KR100684041B1 - 선형 렌즈 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 렌즈의 선형구동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휴대폰의 카메라 모듈에 사용되는 렌즈를 보다 원활하게 구동하기 위한 렌즈의 선형 구동장치로서, 렌즈와; 상기 렌즈를 내측에 수용하는 경통과; 상기 렌즈와 경통을 연결하며, 상기 렌즈의 구동범위 내 중간영역을 초기위치로 하여 광축 방향으로 변형하도록 렌즈와 결합된 평형스프링과; 상기 렌즈를 구동하기 위한 자장을 형성하는 영구자석 및 구동 코일과; 렌즈의 배율을 조절하기 위한 키 입력부와; 상기 키 입력부로부터 인가되는 신호에 따라 컨트롤 신호를 발생시키는 제어IC와; 상기 제어IC와 연결되어 구동전압을 발생시키는 D/A 컨버터와; 상기 D/A 컨버터에서 구동코일에 공급되는 전압의 극성을 제어IC의 컨트롤 신호에 따라 변경시키도록 배열된 4개의 FET(Field Effect Transistor)로 이루어져 있다.

VCM, 배율조절, 극성변환, 평형스프링

Description

선형 렌즈 구동장치{Linear Lens Actuator}

도 1은 본 발명의 렌즈구동장치의 단면도.

도 2는 본 발명의 렌즈구동장치의 회로도.

도 3은 렌즈의 위치와 전압의 관계도.

도 4는 구동전압의 극성에 따른 일례를 나타낸 설명도.

도 5는 구동전압의 극성에 따른 또 다른 예를 나타낸 설명도.

도 6은 평형스프링의 평면도.

{도면의 주요부분에 대한 부호설명}

10 : 렌즈 20 : 경통 30 : 평형스프링

40 : 영구자석 50 : 구동코일 60 : 제어IC

70 : D/A컨버터 80 : FET

본 발명은 렌즈의 선형구동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휴대폰의 카메라 모듈에 사용되는 렌즈를 보다 원활하게 구동하기 위한 렌즈의 선형 구동장치이다.

일반적으로 휴대폰의 카메라 모듈은 초점 조절이나 줌 조절을 위하여 렌즈 또는 렌즈군을 광축방향으로 이송시킬 필요가 있는데, 이러한 렌즈의 이동을 위하여는 주로 보이스 코일 모터(VCM, Voice Coil Motor)와 같은 선형구동장치를 많이 사용하게 된다. 통상 이러한 선형구동장치의 설계 시에는 렌즈의 가동범위 중 한쪽 끝을 초기위치로 결정하고, VCM에 전류를 가하여 그 초기 위치로부터 원하는 위치까지 렌즈를 이동시키게 된다.

전압의 극성(전류의 흐름방향 )에 따라 구동방향이 결정되는 VCM에 의해 광축 방향 전후로 렌즈를 구동하는 것은 광 디스크 장치와 같이 구동원으로부터 (-)전압을 공급받는 기기에서는 간단하게 해결되지만, 휴대폰과 같이 소형화가 필수인 기기에 있어서는 별도의 (-)전압을 구동원에서 공급하지 않기 때문에 상기와 같은 구동방식을 채택하고 있는 실정이다.

따라서 통상 1배율 줌 위치로 결정되는 초기 위치로부터 설정된 최대 배율위치까지 렌즈를 이동시키기 위해서는 큰 전압이 요구되기도 한다. 또한 접사기능과 같이 렌즈를 피사체로부터 후퇴시켜야 하는 경우에는 별도의 접사모드로 카메라를 조작하여 설정한 후 전압을 공급하게 되는 번거러움이 있었다.

또한 VCM의 구동형태가 한쪽 끝으로 결정된 초기 구동위치에서 다른 쪽 끝인 최대 구동위치까지 구동하기 때문에, VCM 구동위치를 결정하는 필수 구성요소인 평형 스프링(Gimbal Spring)의 변형거리도 VCM의 구동거리 만큼 변형되어야 한다. 따라서 초점 조절에 비해 렌즈의 이동거리가 많이 요구되는 배율 조절이 필요한 카메라 모듈의 경우에는, 변형거리가 큰 평형 스프링을 선택하기가 매우 곤란하였으며, 평형스프링의 형태에 따라 배율이 한정되는 단점이 있었다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 (-)전압이 별도로 공급되지 않는 휴대폰의 카메라 모듈에 있어, VCM을 초기위치에서 전후 방향으로 자유롭게 선형적으로 이동시킬 수 있는 선형렌즈구동장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 일 방향의 변형범위가 VCM의 가동범위보다 작은 평형스프링을 사용하여도 렌즈를 자유롭게 이동시킬 수 있는 선형렌즈 구동장치를 제공하는 것을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 것으로,

본 발명의 선형렌즈구동장치는,

렌즈(10)와;

상기 렌즈를 내측에 수용하는 경통(20)과;

상기 렌즈(10)와 경통(20)을 연결하며, 상기 렌즈(10)의 구동범위 내 중간영역에 상기 렌즈(10)가 위치하는 곳을 초기위치로 하여 광축 방향으로 상기 렌즈(10)가 이동하도록 지지하는 평형스프링(30)과;

상기 렌즈(10)를 구동하기 위한 자장을 형성하기 위해, 상기 렌즈(10)와 결합되어 설치되는 영구자석(40) 및 상기 경통(20) 외부에 설치된 구동 코일(50), 또는 상기 경통의 외부에 설치된 영구자석 및 상기 렌즈와 결합되어 설치된 구동코일과;

사용자가 조작가능한 위치에 배율을 조절하기 위해 배치된 키 입력부와;

상기 키 입력부로 부터 인가되는 신호에 따라 컨트롤 신호를 발생시키는 제어IC(60)와;

상기 제어IC(60)와 연결되어 구동전압을 발생시키는 D/A 컨버터(70)와;

상기 D/A 컨버터에서 구동코일에 공급되는 전압의 극성을 제어IC의 컨트롤 신호에 따라 변경시키도록 배열된 4개의 FET(80, Field Effect Transistor)로 이루어 진다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1(a)에는 본 발명의 렌즈구동장치의 일부로, 배율조절을 위한 렌즈(10)와;, 상기 렌즈(10)를 내측에 수용하는 경통(20)과; 상기 렌즈(10)와 경통(20)을 연결하며, 상기 렌즈(10)의 구동범위 내 중간영역에 렌즈가 위치하는 곳을 초기위치로 하여 광축 방향으로 상기 렌즈(10)가 이동하도록 지지하는 평형스프링(30) 과; 상기 렌즈(10)와 결합하여 연동되는 영구자석(40)과, 경통(20) 외부에 설치된 구동코일(30)이 도시되어 있다.

도 6에는 본 발명에 사용되는 평형스프링의 형상을 표시하였다. 그러나 본 발 명에 사용되는 평형스프링이 이러한 형상에 한정되는 것은 아니다.

도1(a)과 같은 구성과 달리 구동코일이 렌즈와 결합되고, 영구자석은 경통외부에 배치하는 것도 가능하다. 구동코일(30)과 영구자석(40)은 상호 작용하여 렌즈군을 구동시킬 수 있는 자력을 발생시키고, 발생한 자력은 평형스프링(30)의 탄성력과 평형을 이루는 위치에 렌즈가 정지할 수 있도록 하는 것이다.

렌즈(10)는 그 구동범위 내 중간영역을 초기 위치로 하고 있기 때문에, 광축 방향을 기준으로 피사체에 가깝게 또는 멀게 이동될 수 있게 된다.

본 발명에서는 렌즈의 초기위치를 1.5배율, 피사체에서 멀어지는 최대의 위치를 1배율(도 1(b)), 피사체에 가까워 지는 최대의 위치를 2배율 위치(도 1(c))로 설명한다.

따라서 초기 위치가 1배율인 위치이며 최대 배율이 2배율인 종래의 렌즈구동장치에서는 평형스프링의 변형거리가 클 것이 요구되며, 큰 변형거리를 갖는 평형스프링을 적절히 선택하는 것에 어려움이 많았으나, 본 발명의 구성에 의햐면 평형스프링의 변형거리가 종래에 비해 절반 정도이더라도 평형스프링이 전후로 변형되어 동일한 배율의 조절이 가능하게 되는 것이다.

도2는 본 발명의 구동코일에 전압을 공급하며 전압의 극성을 변경시킬 수 있는 회로를 도시한 것으로, 렌즈의 배율을 조절하기 위한 키 입력부와; 상기 키 입력부로부터 인가되는 신호에 따라 상기 구동코일로 공급되는 전압의 극성을 변화시키기 위한 컨트롤 신호를 발생시키는 제어IC(60)와; 상기 제어IC(60)와 연결되어 구동전압을 발생시키는 D/A 컨버터(70)와; 구동코일에 공급하기 위한 전압의 극성 을 상기 제어IC의 컨트롤 신호에 따라 변경시키도록 배열된 4개의 FET(80)가 도시되어 있다.

제어IC(60)와 D/A컨버터(70)는 하나의 IC로 형성될 수 있고, 상기 4개의 FET(80)를 더 포함하여 하나의 IC로 구성될 수 있는 것이다.

도 3은 렌즈를 원하는 위치에 이동시키기 위해 구동코일에 공급해야 하는 전압과 제어IC에서 출력되는 전압을 나타낸 것이다. 도 3에 나타낸 것은 초기위치가 1.5배율 줌이며 D/A컨버터에서 발생되는 출력전압은 0볼트이며, 1배율 및 2배율 줌을 위한 출력전압은 모두 1 볼트에 위치하고 있지만, 구동코일에 공급해야 하는 전압은 1배율 줌의 경우 1볼트. 2배율 줌의 경우에는 -1볼트가 되어야 한다. 따라서 D/A컨버터에서 발생되는 출력전압의 극성을 적절히 변경시킬 수 있어야 하는 것이다.

휴대폰의 카메라 기능을 시작하게 되면, 본 발명의 카메라 모듈의 렌즈는 1배율의 위치로 이동하게 된다.

1배율 줌 위치로 렌즈를 이동시키기 위해서는 구동코일에 전압을 공급하여야 하는데, 본 발명에서는 피사체에서 렌즈가 멀어지도록 하기 위해서는 정상 극성의 신호를 공급하는 형태로 구성되어 있다.

전압을 공급하기 위하여는 도 2의 제어 IC의 컨트롤 신호 출력단에서 발생되는 컨트롤 신호를 각 FET에 전송하고 각 FET가 전송받은 컨트롤 신호에 따라 회로의 경로를 연결(open)하거나 차단(short)하도록 하여 하면 가능하다.

아래 표 1에는 코일에 공급되는 전압의 극성을 조절하기 위해 도 2의 제어 IC 에서 발생되는 컨트롤 신호와 컨트롤 신호의 출력단과 연결된 각 FET의 상태를 표시한 것이다.

표 1. 제어IC의 컨트롤 신호 및 신호에 따른 FET의 상태

	반전된 극성		정상 극성
	컨트롤 신호	상태	컨트롤 신호	상태
CNTRL-0	High	Short	Low	Open
CNTRL-1	Low	Open	High	Short
CNTRL-2	High	Short	Low	Open
CNTRL-3	Low	Open	High	Short

상기 표 1은 본 발명의 일 실시예에 한정된 것에 불과하고, 구동코일의 권선방향 및 배치위치 등에 따라 달라질 수 있는 것이나, 이러한 사항은 당업자라면 용이하게 변경할 수 있는 것이다.

휴대폰의 카메라 기능을 시작함에 따라 1배율 줌 위치로 렌즈를 이동시키기 위해서는 제어IC는 각 컨트롤 신호 출력단(CNTRL-0~3)에 표 1에 나타낸 바와 같이 각각 high, low, high, low신호를 출력하는 한편, 1볼트의 전압이 D/A컨버터 로부터 발생되도록 명령을 내리게 된다.

이에 따라 컨트롤 신호 출력단과 각기 연결된 FET는 컨트롤 신호에 따라 연결되거나 차단되어, 도 4에 굵은 실선으로 표시한 경로를 통하여 구동코일에 공급되며, 전압을 공급받는 구동코일은 자력을 발생시키고 이러한 자력에 의해 영구자석과 결합된 렌즈를 구동하게 되는 것이다.

사용자는 자신이 원하는 배율로 카메라를 조절하게 되는데, 이 때는 통상 휴대 폰에 확대나 축소를 위해 설정된 키 입력부(도시하지 않음.)를 누르게 되는 것이다. 통상 이러한 키 입력부는 T(확대) 와 W(축소)로 표시되는 확대 키와 축소 키로 구성된다. 확대 키를 눌러 피사체를 확대하게 되면, 제어 IC는 각 키의 누른 횟수나 시간을 합산하여 사용자가 원하는 배율을 결정할 수 있게 되며, 그러한 배율을 나타낼 수 있는 위치로 렌즈를 이동시키면 되는 것이다.

만일 사용자가 확대 키를 계속 눌러 1.5배율 이상을 원하게 되면, 제어 IC는 표 1에 나타낸 바와 같이 반전 극성의 전압을 공급할 수 있도록 컨트롤 신호의 상태를 바꾸게 되는데, 이러한 컨트롤 신호의 변경에 의해 각 FET 또한 연결되거나 차단되는 상태가 변경되게 된다. 반전 극성의 전압이 공급되게 할 경우의 상태를 도 5에 나타내었다.

제어 IC는 확대 키나 축소 키를 누른 횟수 또는 시간을 합산하고 있기 때문에, 렌즈를 전후로 자유자재로 구동할 수 있도록 전압을 공급할 수 있게 되는 것이다.

또한 동일한 구동코일을 사용하는 종래의 카메라 모듈에서는 2배율의 위치까지 렌즈를 이동하기 위해서는 2볼트의 전압이 필요하다면, 본 발명에서는 그 절반에 불과한 1 볼트로도 극성을 변화시킴에 따라 동일한 배율의 조절이 가능하다.

본 발명은 (-)전압이 별도로 공급되지 않는 휴대폰의 카메라 모듈에 있어, VCM을 초기위치에서 전후 방향으로 자유롭게 선형적으로 이동시킬 수 있으며, 이동에 필요한 전압을 낮게 할 수 있다.

또한 평형스프링의 선택범위가 넓어져, 높은 배율의 카메라 모듈의 설계가 보다 용이해지는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 렌즈와;

   상기 렌즈를 내측에 수용하는 경통과;

   상기 렌즈와 경통을 연결하며, 상기 렌즈의 구동범위 내 중간영역에 상기 렌즈가 위치하는 곳을 초기위치로 하여 광축 방향으로 상기 렌즈가 이동하도록 지지하는 평형스프링과;

   상기 렌즈를 구동하기 위한 자장을 형성하기 위해, 상기 렌즈와 결합되어 설치되는 영구자석 및 상기 경통 외부에 설치된 구동 코일, 또는 상기 경통의 외부에 설치된 영구자석 및 상기 렌즈와 결합되어 설치된 구동코일과;

   사용자가 조작가능한 위치에 배율을 조절하기 위해 배치된 키 입력부와;

   상기 키 입력부로부터 인가되는 신호에 따라 컨트롤 신호를 발생시키는 제어IC와;

   상기 제어IC와 연결되어 구동전압을 발생시키는 D/A 컨버터와;

   상기 D/A 컨버터에서 구동코일에 공급되는 전압의 극성을 제어IC의 컨트롤 신호에 따라 변경시키도록 배열된 4개의 FET를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 선형 렌즈 구동장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제어 IC와 D/A컨버터가 하나의 IC로 형성된 것을 특징으로 하는 선형 렌즈 구동장치.

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