KR101332099B1 - 자동 초점 카메라 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동 초점 카메라 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 자동 초점 카메라 모듈은, 하우징과 홀더 사이에 전자기장에 의해 상, 하 구동되는 보빈이 장착되고, 상기 보빈의 구동에 의해서 초점 조정이 이루어지는 자동 초점 카메라 모듈에 있어서, 상기 보빈은 상기 하우징과 홀더 내부에서 하부 스프링에 의해 지지되어 상기 하우징과 하부 마진이 형성되게 부양(浮揚)된 상태로 장착된다.

Description

자동 초점 카메라 모듈{Camera module for autofocusing}
본 발명은 자동 초점 카메라 모듈에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 외란(진동, 외부 충격)에 의한 이음(異音) 발생을 방지하고, 렌즈부를 포함한 구동부의 구동시 구동 틸트가 저감되도록 한 자동 초점 카메라 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 카메라 모듈(CCM:Compact Camera Module)은 소형으로 제작되어 카메라폰이나 PDA, 스마트폰을 비롯한 휴대용 이동통신 기기의 다양한 IT 기기에 적용되고 있다.
이와 같은 카메라 모듈은, CCD나 CMOS 등의 이미지센서를 주요 부품으로 하여 제작되고 있으며 상기 이미지센서를 통하여 사물의 이미지를 집광시켜 기기내의 메모리상에 데이터로 저장되고, 저장된 데이터는 기기내의 LCD 또는 PC 모니터 등의 디스플레이 매체를 통해 영상으로 디스플레이된다.
특히, 소비자의 다양한 요구에 맞추어 자동 초점(AF:Autofocus) 기능이나 줌(Zoom) 기능 등과 같은 부가 기능이 부여된 카메라 모듈이 장착되고 있으며, 이와 같은 부가 기능은 카메라 모듈 내에 엑츄에이터를 내장하여 렌즈부를 상, 하로 구동시킴에 의해서 이루어진다.
최근에 이르러서는 스마트폰을 비롯한 스마트 기기의 보급이 확대되면서 카메라 모듈 자체의 부가 기능 외에 스마트 기기 내의 부가 기능을 활용하기 위한 다기능 부품들이 추가로 장착되고 있다.
스마트 기기는 전화, 메세지 수신 외에 다양한 어플리케이션을 실행시켜 이용함에 있어서 시각, 청각 외에 촉각의 감각을 느끼도록 하기 위하여 진동 모터가 내장되고 있으며, 특히 게임 어플리케이션의 실행시 진동 모터가 주로 작동되고 있다.
상기 진동 모터는 스마트 기기내에 주로 카메라 모듈의 주위에 장착됨에 따라 진동 모터의 구동 시 자동 초점 카메라 모듈에 진동이 전해짐으로써, 카메라 모듈 내에 엑츄에이터가 하우징 등의 구성부재와 부딪힘에 의한 이음(異音)이 발생될 수 있는 문제점이 있다.
카메라 모듈에서 발생되는 이음은 자동 초점 카메라 모듈의 구성 시 하우징 또는 홀더 내에 렌즈부가 장착될 때, 렌즈부를 지지하는 보빈의 하부가 하우징이나 홀더의 저면에 접촉된 상태로 결합됨에 의해서 외부에서 진동이 전달될 경우에 구성부재들의 접촉에 의해 이음이 발생될 수 있다.
또한, 종래의 자동 초점 카메라 모듈은 자동 초점 조정시 하우징이나 홀더의 저면에 보빈 또는 엑츄에이터가 접촉된 상태에서 구동이 시작되는 데, 렌즈부 또는 엑츄에이터를 구성하는 부품간 편차나 조립 산포에 따라 자기력과 탄성력의 차이에 의해 구동 틸트가 발생되어 광축이 틀어지게 되는 단점이 있다.
대한민국 공개특허 제2012-0032149호
따라서, 본 발명은 종래 자동 초점 카메라 모듈에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 하우징과 홀더 내에 장착되는 렌즈 구동부가 상, 하부에 마진(margin)이 형성되도록 장착됨에 따라 외부 요인에 의한 이음(異音) 발생을 방지하고, 구동 틸트가 저감되도록 한 자동 초점 카메라 모듈이 제공됨에 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은, 하우징과 홀더 사이에 전자기장에 의해 상, 하 구동되는 보빈이 장착되고, 상기 보빈의 구동에 의해서 초점 조정이 이루어지는 자동 초점 카메라 모듈에 있어서, 상기 보빈은 상기 하우징과 홀더 내부에서 하부 스프링에 의해 지지되어 상기 하우징과 홀더와 각각 상, 하부 마진이 형성되게 부양(浮揚)된 상태로 장착되는 자동 초점 카메라 모듈이 제공됨에 의해서 달성될 수 있다.
이때, 상기 보빈의 상부에는 상부 스프링이 개재되어 상기 보빈을 가압하며 지지함에 의해서 상기 하우징과 홀더 내부에서 상부 마진이 형성될 수 있다.
상기 보빈은 내부에 다수의 렌즈부가 장착되고, 외주면에 코일이 권취되어 상기 홀더의 사방에 결합된 마그네트 사이에서 발생되는 전자기장에 의해 상기 하우징과 홀더 내부에서 상, 하로 구동될 수 있다.
또한, 상기 하우징의 상부에는 상기 홀더의 외부를 감싸는 쉴드 케이스가 더 포함될 수 있다.
한편, 상기 하우징과 홀더 내부에서 상기 보빈의 상, 하부에 형성된 상, 하부 마진은 n×(mg/k)의 수학식에 의해 결정될 수 있다. 이때, n은 1 이상으로 설정될 수 있으며, 바람직하게는 2 이상으로 설정될 수 있다.
여기서, m은 보빈의 질량이고, g는 중력가속도이며, k는 스프링 상수이다. 그리고, n은 1 이상의 숫자이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 초점 카메라 모듈은 상부와 하부에 마진을 형성하여 상, 하부 스프링에 의해 부양된 상태로 보빈이 설치됨으로써, 외부 진동 요인이 발생되더라도 카메라 모듈에서 이음 발생이 방지되며, 초기 구동 전류를 인가하지 않음에 따라 보빈의 구동 전류를 저감시킬 수 있음과 아울러 수평 상태에서 보빈이 구동됨에 따라 소비 전류가 절감될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동 초점 카메라 모듈의 조립 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 자동 초점 카메라 모듈의 개략적인 단면도.
도 3a는 종래 자동 초점 카메라 모듈의 구동 전류를 도시한 그래프.
도 3b는 본 발명에 따른 자동 초점 카메라 모듈의 구동 전류를 도시한 그래프.
본 발명에 따른 자동 초점 카메라 모듈의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 자동 초점 카메라 모듈의 조립 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동 초점 카메라 모듈의 개략적인 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 초점 카메라 모듈(100)은 하우징(110)과, 구동체인 보빈(120)과, 보빈(120)이 내장되는 홀더(130) 및 상기 보빈(120)을 상, 하부에서 지지하는 상, 하부 스프링(141, 142)으로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 자동 초점 카메라 모듈(100)은 상기 홀더(130)의 외주면을 감싸면서 하우징(110)의 상부에 장착되는 쉴드 케이스(150)를 더 포함할 수 있다.
하우징(110)은 개구부(111)가 형성되어 하부에 이미지센서가 장착된 인쇄회로기판(도면 미도시)이 결합될 수 있으며, 중앙부의 개구부(111)를 통해 이미지센서의 센싱 영역이 노출될 수 있다.
상기 보빈(120)은 내부에 다수의 렌즈 또는 렌즈군이 장착되어 하우징(110)과 홀더(130) 사이에서 수직 구동됨에 의해서 렌즈 또는 렌즈군의 초점 조정이 이루어지도록 하는 데, 보빈(120)의 외주면에 생성되는 전자기장에 의해 상, 하로 구동될 수 있다.
보빈(120)의 외주면에 생성되는 전자기장은 보빈(120)의 외주면에 권취된 코일(121)과 홀더(130)에 결합된 마그네트(131) 사이에 인가되는 전류에 의해 발생되어, 전류의 크기에 따라 보빈(120)이 하우징(110)과 홀더(130) 사이에서 상부 또는 하부로 수직 구동될 수 있다.
또한, 상기 보빈(120)은 하우징(110)과 보빈(120) 사이, 홀더(130)와 보빈(120) 사이에 설치된 상, 하부 스프링(141, 142)에 의해 탄성적으로 지지될 수 있다. 상, 하부 스프링(141, 142)은 보빈(120)이 하우징(110)과 홀더(130) 사이에서 위치하도록 하고, 상기 보빈(120)이 수직 구동될 때 상, 하부에서 가압함에 의해서 보빈(120)의 구동량이 탄성적으로 제어될 수 있도록 한다. 즉, 보빈(120)이 마그네트(131)와 코일(121) 사이에 형성된 전자기장에 의해 구동될 때 그 변위량이 보빈(120)의 상, 하부로 소정의 초점 조정 범위 내에서 구동 변위가 제한되어 보빈(120)의 상단부와 하단부가 하우징(110) 또는 홀더(130)와 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이 구성된 카메라 모듈(100)은 하우징(110) 하부에 장착되는 이미지센서(도면 미도시)의 센싱 영역이 하우징(110)의 개구부(111)를 통해 노출되고, 하우징(110) 상에 결합되는 보빈(120)에 장착된 렌즈 또는 렌즈군과의 거리가 조절되어 초점 조정이 이루어지게 된다. 이때, 보빈(120)에 작용하는 마그네트(131)와 코일(121) 간의 전자기장에 의한 보빈(120)의 상, 하 구동에 의해 자동초점(Autofocusing) 조정이 이루어지게 된다.
한편, 본 발명에 따른 자동 초점 카메라 모듈(100)은 하우징(120)과 홀더(130) 사이에 설치된 보빈(120)이 상, 하부 스프링(141, 142)을 통해 가압되어 지지됨에 따라 하우징(120)과 홀더(130) 사이에서 보빈(120)이 부양(浮揚)된 상태로 설치될 수 있다.
따라서, 상기 보빈(120)은 하우징(110)과 홀더(130)와 각각 소정의 간격(d1, d2)을 이루는 마진(margin)을 가지도록 설치된다.
이때, 보빈(120)의 상, 하부에 형성된 마진은 보빈(120)의 구동 범위 내의 간격으로 설정될 수 있으며, 유사하거나 동일한 간격으로 설정됨이 바람직하다.
상기 마진은 n×(mg/k)의 수학식에 의해 결정될 수 있다. 이때, n은 1 이상으로 설정될 수 있으며, 바람직하게는 2 이상으로 설정될 수 있다.
여기서, n은 진동 모터의 사양에 따른 양의 상수,
m은 보빈의 질량,
g는 중력 가속도,
k는 스프링 상수이다.
여기서, 마진의 설정시 보빈의 인근에 설치되는 진동 모터는 1G, 2G 등으로 사양이 결정되는 데, 예를 들어 보빈(120)을 포함한 구동부, 즉 보빈(120)과 보빈 내에 장착된 렌즈를 비롯한 코일을 포함하는 구동체의 무게가 200mg이라 가정하고, 스프링 상수(k)가 50mN/mm라고 하면 스프링의 자중에 의한 처짐량은 0.0392㎜로 계산될 수 있다. 이때, 카메라 모듈의 외부에서 2G의 진동력이 발생되어 상기 구동부에 전달되는 힘은 3.924mN으로 계산될 수 있다.
따라서, 자동 초점 동작시의 보빈(120) 상, 하부에 형성된 마진의 간격(d1, d2)는 외부 진동력에 의해 발생된 힘(3.924mN)보다 스프링이 지지하는 힘이 커야만 보빈(120)이 그 상,하부의 하우징(110) 및 홀더(130)와 접촉하지 않게 되고, 이 때의 최소 마진은 0.0784㎜로 규정될 수 있으며, 이 최소 마진이 유지될 수 있는 n은 2로 설정될 수 있다.
이와 같은 이유로 진동 모터의 사양이 1G로 설계될 경우에는 n는 1의 양수로 설정될 수 있다.
이와 같이, 보빈(120)의 상, 하부에 각각 스프링(141, 142)의 지지에 의해서 마진이 형성됨으로써, 보빈(120)의 코일(121)에 전류 인가시 코일(121)과 마그네트(131) 사이에 형성된 전자기장으로 구동되는 보빈(120)이 부양된 상태에서 초기 구동이 시작되도록 할 수 있다.
즉, 전류 미인가시 보빈(120)이 하우징(110)과 홀더(130) 사이의 임의 지점에 수평의 부양 상태를 유지함에 따라 초기 구동을 위한 전류 인가시 수평 상태에서 보빈(140)이 상부로 구동됨으로써, 보빈(120)의 구동 초기 틸트(tilt)를 방지할 수 있다.
이를 좀 더 자세하게 설명하면, 종래와 같이 통상적으로 하우징의 상면에 보빈의 하단부가 접촉된 상태에서 전류를 인가하게 되면, 보빈이 하우징의 상면에서 이격되는 순간 보빈의 상부를 지지하는 탄성체인 상부 스프링의 탄성 유지력이 균일하지 않을 경우 자중에 의해 보빈이 일측으로 기울어지는 현상이 발생될 수 있으며, 이를 통해 보빈이 매크로(macro)의 위치까지 상부 이동될 때 광축이 틀어지는 문제점이 발생될 수 있다.
반면에, 본 발명에서와 같이 보빈(120)의 하부와 하우징(110)의 상부 사이에 마진이 형성되게 하부 스프링(141, 142)에 의해 보빈(120)이 탄성적으로 지지되도록 할 경우에는, 보빈(120)의 초기 구동시 마진을 형성하며 지지하는 하부 스프링(142)에 의해서 수평 상태를 유지하며 지속적인 상부 이동이 수행됨에 따라 보빈(120)의 자중에 의한 틸트(tilt) 량을 최소화하거나 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동 초점 카메라 모듈(100)은 보빈(120)이 하우징(110) 상에서 부양된 상태에서 초기 구동이 이루어지기 때문에 매크로(macro) 위치까지 보빈(120)을 이동시키기 위한 소비 전류를 줄일 수 있다.
즉, 보빈(120)이 부양되어 있기 때문에 상부 이동시키기 위한 예압을 인가하지 않음에 따라 보빈을 하우징(110)에서 이격시키기 위한 예비 전류를 인가할 필요가 없어 초기 소비 전류를 줄일 수 있다.
이를 도 3을 참조하여 좀 더 자세히 설명하면, 도 3a는 종래 자동 초점 카메라 모듈의 구동 전류를 도시한 그래프이고, 도 3b는 본 발명에 따른 자동 초점 카메라 모듈의 구동 전류를 도시한 그래프로서, 도시된 바와 같이 종래의 카메라 모듈은 보빈의 하단부가 하우징에 접촉된 상태의 초기 위치에서 예압을 발생시켜 원거리의 초점 조정 위치에서 근거리의 초점 조정 위치로 구동될 경우, 그 구동 전류가 60㎃의 전류가 소비되나, 본 발명에서는 보빈(120)이 하우징(110)과 홀더(130)와 일정 간격(d1, d2) 이격되어 상부 또는 하부로 구동이 이루어지기 때문에 보빈()을 초기 구동시키기 위한 예압이 필요없이 근거리 또는 원거리의 초점 조정 위치로 약 15㎃의 전류만이 소비됨에 따라 초점 위치 조정을 위한 소비 전류를 현저히 줄일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 자동 초점 카메라 모듈은 하우징(110)과 홀더(130) 사이에 보빈(120)이 부양되어 설치됨에 따라 카메라 모듈 주위에 설치된 진동 모터의 구동에 의한 진동이 발생되더라도 보빈(120)이 다른 구성 부재와 접촉되는 것을 방지함으로써, 이음(異音)의 발생이 방지될 수 있다.
즉, 보빈(120)이 상, 하부 스프링(141, 142)에 의해 하우징(110) 상에서 부양되어 있기 때문에 외부 요인인 진동 모터의 진동이 전달되더라도 보빈(120) 하단부가 하우징(110) 상면과 접촉되는 것을 방지하여 이음 발생이 원천적으로 차단될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
110. 하우징
111. 개구부
120. 보빈
121. 코일
130. 홀더
131. 마그네트
141, 142. 스프링
150. 쉴드 케이스

Claims (7)

  1. 하우징과 홀더 사이에 전자기장에 의해 상, 하 구동되는 보빈이 장착되고, 상기 보빈의 구동에 의해서 초점 조정이 이루어지는 자동 초점 카메라 모듈에 있어서,
    상기 보빈은 상기 하우징과 홀더 내부에서 하부 스프링에 의해 지지되어 상기 하우징과 하부 마진이 형성되게 부양(浮揚)된 상태로 장착되며,
    상기 하우징과 홀더 내부에서 상기 보빈의 하부에 형성된 하부 마진은 n×(mg/k)의 수학식에 의해 결정되는 자동 초점 카메라 모듈.
    여기서, n은 진동 모터의 사양에 따른 양의 상수이고,
    m은 보빈의 질량이고,
    g는 중력가속도이며,
    k는 스프링 상수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보빈의 상부에는 상부 스프링이 개재되어 상기 보빈을 가압하며 지지함에 의해서 상기 하우징과 홀더 내부에서 상부 마진이 형성되는 자동 초점 카메라 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보빈은 내부에 다수의 렌즈부가 장착되고, 외주면에 코일이 권취되어 상기 홀더의 사방에 결합된 마그네트 사이에서 발생되는 전자기장에 의해 상기 하우징과 홀더 내부에서 상, 하로 구동되는 자동 초점 카메라 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 상부에는 상기 홀더의 외부를 감싸는 쉴드 케이스를 더 포함하는 자동 초점 카메라 모듈.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 n은 2 이상으로 설정되는 자동 초점 카메라 모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 상, 하부 마진은 상기 보빈의 구동 범위 내에서 동일한 간격으로 설정되는 자동 초점 카메라 모듈.
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