KR100693421B1 - 음성코일모터 방식의 선형 구동기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 음성코일모터 방식의 선형 구동기는 일방 또는 타방으로 선형적으로 움직이는 음성코일모터 방식의 구동부; 상기 구동부와 연결되어 상기 구동부의 구동에 따라 일방 또는 타방으로 선형적으로 움직이는 연결축; 및 상기 연결축의 외주면에 끼워져 형성되고, 이송시킬 대상체와 연결되어 상기 대상체를 선형적으로 이동시키는 이송부를 포함한다.

상기 음성코일모터 방식의 구동부는 코일과, 상기 코일의 상부면에 위치하여 상기 코일에 인가된 전류의 세기 및 방향에 따라 일방 또는 타방으로 왕복 이동하는 자석 및 상기 자석이 일방 또는 타방으로만 이동하도록 자석의 움직임을 구속하는 구동 프레임을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 상기 코일에 서서히 증가 또는 감소하는 파형의 전류를 인가하면 자석 및 연결축이 상대적으로 작은 가속도로 움직이며, 이송부의 관성력은 이송부와 연결축 간의 마찰력보다 작아 상기 이송부는 연결축을 따라 이동이 이루어진다.

또한, 본 발명에서는 상기 코일에 급격히 증가 또는 감소하는 파형의 전류를 인가하면 자석 및 연결축이 상대적으로 큰 가속도로 움직이며, 이송부의 관성력은 상기 가속도에 비례 증가하여 이송부와 연결축 간의 마찰력보다 커져 이송부는 연결축의 급격한 움직임을 따라 이동하지 않고, 그 위치에 머무른다.

이에 따라, 상기 이송부와 연결된 대상체를 선형적으로 이송시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의한 VCM 방식 선형 구동기는 기존의 회전 모터와 기어 및 리드 스크류를 사용한 구동기와 달리 별도의 매커니즘 없이 병진 운동을 구현할 수 있고 소형, 경량화에 적합하므로 다양한 응용이 가능하다. 특히 이를 광학 줌 및 자동 초점 카메라 모듈에 적용할 경우 최소한의 공간을 점유하면서 필요 성능을 충족시킬 수 있어 PDA, 핸드폰 등 다양한 휴대용 기기에 적합할 것으로 기대된다.

음성코일모터, 선형 구동기, 렌즈

Description

음성코일모터 방식의 선형 구동기{Linear Actuator using Voice Coil Motor type Actuation}

도 1은 본 발명에 따른 선형 구동기를 나타내는 사시도이다.

도 2a는 도 1에 나타난 선형 구동기 중 구동부의 일부를 나타내는 사시도이다.

도 2b는 도 1에서의 코일에 전류 인가에 따른 자석이 받는 힘의 방향을 나타내는 도면이다.

도 2c는 도 1에 나타난 선형 구동기의 구동부의 전체 구조를 나타내는 사시도이다.

도 3a는 도 1에 나타난 이송부가 이동하는 경우를 나타내는 개략도이다.

도 3b는 도 1에 나타난 이송부가 이동하지 않는 경우를 나타내는 개략도이다.

도 4a 내지 도 4g는 도 1에 나타난 이송부가 선형 이송되는 과정을 순서대로 나타내는 도면이다.

도 5는 2개의 렌즈군을 사용한 광학 줌과 자동 초점 기능이 적용된 카메라 모듈의 개념도이다.

도 6은 본 발명에 따른 선형 구동기를 카메라의 렌즈에 적용시킨 도면이다.

도 7은 본 발명에 따른 선형 구동기를 2군 렌즈 방식의 카메라에 적용시킨 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: VCM방식 선형 구동기

1a: 제 1렌즈군용 VCM방식 선형 구동기

1b: 제 2렌즈군용 VCM방식 선형 구동기

100: 구동부 110: 코일

120: 자석 130: 구동 프레임

131: 가동대 132a, 132b: 탄성체

133a, 133b: 고정대 200: 이송부

300: 연결축 400: 제 1 렌즈군

410: 제 1 렌즈군 이동방향 420: 연결 부재

500: 제 2 렌즈군 510: 제 2 렌즈군 이동방향

600: 이미지 센서 700: 가이드

본 발명은 음성코일모터(Voice Coil Motor; VCM) 방식을 이용한 선형 구동기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가동되는 부분을 선형적으로 이동할 수 있으면서 코일과 자석 간의 작용력을 이용하는 VCM 방식 선형 구동기에 관한 것이다.

최근 통신 기술 및 디지털 정보 처리 기술의 발전과 더불어 정보 처리 및 연산, 통신, 화상 정보 입출력 등 다양한 기능이 집적된 휴대용 단말기 기술이 새롭게 대두되고 있다.

디지털 카메라와 통신 기능이 장착된 PDA, 디지털 카메라와 PDA 기능이 장착된 핸드폰 등을 그 예로 들 수 있는데, 디지털 카메라 기술 및 정보 저장 능력의 발달로 인하여 높은 사양의 디지털 카메라 모듈(Digital Camera Module)의 장착이 점차 보편화하고 있는 추세이다.

이를 뒷받침하는 제반 기술의 발달로 휴대용 단말기 등에 장착되는 디지털 카메라 모듈에 메가 픽셀(Mega Pixel)급 이미지 센서(Image sensor)가 사용되면서, 자동 초점(Auto Focus) 및 광학 줌(Optical Zoom) 등 부가 기능의 중요성은 더욱 부각되고 있다. 이러한 소형 디지털 카메라 모듈에서 자동 초점 및 광학 줌 기능을 구현하기 위해서는 상대적으로 적은 부피를 차지하면서 빠른 기동 속도, 저전력 소모, 큰 변위 등의 성능을 충족시킬 수 있는 구동기가 필요하다. 특히 광학 줌 기능의 향상에 따른 필요 변위의 증가에 대응할 수 있는 구동기가 요구되는데, 종래의 스테핑 모터(Stepping Motor) 등 회전 운동을 하는 구동기로 리드 스크류(Lead Screw)를 회전시켜 가동부를 선형적으로 이동시키는 경우, 복잡한 매커니즘과 기어부의 마찰 및 소음 등의 단점이 있다. 또한, 스테핑 모터를 이용한 구동기의 경우 그 구조가 복잡하여 저가의 구동기 제작이 어려우며, 소형화하는 데 있어서 크기의 제한이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 음성코일모터(Voice Coil Motor; VCM) 방식의 선형 구동부를 사용하여 이송시킬 대상체를 선형적으로 이동시킬 수 있는 소형, 경량화이면서 별도의 매커니즘 없이 병진운동이 가능한 VCM 방식의 선형 구동기를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 선형 구동기와 광학계의 렌즈와 연결시켜 카메라 모듈의 줌 및 자동 초점 기능을 구현시키는 데 있다.

상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명의 음성코일모터 방식의 선형 구동기는 일방 또는 타방으로 선형적으로 움직이는 음성코일모터 방식의 구동부; 상기 구동부와 연결되어 상기 구동부의 구동에 따라 일방 또는 타방으로 선형적으로 움직이는 연결축; 및 상기 연결축의 외주면에 끼워져 형성되고, 이송시킬 대상체와 연결되어 상기 대상체를 선형적으로 이동시키는 이송부를 포함한다.

상기 음성코일모터 방식의 구동부는 코일과, 상기 코일의 상부면에 위치하여 상기 코일에 인가된 전류의 세기 및 방향에 따라 일방 또는 타방으로 왕복 이동하는 자석 및 상기 자석이 일방 또는 타방으로만 이동하도록 자석의 움직임을 구속하 는 구동 프레임을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 연결축은 상기 이송부와 일정한 마찰력을 가지면서 마찰접촉됨을 특징으로 한다.

상기 구동 프레임은 자석의 외주면을 감싸 자석의 외주면을 감싸 자석의 상하방향으로의 구동을 구속하는 가동대와, 그 일단부가 상기 가동대의 양 측면과 각각 연결되는 탄성체 및 그 일단부가 상기 탄성체의 타단부와 연결되고, 그 타단부는 소정의 고정체에 고정되는 고정부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 상기 코일에 서서히 증가 또는 감소하는 파형의 전류를 인가하면 자석 및 연결축이 상대적으로 작은 가속도로 움직이며, 이송부의 관성력은 이송부와 연결축 간의 마찰력보다 작아 상기 이송부는 연결축을 따라 이동이 이루어진다.

또한, 본 발명에서는 상기 코일에 급격히 증가 또는 감소하는 파형의 전류를 인가하면 자석 및 연결축이 상대적으로 큰 가속도로 움직이며, 이송부의 관성력은 상기 가속도에 비례 증가하여 이송부와 연결축 간의 마찰력보다 커져 이송부는 연결축의 급격한 움직임을 따라 이동하지 않고, 그 위치에 머무른다.

이에 따라, 상기 이송부와 연결된 대상체를 선형적으로 이송시킬 수 있다.

본 발명에서는 상기 이송부를 광학계의 렌즈와 소정의 연결부재로 연결시켜 카메라 모듈의 줌 및 자동 초점 기능을 구현시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 선형 구동기를 나타내는 사시도이며, 도 2a는 도 1에 나타난 선형 구동기 중 구동부의 일부를 나타내는 사시도이다. 또한, 도 2b는 도 1에서의 코일에 전류 인가에 따른 자석이 받는 힘의 방향을 나타내는 도면이며, 도 2c는 도 1에 나타난 선형 구동기의 구동부의 전체 구조를 나타내는 사시도이다.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 선형 구동기의 구조를 살펴보면, 크게 구동부(100), 연결축(300) 및 이송부(200)를 포함하여 이루어진다.

상기 구동부(100)는 일방 또는 타방으로 선형적으로 움직이며, VCM방식을 이용한다. 즉, 상기 구동부(100)는 도 2a 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 코일(110), 자석(120) 및 구동 프레임(130)을 포함하여 이루어진다.

상기 자석(120)은 상기 코일의 상부면에 위치하여 상기 코일에 인가된 전류의 세기 및 방향에 따라 일방 또는 타방으로 왕복 이동한다.

즉, 도 2b에 도시된 바와 같이, 코일(110)에 전류를 흘려 주면 전류의 방향에 따라 자석(120)은 일방(일례로, 도 2b에서의 좌 방향을 가리킴) 또는 타방(일례로, 도 2b에서의 우 방향을 가리킴)으로 힘을 받게 된다.

이 때, 상기 자석(120)은 상/하의 방향으로도 힘을 받게 되는데, 상기 구동 프레임(130)에 의해 상/하 방향으로의 움직임이 구속된다.

즉, 상기 구동 프레임(130)은 상기 자석이 일방 또는 타방으로만 이동하도록 자석의 움직임을 구속한다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 구동 프레임(130)은 자석의 외주면을 감싸 는 가동대(131)와, 그 일단부가 상기 가동대(131)의 양 측면과 연결되는 탄성체(132a)(132b) 및 그 일단부가 상기 탄성체(132a)(132b)의 타단부와 연결되고, 그 타단부는 소정의 고정체(미 도시됨)에 고정되는 고정부(133a)(133b)를 포함하여 이루어진다.

이에 따라, 상기 가동대(131)가 자석(120)에 의해 일방 또는 타방으로 움직이고 나서, 코일에 전류를 인가하지 않으면 상기 탄성체(132a)(132b)에 의해 상기 자석(120) 및 가동대(131)가 원래의 위치로 복원된다.

상기 연결축(300)은 상기 구동부(100)와 연결되어 상기 구동부(100)의 구동에 따라 일방 또는 타방으로 선형적으로 움직인다. 즉, 상기 연결축은 상기 구동부(100)의 구동방향과 같은 방향으로 구동된다.

상기 연결축(300)과 구동부(100) 간 연결은 일체 또는 조립식으로 이루어진다.

상기 이송부(200)는 상기 연결축(300)의 외주면에 끼워져 형성되고, 연결축(300)과 일정한 마찰력을 가지면서 마찰접촉된다.

또한, 상기 이송부(200)는 이송시킬 대상체(미 도시됨)와 연결되어 상기 대상체를 선형적으로 이동시킨다.

상기 대상체의 일례로, 후술하는 카메라 렌즈군이 될 수 있다.

본 발명에서는 구동부 자석(120)의 왕복운동을 이송부의 선형이송으로 변환하는 데 있어서 이송부(200) 자체 질량에 의한 관성력과, 상기 이송부(200)와 연결 축(300) 사이의 접촉 마찰력의 관계를 이용한다.

즉, 상기 이송부(200) 자체 질량에 의한 관성력의 크기는 외부에서 이송부(200)에 가해지는 가속도의 크기에 비례하고, 상기 관성력의 방향은 외부에서 가해지는 힘의 방향에 맞서는 방향을 가지므로 상기 이송부 관성력의 크기는 외부에서 가해주는 가속도의 크기에 의해 조절 가능하다.

이를, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 3a는 도 1에 나타난 이송부가 이동하는 경우를 나타내는 개략도이며, 도 3b는 도 1에 나타난 이송부가 이동하지 않는 경우를 나타내는 개략도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 이송부를 이동시키기 위해서는 먼저, 구동부 코일(110)에 서서히 증가하는 파형의 전류를 인가시킨다. 그러면 상기 자석(120) 및 상기 자석(120)에 연결된 연결축(300)이 상대적으로 작은 가속도(11)를 가지고 서서히 움직이며, 이 때, 상기 이송부의 관성력(21)은 이송부(200)와 연결축(30) 간의 마찰력(31)보다 작아 상기 이송부(20)는 연결축(30)을 따라 이동한다.

이와 반대로 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 이송부를 그(현재) 위치에 머물도록 하기 위해서는 먼저, 구동부 코일(110)에 급격히 증가하는 파형의 전류를 인가시킨다. 그러면 상기 구동부 자석(120) 및 상기 자석(120)에 연결된 연결축(300)이 상대적으로 큰 가속도(12)를 가지고 급격하게 움직이며, 이 때 이송부의 관성력(22)은 상기 가속도에 비례하여 증가하며, 상기 관성력(22)이 이송부(200)와 연결축(300) 간의 마찰력(31)보다 커지면 이송부(20)는 연결축(300)의 급격한 움직임을 따라 이동하지 않고, 기존(현재) 위치에 머무른다.

본 발명에서는 상기 두 가지 상황을 번갈아 반복시킴으로써 구동부 자석의 왕복운동은 이송부의 선형이송으로 변환된다. 이에 대한 상세한 설명은 다음 도 4a 내지 도 4g 설명부분에서 이루어진다.

도 4a 내지 도 4g는 도 1에 나타난 이송부가 선형 이송되는 과정을 순서대로 나타내는 도면이다.

먼저, 본 발명에서는 도 4a와 같은 상태에서 도 4b와 같이 작은 가속도(11)를 가지고 구동부 자석(120)을 서서히 우측으로 이동시키면 이송부(200)는 연결축(300)을 따라 우측으로 이동한다.

상기 도 4b와 같은 상태에서 도 4c와 같이 큰 가속도(12)를 가지고 구동부 자석(120)을 급격하게 좌측으로 이동시키면 이송부(200)에 작용하는 강한 관성력에 의해 이송부(200)는 도 4b에서와 동일한 위치를 유지한 채, 구동부 자석(120) 및 연결축(300)만 도 4a의 위치로 복귀한다. 이러한 과정을 반복함으로써 이송부(200)는 지속적으로 선형 이송{도 4a -> 도 4b(도 4c) -> 도 4d(도 4e)-> 도 4f(도 4g)이 가능하다.

상기에서 이송의 방향을 바꾸려면 구동부 자석(120)이 서서히 움직이는 방향과 급격히 움직이는 방향을 바꿔준다.

도 5는 2개의 렌즈군을 사용한 광학 줌과 자동 초점 기능이 적용된 카메라 모듈의 개념도이다.

도 5에서 광학 줌 기능을 구현하기 위해 제 1 렌즈군(400)이 소정의 위치로 이동하면, 제 2 렌즈군(500)은 제 1 렌즈군(400)의 위치에 의해 결정되는 소정의 위치로 이동하여 이미지 센서(image sensor)(600)에 화상이 결상된다. 일반적으로 2군 렌즈 방식의 광학 줌 카메라 모듈에서 제 1 렌즈군(400)은 상대적으로 큰 변위를 필요로 하며, 제 2 렌즈군(500)은 빠른 기동을 필요로 한다.

도 6은 본 발명에 따른 선형 구동기를 카메라의 렌즈에 적용시킨 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 VCM 방식 선형 구동기(1)는 광학계의 종류와 무관하게 렌즈 구동기로 사용 가능하다.

즉, 본 발명의 선형 구동기를 소정의 연결 부재(420)를 이용하여 광학계의 렌즈와 연결시키면 상기 렌즈군(400)을 원하는 방향(410)으로 선형 이송시킬 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 선형 구동기를 2군 렌즈 방식의 카메라에 적용시킨 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 제 1 렌즈군(400)과 제 2 렌즈군(500)이 각각 VCM 방식 선형 구동기(1a, 1b)에 의해 구동되며, 2개의 VCM 방식 선형 구동기는 각각 독립된 패키지를 사용(도 7에 도시됨)하거나 하나의 패키지 안에 집적시킬 수도 있다.

본 발명에서는 상기 렌즈군의 초기 및 이동시 정렬(alignment)을 위해 별도 의 가이드(700) 구조물을 사용하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

이상과 같이, 본 발명에 의한 VCM 방식 선형 구동기는 기존의 회전 모터와 기어 및 리드 스크류를 사용한 구동기와 달리 별도의 매커니즘 없이 병진 운동을 구현할 수 있고 소형, 경량화에 적합하므로 다양한 응용이 가능하다. 특히 이를 광학 줌 및 자동 초점 카메라 모듈에 적용할 경우 최소한의 공간을 점유하면서 필요 성능을 충족시킬 수 있어 PDA, 핸드폰 등 다양한 휴대용 기기에 적합할 것으로 기대된다.

Claims (7)

1. 일방 또는 타방으로 선형적으로 움직이는 음성코일모터 방식의 구동부; 상기 구동부와 연결되어 상기 구동부의 구동에 따라 일방 또는 타방으로 선형적으로 움직이는 연결축; 및 상기 연결축의 외주면에 끼워져 형성되고, 이송시킬 대상체와 연결되어 상기 대상체를 선형적으로 이동시키는 이송부를 포함하는 음성코일모터 방식의 선형 구동기.
2. 제 1항에 있어서, 음성코일모터 방식의 구동부는 코일과, 상기 코일의 상부면에 위치하여 상기 코일에 인가된 전류의 세기 및 방향에 따라 일방 또는 타방으로 왕복 이동하는 자석 및 상기 자석이 일방 또는 타방으로만 이동하도록 자석의 움직임을 구속하는 구동 프레임을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음성코일모터 방식의 선형 구동기.
3. 제 1항에 있어서, 연결축은 이송부와 일정한 마찰력을 가지면서 마찰접촉됨을 특징으로 하는 음성코일모터 방식의 선형 구동기.
4. 제 2항에 있어서, 구동 프레임은 자석의 외주면을 감싸 자석의 상하방향으로의 구동을 구속하는 가동대와, 그 일단부가 상기 가동대의 양 측면과 각각 연결되는 탄성체 및 그 일단부가 상기 탄성체의 타단부와 연결되고, 그 타단부는 소정의 고정체에 고정되는 고정부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음성코일모터 방식의 선형 구동기.
5. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 이송부는 상기 코일에 인가되는 파형의 전류의 증가속도에 따라서, 상기 이송부의 관성력이 상기 이송부와 상기 연결축 간의 마찰력보다 작을 경우에는 상기 연결축을 따라 이동되는 것을 특징으로 하는 음성코일모터 방식의 선형 구동기.
6. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 이송부는 상기 코일에 인가되는 파형의 전류의 증가속도에 따라서, 상기 이송부의 관성력이 상기 이송부와 상기 연결축 간의 마찰력보다 클 경우에는 현재 위치가 유지되는 것을 특징으로 하는 음성코일모터 방식의 선형 구동기.
7. 제 1 항에 있어서, 이송부는 광학계의 렌즈와 소정의 연결부재로 연결되는 것을 특징으로 하는 음성코일모터 방식의 선형 구동기.

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