３０に対する説明にて詳しく説明することにする。

更に、レンズバレル１１０の外周面の他側にはガイドボール１４０の少なくとも一部が収容される第１収容溝１１２が形成されることが好ましい（図６参照）。この際、第１収容溝１１２はマグネット１３２が備えられていないレンズバレル１１０の外周面にガイドボール１４０の個数及び配置に対応するように備える。

ダンピング部材１７０ａ、１７０ｂは、レンズバレル１１０が光軸方向の上方と下方に駆動される時、レンズバレル１１０の自体振動または周辺衝撃による振動を減衰させる。ダンピング部材１７０ａ、１７０ｂは、レンズバレル１１０の上部と下部に夫々上部ダンピング部材１７０ａ、下部ダンピング部材１７０ｂが形成されることができる。また、レンズバレル１１０の上部と下部の全部にダンピング部材１７０ａ、１７０ｂが形成されることができることはいうまでもない。

ダンピング結合部１７０は、ダンピング部材１７０ａ、１７０ｂを支持するように、レンズバレル１１０の外周面にダンピング部材１７０ａ、１７０ｂの形状に合うように形成される。ダンピング結合部１７０によりダンピング部材１７０ａ、１７０ｂが支持固定されることによって、レンズバレル１１０の自体振動や周辺衝撃による振動がダンピング部材１７０ａ、１７０ｂによって軽減されることができるのである。

ハウジング１２０は、レンズバレル１１０を収容支持するアセンブリー収容体であり、全体的に正方形の箱状の形態を有し、収容体の中央にレンズバレル１１０の外形に対応される形状の内部孔が貫通形成されて、この内部空間にレンズバレル１１０が収容される。

ここで、ハウジング１２０は、ＵＶ硬化剤のような接着剤によって、中央にイメージセンサー１２６が実装された回路基板１２５の上面に接着固定される。また、ハウジング１２０の内部空間には、レンズバレル１１０か下降する時下部離脱を防止するためのストッパ（ｓｔｏｐｐｅｒ）の役割を遂行する段差部１２４が備えられる。この際、段差部１２４の下部面には、レンズバレル１１０を通して入射される光に含まれた赤外線をフィルタリングしたり、レンズバレル１１０から分離された異物がイメージセンサー１２６側に落下されることを防止するためのＩＲフィルター１２８が取り付けられることが好ましい。

また、ハウジング１２０の内周面には、レンズバレル１１０の外周面に備えられたマグネット１３２と向い合うようにコイル１３４が備えられる。

更に、ハウジング１２０の内周面には、レンズバレル１１０とハウジング１２０の摩擦力を低減させてレンズバレル１１０の垂直移送を助けるためのガイドボール１４０を回転可能に支持するための第２収容溝１２２が形成されることが好ましい。この際、第２収容溝１２２は、コイル１３４が備えられていないハウジング１２０の内周面に第１収容溝１１２に対応するように備えられる。

駆動部１３０は、レンズバレル１１０を上下駆動させる駆動力を生成するためのもので、マグネット１３２とコイル１３４の電磁気力（ローレンツ力）によって、レンズバレル１１０を上下駆動させる。

ここで、駆動部１３０は、レンズバレル１１０を上方に駆動させる第１駆動力Ｆ１とレンズバレル１１０を下方に駆動させる第２駆動力Ｆ２を発生させる（図６参照）。すなわち、本発明では、従来技術の板ばねのようなプレロード部を用いることなく、駆動部１３０によって、レンズバレル１１０を上下駆動させることを特徴とする。この際、プレロード部によって、プレロード（復元力）がないから、レンズバレル１１０を上方に駆動させる第１駆動力Ｆ１がレンズバレル１１０の荷重より大きい時、レンズバレル１１０は、上方に駆動され、従来技術に比べて電力消耗を最小化することができる。一方、レンズバレル１１０を下方に駆動させる第２駆動力Ｆ２は、レンズバレル１１０の荷重ほどの力が下方に発生するから、第１駆動力Ｆ１に比べて小さくてもレンズバレル１１０の下方駆動が可能になる。

この際、駆動部１３０は、例えば、レンズバレル１１０の外周面に備えられるマグネット１３２とこれと向い合うようにハウジング１２０の内周面に備えられるコイル１３４を含んで構成される。この際、ハウジング１２０の内周面には、コイル１３４から発生される電場がマグネット１３２がある方向に誘導するためにヨーク１３６が備えられ、このヨーク１３６にコイル１３４が備えられることが好ましい。一方、マグネット１３２とコイル１３４の位置は、変更可能である。

ガイドボール１４０は、ハウジング１２０に対するレンズバレル１１０の上下駆動を案内するためのもので、レンズバレル１１０とハウジング１２０の間に介され、回転運動によってレンズバレル１１０を案内する。この際、ガイドボール１４０は、レンズバレル１１０とハウジング１２０の接触面積を最小化することで摩擦力を低減させ、レンズバレル１１０の上下駆動を助けるようになる。

ここで、ガイドボール１４０は、その一部分がレンズバレル１１０の第１収容溝１１２に収容された状態で回転可能に支持され、他の部分がハウジング１２０の第２収容溝１２２に収容された状態で回転可能に支持される。この際、ガイドボール１４０は、ハウジング１２０に接触支持されるので、レンズバレル１１０が傾くこと（ｔｉｌｔ）なく、一直線上に駆動されることができるように助ける。

この際、ガイドボール１４０は、マグネット１３２またはコイル１３４が備えられていない、レンズバレル１１０とハウジング１２０の間の空間に介されることが好ましい。また、ガイドボール１４０は、必要によって多数個備えられることができる。

一方、ガイドボール１４０は、回転運動によって摩擦力を低減させながらレンズバレル１１０を案内するためのもので、このような機能を果たすことができる他の手段を含む概念として理解されなければならない。

位置検出部１５０は、レンズバレル１１０の駆動位置を検知するためのもので、例えば、マグネット１３２から発生する磁気力の変化を検知して、レンズバレル１１０の駆動位置を検知するホールセンサーであることが好ましい。

この際、位置検出部１５０は、例えば、ハウジング１２０の内周面に介されたコイル１３４らの間に、すなわちコイル１３４によって取り囲まれた形態で備えられることができる。

図６は、図４及び図５に示したカメラモジュールの駆動原理を説明するための図であり、図７は、図４及び図５に示したカメラモジュールの駆動部に印可される電流とレンズバレルの変位の関係を示すグラフである。以下、これを参照して本発明の好ましい実施形態によるカメラモジュール１００の駆動原理に対して説明する。

図６及び図７に示すように、位置検出部１５０から検知されたレンズバレル１１０の駆動位置は、イメージセンサー１２６の画像信号から算出されたレンズバレル１１０のフォーカシング目標位置と制御部１６０で比較され、制御部１６０は、これからフォーカシング目標位置にレンズバレル１１０が到逹するための駆動変位を算出するようになり、この駆動変位を発生させるために、必要な電源（電流）量を制御してコイル１３４に供給することによって、レンズバレル１１０の駆動変位を制御するようになる。

この際、本発明では、従来技術のようなプレロード部がないから、レンズバレル１１０を上昇させるため、レンズバレル１１０の荷重Ｍより大きい第１駆動力Ｆ１を印可することによって、レンズバレル１１０を上昇駆動させることができるようになる。したがって、図３の従来のカメラモジュールに印可される電流に対するレンズバレル１１０の変位グラフにて初期駆動の際に必要な電流値Ｍ＋Ｋより、図７の本発明による初期駆動に必要な電流値Ｍがもっと小さいので、レンズバレル１１０の初期駆動による電流消費が節減される。また、プレロード部がないからレンズバレル１１０がハウジング１２０の収容空間の内部の任意地点に位置し、駆動部１３０によって駆動を始めるようになる。レンズバレル１１０の初期駆動後には、コイル１３４に供給される電流量とレンズバレル１１０の駆動変位が比例するから、コイル１３４に供給される電流量を制御することによって、レンズバレル１１０を上昇させる第１駆動力Ｆ１と第２駆動力Ｆ２を制御することができるようになる。このように、第１駆動力Ｆ１と第２駆動力Ｆ２によって、レンズバレル１１０の駆動位置を制御することで、正確な位置でレンズバレル１１０のオートフォーカス機能を果たすことができるようになる。

以上、本発明を具体的な実施形態を詳しく説明したが、これは、本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明によるカメラモジュールは、これに限定されるものではなく、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることはいうまでもない。

このような本発明の単純な変形乃至変更などは、本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は、添付の特許請求の範囲により明確になる。

本発明は、電子機器や携帯電話、ＰＤＡなどのような個人携帯端末機に実装されるカメラモジュールに適用可能である。

１１０ レンズバレル
１１２ 第１収容溝
１２０ ハウジング
１２２ 第２収容溝
１２４ 段差部
１２５ 回路基板
１２６ イメージセンサー
１２８ ＩＲフィルター
１３０ 駆動部
１３２ マグネット
１３４ コイル
１３６ ヨーク
１４０ ガイドボール
１５０ 位置検出部
１６０ 制御部
１７０ ダンピング結合部
１７０ａ 上部ダンピング部材
１７０ｂ 下部ダンピング部材

Claims (4)

1. プレロード部が無いカメラモジュールであって、
   外部イメージを集めるためのレンズが内蔵されたレンズバレル；
   前記レンズバレルが収容される収容空間を備えたハウジング；
   前記ハウジングの内周面に取り付けられ電流の印可時に電場を発生させるコイルと、前記コイルと向い合うように前記レンズバレルの外周面に取り付けられ前記電場と相互作用する磁場を発生させるマグネットで、構成され、それらから発生する電磁気力により前記レンズバレルを上方に駆動させる第１駆動力と前記レンズバレルを下方に駆動させる第２駆動力を提供するが、第１駆動力がプレロードと関係せずレンズバレルの荷重より大きいとき、前記レンズバレルが上方に駆動される駆動部；
   前記レンズバレルと前記ハウジングの間に備えられて前記レンズバレルの動きを案内するガイドボール；及び、
   前記レンズバレルの位置を検知する位置検出部；を含み、
   前記レンズバレルが、初期駆動時、前記ハウジングの収容空間内部で位置検出部から検知された任意の地点で前記駆動部により上方又は下方に駆動が始まることを特徴とするカメラモジュール。
2. プレロード部が無いカメラモジュールであって、
   外部イメージを集めるためのレンズが内蔵されたレンズバレル；
   前記レンズバレルが収容される収容空間を備えたハウジング；
   マグネットとコイルで構成され、それらから発生する電磁気力により前記レンズバレルを上方に駆動させる第１駆動力と前記レンズバレルを下方に駆動させる第２駆動力を提供する駆動部；
   前記レンズバレルと前記ハウジングの間に備えられて前記レンズバレルの動きを案内するガイドボール；及び、
   前記レンズバレルの位置を検知する位置検出部；を含み、
   前記レンズバレルが、初期駆動時、前記ハウジングの収容空間内部で位置検出部から検知された任意の地点で前記駆動部により上方又は下方に駆動が始まって、
   前記レンズバレルのマグネットが具備されない位置の外周面と前記ハウジングの対応する内周面には、前記ガイドボールを回転可能に支持する収容溝がそれぞれ形成されたことを特徴とするカメラモジュール。
3. プレロード部が無いカメラモジュールであって、
   外部イメージを集めるためのレンズが内蔵されたレンズバレル；
   前記レンズバレルが収容される収容空間を備えたハウジング；
   マグネットとコイルで構成され、それらから発生する電磁気力により前記レンズバレルを上方に駆動させる第１駆動力と前記レンズバレルを下方に駆動させる第２駆動力を提供する駆動部；
   前記レンズバレルと前記ハウジングの間に備えられて前記レンズバレルの動きを案内するガイドボール；及び、
   前記レンズバレルの位置を検知する位置検出部；を含み、
   前記レンズバレルが、初期駆動時、前記ハウジングの収容空間内部で位置検出部から検知された任意の地点で前記駆動部により上方又は下方に駆動が始まって、
   前記位置検出部は、前記マグネットの位置変化を検知するホールセンサーであることを特徴とするカメラモジュール。
4. プレロード部が無いカメラモジュールであって、
   外部イメージを集めるためのレンズが内蔵されたレンズバレル；
   前記レンズバレルが収容される収容空間を備えたハウジング；
   前記ハウジングの内周面に取り付けられ電流の印可時に電場を発生させるコイルと、前記コイルと向い合うように前記レンズバレルの外周面に取り付けられ前記電場と相互作用する磁場を発生させるマグネットで、構成され、それらから発生する電磁気力により前記レンズバレルを上方に駆動させる第１駆動力と前記レンズバレルを下方に駆動させる第２駆動力を提供する駆動部；
   前記レンズバレルと前記ハウジングの間に備えられて前記レンズバレルの動きを案内するガイドボール；
   前記レンズバレルの位置を検知する位置検出部；及び、
   前記ハウジングが上面に付着固定される回路基板に実装されたイメージセンサーの画像信号から前記レンズバレルのフォーカシング目標位置を算出し、前記フォーカシング目標位置と前記位置検出部から検知されたレンズバレルの駆動位置を比べて、前記コイルに供給される電流量を制御するが、プレロードの影響が無い第１駆動力はレンズバレルの荷重より大きく、第２駆動力は第１駆動力より小さいように制御する制御部；を含み、
   前記レンズバレルが、初期駆動時、前記ハウジングの収容空間内部で前記位置検出部から検知された任意の地点で前記駆動部により上方又は下方に駆動が始まることを特徴とするカメラモジュール。

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