KR100683538B1

KR100683538B1 - 음성 코일 모듈

Info

Publication number: KR100683538B1
Application number: KR1020060007210A
Authority: KR
Inventors: 이병수
Original assignee: (주)실리콘화일
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-02-15
Also published as: WO2007086659A1; US7663824B2; US20080304154A1

Abstract

본 발명은 VCM(Voice coil module)에서 렌즈의 위치를 유지하는 동안 전력 소모 없이 렌즈를 고정시키는 장치와 현재 렌즈의 위치를 측정하는 장치에 관한 것으로, 렌즈가 부착되어 렌즈와 수직 방향으로 이동 가능한 경통, 상기 경통의 좌우 측면에서 상기 경통을 고정시킬 수 있는 경통 고정핀, 상기 경통을 내부 중앙에 포함하는 케이스, 상기 경통의 하단에서 케이스에 부착되는 제1 스프링, 상기 경통 고정핀과 케이스의 내측면 사이에 결합되는 제2 스프링, 및 상기 케이스의 외부, 그리고 상기 경통 고정핀의 연장선상에 부착된 상기 경통 고정핀 구동용 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 VCM은 초점을 맞춘 상태에서 렌즈의 특정 위치를 유지하기 위하여 별도의 전력 소모가 필요하지 않으며, 촬상 중에 발생할 수 있는 진동 등에 의한 렌즈의 흔들림이나 광축의 틀어짐이 발생하지 않으며, 렌즈의 현재 위치를 측정하여 렌즈의 정밀 제어가 가능하다.

VCM, 고정, 진동 방지, 변위 측정

Description

음성 코일 모듈{Voice coil module}

도 1은 일반적인 VCM의 구조를 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 의한 VCM의 일실시예에 따른 렌즈 고정 장치를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 의한 VCM의 다른 일실시예에 따른 렌즈 고정 장치를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명에 의한 VCM의 렌즈 이동 변위 측정 장치를 나타내는 도면.

도 5는 본 발명에 의한 VCM의 렌즈 고정 장치와 렌즈 이동 변위 측정 장치를 나타내는 도면.

도 6은 경통 고정 핀이 없는 경우와 있는 경우의 전류를 비교한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110, 210, 310, 410, 510: 렌즈

120, 220, 320, 420, 520: 수직 이동이 가능한 경통

130, 230, 330, 430, 530: 케이스

140, 540: 경통 구동용 코일

240, 340, 560: 경통 고정 핀 구동용 코일

440, 460: 경통 위치 측정용 코일

250, 350, 570: 경통 고정 핀

150, 260, 290, 390, 450: 스프링

160, 550: 영구자석

170: 경통 구동용 전극

본 발명은 음성 코일 모듈(Voice Coil Module, 이하 VCM이라 한다)에 관한 것으로, 더 상세하게는 전력 소모의 방지와 제어를 위한 렌즈의 고정과 변위 측정에 관한 VCM에 관한 것이다.

일반적으로 VCM은 영구자석과 코일로 이루어지며, 코일에 흐르는 전류에 의하여 발생하는 유도 자기장과 영구자석에서 발생하는 자기장 사이의 인력 혹은 척력과 스프링의 힘에 의하여 렌즈의 위치를 변화시켜주는 장치이다.

VCM은 간단한 구조와 저렴한 제조비용 등의 장점 때문에 소형의 이미지 센서에서의 자동 초점 장치의 구동 장치에 주로 사용된다. 이 밖에 자동 초점 장치에 사용되는 구동 장치는 스테핑 모터를 사용하는 경우와 초음파 모터를 사용하는 경우가 있다.

스테핑 모터를 소형으로 제작하는 것은 고가의 비용과 고난이도의 기술을 필요로 하므로 소형의 자동 초점 장치의 구동은 주로 고가의 초음파 모터나 VCM이 사용된다.

도 1은 일반적인 VCM의 구조를 나타내는 것이다.

렌즈(110)는 상하의 운동이 가능한 경통(120)에 고정되고, 경통(120)에는 입력 전류에 따라 자기장을 발생시키는 코일(140)이 배치된다. 또한 경통은 케이스(130)와 스프링(150)으로 연결되며, 케이스(130)에는 영구자석(160)이 고정된다. 코일(140)에 전류를 입력하기 위한 입력단(170)에 전류(180)를 방향과 크기를 바꾸어가며 입력시키면 경통(120)은 영구자석(160)과 전자석(140) 사이의 자기력과 스프링의 힘 사이의 평형 점으로 이동한다.

따라서 입력 전류의 크기와 방향에 따라 경통(120)의 변위(190)가 조절된다. 이런 구조의 VCM은 렌즈(110)가 일정한 위치를 유지하기 위하여 일정한 크기와 방향을 갖는 전류를 지속적으로 흘려주어야 하므로 많은 전력의 손실을 가져온다.

즉, VCM은 초음파 모터에 비하여 저렴하고 구동이 간단하며, 구조가 간단하여 소형으로 제작이 가능하지만, 종래의 VCM은 렌즈가 일정한 위치에 고정되기 위하여 구동 코일에 일정한 전류를 계속 흘려주어야 하므로 초음파 모터 등에 비하여 전력 손실이 크게 된다. 이러한 전력의 손실은 배터리를 사용하는 소형의 제품에서 VCM의 상용화를 제한하는 중요한 요인이다.

또한, 종래의 VCM은 VCM에서 제어를 하는 동안 제어가 정확히 이루어졌는지의 여부와 현재의 위치를 측정하는 방법이 제공되지 못하여 정밀한 제어가 어렵고 오동작을 방지할 수 없는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, VCM에서 렌즈를 고정한 상태의 전력 손실을 방지하고, 촬상 중에 생길 수 있는 미세한 진동에 따라 발생하는 렌즈의 진동이나 광축의 틀어짐을 방지하여 흐린 이미지를 얻는 것을 방지하며, VCM의 동작에 따른 현재의 변위를 측정하여 정밀한 제어가 가능하고 오동작을 방지할 수 있도록 하는 VCM을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 이기 위한 본 발명에 따른 VCM은 렌즈와 수직 방향으로 이동 가능한 경통; 상기 경통을 고정할 수 있는 경통 고정 핀; 및 상기 경통을 내부 중앙에 포함하는 케이스; 상기 경통의 하단에서 케이스에 부착되는 제1 스프링; 및 상기 경통 고정핀과 케이스의 내측면 사이에서 결합되는 제2 스프링;을 포함하고, 상기 경통 고정 핀과 상기 제2 스프링에 의해 상기 경통이 고정되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 VCM은 상기 경통에 고정되어 있는 제1 위치 측정용 코일; 및 상기 케이스 외부에 고정되어 있는 제2 위치 측정용 코일;을 포함하고, 상기 제1 코일 또는 제2 코일중의 어느 하나에 흐르는 교류 전류와 다른 코일에 유도된 전압에 의하여 경통의 위치가 측정되는 것을 특징으로 한다.

이하에서 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 의한 VCM의 일실시예에 따른 렌즈 고정 장치를 나타내는 것으로서, 렌즈(210), 경통(220), 케이스(230), 경통 고정 핀(250), 경통 고정 핀 (250)을 구동하기 위한 코일(240), 경통을 지지하는 제1 스프링(290), 제2 스프링(260)으로 구성된다.

렌즈(210)와 수직의 이동이 가능한 경통(220)은 케이스(230)에 고정되어 있는 제2 스프링(260)의 힘에 의하여 경통 고정 핀(250)에 잡힌다. 경통 고정 핀(250)은 상자성체 또는 강자성체이며, 케이스(230)와 직접 연결(280), 그리고 케이스(230)와 스프링(260)에 의해 연결되어 수평 방향으로만 이동할 수 있도록 고정된다. 따라서 경통(220)과 렌즈(210)는 전력의 소모 없이 경통 고정 핀(250)과 스프링(260)에 의하여 고정된다.

렌즈(210)를 이동할 필요가 있는 경우에는 케이스에 고정되는 코일(240)과 코일에 전류를 흘리는 전류 입력단(270)을 사용하며, 이동 동작은 다음과 같다.

전류 입력단(270)에서 케이스(230)에 고정된 코일(240)에 전류를 흘림으로서 발생하는 자기장에 의하여 경통 고정 핀(250)은 코일(240) 방향으로 끌려오게 된다. 따라서 경통은 자유로운 상태가 되며, 경통은 도1에서와 같이 경통 구동 코일(140)에 흐르는 전류에 의하여 발생하는 자기장과 영구자석(160) 사이의 인력 혹은 척력과, 경통을 지지하는 제1 스프링(290)의 힘에 의하여 상하로 이동하게 된다.

도 3은 본 발명의 의한 VCM의 다른 일실시예에 따른 렌즈 고정 장치를 나타내는 것으로, 경통(320), 케이스(330), 강자성체 이거나 상자성체이며 탄성이 있는 경통 고정 핀(350), 소정의 지지부(360)로 구성된다.

렌즈(310)와 수직의 이동이 가능한 경통(320)은 케이스(330)에 고정되어 있는 경통 고정 핀(350)에 잡힌다. 경통 고정 핀(350)은 탄성을 가지는 상자성체 또 는 강자성체이며, 소정의 지지부(360)에 의해 고정되어 있다.

따라서 경통(320)과 렌즈(310)는 전력의 소모 없이 경통 고정 핀(350)에 의하여 고정된다.

렌즈(310)의 이동 동작은 도 2의 경통 고정핀(250)과 연결된 제2 스프링(260)이 탄성을 갖는 단일한 고정핀(350)으로 대체된 것 이외에는 도 2에서 설명한 것과 동일하다.

도 4는 본 발명에 의한 VCM의 렌즈 이동 변위 측정 장치를 나타내는 것으로, 현재의 렌즈의 위치 측정이 불가하여 제어가 정확히 이루어지고 있는지 판단하지 못하여 오동작을 일으킬 수 있는 VCM에서의 단점을 해결하기 위한 장치의 예를 나타낸 것이다.

렌즈(410)는 수직이동이 가능한 경통(420)에 고정되고, 경통(420)은 스프링(450)에 의하여 케이스(430)와 연결된다. 또한 경통(420)에 고정되어 경통과 같이 이동하는 코일(440)과 케이스(430)에 고정된 코일(460)을 구비하고 각각의 코일은 전류 입력단(470)과 전압 출력단(480)을 갖는다.

경통(420)의 변위(490)의 측정은 경통에 고정된 코일(440)에 일정한 크기를 갖는 교류 전류를 흘려주고 케이스에 고정된 코일(460)에 유도되는 전압을 측정하는 방식으로 이루어진다.

구동 코일(140)에 흐르는 전류와 영구자석(160)의하여 경통(420)의 위치(490)가 변화하는 경우 마주보고 있는 두 코일(440,460) 사이에 겹치는 면적이 변화하게 된다. 두 코일(440,460)이 고정된 폭을 가지고 있다면 겹치는 면적은 서로 겹치는 길이(495)에 비례하게 된다.

따라서 케이스에 고정된 코일(460)에 유도되는 전압은 두 코일(440,460)이 겹치는 길이(495)에 비례하게 된다. 따라서 측정된 전압의 크기로부터 두 코일이 겹치는 길이(495)를 측정 할 수 있으며, 이로부터 제어가 정확히 이루어졌는지 판단할 수 있다.

여기에서 전류 입력 코일(440)과 전압 출력 코일(460)의 배치는 서로 바뀔 수 있다. 또한 전류 입력 코일은 VCM의 구동 코일을 사용할 수 있다. 즉, VCM의 구동 코일(140)에 구동을 위한 DC전류 이외에 고주파수를 갖고 미소한 진폭을 갖는 AC전류를 흘려줌으로써 전압 출력 코일에 겹치는 길이(495)에 비례하는 전압을 유도시킬 수 있다.

도 5는 본 발명에 의한 VCM의 렌즈 고정 장치와 렌즈 이동 변위 측정 장치를 나타내는 것이다.

렌즈(510)와 경통 구동용 코일(540)은 경통(520)에 고정되며, 케이스(530)에는 영구자석(550)과 경통 고정 핀(570)을 구동하기 위한 코일(560), 위치 측정을 위한 전압 출력 코일(580)이 고정되며, 경통 고정 핀(570)의 끝단은 케이스에 고정된다.

경통 고정 핀 구동 코일(560)에 전류가 흐르는 동안 VCM 구동 코일(540)에 흐르는 직류 전류에 의하여 경통(520)의 위치가 변화하게 되며, 경통 구동용 코일(540)에 흐르는 고주파수를 갖는 미소한 교류 전류에 의하여 전압 출력 코일(580)에 유도되는 전압의 크기로부터 경통(520)의 현재 위치를 측정할 수 있다.

도 6은 경통 고정 핀이 없는 경우와 있는 경우의 전류를 비교한 것이다.

경통 고정 핀이 없는 경우(610)에서 정해진 위치까지 이동한 이후, 위치를 고정하기 위하여 구동단에 일정한 전류를 지속적으로 가해주어야 한다. 이에 비하여 경통 고정 핀이 있는 경우 구동단에 가해지는 전류(620)는 고정 핀에 가해지는 전류(630)와 거의 같은 시간에 끊을 수 있게 되어 전력의 손실이 줄어들게 된다.

본 발명에 따른 VCM은 렌즈를 일정한 위치에 고정시키는 경우의 전력 손실이 발생하지 않고 촬상 중에 발생할 수 있는 렌즈의 진동과 광축의 틀어짐을 방지하여 전력 소모가 적고 흔들림에 의한 영상의 흐려짐을 방지할 수 있으며, 현재의 렌즈의 위치를 측정함으로써 렌즈의 제어를 정확히 할 수 있으며, 오동작을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Claims

영구자석과 코일에 흐르는 전류에 의하여 발생한 자기장 사이의 인력 혹은 척력을 이용하여 렌즈가 부착된 경통의 위치를 조절하는 음성 코일 모듈(Voice coil Module, 이하 VCM이라 한다)에 있어서,

렌즈가 부착되어 렌즈와 수직 방향으로 이동 가능한 경통;

상기 경통의 좌우 측면에서 상기 경통을 고정시킬 수 있는 경통 고정핀;

상기 경통을 내부 중앙에 포함하는 케이스;

상기 경통의 하단에서 케이스에 부착되는 제1 스프링;

상기 경통 고정핀과 케이스의 내측면 사이에 결합되는 제2 스프링; 및

상기 케이스의 외부, 그리고 상기 경통 고정핀의 연장선상에 부착된 상기 경통 고정핀 구동용 코일;을 포함하는 것을 특징으로 하는 VCM.
제1항에 있어서,

상기 경통의 외부에 부착된 제1 위치 측정용 코일;

상기 케이스 외부에서 상기 경통 고정핀 구동용 코일과 직각 방향에 부착된 제2 위치 측정용 코일;

상기 제1 코일 또는 제2 코일중 어느 하나에 전류를 인가하는 전류 입력단; 및

상기 제1 코일 또는 제2 코일 중 전류 입력단 이외의 코일에 연결되는 위치 측정용 전압 출력단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 VCM.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 경통 고정 핀은 강자성체 또는 상자성체인 것을 특징으로 하는 VCM.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 경통 고정 핀은 일부분이 강자성체 또는 상자성체인 것을 특징으로 하는 VCM.
제2항에 있어서,

상기 전류 입력단과 연결된 코일은 경통 구동용 코일로도 사용되는 것을 특징으로 하는 VCM.