KR100715156B1 - 카메라모듈의 자동초점 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라모듈의 자동초점 액추에이터에 관한 것으로, 그 구성은 피사체의 영상정보를 습득하는 렌즈부와; 상기 렌즈부와 결합하여 상기 렌즈부를 상하 운동시키는 구동부와; 상기 렌즈부와 구동부가 안치되는 경통;을 포함하여 이루어지는 카메라모듈의 자동초점 액추에이터에 관한 것이다.

본 발명은 카메라모듈의 작동시 렌즈부와 구동부가 상호 연동되고, 비접촉방식과 캠방식을 병합 구동시킴으로써 소비 전력을 감소시킴과 동시에 소형화, 경량화를 추구할 수 있는 효과가 있다.

액추에이터, 구동부, 카메라모듈, 자동초점

Description

카메라모듈의 자동초점 액추에이터{Auto Focusing Actuator of Camera Module}

도 1은 본 발명의 카메라모듈의 자동초점 액추에이터를 나타내는 사시도.

도 2는 본 발명의 카메라모듈의 자동초점 액추에이터를 나태는 분해 사시도.

도 3a는 본 발명의 카메라모듈의 자동초점 액추에이터의 작동상태를 나타내는 측면도.

도 3b는 본 발명의 카메라모듈의 자동초점 액추에이터의 작동상태를 나타내는 측면도.

도 3c는 본 발명의 카메라모듈의 자동초점 액추에이터의 작동상태를 나타내는 평단면도.

도 4는 본 발명의 카메라모듈의 자동초점 액추에이터에 따른 다른 실시예를 나타내는 사시도.

도 5은 도 4에 도시된 카메라모듈의 자동초점 액추에이터를 나타내는 평단면도.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 카메라모듈 20 : 렌즈부

30 : 구동부 31a,31b : 마그넷

32 : 코일 34 : 캠

35 : 렌즈하우징 36 : 탄성체

37 : 안착홈 40 : 경통

341 : 캠축 342 : 캠돌기

343 : 수평암 351 : 가이드홈

본 발명은 카메라모듈의 자동초점 액추에이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 카메라모듈의 작동시 렌즈부와 구동부가 상호 연동되고, 비접촉방식과 캠방식을 병합 구동시킴으로써 소비 전력을 감소시킴과 동시에 소형화, 경량화를 추구할 수 있는 카메라모듈의 자동초점 액추에이터에 관한 것이다.

일반적으로 카메라모듈은 넓은 의미로 PDA, PC카메라, 소형 감시카메라, 로봇의 인공시각 등 다양한 전자기기에 사용되고 있는 CCM(Compact Camera Module)과 모든 구성부품을 포함한다.

기본적으로 카메라모듈은 결상 광학계와 결상된 빛을 전기신호로 변환시키는 이미지센서, 전기적 신호를 다시 영상 신호로 변환하는 ISP(Image Signal Processor), 영상 신호를 백엔드 칩으로 전송하는 PCB 및 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)로 구성된다.

상기 광학계는 렌즈, 경통 및 적외선 차단 필터(IR Cut-off Filter)로 세분 되며, 고화소 모듈의 경우 광학줌, 자동초점 및 셔터까지 포함한다. 통상 ISP는 이미지센서와 함께 PCB에 실정이 되나, 고화소에서는 ISP는 이미지센서와 분리 장착되는 추세이다. 그리고 카메라용 이미지센서로서는 CMOS 이미지 센서(CIS)와 CCD가 채용되고 있는데, 고화소 폰에서는 CCD가 주류를 이루고 있다. 상기 자동초점은 스텝모터, 압전모터, VCM(Voice Coil Motor) 등을 이용하여 렌즈를 이동시킴으로써 초점을 맞춘다. 자동초점 알고리즘에는 피사체에 빛이나 초음파를 되쏘아 거리를 감지하는 능동형과 이미지 출력신호의 주파수 성분을 분석하여 최상의 영상이 맺히도록 렌즈를 이동하는 수동형이 있으나, 휴대전화용 카메라모듈에서는 대부분 수동방식을 채용하고 있으며, 자동초점기구는 방향신호와 초점구동신호에 대응하여 렌즈 전체를 이동시키는데, 이때 이동량은 0.5mm 내외이다.

상기 광학줌은 여러개의 렌즈를 조합함으로써 초점의 변화 없이 렌즈군의 초점거리 및 화각을 변화시켜 상의 배율을 변화시킬 수 있는 기능으로 렌즈와 구동기구로 구성된다. 상기 광학줌은 경통에 독립적으로 고정되어 렌즈 간의 거리를 변화시키면서 작동한다. 1군 렌즈인 Variator는 이미지센서에 결상되는 피사체의 크기를 결정하며, 2군 렌즈인 Compensator는 Variator와 연동하여 광학 수차를 보정 한다. 마지막 렌즈군인 Focus는 피사체 거리에 따라 센서면에 초점을 맞추는 역할을 한다.

여기서 상기 자동초점기구를 보면, 상기 스텝모터는 한번에 일정 각을 회전하는 모터와 기어가 맞물려 기계적으로 구동하는 방식이 있으며, 카메라모듈에 장착되어 사용시 정지상태에서는 소비전력의 사용량이 적으나 작동시 진동 및 소음이 발생하는 문제점이 있으며, 소형화에 의한 가격 상승의 원인이 되고 있다. 상기 압전모터는 압전성 세라믹의 단순 진동을 선형운동으로 바꿔서 구동하는 것이며, 소형화에 유리하고 높은 동작 분해능을 갖고 있으나, 동작시 제어가 어렵고, 전력소모가 크며 가격이 매우 높다는 문제점이 있다. 그리고 상기 VCM은 자극 사이에 놓인 코일에 전류를 흐르게 하여 경통을 직접 구동하는 방식인데, 가격, 소형화, 소비전력이 적어 많이 사용되고 있는 추세이나 압전모터와 같이 동작시 작동 오차범위가 크고 구조적 문제 때문에 예기치 않은 동작이 구현될 수 있는 문제점이 있다.

이러한 문제점들은 근대 들어 휴대용단말기의 보급이 급속도로 확산되는 추세와 휴대단말기 상에 MP3음악이나 무선인터넷, 카메라, 동영상, TV 수신 등의 다양한 기능을 추가하고 있는 상황에서 단말기의 전력 소비율은 상승하는 반면, 단말기의 경량화, 소형화는 더욱 가속화되고 있어서, 각각의 구성들의 전력 소비량과 크기를 소형화하는 연구 개발에 많은 시간과 노력을 투입하는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 카메라모듈의 작동시 렌즈부와 구동부가 상호 연동되고, 비접촉방식과 캠방식을 병합 구동시킴으로써 소비 전력을 감소시킴과 동시에 소형화, 경량화를 추구할 수 있는 카메라모듈의 자동초점 액추에이터를 제공하는데 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.

본 발명의 카메라모듈의 자동초점 액추에이터는, 피사체의 영상정보를 습득 하는 렌즈부와; 상기 렌즈부와 결합하여 상기 렌즈부를 상하 운동시키는 구동부와; 상기 렌즈부와 구동부가 안치되는 경통;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 경통은 PCB(Printed Circuit Board)를 더 구비하며, 상기 구동부는 전기적 신호를 인가받은 코일이 한쌍의 마그넷에 의해 수평 회전운동하는 것과, 상기 수평 운동을 수직운동으로 전환하는 캠을 포함하여 이루어진다.

한편, 상기 구동부는 경통과 직교하는 한쌍의 마그넷과 상기 마그넷의 사이에 위치하는 코일을 포함하여 이루어지며, 상기 구동부는 원주를 중심으로 등간격 배열되는 캠돌기와 상기 캠돌기와 대향되는 위치에 구비되는 가이드홈을 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 캠은 수평암을 더 구비하며, 상기 한쌍의 마그넷 중 적어도 하나에는 안내홈이 더 구비된다.

또한, 상기 캠은 그 외주면을 감싸는 코팅층을 더 포함하여 이루어지며, 상기 캠과 연동되어 렌즈부를 탄성 지지하는 탄성체를 더 구비하며, 상기 구동부의 코일 및 마그넷은 비접촉식(VCM-Voice Coil Motor)으로 이루어진다.

그리고, 상기 코일은 상기 수평암에 권치(Fixing Rolling - Type)되며, 상기 마그넷에서 코일이 180°이내로 수평 회전운동 되도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 1 또는 도 2에 도시된 바에 의하면, 상기 카메라모듈(10)은 렌즈부(20), 구동부(30)와 경통(40)을 포함하여 이루어진다.

상기 렌즈부(20)는 피사체의 영상 정보를 습득하여 내부에 위치한 CCD 또는 CMOS 등과 같은 이미지센서에 의해 데이터 처리하여 PCB를 통해 전송하게 된다. 상기 렌즈부(20)는 종래의 알려진 일반적 기술을 사용하고 있으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 구동부(30)는 한쌍의 마그넷(31a,31b), 코일(32), 캠(34), 렌즈하우징(35)과 탄성체(36)를 포함하여 이루어진다.

상기 마그넷(31a,31b)은 소정 극성(N극성 또는 S극성)을 가지고 있으며, 상부에 위치한 마그넷(31a)은 케이싱(미도시)에 결합시키고, 상기 하부에 위치하는 마그넷(31b)은 경통(40)에 결합한다.

상기 코일(32)은 상기 구동부(30) 중 수평암(343)에 일정한 패턴을 가지고 권치(Fixing Rolling - Type)되어, 상기 마그넷(31a,31b)의 사이에 비접촉 상태로 위치하게 되며, 외부에서 전기적 신호에 따라 마그넷과 연동한다. 이때 상기 마그넷(31a,31b)을 경통(40) 상에 위치시킬 때 곡면 각도를 180°로 제안함으로써 코일의 이탈을 방지할 수 있게 하며, 상기 캠돌기(341)의 운동 범위 또한 제안할 수 있게 한다.

상기 캠(34)은 캠축(341), 캠돌기(342)와 수평암(343)을 포함하며, 상기 캠축(341)은 도넛 형상을 한 상태에서 상기 경통(40)과 결합된다. 상기 캠돌기(342)은 상기 캠축(341)의 상면부 상에 등간격으로 4개가 상부로 돌출된 형태로 구비된다. 그리고 상기 수평암(343)는 상기 캠축(341)의 측면에 위치하여 상기 코일(32)을 권치한 상태에서 마그넷(31a,31b)의 사이에 위치한다.

상기 경통(40)은 카메라모듈(10)의 베이스에 해당하며, 상기 경통(40)을 통해 렌즈부(20)로부터 습득한 피사체 정보를 경통(40)에 위치한 PCB(Printed Circuit Board)를 이용해 외부로 전송하는 역할을 한다.

여기서 상기 구동부(30)는 종래 기술에서 언급한 바와 같이 접촉방식(스템모터, 압전모터)에 비해 소비전력의 소모가 적은 비첩촉방식인 VCM(Voice Coil Motor)을 채택함으로써 상기 마그넷과 코일에 의한 수평 회전운동을 상기 캠(34)에 전달하여 캠(34)으로부터 렌주부(20)를 수직 운동시켜 가능하게 된다.

또한, 상기 구동부(30)는 캠(34)의 외주를 코팅층(미도시)을 둠으로써 캠(34)에서 발생할 수 있는 마찰력을 최소화하여 마모를 방지할 수 있게 한다.

예컨대 상기와 같은 구성을 통해 구동부(30)에 의해 소비되는 전력량을 감소시킴과 동시에 경량화 및 소형화를 가능케 하는 것이다.

본 발명의 결합관계를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면, 상기 경통(40)을 하부에 위치시킨 상태에서 상기 캠(34)을 경통(40)의 상부에 안착시킨다. 여기서 상기 캠(34)는 수평암(343)에 코일(32)을 권치한 상태이다. 그리고 상기 코일(32)은 경통(40)에 결합된 마그넷(31b)의 상부에 이격된 상태로 위치시키고, 상기 마그넷(31a)을 코일(32)의 상부에 이격된 상태로 위치시킨다. 또한, 상기 렌즈하우징(35)을 캠(34) 상에 위치시키는데, 상기 렌즈하우징(35)에 형성된 가이드홈(351)을 상기 캠돌기(342)와 결합시켜 위치시킨다. 그리고 상기 탄성체(36)를 상기 렌즈하우징(35)에 삽입시키고, 상기 렌즈부(20)를 렌즈하우징(35)에 삽입항여 상기 경통(40)까지 위치시킨 후 케이싱(미도시)을 이용해 탄성체(36)을 압지시키면 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 카메라모듈의 자동초점 액추에이터의 작동상태를 설명한다.

도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 코일(32)은 외부에서 전기 신호를 인가받아 상기 마그넷(31a,31b)의 사이에서 자기력에 의해 작동하는데, 이때 코일(32)의 회동은 상기 렌즈부(20)를 통해 습득된 피사체의 정보를 기준으로 동작하게 된다. 상기 습득된 피사체 정보에 따라 코일(32)이 마그넷 상에서 수평 회전운동을 하면, 상기 캠(34)은 코일의 수평 회전운동을 인가받아 캠축(341)을 회전시키게 되고, 상기 캠축(341)에 형성된 캠돌기(342)는 렌즈하우징(35)의 가이드홈(351)을 따라 이동하게 된다. 이때 상기 가이드홈(351)은 경사면으로 되어 있어서, 캠돌기(342)가 이동함에 따라 렌즈하우징(35)을 상부 또는 하부로 수직 운동시키게 되며, 상기 렌즈하우징(35)과 결합된 렌즈부(20)가 연동하게 된다. 그리고 상기 탄성체(36)을 이용해 상하 운동되는 렌즈하우징(35)을 압지시켜 상승된 렌즈하우징을 하부로 밀게함으로써 상하 동작시 소모될 수 있는 전력을 감소시키게 한다. 이렇게 렌즈부(20)에 의해 입수된 피사체의 정보를 통해 구동부를 동작시키고, 이를 다시 렌즈부(20)에 인가하여 렌주부(20)가 피사체와의 초점을 맞추게 함으로써 불필요한 공간을 최소화시켜 경량화, 소형화를 추구할 수 있게 된다.

도 4 또는 도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 이를 참조하면, 상기 마그넷(31a',31b')을 원주가 되는 캠축(341')을 중심으로 곡선을 갖게 형성하고, 상기 경통(40')의 상면부로부터 직교하게 구비시킨다. 이때 상기 마그넷(31a',31b')은 내측에 위치한 마그넷(31b')과 외측에 위치한 마그넷(31a)으로 구분되며, 상기 마그넷(31a',31b')의 사이에 마그넷의 곡면과 동일한 형상의 코일(32)을 구비시켜, 상기 외측 마그넷(31a')과 내측 마그넷(31b')의 사이에서 유동할 수 있게 한다. 이때도 상술한 것과 같이 비접촉방식인 VCM방식을 채택한다. 그리고 상기 내측 마그넷(31b')의 내무면을 관통 절개한 안내홈(37)을 형성시켜 상기 수평암(343')이 안내홈(37)을 따라 이동함과 동시에 안내홈(37)에 의해 동작 범위를 제안할 수 있게 한다. 이렇게 함으로써 상술한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

본 발명은 앞서 본 구성에 의해 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명은 카메라모듈의 작동시 렌즈부와 구동부가 상호 연동되고, 비접촉방식과 캠방식을 병합 구동시킴으로써 소비 전력을 감소시킴과 동시에 소형화, 경량화를 추구할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

1. 피사체의 영상정보를 습득하는 렌즈부와;

   전기적 신호를 인가받는 한쌍의 마그넷과 상기 마그넷의 사이에 위치하는 코일에 의해 수평 회전운동하는 것에 대해 수평 운동을 수직운동으로 전환하게 하는 캠돌기 및 가이드홈을 포함하는 캠으로 이루어져 상기 렌즈부를 상하 운동시키는 구동부와;

   상기 렌즈부와 구동부가 안치되는 경통; 및

   상기 캠과 연동되어 렌즈부를 탄성 지지하는 탄성체;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 카메라모듈의 자동초점 액추에이터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 경통은 PCB(Printed Circuit Board)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 카메라모듈의 자동초점 액추에이터.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 캠은 수평암을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 카메라모듈의 자동초점 액추에이터.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 한쌍의 마그넷 중 적어도 하나는 안내홈이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 카메라모듈의 자동초점 액추에이터.
8. 제 4 항에 있어서,

   상기 캠은 그 외주면을 감싸는 코팅층을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 카메라모듈의 자동초점 액추에이터.
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 코일은 상기 수평암에 권치(Fixing Rolling - Type)되도록 하는 것을 특징으로 하는 카메라모듈의 자동초점 액추에이터.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 구동부의 코일 및 마그넷은 비접촉방식(VCM-Voice Coil Motor)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 카메라모듈의 자동초점 액추에이터.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 마그넷에서 코일이 180°이내에서 수평 회전운동 되도록 하는 것을 특징으로 하는 카메라모듈의 자동초점 액추에이터.

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