KR100703588B1

KR100703588B1 - 자동 초점 렌즈 조립체

Info

Publication number: KR100703588B1
Application number: KR1020060053704A
Authority: KR
Inventors: 윤영곤
Original assignee: 주식회사 디오스텍; 윤영곤
Priority date: 2006-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2007-04-09

Abstract

본 발명에서는 이미지 센서에 피사체가 촬상될 수 있도록 다수의 렌즈를 수용하는 렌즈 배럴을 구비하고 있으며, 다수의 렌즈 중에서 제 1 렌즈의 외경을 기준으로 상기 렌즈 조립체를 구동시키기 위한 마그네트 또는 코일의 내경이 상기 제 1 렌즈의 외경보다 작은 것을 특징으로 하는 자동 초점 렌즈 조립체 및 이들 렌즈 조립체를 수용하고 있는 자동 초점 조절 장치를 개시하고 있다. 본 발명에 따른 렌즈 조립체의 경우에 그 크기를 최소화할 수 있으므로 모바일 단말기 등에 적용할 수 있을 뿐 아니라 소비전력의 감소 효과를 얻을 수 있다.

광학계, 모바일 단말기, 카메라 모듈, 렌즈 조립체, 포커싱, VCM

Description

자동 초점 렌즈 조립체{Auto-focusing Lens Assembly}

도 1은 종래 모바일 통신기기에 적용되었던 카메라 모듈을 구성하는 자동 초점 조절 장치를 개략적으로 도시한 단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 렌즈 조립체의 개략적인 분해 사시도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 렌즈 조립체를 내부에 수용하는 자동 초점 조절 장치의 개략적인 단면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 초점 렌즈 조립체를 내부에 수용하는 자동 초점 조절 장치의 개략적인 단면도.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동 초점 렌즈 조립체의 개략적인 분해 사시도.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동 초점 렌즈 조립체를 수용하는 자동 초점 초점 장치의 개략적인 단면도.

도 7은 도 6에 도시된 자동 초점 조절 장치의 사용 상태를 도시한 개략적인 단면도.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동 초점 렌즈 조립체를 수용하는 자동 초점 장치의 개략적인 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100, 200 : 렌즈 조립체 101, 201 : 렌즈 군

102, 202 : 제 1 렌즈 104, 204 : 제 2 렌즈

106, 206 : 제 3 렌즈 110, 210 : 렌즈 배럴

112, 212 : 제 1 직경부 114, 214 : 제 2 직경부

216 : 제 3 직경부 120, 220 : 마그네트

122, 222 : 제 1요크 124, 224 : 제 2 요크

130, 230 : 코일 142, 242 : 제 1 탄성수단

144, 244 : 제 2 탄성수단 160, 260 : 하우징

162, 262 : 이미지 센서 170, 270 : 베이스

본 발명은 자동 초점 렌즈 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유도 자기력을 이용하여 카메라 모듈 내에 설치되는 자동 초점 렌즈 조립체에 관한 것이다.

종래 카메라의 초점을 자동으로 조절하기 위한 장치에는 기어 등을 통하여 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환시키는 기계식 장치가 사용되었다. 그러나 이와 같은 기계식 장치의 경우에는 기어와 모터 사이의 마찰력 등으로 인하여 초점을 미세하게 조절하기 곤란하고 각 기계 장치가 차지하는 공간 문제 등으로 인하여 소형화하기 곤란하였다.

이에 최근에는 영구자석 및 코일의 유도자기력을 이용하여 정밀하게 초점을 맞추는 카메라의 자동 초점 조절 장치와 같은 카메라 모듈이 개발되어, 다기능화, 소형화, 경량화를 요구하고 있는 휴대폰, PDA 등의 모바일 통신기기 등에 적용되고 있다. 도 1은 종래 모바일 통신기기에 채택된 자동 초점 렌즈 조립체를 수용하고 있는 초점 조절 장치의 개략적인 단면도이다.

도시되어 있는 것과 같이, 종래 모바일 통신기기에 사용되고 있는 자동 초점 조절 장치는 렌즈군(12)을 내부에 수용할 수 있도록 상단이 중공(14)되어 있는 렌즈 어셈블리(10)를 포함하고 있으며, 상기 렌즈 어셈블리(10)의 외경보다 큰 내경을 가지도록 중공되어 있으며, 일례로 상단이 N극, 하단이 S극을 설정된 마그네트(20), 요크(22), 및 코일(30)이 렌즈 어셈블리(10)의 외주변을 따라 배열되고, 렌즈 어셈블리(10)의 상단과 하단에 각각 판스프링(42, 44)이 구비되어 상하 왕복운동을 반복하는 렌즈 어셈블리(10)-코일(20)과, 고정되어 있는 마그네트(20)-요크(22) 사이를 체결하도록 구성되어 있다. 한편, 이와 같은 모바일 단말기 등에 사용되는 카메라 모듈의 자동 초점 조절 장치에서는 CCD, CMOS와 같은 고해상도 이미 지 센서(미도시)가 렌즈 어셈블리(10)의 하단에 구비되어 있다.

특히 소형화되는 카메라 모듈의 광학계에서는 우선적으로 피사체를 선명하게 보기 위하여 렌즈와 이미지 센서 사이의 거리를 조정하거나 렌즈의 곡률을 변화시켜 피사체를 이미지 센서에 선명하게 결상시키는 포커싱(focusing) 기능이 요청되고 있는데, 도시된 것과 같이 포커싱 기능을 위해서 통상적으로 렌즈 광학계는 1개 이상, 통상적으로는 다수의 렌즈 군으로 구성되는데, 그 다수의 렌즈 군들을 이동시켜 이미지 센서와의 상대적인 거리를 조정하여 포커싱을 구현한다. 따라서 카메라 모듈이 포커싱 기능을 제공하기 위해서는 하나 이상의 렌즈 군이 광축을 중심으로 이동할 수 있는 구조를 가져야 한다.

다시 말하면, 포커싱 기능을 구현하는 데 있어서는 피사체의 위치에 따라 이미지 센서에 결상되는 피사체의 상의 위치가 바뀌게 되는데, 즉 피사체와 렌즈와의 거리에 따라서 상이 형성되는 위치가 바뀌는데, 이를 이미지 센서에 선명한 상을 구현하기 위해서는 1개 이상의 렌즈 군이 서로 상대적으로 이동하는 구조를 갖는다. 이와 같이 1군 이상으로 구성된 렌즈에 있어서 포커싱 기능을 실현하기 위해서는 별도의 구동원, 예컨대 매뉴얼, 스텝 모터, 압전 소자, 음성 코일 모터(Voice Coil Motor, VCM) 등이 요청되고 있으며, 특히 VCM이 널리 이용되고 있다. VCM 방식을 이용한 자동 초점 조절 장치의 경우에는 일반적으로 자력을 발생시키는 마그네트(20)와 전류가 공급되는 코일(30)을 대향적으로 배치하여 전류와 자기장의 수직으로 발생하는 로렌츠 힘을 이용하여 렌즈의 위치를 이동시켜 렌즈 어셈블리(10) 를 구동시킨다.

그런데, 최근 모바일 통신기기에 채택되는 카메라 모듈에서는 CCD, CMOS와 같은 고해상도 이미지 센서가 제품화되고 있으며, 이에 대응하는 렌즈의 초소형화 및 고정밀화 경향으로 인하여 카메라 모듈의 렌즈 어셈블리 또한 소형화가 요구되고 있다. 그런데, 이와 같은 소형화, 경량화, 저가격 요건을 충족시키기 위하여 카메라 모듈을 제작하는 경우, 일반적으로 렌즈 군과 케이스의 결합이 단일 결합 핀 등으로 체결되기 때문에 포커싱 및/또는 줌 기능을 수행하기 위한 렌즈 군의 구동이 안정적이지 못하고 구성 부품들의 취약성으로 인하여 충격에 약한 단점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 예를 들어 대한민국등록특허 제550907호에서는 압전구동기의 구동력에 의하여 광축을 중심으로 회전하는 회전판이 구비되어 있는 구동부가 포함되어 있는 카메라 모듈의 렌즈 이송장치가 제안되었으며, 대한민국등록특허 제490253호에서는 구동부에 결합된 코일의 양 끝단에 전류를 공급하기 위한 커넥터 및 터미널 등을 구비하고 있는 자동 초점 조절 장치를 제안하고 있고, 대한민국등록특허 제499238호에서는 렌즈 스토퍼 및 이에 고정된 코일 및 서스펜션 수단 등을 구비하고 있는 카메라 장치를 개시하고 있다.

그러나, 종래에 개발되었던 카메라 모듈 내에 수용되는 자동 초점 조절 장치의 경우, 다수의 렌즈 군을 수용하고 있는 렌즈 배럴이 동일한 직경을 가지도록 원 통형으로 구성되고, 렌즈 배럴의 외주변으로 코일 또는 마그네트와 같은 구동원이 배치되기 때문에, 자동 초점 조절 장치 및 그 내부에 수용된 렌즈 어셈블리의 직경에 구동원의 직경이 더해질 수밖에 없어 소형화에 장애가 되고 있을 뿐 아니라, 소비전력 면에 있어서도 효율성에 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 일 목적은 구동원과 렌즈 어셈블리의 일체화를 통하여 그 크기를 소형화하여 포커싱을 안정적이고 정밀하게 구현할 수 있는 자동 초점 렌즈 조립체를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 그 크기를 소형화함으로써 모바일 통신기기 등에 효율적인 공간 활용이 가능하고, 소비전력을 극소화할 수 있는 자동 초점 렌즈 조립체를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 후술하는 발명의 구성 및 첨부한 도면을 통하여 보다 분명해질 것이다.

상기와 같은 목적을 갖는 본 발명의 일 관점에 따르면, 이미지 센서에 피사체가 촬상될 수 있도록 광축을 따라 이동가능한 다수의 포커싱 렌즈를 수용하는 렌즈 배럴을 갖는 자동 초점 렌즈 조립체로서, 제 1 렌즈를 기준으로 상기 렌즈 조립체를 구동시키기 위한 마그네트 또는 코일의 내경이 상기 제 1 렌즈의 외경보다 작은 것을 특징으로 하는 자동 초점 렌즈 조립체를 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 렌즈 배럴의 상단 직경과 하단 직경이 상이하도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 자동 초점 렌즈 조립체의 상기 렌즈 배럴은 제 1 직경부와, 상기 제 1 직경부에 비하여 직경이 큰 제 2 직경부를 가지며, 상기 제 1 직경부의 외주면에 인접하여 상기 마그네트와 코일이 권취되어 있는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 상기 렌즈 배럴은 제 1 직경부와, 상기 제 1 직경부에 비하여 직경이 큰 제 2 직경부를 가지며, 상기 제 1 직경부의 외주면을 따라 상기 코일이 권취되어 있으며, 상기 제 2 직경부의 수직면과 평행하게 상기 마그네트가 측설될 수 있다.

다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 렌즈 배럴은 제 1 직경부와, 상기 제 1 직경부에 비하여 직경이 큰 제 2 직경부와, 상기 제 2 직경부에 비하여 직경이 큰 제 3 직경부를 가지며, 상기 제 1 직경부의 외주면을 따라 상기 마그네트가 권취되어 있으며, 상기 제 2 직경부의 외주면을 따라 상기 코일이 권취되어 있는 것을 특징으로 한다.

특히, 본 발명에 따른 자동 초점 렌즈 조립체를 구성하는 상기 렌즈 배럴의 상단과 하단에 각각 체결되는 탄성수단을 더욱 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 상술한 자동 초점 렌즈 조립체와; 상기 렌즈 조립체를 수용하는 하우징과; 상기 하우징의 하단 내측에 형성된 이미지 센서와; 상기 이미지 센서의 하단에 형성된 베이스를 포함하는 자동 초점 조절 장치를 제공한다.

이하, 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자동 초점 렌즈 조립체의 분해 사시도이고, 도 3은 그 개략적인 단면도이다. 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 렌즈 조립체(100)는 내부에 그 직경이 다른 하나 이상의 렌즈를 구비하고 있는 렌즈 군(101)을 수용할 수 있도록 상단에 중공부(111)를 갖는 렌즈 배럴(110)의 외주변으로 각각 내경이 상이하도록 중공되어 있는 형상의 마그네트(120), 요크(122, 124), 코일(130)의 구동부가 포함되어 있다. 한편, 상기 렌즈 배럴(110)의 상단과 하단에는 각각 제 1 탄성수단(142) 및 제 2 탄성수단(144)이 체결되어 있다.

본 실시예에 따른 렌즈 조립체(100)를 구성하는 상기 렌즈 배럴(100)에는 적어도 하나 이상의 렌즈 및/또는 렌즈 군(101)이 내부에 수용되는데, 설명의 편의를 위하여 상기 렌즈 군(101)은 3개의 렌즈(102, 104, 106)로 구성되는 것으로 도시하였으나, 이는 어디까지나 예시에 불과한 것이다. 본 실시예에 따라 렌즈 군(101)을 구성하는 다수의 렌즈는 각 렌즈의 광축이 일치하도록 렌즈 배럴(110)에 수용, 조립된다. 또한, 도면으로는 도시하지 않았으나, 렌즈 군(101)을 내부에 수용하고 있 는 상기 렌즈 배럴(100)의 적어도 하단 외주면에는 그 외측에 측설되는 하우징(160)의 내주면에 형성된 나사산과 맞물리도록 나사산이 형성될 수 있다.

종래 개발된 렌즈 조립체를 구성하는 렌즈 배럴(110)은 전체적으로 원통 형태를 가지고 있었는데 비하여, 본 실시예에서는 단순한 원통 형태가 아니라 그 상단과 하단의 직경이 상이하도록 구성되어 있음을 알 수 있다. 즉, 도 3의 단면도에서 볼 수 있는 것과 같이, 본 실시예에 따른 렌즈 배럴(110)은 대략 중간 높이를 경계로 하여 상단의 제 1 직경부(112)와 상기 제 1 직경부(112)에 비하여 직경이 큰 하단의 제 2 직경부(114)가 형성된다. 이에 따라, 서로 상이한 직경을 가지는 다수의 렌즈로 구성되는 렌즈 군(101)은 렌즈 배럴(110)의 내부에 종래 방식과는 다른 방식으로 수용, 조립된다. 즉, 본 실시예에 따르면 렌즈 군(101)에는 외경과 내경이 다른 렌즈에 비하여 크게 형성된 제 1 렌즈(102)와, 상기 제 1 렌즈(102)와 비교하여 외경과 내경이 작도록 구성되는 제 2 렌즈(104), 제 3 렌즈(106)를 포함하고 있다. 본 실시예에 따르면 상기 제 2 렌즈(104)와 제 3 렌즈(106)는 곡률과 폭 등에 있어서 차이가 있으나, 그 내경과 외경은 실질적으로 동일하도록 구성된다. 한편, 도시하지는 않았으나, 상기 렌즈 배럴(110)의 상단 내주면으로는 제 3 렌즈(106) 주변부 상단을 덮을 수 있는 형상의 차광판(미도시)이 형성되어 렌즈 군(201)의 광선 투과 영역과 비투과 영역을 구분할 수 있도록 구성된다.

이와 같은 구성을 갖는 렌즈 군(101)의 배열 내지 조립을 살펴보면, 상기 제 1 렌즈(102)는 렌즈 배럴(110)의 하단에 형성된 제 2 직경부(114)의 내주면으로 수용되는데 비하여, 상기 제 2 렌즈(104)/제 3 렌즈(106)는 렌즈 배럴(100) 상단의 직경이 협소한 제 1 직경부(112)의 내주면으로 각각 수용, 조립된다. 한편, 상기 제 1 렌즈(102)의 상단 주변부와 제 2 직경부(114)의 내주면 상단 사이에는 예를 들어 스페이서(140)가 개재될 수 있으며, 제 2 직경부(114)의 하단 내주면과 제 1 렌즈(102)의 하단 주변부 사이에는 지지부(150)가 형성되어 제 1 렌즈(102)와 렌즈 배럴(110) 사이를 체결하도록 구성된다. 또한, 상기 제 1 직경부(112)의 내주면으로 리브(152)가 측설되어, 상기 제 2 렌즈(104)와 상기 제 3 렌즈(106) 주변부 사이로 개재됨으로써, 제 3 렌즈(106)를 지지할 수 있도록 구성된다. 특히, 본 실시예에 따라 상단과 하단의 직경이 상이하도록 형성되는 상기 렌즈 배럴(110)은 금속 재질로 제조되는 것이 바람직한데, 예를 들어 프레스 성형 등을 이용하여 일체로 제작될 수 있다.

한편, 본 실시예에 따르면, 하나 이상의 렌즈 군(100)을 수용하고 있는 렌즈 배럴(110)의 상단 제 1 직경부(112)의 외측으로 렌즈 조립체를 구동시키기 위한 구동원으로서, 각각 다른 내경을 가지도록 중공된 형상의 마그네트(120), 요크(122, 124) 및 코일(130)이 측설된다.

본 실시예에 따른 상기 마그네트(120)는 VCM 방식에서 사용되는 영구자석 등을 사용할 수 있는데, 바람직하게는 그 내주면은 렌즈 배럴(110) 상단의 제 1 직경 부(112)의 외주면에 인접하여 위치하는 요크(122)의 하단 외주면과 접촉하고, 그 외주면은 하우징(160)의 내측면과 접하도록 구성된다. 바람직한 실시예에 따르면, 도면에 도시된 것과 같이 마그네트(120)는 상단이 N극 하단이 S극의 극성을 가지도록 배치된다. 특히, 바람직하게는 제 1 요크(122)와 접촉하는 마그네트(120)의 내주면이 렌즈 배럴(110) 하단의 제 2 직경부(114)의 내주면에 비하여 안쪽에 형성되도록 하여, 마그네트(120)의 내경은 제 2 직경부(114)의 내주면에 수용, 조립된 제 1 렌즈(102)의 외경보다 작게 구성될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면 비록 마그네트(120)의 외경은 렌즈 배럴(110)의 제 2 직경부(114)의 외경에 비하여 커질 수 있으나, 그 내경은 제 2 직경부(114)의 내경에 비하여 작도록 구성되기 때문에, 종래 카메라 모듈의 자동 초점 조절 장치의 경우 렌즈 배럴의 직경에 마그네트의 내외경의 폭이 더해지는 것에 비하여 그 크기를 감소시킬 수 있다. 본 실시예에 따라 사용되는 마그네트(120)는 바람직하게는 일정한 중공을 갖는 원판 형태의 오-링 형상을 갖는다.

한편, 본 실시예에 따르면 상기 마그네트(120)의 주변으로 자성체인 요크(122, 124)가 배열되는데, 상기 요크(122, 124)는 마그네트(120)의 상단에 구비되어, 마그네트(120)로 부터 발생되는 자력선의 흐름을 일정 방향, 예컨대 본 실시예에 따른 렌즈 조립체의 횡축 방향으로만 흐르도록 하는 것이다. 이를 위하여, 상기 마그네트(120)의 주변으로 제 1 요크(122)와 제 2 요크(124)를 배치하여 마그네트(120)의 각 극성으로부터 형성되는 자속을 제어할 수 있도록 구성되는 것이 바람 직하다. 즉, 바람직한 실시예에 따르면, 제 1 요크(122)는 그 외경이 마그네트(120)의 내경보다 작아 마그네트(120)의 중공부로 삽입될 수 있는 하단부와, 그 외경이 마그네트(120)의 외경과 실질적으로 동일한 상단부로 구성되어 그 하단부의 외주면이 마그네트(120)의 내주면에 접하며, 상단부의 저면이 마그네트의 상면에 접촉하도록 구성되며, 제 2 요크(124)는 마그네트(120)의 외경과 실질적으로 동일한 외경을 가지면서 마그네트(120)의 외측 하단에 인접하도록 구성된다. 본 실시예에 따라 구성되는 요크(122, 124)는 바람직하게는 마그네트(120)에 대응되도록 중공이 형성된 오-링 형상을 갖는다.

또한, 본 실시예에 따른 코일(130)은 렌즈 배럴(110)의 제 2 직경부(114)의 상단에 배치됨과 동시에, 렌즈 배럴(110) 상단에 형성된 제 1 직경부(112)의 외주면을 따라 권취된다. 본 실시예에 따른 코일(130) 역시 중공된 형상을 갖는 전체적으로 원판 형태의 오-링 형상을 가지는데, 도시된 것과 같이 그 내주면이 렌즈 배럴(110)에 형성된 제 2 직경부(114)의 내주면보다 안쪽에 위치하도록 배치함으로써, 코일(130)의 내경 또한 제 1 렌즈(102)의 외경보다 작도록 구성하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 상기 코일(130)은 예를 들어 그 선경이 약 0.05 ㎜, 저항은 약 22 Ω, turn 수는 약 130 회 정도 권취되어 있을 수 있다.

본 실시예에 따라 렌즈 배럴(110) 상단의 제 1 직경부(112)에 인접하여 권취되는 마그네트(120) 및 코일(130)에 따른 유도자기력에 의하여 렌즈 배럴(110) 및 그 내부에 수용, 조립된 렌즈 군(100) 역시 광축 방향으로 직선 운동을 하게 된다. 즉, 본 실시예에 따라 렌즈 배럴(110)의 외주면을 따라 권취된 코일(130)에 전류가 인가되면, 상기 코일(130)과 대향적으로 형성된 마그네트(120)에 의하여 형성된 자기장에서 코일(130)의 유도자기력이 로렌츠 힘으로 작용하여 렌즈 배럴(110)의 광축 방향으로의 직선 운동을 유발한다. 이에 따라, 본 실시예에 다른 코일(130)은 마그네트(120)로부터 형성되는 자력선의 흐름방향을 변경하는 역할을 수행한다.

한편, 본 실시예에 따른 상기 렌즈 배럴(110)의 상단에는 제 1 탄성수단(142)이, 그 하단에는 제 2 탄성수단(144)이 체결되어 있다. 상기 렌즈 배럴(110) 상단에 형성된 제 1 탄성수단(142)과 그 하단에 형성된 상기 제 2 탄성수단(144)은 다수의 렌즈가 내부에 수용되어 있는 렌즈 배럴(110)에 연결되어 이를 탄성적으로 가압하기 위한 것으로서, 상술한 구동원의 직선 운동에 의하여 렌즈 배럴(110)이 이동할 경우에 원래의 위치로 돌아올 수 있도록 하는 적당한 탄성 계수를 갖는 것이라면 특별한 종류로 한정되는 것은 아니지만 당업계에서 통상적으로 사용되는 스프링, 예를 들면 판스프링을 사용하는 것이 바람직하다. 도시된 것과 같이, 제 1 탄성수단(142)은 렌즈 배럴(110)의 상단부와, 제 2 탄성수단(144)은 렌즈 배럴(110)의 하단부와 직접 체결하도록 구성될 수 있다. 한편, 제 2 탄성수단(144)의 경우, 그 내경을 렌즈 배럴(110)의 제 2 직경부(114)의 외경보다 크게 구성하여 렌즈 배럴(110)의 외주면을 따라 삽입한 후, 결합핀, 볼트 등의 별도의 체결 수단을 렌즈 배럴(110)의 외주면 하단에 구비하고, 그 체결 수단이 제 2 탄 성수단(144)에 형성된 결합홀을 관통하는 방식을 통하여 체결되도록 구성할 수 도 있다.

이상과 같은 형태를 갖는 본 실시예에 따르면, 그 직경이 상이하도록 구성된 렌즈 배럴(110) 중에서 상단의 제 1 직경부(112)의 외주면을 따라 렌즈 배럴(110)을 구동시킬 수 있는 구동원인 마그네트(120)와 코일(130)을 배치하여, 다른 렌즈에 비하여 직경이 크며, 렌즈 배럴(110)의 제 2 직경부(114)의 내주면에 수용, 조립되는 제 1 렌즈(102)의 외경보다 작은 내경을 가지는 구동원을 배치할 수 있다. 즉, 종래 모바일용 카메라 모듈에 채택된 자동 초점 조절 장치의 경우에는 실질적으로 동일한 직경을 갖는 다수의 렌즈 군을 내부에 수용하는 렌즈 배럴의 외주변을 따라 구동원을 배치하였기 때문에, 그와 같은 자동 초점 조절 장치는 최소한 렌즈 배럴의 외경에 구동원의 내외경 사이의 폭이 더해진 크기를 가질 수밖에 없었으나, 본 실시예에서는 실질적으로 렌즈 배럴의 외주변 정도로 그 크기를 감소시킬 수 있게 된다.

한편, 상기에서 도시한 것과 다른 배치를 갖는 렌즈 조립체가 가능한데, 도 4는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 마그네트가 가이드로서 기능할 수 있는 렌즈 조립체의 개략적인 단면도이다. 도 4에서 도시하고 있는 구성 중에서 도 2 내지 도 3에서 설명한 부분과 중복된 부분에 대해서는 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도시된 것과 같이, 본 실시예에 따라 적어도 하나의 렌즈가 다른 렌즈와 비교하여 폭이 다른 하나 이상의 렌즈 군(100)을 내부에 수용하는 렌즈 배럴(110) 하단의 제 2 직경부(114)의 외주면에 인접하여 광축 방향과 평행하게 마그네트(120)가 측설되어 있으며, 마그네트(120)의 하단 외주면에 하우징(160)이 체결되어 있다. 이를 위하여, 상기 마그네트(120)의 외주면과 이에 접하는 하우징(160)의 내주면에는 각각 대응되는 나사산(124, 161)이 형성될 수 있다. 한편, 도 3에 도시한 것과 유사하게 코일(130)이 렌즈 배럴(120)의 제 1 직경부(112)의 외주면을 따라 권취되어 있는데, 바람직하게는 코일(130)의 외주면과 마그네트(120)의 내주면 사이로는 오일-웨이(oil-way, 132)를 구비하여 슬라이딩이 용이하도록 구성될 수 있다. 이때, 제 1 직경부(112)의 외주면을 따라 권취되는 코일(130)의 내주면은 렌즈 배럴(110) 하단의 제 2 직경부(114)의 내주면에 비하여 안쪽에 위치하도록 구성하여, 코일(130)의 내경이 렌즈 배럴(110) 하단의 제 2 직경부(114)의 내주면에 수용되는 제 1 렌즈(102)의 외경보다 작아지게 되어 전체적인 렌즈 조립체(100)의 소형화가 가능하게 된다.

한편, 상기 하우징(160)의 하단 내주면에는 그 상단으로부터 각각 커버 글라스(164), 이미지 센서(162)가 구비되어 있는데, 상기 이미지 센서(162)는 하우징(160)의 하단에 구비된 베이스(170)에 의하여 지지되어 고정된다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 렌즈 조립체를 통과한 피사체의 영상이 커버 글라스(164)를 거쳐 이미지 센서(162)로 전달되면, 전기적인 신호로 변환되고, 카메라 모듈 본체에 구비 된 제어부로 전송되어 포커싱이 수행되고, 이 과정에서 렌즈 배럴(110)이 광축을 따라 전후 방향으로 움직일 수 있게 되는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

한편, 상술한 실시예에 따르면 렌즈 배럴의 상단과 하단의 직경이 대략 중간 높이를 기준으로 상이하도록 구성되는데, 이와 달리 렌즈 배럴의 직경이 보다 다양하게 상이한 형상을 갖는 자동 초점 렌즈 조립체를 형성할 수 있는데, 도 5는 그 일례로서 렌즈 배럴의 직경이 3부분에 있어서 상이한 렌즈 조립체의 개략적인 분해 사시도이고, 도 6은 도 5의 렌즈 조립체를 수용하고 있는 자동 초점 조절 장치의 개략적인 단면도이다. 상술한 실시예와 동일한 구성에 대해서는 도면 부호를 달리하였을 뿐이고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 렌즈 조립체(200)는 내부에 직경이 상이한 하나 이상의 렌즈가 구비되어 있는 렌즈 군(201)을 수용할 수 있도록 상단에 중공부(211)를 가지는 렌즈 배럴(210)은 3개의 서로 다른 직경을 가지도록 형성되어 있으며, 그 상단과 하단에는 각각 제 1 탄성수단(242) 및 제 2 탄성수단(244)이 체결되어 있다.

본 실시예에 따른 렌즈 배럴(210)은 상단의 제 1 직경부(212)와, 중앙의 제 2 직경부(214)와, 하단의 제 3 직경부(216)를 형성하고 있으며, 제 1 직경부(212)의 내주면으로는 렌즈 군(201) 중에서 가장 직경이 작은 제 3 렌즈(206)가, 제 3 직경부(216)의 내주면으로는 렌즈 군(201) 중에서 가장 직경이 큰 제 1 렌즈(202)가, 제 2 직경부(214)의 내주면으로는 제 1 렌즈(202)와 제 3 렌즈(206) 사이의 직경을 가지는 제 2 렌즈(204)가 수용, 조립된다.

한편, 상기 제 3 렌즈(206)가 그 내주면에 수용, 조립되는 제 1 직경부(212)의 외주면에 인접하여, 바람직하게는 오-링 형태의 마그네트(220)가 배치되어 있는데, 마그네트(220)는 예컨대 상단의 내경이 다른 영역에 비하여 크도록 구성되는 제 1 요크(222)의 상단 내주면에 안치될 수 있도록 배치된다. 또한, 상기 제 2 렌즈(204)가 그 내주면에 수용, 조립되는 제 2 직경부(214)의 외주면을 따라서는 바람직하게는 오-링 형태의 코일(230)이 권취되어 있다. 더욱이, 제 3 직경부(216)의 내주면 하단과 제 1 렌즈(202)의 하단 주변부 사이에는 지지부(250)가 개재되어 있으며, 상기 제 2 렌즈(204)와 상기 제 3 렌즈(206)의 주변부 사이에는 제 1 직경부(212)의 내주면에 연결된 제 1 리브(252)가, 상기 제 1 렌즈(202)와 상기 제 2 렌즈(204)의 주변부 사이로는 제 2 직경부(214)와 제 3 직경부(216) 사이의 내주면에 연결된 제 2 리브(254)가 각각 개재되어 각각의 렌즈가 렌즈 배럴(210) 내에 안정적으로 조립, 배열될 수 있도록 구성된다. 한편, 도시하지는 않았으나, 상기 렌즈 배럴(210)의 상단 내주면으로는 제 3 렌즈(206) 주변부 상단을 덮을 수 있는 형상의 차광판(미도시)이 형성되어 렌즈 군(201)의 광선 투과 영역과 비투과 영역을 구분할 수 있도록 구성된다.

특히 제 3 직경부(216)의 외주면에 인접하여 광축 방향과 평행하도록 중공된 형태의 제 1 요크(222)가 측설되고, 상기 제 1 요크(222)의 외주면에 하우징(206)이 예를 들어 나사산 결합 등을 통하여 체결된다. 본 실시예에 따른 자동 초점 렌즈 조립체(200)의 최외곽에 형성되는 상기 제 1 요크(222)는 마그네트(220)의 자력을 제어하기 위한 것으로서, 마그네트(220)의 외주면으로 반드시 요크가 구성될 필요는 없으며, 렌즈 배럴(210)을 구동시킬 수 있을 정도의 자력을 구비할 수 있도록 별도의 독립적인 제 2의 마그네트가 제 1 요크(222) 대신 구비될 수 있다.

한편, 앞선 실시예에서 살펴본 바와 같이 본 실시예에 있어서도 렌즈 배럴(210)의 상단과 하단에는 바람직하게는 자성체의 판스프링인 제 1 탄성수단(242)과 제 2 탄성수단(244)이 체결된다. 특히, 렌즈 배럴(210)의 상하 이동에 의하여 제 2 탄성수단(244)이 아래 방향으로 휘어지는 것을 방지할 수 있도록 상기 렌즈 배럴(210)의 제 3 직경부(216) 및 제 1 요크(222)의 하단으로 스토퍼(미도시)가 하우징(260)의 내주면에 체결되도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 제 1 탄성수단(242)으로서 자성체인 판스프링을 사용하는 경우에 마그네트(220)의 상단에 배치되는 제 1 탄성수단(242)은 마그네트(220)의 자력을 제어함으로써, 일종의 요크로서 기능할 수 있다. 그러나, 바람직하게는 도 6에 도시된 것과 같이, 상기 제 1 탄성수단(242)의 상면으로 마그네트(220)의 내경과 실질적으로 동일한 내경을 가지고, 제 1 요크(222)의 외경과 실질적으로 동일한 외경을 가지는 중공된 오-링 형태의 제 2 요크(224)를 형성함으로써, 마그네트(220)의 자력의 흐름을 더욱 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 자동 초점 조절 장치에 있어서 상기 하우징(260)의 하단 내주면에는 그 상단으로부터 각각 커버 글라스(264), 이미지 센서(262)가 구비되어 있는데, 상기 이미지 센서(262)는 하우징(260)의 하단에 구비된 베이스(270)에 의하여 지지되어 고정된다.

즉, 본 실시예에 따른 자동 초점 렌즈 조립체(200)의 경우, 각각 상이한 곡률 및 직경을 가지는 다수의 렌즈가 렌즈 배럴(210)의 각각 상이한 직경을 갖는 직경부의 내주면에 수용, 조립되고, 렌즈 배럴(210) 중 가장 직경이 협소한 제 1 직경부(212)의 외주면을 따라 마그네트(220)를 배치하고, 제 2 직경부(214)의 외주면을 따라, 상기 마그네트(220)의 내경보다 큰 내경을 가지는 코일(230)을 권취하고, 렌즈 배럴(210) 중 가장 직경이 큰 하단의 제 3 직경부(216)의 외주면을 따라 제 1 요크(222)가 배치되도록 구성되어 있다. 이와 같은 형상을 가지는 렌즈 배럴(210)은 바람직하게는 금속 재질로서 예컨대 프레스 성형을 통하여 제작가능하다.

이와 같은 형상을 가지는 본 실시예에 따르면 일정한 직경을 가져야 하는 렌즈 군(201) 중에서 가장 큰 직경의 제 1 렌즈(202)를 수용하고 있는 제 3 직경부(216)의 내주면의 안쪽에 마그네트(220) 및/또는 코일(230)의 내경이 위치하도록 배치할 수 있고, 이 경우 마그네트(220) 및/또는 코일(230)의 내경은 제 1 렌즈(202)의 외경과 비교하여 작아지게 배치할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 있어서도 전체적인 렌즈 조립체(200)는 렌즈 배럴(210)의 제 3 직경부(216)의 직경과 동 일한 정도의 크기만으로 제작될 수 있어, 소형화, 경량화가 가능하게 되는 것이다.

한편, 상술한 실시예에서는 다수의 렌즈를 내부에 수용하고 있는 렌즈 배럴이 구비되어 있는 자동 초점 렌즈 조립체에 대하여 기술하였으나, 렌즈 배럴을 구비하지 않고서도 마그네트 또는 코일의 내경이 렌즈의 직경보다 작은 구성을 가지는 자동 초점 렌즈 조립체 및 이를 포함하는 초점 조절 장치가 가능하다. 도 8은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 렌즈 배럴이 없는 'Bare 렌즈 type'의 자동 초점 렌즈 조립체를 수용하고 있는 자동 초점 조절 장치의 개략적인 단면도로서, 도 6에 도시된 것과 동일한 구성에 대해서는 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 8에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 렌즈 조립체(200)의 경우 직경이 상이한 하나 이상의 렌즈(202, 204, 206)가 구비되어 있는 렌즈 군(201)이 렌즈 배럴 내부에 수용되지 않고 조립되어 있다. 예시된 렌즈 군(201)에서 가장 직경이 크게 형성되는 제 1 렌즈(202)의 외주면의 상부에 그보다 직경이 작은 제 2 렌즈(204)가 형성되고, 제 2 렌즈(204)의 상부로 그보다 직경이 작은 제 3 렌즈(206)가 형성되는데, 이들 각각의 렌즈는 후술하는 접착 방식을 통하여 조립된다.

한편, 상기 제 렌즈(206)의 주변부 상단으로는 중공부를 갖는 차광판(218)이 측설되어 렌즈 군(201)의 투과영역과 비투과영역을 정의하고 있다. 상기 차광판(218)의 외주면에 인접하여 오-링 형태의 마그네트(220)가 제 1 요크(222)의 상 단 내주면에 안치되는 형태로 측설되며, 상기 제 2 렌즈(204)의 외주면으로는 예컨대 오-링 형태의 코일(230)이 권취되어 있으며, 상기 제 1 렌즈(202)의 외주면으로는 광축 방향과 평행하도록 중공된 제 1 요크(222)가 측설된다. 도 6을 통하여 설명한 것과 같이 제 1 요크(222) 대신에 독립적인 제 2의 마그네트가 구비될 수 있다.

아울러, 제 1 렌즈(202)의 주변부 하단으로는 상기 제 1 요크(222)의 내주면에 결합되는 지지부(250)가 개재되어 있으며, 상기 제 2 렌즈(204)의 주변부 상단과 상기 제 3 렌즈(206)의 주변부 하단 사이에는 바람직하게는 광축을 따라 수평하게 형성되는 제 2 렌즈(204)의 상단 내주면에 연결되는 제 1 리브(252)가, 상기 제 1 렌즈(202)의 주변부 상단과 제 2 렌즈(204)의 주변부 하단 사이에는 역시 광축을 따라 수평하게 형성되는 제 1 렌즈(202)의 상단 내주면에 연결되는 제 2 리브(254)가 개재되어 각각의 렌즈가 안정적으로 조립될 수 있다. 한편 마그네트(220) 및 제 1 요크(222)의 상단에는 제 1 탄성수단(242)이, 지지부(250)와 제 1 요크(222)의 하단에는 제 2 탄성수단(244)이 체결되며, 제 2 탄성수단(244)이 변형되는 것을 막기 위하여 제 1 요크(222)의 하단으로 스토퍼(미도시)가 하우징(260)의 내주면에 체결될 수 있다. 한편, 바람직하게는 제 1 탄성수단(242)의 상면으로 바람직하게는 오-링 형상을 가지는 제 2 요크(224)를 구비하여 마그네트(220)의 자력을 보다 효율적으로 제어할 수 있게 된다.

한편, 본 실시예에 있어서는 상이한 직경을 갖는 다수의 렌즈를 구비하고 있는 렌즈 군(201)을 수용하기 위하여 별도의 수단을 구비하고 있지 않은데, 다수의 렌즈를 소정의 위치에서 안정적으로 배치될 수 있도록 예컨대 접합 방법을 사용하였다. 도면에 도시된 것과 같이, 예시된 렌즈 중에서 가장 직경이 작은 상단의 제 3 렌즈(206)의 경우 그 외주면이 차광판(218) 내주면 및 제 2 렌즈(204) 상단 내주면에 접착되도록 구성되며, 중앙의 제 2 렌즈(204)의 경우 그 외주면이 코일(230) 내주면 및 제 1 렌즈(206)의 상단 내주면에 접착되도록 구성되며, 하단의 제 1 렌즈(202)의 경우 그 외주면이 제 1 요크(222)의 내주면에 접착되도록 구성된다. 이와 같은 접착 방식의 예로서는 각 접착 영역으로 접착제를 도폭하거나 또는 접착 부분이 플라스틱 소재로 이루어진 경우에는 초음파 처리를 통하여 수행될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 렌즈 군(201)을 수용하는 렌즈 배럴을 구비하지 않음으로 인하여 렌즈 조립체 및 이를 수용하고 있는 초점 조절 장치의 크기를 더욱 소형화할 수 있게 된다.

이어서, 본 발명에 따른 렌즈 조립체 및 이를 수용하고 있는 자동 초점 조절 장치의 작동에 대해서 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 장치의 동작 전의 상태를 도시한 단면도이고, 도 7은 동작 후의 상태를 도시한 단면도이다.

우선 상단과 하단에 각각 체결되어 있는 제 1 탄성 수단(242) 및 제 2 탄성수단(244)은 탄성력에 의하여 렌즈 배럴(210)을 광축 방향의 상단과 하단에서 가압하고 있다. 본 발명에 따른 자동 초점 조절 장치가 채택된 기기, 예를 들어 모바일용 통신기기의 사용자가 촬영 버튼을 누르면 이미지 센서(262)가 구동된다. 렌즈 조립체의 전방에 위치한 피사체의 상은 중공되어 있는 렌즈 조립체를 통과하여 이미지 센서(262)에서 전기적인 신호로 변환되어 카메라 모듈 내의 제어부(미도시)로 전송된다. 제어부에서 이미지 센서(262)로부터 전달된 피사체의 영상신호가 흐릿하면, 렌즈 조립체의 포커싱 에러가 있는 것으로 판단하고, 렌즈 배럴(210)을 광축 방향으로 이동시키기 위한 전류가 코일(230)에 인가된다. 본 발명에 따른 VCM 방식의 구동원을 작동시키기 위해서 예를 들어 약 80㎃의 전류가 코일(230)로 인가될 수 있다.

코일(230)로 소정의 전류가 인가되면 코일(230)에 자기장이 발생하여 마그네트(220)로부터 전달된 자속과의 척력이나 인력에 의하여 렌즈 배럴(210)을 광축 방향으로 구동하는 로렌츠의 힘이 발생하는데, 본 발명에 따르면 대략 0.10 ~ 0.12 N의 구동력에 의하여 렌즈 배럴(210) 및 그 내부에 수용된 렌즈 군(201)이 광축방향으로 이동하게 된다. 이와 같은 구동력에 의하여 렌즈 배럴(210)은 그 상단과 하단에 체결된 탄성수단(242, 244)의 탄성력을 극복하여 광축 방향으로 왕복 운동할 수 있게 되는데, 제어부는 전류의 방향을 변환시켜 렌즈 배럴(210)을 광축선상에서 상하 이동시켜 이미지 센서(262)에 촬상되는 피사체의 영상을 선명하게 하는 포커싱 을 실현할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 기술하였으나, 이는 어디까지나 당업자의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 결코 아니다. 오히려 본 발명이 속하는 분야의 당업자라면 상술한 실시예 및 도면으로부터 다양한 변형과 변경을 용이하게 추고할 수 있다는 점은 자명하다 할 것이다. 그러나 그와 같은 변형과 변경은 본 발명의 기본 정신을 훼손하지 않는 범위 내에서 본 발명의 권리범위에 속한다는 점은 첨부하는 청구의 범위를 통하여 보다 분명해 질 것이다.

본 발명에 따른 자동 초점 렌즈 조립체는 다수의 렌즈 중에서 유효경이 작은 렌즈의 외경을 다른 렌즈의 외경보다 작게 구성하고 그 외측에 코일 혹은 마그네트를 장착함으로써 전체 초점 구동원의 직경을 감소시켰다.

또한, 본 발명에 따른 렌즈 어셈블리의 자체에 코일 또는 마그네트를 수용하고 있기 때문에 그 구조가 단순화되어 초소형화가 가능할 뿐 만 아니라 소비전력을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

따라서 본 발명에 따라 구성되는 렌즈 조립체를 수용하는 카메라 모듈의 크기 또한 크게 감소될 수 있기 때문에, 모바일 기기 등과 같이 소형화가 요구되는 기기에 채택되어 피사체를 촬상하는데 사용될 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 렌즈 조립체는 휴대폰, PDA 등의 모바일용 전자기기에 외에도 노트북, 컴퓨터 등의 각종 전자 통신기기 및 화상을 입력장치로 적용하는 모든 기기들에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

Claims

이미지 센서에 피사체가 촬상될 수 있도록 광축을 따라 이동가능한 다수의 포커싱 렌즈를 수용하는 렌즈 배럴을 갖는 자동 초점 렌즈 조립체로서,

상기 다수의 포커싱 렌즈 중에서 직경이 가장 큰 제 1 렌즈를 기준으로 상기 렌즈 조립체를 구동시키기 위한 마그네트 또는 코일의 내경이 상기 제 1 렌즈의 외경보다 작은 것을 특징으로 하는 자동 초점 렌즈 조립체.
제 1항에 있어서,

상기 렌즈 배럴의 상단 직경과 하단 직경이 상이하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 초점 렌즈 조립체.
제 1항에 있어서,

상기 렌즈 배럴은 제 1 직경부와, 상기 제 1 직경부에 비하여 직경이 큰 제 2 직경부를 가지며, 상기 제 1 직경부의 외주면에 인접하여 상기 마그네트와 코일이 권취되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 초점 렌즈 조립체.
제 1항에 있어서,

상기 렌즈 배럴은 제 1 직경부와, 상기 제 1 직경부에 비하여 직경이 큰 제 2 직경부를 가지며, 상기 제 1 직경부의 외주면을 따라 상기 코일이 권취되어 있으며, 상기 제 2 직경부의 수직면과 평행하게 상기 마그네트가 측설되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 초점 렌즈 조립체.
제 1항에 있어서,

상기 렌즈 배럴은 제 1 직경부와, 상기 제 1 직경부에 비하여 직경이 큰 제 2 직경부와, 상기 제 2 직경부에 비하여 직경이 큰 제 3 직경부를 가지며, 상기 제 1 직경부의 외주면을 따라 상기 마그네트가 권취되어 있으며, 상기 제 2 직경부의 외주면을 따라 상기 코일이 권취되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 초점 렌즈 조립체.
제 1항에 있어서,

상기 렌즈 배럴의 상단과 하단에 각각 체결되는 탄성수단을 더욱 포함하는 자동 초점 렌즈 조립체.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 기재되어 있는 자동 초점 렌즈 조립체와;

상기 렌즈 조립체를 수용하는 하우징과;

상기 하우징의 하단 내측에 형성된 이미지 센서와;

상기 이미지 센서의 하단에 형성된 베이스를 포함하는 자동 초점 조절 장치.