KR100846160B1 - 자동 초점 조절 카메라 모듈 및 그 조절방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 카메라 모듈에서 화상의 초점을 리니어하게 조정하여 정교한 사진을 만드는데 사용되는 자동 초점 조절 카메라 모듈의 구조 및 자동 초점 조절방법에 관한 것으로서, 이미지 센서부가 구비된 기판 위에 형성되고 내부에 설치홀을 가지며 외주에 적어도 하나 이상의 슬릿을 가지는 렌즈 홀더부, 상기 슬릿에 체결되는 적어도 하나 이상의 돌출부를 가지고, 상기 렌즈 홀더부의 설치홀에 안착되어 상기 슬릿을 따라 상하 이동이 가능한 렌즈 모듈 및 일단이 상기 렌즈 모듈의 돌출부에 연결되고, 전원 공급부에서 인가되는 전원의 크기에 따라 수축 또는 이완되어 상기 렌즈 모듈을 상하로 이동시키는 형상기억합금 와이어를 포함하는 자동 초점 조절 카메라 모듈과 이를 이용한 카메라의 자동 초점 조절방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 일정량의 전원을 주어 길이가 변형되는 형상기억합금 와이어를 이용하여 렌즈 모듈을 자동으로 이동시켜 초점을 맞출 수 있고 외부 온도 환경의 변화에도 정확히 구동되는 카메라 모듈을 얻을 수 있는 효과가 있다.
카메라모듈, 렌즈모듈, 형상기억합금, 이미지센서

Description

자동 초점 조절 카메라 모듈 및 그 조절방법{Auto Focus Camera Module And controlling Method}
도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 카메라 모듈의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2b는 상기 도 2a의 자동 초점 조절 카메라 모듈의 구조를 나타낸 상면도이다.
도 3a는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 카메라 모듈의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3b는 상기 도 3a의 자동 초점 조절 카메라 모듈의 구조를 나타낸 상면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 카메라 모듈의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 카메라 모듈의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5b는 상기 도 5a의 단면도 중 렌즈 모듈부를 확대한 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 카메라 모듈의 온도 보상에 대한 제어 개념도이다.
{도면의 주요부분에 대한 부호의 설명}
1 :이미지 센서 2 :전도성 메탈 와이어
3 :인쇄회로 기판(PCB) 4 :IR-필터
5, 5-1 :렌즈 홀더부 6, 6-1,13,14,15 :렌즈 모듈
7 :렌즈 8 :전도성 탄성체
9 :니티놀 와이어 10 :커버부
11 :전원 공급부와의 접지부 12 :탄성을 가진 강철선
본 발명은 카메라 모듈에서 화상의 초점을 리니어하게 조정하여 정교한 사진을 만드는데 사용되는 자동 초점 조절 카메라 모듈의 구조 및 자동 초점 조절방법에 관한 것으로서, 일반적인 핸드폰 카메라 모듈에 응용될 수 있는 자동 초점 구동기구를 포함한 카메라 모듈 및 이를 이용한 자동 초점 조절방법에 관한 것이다.
보다 상세하게는 일반적인 카메라 모듈에 있어서, 일정량의 전류를 흘려주면 수축하는 특성을 가진 형상기억합금 특히, 니티놀 와이어의 특성을 이용하여 렌즈 모듈을 자동적으로 움직이게 하여 초점을 맞추어 주는 카메라 모듈에 관한 것이다.
최근 핸드폰 폰 카메라는 화소경쟁을 넘어 기능경쟁 단계로 진입하고 있다. 특히 200만 화소급 이상에서는 화소보다는 화상의 질은 높이기 위한 기능이 중시되고 있는 실정이다. 이에 따라 자동초점, 광학 줌 등의 기능은 보편화보고 수요가 급증할 것으로 예상되고 있다.
자동초점기능은 스테핑모터(Stepping Motor), 압전선형모터, 보이스코일모터(Voice Coil Motor) 등을 이용하여 렌즈모듈을 이동시킴으로써 초점을 맞추는 기능으로 부품 면에서 본다면 렌즈 모듈과 구동기구로 나눌 수 있다. 자동초점 알고리즘에는 피사체에 빛이나 초음파를 되쏘아 거리를 감지하는 능동형과 이미지 출력신호의 주파수 성분을 분석하여 최상의 영상이 맺히도록 렌즈를 이동하는 수동형이 있으나, 휴대전화용 카메라 모듈과 같은 소형 모듈을 사용하는 분야에서는 대부분 수동방식을 채용하고 있다. 자동초점기구는 방향신호와 초점구동신호에 대응하여 렌즈모듈 전체를 이동시키는데, 이때 이동량은 0.4mm 내외이다.
도 1에서는 종래 기술의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 구조를 개략적으로 나타낸 것으로서 이미지센서(1)가 전도성 메탈 와이어(2)로 인쇄회로 기판(3) 상에 장착되어 있고 이 위에 설치되는 카메라 모듈의 구조에 대한 단면도이다.
종래의 렌즈 모듈을 이동시키면서 초점을 조절하는 방식은 렌즈 홀더부(5)와 렌즈 모듈(6)을 나사 방식으로 체결하여 회전하면서 상하의 이동을 조절하는 방식을 채택하고 있다. 그러나 이러한 방식은 렌즈모듈(6) 전체를 이동시키고, 렌즈 모 듈의 외곽부의 크기를 줄이는 것과 나사 홈과 그에 맞는 나삿니의 폭을 좁혀서 제작하는 방식의 한계가 있어 렌즈 모듈의 이동을 극도로 미세하게 조절하기에는 큰 어려움이 있다.
고화소 폰에서 자동초점기능을 구현하기 위해서는 구동기구를 필수적으로 채용해야하나, 소형화하는데 어려움이 따르기 때문에 전용 구동기구의 개발이 지연되어 왔다. 그동안 구동기구의 개발이 지연되어온 데는 소형화에 따른 기술적인 어려움 뿐 아니라 성능대비 가격 면에서 커다란 메리트가 없다는 점도 크게 작용하고 있다.
현재 카메라폰에서 채용되고 있는 구동기구 방식들의 특징을 아래 표1과 같다.
(표 1)
항목 Stepping motor Voice coil motor 압전 선형 모터
원리 한번에 일정 각을 회전하는 모터와 기어가 맞물려 기계적으로 구동 자극 사이에 놓인 코일에 전류를 흐르게 하여 경통을 직접 구동 압전성 세라믹의 단순 진동을 선형운동으로 바꿔서 구동
신뢰성 ◎ △ ×
소형화 △ ○ ◎
통제기능 ○ ◎ ○
해상도 ○ ◎ ○
소비전력 ○ ○ ○
가격 △ ○ ×
(◎:매우좋음 ○:좋음 △:보통 ×:나쁨)
상기의 오토 포커싱 구동 방식들 중에서 일방의 방식이 타방의 방식에 비해 절대적으로 유리하다고 말할 수 없으며, 단점을 최소화하는 동시에 가격 경쟁력을 갖춰야만 어느 쪽이든 시장을 주도할 수 있을 것이다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 경박단소형의 촬영 기기에 사용되는 렌즈의 자동 초점 구동방식에 대한 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 경박단소형에 적용되면서도 생산성에 있어서 가격 경쟁력이 있는 자동 초점 구동 카메라 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 외부 온도변화에 민감한 형상기억합금 와이어에 외부 온도 변화를 보상하는 제어된 전원을 인가하여 일정하게 수축,이완하게 하는 형상기억합금 와이어의 특성을 이용하여 카메라와 같은 경박단소형의 촬영기기에 있어서 렌즈 초점을 자동적으로 간편하고 효율적으로 조절하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 기존 기술들이 가지고 있었던 별도의 자동초점 조절용 경통을 사용하지 않고 바로 카메라 모듈 제작공정에서 렌즈 홀더와 연결하여 자동초점 구동기구를 작동하게 함으로써 소형화의 문제점을 해결하고 공정을 최소화시킨 초저가의 자동 초점 카메라 모듈 제작방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 카메라 모듈은 이미지 센서부가 구비된 기판 위에 형성되고 내부에 설치홀을 가지며 외주에 적어도 하나 이상의 슬릿을 가지는 렌즈 홀더부, 상기 슬릿에 체결되는 적어도 하나 이상의 돌출부를 가지고, 상기 렌즈 홀더부의 설치홀에 안착되어 상기 슬릿을 따라 상하 이동이 가능한 렌즈 모듈, 및 일단이 상기 렌즈 모듈의 돌출부에 연결되고, 전원 공급부에서 인가되는 전원의 크기에 따라 수축 또는 이완되어 상기 렌즈 모듈을 상하로 이동시키는 형상기억합금 와이어를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 카메라 모듈은 이미지 센서부가 구비된 기판 위에 형성되고 내부에 설치홀을 가지며 외주에 적어도 하나 이상의 슬릿을 가지는 렌즈 홀더부, 상기 슬릿에 체결되는 적어도 하나 이상의 돌출부를 가지고 상기 렌즈 홀더부의 내부 설치홀에 안착되어 상기 슬릿을 따라 상하 이동이 가능한 렌즈 모듈, 일단이 상기 렌즈 모듈의 돌출부에 연결되고 인가되는 전원의 크기에 따라 수축 또는 이완되어 상기 렌즈 모듈을 상하로 이동시키는 형상기억합금 와이어, 및 일단이 상기 렌즈 모듈의 돌출부와 연결된 형상기억합금 와이어와 연결되고 타단이 전원 공급부에 연결되어, 상기 형상기억합금 와이어로 전원을 인가하고 상기 렌즈 모듈을 고정시키는 전도성 탄성체를 포함한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 카메라 모듈은 이미지 센서부가 구비된 기판 위에 형성되고 내부에 나선형 굴곡이 구비된 설치홀을 가지는 렌즈 홀더부, 외부면에 상기 렌즈 홀더부의 내부 설치홀의 나선형 굴곡에 체결되는 스쿠류 나삿니를 가지고 상기 렌즈 홀더부의 내부 설치홀에 안착되어 좌우로 회전하면서 상하로 이동이 가능한 렌즈 모듈, 및 상기 렌즈 모듈의 스쿠류 나삿니의 상부를 적어도 0.5회 이상 나선형으로 권선 하고 양단을 전원 공급부와 연결하여 인가되는 전원의 크기에 따라 수축 또는 이완되어 상기 렌즈 모듈을 좌우로 회전시키면서 상하로 이동시키는 형상기억합금 와이어를 포함한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시예로서 상기 카메라 모듈 구조를 각각 하나의 카메라 모듈 유니트로 하여 이들 카메라 모듈 중에서 선택된 동종 또는 이종의 카메라 모듈이 2 이상 적층된 카메라 모듈 복합체를 제시한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 형상기억합금 와이어의 수축을 이용한 상기 렌즈 홀더부의 슬릿과 렌즈 모듈의 돌출부를 통한 자동 초점 카메라 모듈과 나선형 이동의 자동 초점 카메라 모듈이 결합된 카메라 모듈 복합체를 형성할 수 있다.
즉, 상기 발명의 일 실시예에서 기판 위에 적층된 하나의 이미지 센서부의 상부에 두 개 이상의 카메라 모듈이 적층된 카메라 모듈 복합체가 형성된다.
만일 두 개의 카메라 모듈이 적층된 카메라 모듈 복합체인 경우라면, 기판 위에 적층된 하나의 이미지 센서부의 위에, 내부에 나선형 굴곡이 구비된 설치홀을 가지는 렌즈 홀더부, 외부면에 상기 렌즈 홀더부의 내부 설치홀의 나선형 굴곡에 체결되는 스쿠류 나삿니를 가지고 상기 렌즈 홀더부의 내부 설치홀에 안착되어 좌우로 회전하면서 상하로 이동이 가능한 렌즈 모듈, 및 상기 렌즈 모듈의 스쿠류 나삿니의 상부를 적어도 0.5회 이상 나선형으로 권선하고 양단을 전원 공급부와 연결하여 인가되는 전원의 크기에 따라 수축 또는 이완되어 상기 렌즈 모듈을 좌우로 회전시키면서 상하로 이동시키는 형상기억합금 와이어를 포함하는 카메라 모듈을 적층할 수 있다.
그 위에 내부에 설치홀을 가지며 외주에 적어도 하나 이상의 슬릿을 가지는 렌즈 홀더부, 상기 슬릿에 체결되는 적어도 하나 이상의 돌출부를 가지고 상기 렌즈 홀더부의 내부 설치홀에 안착되어 상기 슬릿을 따라 상하 이동이 가능한 렌즈 모듈, 일단이 상기 렌즈 모듈의 돌출부에 연결되고 인가되는 전원의 크기에 따라 수축 또는 이완되어 상기 렌즈 모듈을 상하로 이동시키는 형상기억합금 와이어를 포함하는 카메라 모듈을 적층하는 이중 카메라모듈 복합체를 형성할 수 있다.
상단의 카메라 모듈에는 일단이 상기 렌즈 모듈의 돌출부와 연결된 형상기억합금 와이어와 연결되고 타단이 전원 공급부에 연결되어, 상기 형상기억합금 와이어로 전원을 인가하고 상기 렌즈 모듈을 고정시키는 전도성 탄성체를 포함할 수 있다.
또한 이중 카메라 모듈 복합체의 상단 및 하단의 구성은 역으로도 가능할 것이다.
또한 상술한 바와 같이 이종의 카메라 모듈이 아닌 동종의 카메라 모듈이 적층될 수 있다.
상기 본 발명에서의 이미지 센서부는 기판과 전기적으로 연결된 이미지 센서, 및 적외선차단(IR) 필터를 포함할 수 있다.
또한 상기 렌즈 모듈은 상기 렌즈 홀더부의 설치홀을 통하여 이미지 센서부와 수직하게 배치되는 적어도 하나 이상의 렌즈를 구비할 것이다.
상기 본 발명에서 형상기억합금 와이어는 니티놀 와이어인 것이 바람직하지 만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 형상기억합금 와이어의 두께는 25㎛ 내지 500㎛이고 수축 한도량은 25㎛ 내지 1000㎛인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 전원 공급부는 외부 온도에 의한 상기 형상기억합금 와이어의 변형 오차를 보상하는 온도 보상 제어부를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 카메라 모듈의 자동 초점 조절방법은 촬영대상에 대한 초점을 맞추기 위하여 상하로 이동하거나 또는 좌우로 회전하면서 상하로 이동이 가능한 렌즈 모듈을 포함하는 카메라 모듈에 있어서, 상기 렌즈 모듈을 전원 공급부와 연결된 형상기억합금 와이어, 바람직하게는 니티놀 와이어와 결합하는 단계, 및 상기 전원 공급부에서 인가하는 전원의 크기를 제어하여 상기 형상기억합금 와이어를 수축 또는 이완시켜 렌즈 모듈을 이동시키는 단계를 포함한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 하기의 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 다만 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 카메라 모듈의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 2b는 상기 도 2a의 자동 초점 조절 카메라 모듈의 구조를 나타낸 상면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면 본 발명의 자동 초점 조절 카메라 모듈은 이미지 센서부가 장착된 회로 기판(3) 위에 렌즈 홀더부(5-1)와 여기에 안착된 렌즈 모듈(6-1)을 장착하는 형태를 가진다.
상기 이미지 센서부는 이미지 센서(1)와 이를 전기적으로 회로 기판(3)에 연결하는 전도성 메탈 와이어(2), 상기 이미지 센서의 상부에서 적외선을 차단하는 IR 필터(4)로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 형상기억합금 와이어 중에서 특히 니티놀 와이어의 특성을 이용한 것으로서 전류가 인가될 때 수축되는 특성을 사용하여 렌즈 모듈을 미세하게 조정할 수 있다.
즉 본 발명의 카메라 모듈 자동 초점 구동기구는 내부가 소통되도록 뚫려진 설치홀을 가지는 렌즈 홀더부(5-1)의 양쪽에 슬릿을 형성하고, 이에 장착될 수 있는 양쪽에 바 형식으로 튀어나온 돌출부를 가지는 렌즈모듈(6-1)을 설치홀에 삽입하는 형태를 지닌다. 상기 슬릿, 및 돌출부는 그 개수를 한정하지 않고 다양하게 형성할 수 있다.
상기 돌출부는 전도성 탄성체(8)를 이용하여 렌즈 모듈이 움직이지 않도록 고정시키는 역할을 한다.
전도성 탄성체는 스프링 형태로서 전기가 도통되는 물질의 금속을 이용할 수 있다. 스프링 형태로서 탄성을 가지므로 렌즈 모듈을 렌즈 홀더부와 고정되도록 설치하는 기능을 하는 니티놀 와이어의 수축에 따라 렌즈 모듈이 위로 이동할 수 있 을 정도로 가변성을 줄 수 있다.
렌즈 모듈(6-1)은 형상기억합금 와이어의 전류에 따른 수축성에 의해 상하로 이동될 수 있는데, 형상기억합금 와이어의 설치형태는 특별히 제한되지 않으며 렌즈 모듈의 일부에 고정되어 상하로 렌즈 모듈을 이동시키는 형상이면 족할 것이다.
본 발명의 일 실시예에서는 형상기억합금으로 니티놀 와이어를 사용하는데, 상기 니티놀 와이어(9)의 양쪽 끝을 렌즈 모듈의 양 옆에 튀어나온 돌출부에 연결시키고 중간부분은 렌즈 홀더부(5-1)의 튀어나온 일정 부분에 도르래 형상으로 걸쳐놓게 하는 형상을 제시한다.
또한 니티놀 와이어의 양쪽 끝을 전도성 탄성체(8)와 연결하여 외부에서 전원이 인가될 수 있도록 접지부를 형성시킨다. 상기 본 발명의 카메라 모듈 구조는 금속 또는 플라스틱 등으로 만들어진 커버부(10)로 보호된다.
본 발명의 자동 초점 조절장치의 구동 시 접지부를 통하여 전원 공급부에서 전원이 공급되게 되면 니티놀 와이어에 전류가 흐르게 되고 그에 따라 니티놀 와이어가 수축하면서 렌즈 모듈을 움직이게 한다. 미세한 전류의 차이로 와이어의 수축을 조절할 수가 있고 그에 따라 렌즈 모듈의 위치를 미세하게 조절할 수 있어 정교한 자동초점 기능을 가지게 된다.
상기 전원 공급부에는 온도 보상 제어 시스템을 구비하게 하여 외부 환경 온도에 따라 달라지는 니티놀 와이어의 수축률을 보정할 수 있게 된다. 온도 제어 시스템의 내용은 하기에서 별도로 설명할 것이다.
니티놀 와이어의 두께, 길이는 한정되지 않지만 두께 25㎛ 내지 500㎛, 길이 2 mm 내지 50mm가 바람직할 것이며 수축 한도량은 25㎛ 내지 1000㎛인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 전류나 전압의 변화에 따라 수축률이 마이크로미터(㎛)의 단위까지 조절될 수 있어 미세 자동 초점 제어가 가능해질 것이다.
도 3a는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 카메라 모듈의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 3b는 상기 도 3a의 자동 초점 조절 카메라 모듈의 구조를 나타낸 상면도이다.
특히 상기의 일 실시예에 따른 본 발명의 자동 초점 조절 카메라 모듈의 구조는 렌즈 홀더부(5-1)의 슬릿과 렌즈 모듈(6-1)의 돌출부가 각각 한 개로써 연결되고 한 개의 돌출부에 전도성 탄성체(8)를 연결한다.
도 2a 및 도 2b의 실시예에 따른 자동 초점 조절 카메라 모듈의 구조는 니티놀 와이어의 양 끝단에 전도성 탄성체를 연결하고 전원 공급부와 연결하는 접지부(11)를 설치하는 것인 반면, 도 3a 및 도 3b의 실시예에 따른 자동 초점 조절 카메라 모듈 구조에서는 전도성 탄성체는 렌즈 모듈의 돌출부에 연결한 니티놀 와이어의 중앙 부분에 고정시키고 전원 공급부는 니티놀 와이어의 양 끝단에서 접지부(11)를 설치하여 전원이 공급되도록 하는 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 자동 초점 조절 카메라 모듈의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4를 참조하면 도 1의 일반적인 공지된 카메라 모듈 구조에 본 발명의 기술을 적용시켜 자동 초점 제어를 구현한 것을 알 수 있다.
즉, 도 1의 일반적인 카메라 모듈 패키지 공정을 모두 끝낸 다음, 렌즈 모듈(6)의 나사선 상부에 니티놀 와이어(9)와 함께 탄성을 가진 강철선(12)을 적어도 0.5회 이상 감아서 접지한 구조로서 니티놀 와이어로 전류가 흐르게 되면 와이어가 수축 또는 이완함에 따라 렌즈 모듈을 나사선 방향으로 좌우로 회전하면서 이동하게 함으로써 렌즈모듈의 위치를 조절하여 초점을 맞추는 구조이다.
상기 니티놀 와이어를 나사선 상부로부터 감을 경우 1회 이상의 권선은 나사선 방향(spiral)으로 아래로 휘감아 내려가는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 기존의 카메라 모듈 공정의 변화 없이도 간단하고 편리한 공정을 한 번 더 추가하여 마이크로미터 단위의 미세 초점 조절이 가능하게 할 수 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면 새로운 카메라 모듈 구조를 생산하지 않고서라도 기존의 카메라 모듈을 사용하여 자동 초점 제어 과정을 적용할 수 있어 활용성과 경제성을 제고할 수 있는 효과가 기대된다.
본 발명의 일 실시예들에 따른 구조들은 모두 일반적인 카메라 모듈 패키지 공정 중에 진행할 수 있으며 기존의 카메라 모듈 공정에서 렌즈 조립 후 초점을 맞추는 공정에서 자동 초점 구동기구를 사용할 수 있어 공정 수를 줄일 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라 구조가 간단하여 모듈의 소형화를 실현할 수 있으며 가격을 저가로 낮출 수 있는 구조들이다.
기존의 카메라 모듈 구조를 활용하여 본 발명의 자동 초점 제어 방법을 적용한 다른 구조는 도 5a 와 그 확대도인 도 5b에 도시하였다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면 본 발명의 자동 초점 제어 카메라 모듈은 나삿니를 구비한 외곽 렌즈 모듈(13) 안에 내부 렌즈 모듈(15)을 삽입하는 있는 2단 구조로서 그 사이에 형상기억합금 와이어(9)가 스프링 형태로 연결되어 있는 구조이다. 2단으로 된 자동초점 외곽 렌즈 모듈(13)을 나사 홈이 구비된 렌즈 홀더부(5)에 나사처럼 돌려서 끼워 놓으면 외곽 렌즈 모듈은 고정된 상태로 내부 렌즈 모듈만이 전원 인가에 따라 상하로 이동할 수 있게 된다.
상기 스프링 형상으로 된 형상기억합금 와이어(9)의 탄성으로 인해 내부 렌즈 모듈(15)은 전류가 흐르지 않을 경우 밑으로 고정되게 되고 전원이 인가되면 전류가 형상기억합금 와이어로 흐르게 되어 와이어의 수축으로 인하여 내부 렌즈 모듈은 위로 상승하면서 초점을 맞추게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초점 제어 카메라 모듈의 형상기억합금 와이어, 특히 니티놀 와이어에 인가되는 전원의 공급부에는 도 6에 도시된 바와 같은 자동 초점 조절 카메라 모듈의 온도 보상에 대한 제어부가 포함될 수 있다.
이는 니티놀 와이어의 수축률이 외부 환경, 특히 온도에 의해 민감하게 영향 받을 수 있는 점을 감안하여 온도에 따른 작동의 오차 범위를 줄일 수 있도록 제어된 전원을 인가시킬 수 있는 회로도를 전원 공급부에 포함시키는 것이다.
이로써 외부의 기온에 따른 니티놀 와이어의 변위 특성변화에 대한에 대한 보상 회로를 접목하여 외부 환경변화에도 불구하고 정교한 마이크로미터(㎛) 단위의 변위 통제가 가능하게 된다.
도 6을 참조하면 N으로 표시한 니티놀 와이어는 전압 입력 변화에 대해 형상이 변하는 특성을 갖고 있고, 외부 온도에 대하여서도 반응을 하기 때문에 이러한 환경 반응이 작용하는 곳에서도 니티놀 와이어를 제어할 수 있게 전원을 인가하는 제어 개념도이다.
니티놀 와이어(N)의 형상을 변화를 시키기 위해 processor는 VIN 에 비례하는 디지털 신호 데이터를 디지털아날로그 컨버터(DAC)에 인가하고, DAC는 VIN을 니티놀 와이어에 인가한다.
저항체로서의 역할을 하게 되는 니티놀 와이어는 인가된 전압에 반응해서 형상이 변화하고, VIN에서 VN 만큼 손실된 VOUT(VOUT=VIN-VN)이 발생해서 아날로그디지털 컨버터(ADC)에 인가된다. ADC를 통해 VOUT에 비례하는 디지털신호 데이터가 processor에서 읽혀 지고, processor는 VIN과 VOUT의 비례관계를 연산해서 VOUT이 기대전압과 다르면, 기대전압을 맞추기 위해 보상전압을 연산해 내고 순차적으로 다시 실행한다. VOUT이 기대전압과 오차범위 내에서 일치하면, 전체 제어 과정은 끝나고 현 상태를 유지한다.
여기서 기대 전압과 VOUT의 오차를 계산하고, 보상전압을 연산해 내는 방법은 특별히 제한되지 않을 것이지만 바람직하게는 비례 적분 미분 제어법(PID)이다. 이러한 방법을 적용하여 외부 온도 변화에도 원하는 정확한 변위를 제어할 수 있게 한다.
상기 형상기억합금 와이어를 이용한 카메라 모듈의 자동초점기구는 일반적인 디지털 카메라 모듈에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 핸드폰 등과 같은 폰 카메라, 감시용 카메라, 로봇에 적용되는 카메라 등 다양한 부분에 모두 적용할 수 있다
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허등록청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 렌즈 모듈을 구동함에 있어서 형상기억합금 와이어의 특성을 이용하여 전혀 새로운 방식으로 구동하므로 경박단소형의 카메라 모듈 구조에 적합한 정밀한 자동 초점의 구동을 구현할 수 있다.
또한 공정상 간편하고도 최소한의 과정만으로 카메라 모듈에서 렌즈 모듈을 움직임을 제어할 수 있으므로 생산 단가를 낮출 수 있어 가격 경쟁력이 있으며 경제적 가치 창출의 효과를 기대할 수 있다.
그리고 일반적인 카메라 모듈의 생산공정에도 적용하여 구현할 수 있으므로 기존의 카메라 모듈 생산공정을 활용하여 제조할 수 있는 이점이 있다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 이미지 센서부가 구비된 기판 위에 형성되고 내부에 설치홀을 가지며 외주에 적어도 하나 이상의 슬릿을 가지는 렌즈 홀더부;
    상기 슬릿에 체결되는 적어도 하나 이상의 돌출부를 가지고 상기 렌즈 홀더부의 내부 설치홀에 안착되어 상기 슬릿을 따라 상하 이동이 가능한 렌즈 모듈;
    일단이 상기 렌즈 모듈의 돌출부에 연결되고 인가되는 전원의 크기에 따라 수축 또는 이완되어 상기 렌즈 모듈을 상하로 이동시키는 형상기억합금 와이어; 및
    일단이 상기 렌즈 모듈의 돌출부와 연결된 형상기억합금 와이어와 연결되고 타단이 전원 공급부에 연결되어, 상기 형상기억합금 와이어로 전원을 인가하고 상기 렌즈 모듈을 고정시키는 전도성 탄성체를 포함하는 자동 초점 조절 카메라 모듈.
  3. 이미지 센서부가 구비된 기판 위에 형성되고 내부에 나선형 굴곡이 구비된 설치홀을 가지는 렌즈 홀더부;
    외부면에 상기 렌즈 홀더부의 내부 설치홀의 나선형 굴곡에 체결되는 스쿠류 나삿니를 가지고 상기 렌즈 홀더부의 내부 설치홀에 안착되어 좌우로 회전하면서 상하로 이동이 가능한 렌즈 모듈; 및
    상기 렌즈 모듈의 스쿠류 나삿니의 상부를 적어도 0.5회 이상 나선형으로 권선하고 양단을 전원 공급부와 연결하여 인가되는 전원의 크기에 따라 수축 또는 이완되어 상기 렌즈 모듈을 상하로 회전하며 이동시키는 형상기억합금 와이어를 포함하는 자동 초점 조절 카메라 모듈.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 이미지 센서부는 기판과 전기적으로 연결된 이미지 센서, 및 적외선차단(IR) 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 카메라 모듈.
  5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 렌즈 모듈은 상기 렌즈 홀더부의 설치홀을 통하여 이미지 센서부와 수직하게 배치되는 적어도 하나 이상의 렌즈를 구비한 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 카메라 모듈.
  6. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 형상기억합금 와이어는 니티놀 와이어인 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 카메라 모듈.
  7. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 형상기억합금 와이어의 두께는 25㎛ 내지 500㎛이고 수축 한도량은 25㎛ 내지 1000㎛인 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 카메라 모듈.
  8. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 전원 공급부는 외부 온도에 의한 상기 형상기억합금 와이어의 변형 오차를 보상하는 온도 보상 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 카메라 모듈.
  9. 촬영대상에 대한 초점을 맞추기 위하여 상하로 이동하거나 또는 좌우로 회전하면서 상하로 이동이 가능한 렌즈 모듈을 포함하는 카메라 모듈에 있어서,
    상기 렌즈 모듈을 전원 공급부와 연결된 형상기억합금 와이어와 결합하는 단계; 및
    상기 전원 공급부에서 인가하는 전원의 크기를 제어하여 상기 형상기억합금 와이어를 수축 또는 이완시켜 렌즈 모듈을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈의 자동 초점 조절방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 형상기억합금 와이어는 니티놀 와이어인 것을 특징으로 하는 카메라 모듈의 자동 초점 조절방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 형상기억합금 와이어의 두께는 25㎛ 내지 500㎛이고 수축 한도량은 25㎛ 내지 1000㎛인 것을 특징으로 하는 카메라 모듈의 자동 초점 조절방법.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 전원 공급부는 외부 온도에 의한 상기 형상기억합금 와이어의 변형 오차를 보상하는 온도 보상 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈의 자동 초점 조절방법.
  13. 제 2항 또는 제 3항의 카메라 모듈에서 선택된 동종 또는 이종의 카메라 모듈이 2 이상 적층된 자동 초점 조절 카메라 모듈 복합체.
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