KR101588944B1 - 카메라 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈은 렌즈모듈을 포함하는 광학계를 감싸고 있는 구조물에 설치되어 상기 렌즈모듈을 일 방향으로 이동시키는 구동부 및 상기 구조물과 렌즈모듈을 전기적으로 연결하게 되며, 상기 렌즈모듈을 일 방향으로 지지하는 서스펜션 와이어를 포함하며, 상기 구조물과 렌즈모듈 사이에 개재되며, 온도변화에 따라 형상이 변형되는 형상기억 스프링을 포함한다. 따라서 상기 형상기억 스프링을 이용하여 카메라 모듈의 정지모드시 광학적 영상보정 과정에서 유발되는 미세진동을 억제할 수 있게 된다.

Description

카메라 모듈{CAMERA MODULE}

본 발명은 카메라 모듈에 관한 것이다.

스마트폰을 포함하는 모바일기기에서 카메라 모듈의 성능이 중요시되고 있는 상황에서 화소수가 증가하고 이미지센서의 면적이 작아짐에 따라 상기 이미지센서의 단위 면적당 픽셀(Pixel)이 수용하게 되는 빛의 양이 점차 적어지고 있다. 특히 실내촬영의 경우 조명조건이 좋지 않음에 따라 감도(International Standards Organization: ISO)값을 올리거나, 셔터속도(Shutter speed) 및 조리개를 조절하여 플래시를 사용하지 않고 원래의 물체가 보유한 특성을 촬영하려는 사용자의 요구가 있다.

이때 셔터속도를 길게 설정하면, 작은 손떨림에도 블러(Blur)가 발생하게 되어 이를 해결하고자 카메라 모듈에 광학적 영상보정(Optical Image Stabilization: OIS) 방식을 적용하고 있다.

그러나 광학적 영상보정기능을 포함하는 카메라 모듈은 렌즈를 지지하기 위해 통상 스프링을 채택하게 됨으로써, 광학적 영상보정기능이 꺼져있을 경우 렌즈 중심점이 중력방향으로 쳐지는 상황이 발생하는 문제점이 있다. 이에 촬영모드에서는 광학적 영상보정기능이 항상 동작하도록 설정되고 있는바, 이로 인하여 실내촬영의 보상기능이 밝은 조건의 야외촬영에서는 미세잔상을 야기할 수 있는데, 이는 매크로 촬영 또는 셔터속도가 1/250초 정도로 빠르게 촬영되는 경우에 문제가 될 수 있다.

즉 광학적 영상보정기능이 적용된 카메라 모듈의 경우 렌즈의 정지상태를 유지하기 위해 강도가 높은 스프링을 사용하고, 렌즈의 무게를 최소화하고자 노력하고 있으나 이와 같은 접근은 소형, 슬림화된 모바일기기에서는 적용이 어렵게 되어 전통적 구조의 스프링을 사용하지 않고 있는 상황이다.

또한 렌즈는 짧은 초점 거리에서 광각을 유지하기 위해 매수가 늘어나고 무게 역시 증가하고 있다. 이와 같은 조건하에서 보이스코일모터(voice coil motor: VCM)의 전류제어로 렌즈를 구조물로 고정한 수준의 정지상태를 유지하는 것은 현실적으로 어렵고, 이러한 상황은 밝은 조건 야외 촬영시 1/250초(250㎐)의 셔터속도에서 고속 PID제어(4㎑이상)가 발생시킨 미세한 잔상이 촬영되어 초점이 맞지 않는 것과 같은 현상을 야기하게 된다.

따라서 이를 해결하기 위해서는 강도가 높은 전통적 구조의 스프링을 채택하여야 하는데, 이는 소형화, 그리고 슬림화된 모바일기기에 적용하기에 부적한 측면이 있다.

KR 2012-0045333 A

따라서 본 발명은 카메라 모듈의 정지모드시 광학적 영상보정이 미세진동을 유발하는 문제점을 해결하기 위한 것이다.

본 발명의 관점은, 근접촬영 또는 조도가 높은 조건에서 렌즈의 정지상태를 용이하게 유지할 수 있도록 한 카메라 모듈을 제공하는 데 있다.

상기 관점을 달성하기 위해,

본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈은,

렌즈모듈을 포함하는 광학계를 감싸고 있는 구조물에 설치되어 상기 렌즈모듈을 일 방향으로 이동시키는 구동부; 및

상기 구조물과 렌즈모듈을 상호 연결하게 되며, 상기 렌즈모듈을 일 방향으로 지지하는 서스펜션 와이어;

를 포함하며,

상기 구조물과 렌즈모듈 사이에 개재되며, 온도변화에 따라 형상이 변형되는 형상기억 스프링;

을 포함한다.

또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈에 있어서, 상기 형상기억 스프링은 렌즈모듈의 측면에 부착될 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈에 있어서, 상기 형상기억 스프링은 'U'자 또는 'V'자 형상의 박막 판 스프링으로 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈에 있어서, 상기 형상기억 스프링은 길이 가변부;

를 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈에 있어서, 상기 구조물에 형성되어 길이가 변형된 형상기억 스프링의 끝단이 삽입고정되는 고정부;

를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈에 있어서, 상기 구동부는 렌즈모듈에 구비된 마그넷; 및

상기 마그넷과 대향 배치된 코일;

을 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈에 있어서, 상기 구조물에 구비되어 마그넷의 위치를 감지하는 홀 센서;

를 더 포함할 수 있다.

이러한 해결 수단들은 첨부된 도면에 의거한 다음의 발명의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈을 나타내 보인 개략도.
도 2 내지 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 일부를 나타내 보인 확대도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 일부를 나타내 보인 확대도.

본 발명의 특이한 관점, 특정한 기술적 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어 지는 이하의 구체적인 내용과 실시 예로부터 더욱 명백해 질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한 "제1", "제2", "일면", "타면" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈은 렌즈모듈(Lens module)을 포함하는 광학계(Optical system)를 감싸고 있는 구조물에 설치되어 상기 렌즈모듈을 일 방향으로 이동시키는 구동부 및 상기 구조물과 렌즈모듈을 상호 전기적으로 연결하고, 또한 상기 렌즈모듈을 일 방향으로 지지하는 서스펜션 와이어(Suspension wire)를 포함한다. 그리고 상기 구조물과 렌즈 사이에 개재되며, 온도변화에 따라 형상이 변형되는 형상기억 스프링 더 포함하게 된다.

여기서 상기 광학계와 구조물은 카메라 모듈의 일반적인 구성으로서, 이를 광학 유닛(Optical unit), 그리고 하우징(Housing) 등으로 해석 가능하다. 이러한 광학계와 구조물은 렌즈모듈의 위치를 감지하는 홀 센서(Hall sensor) 또는 외부 전자파를 차단하는 실드 케이스(Shield case) 등을 더 포함할 수 있다.

또한 상기 구동부 역시 카메라 모듈에서 주지되어 있는 일반적인 구성을 채택하여 사용할 수 있는바, 일례로써, 코일(Coil)과 마그넷(Magnet) 사이에 발생하는 전자기력에 의해 렌즈모듈을 상,하로 구동시키는 방식인 보이스코일모터(Voice Coli Moter: VCM) 또는 압전소자(Piezo)를 이용한 초음파 모터 방식 등을 채택 가능하다.

한편 상기 형상기억 스프링은 렌즈모듈의 정지상태를 유지하기 위한 것으로서, 형상에 대해 가변적인 특성을 갖는 형상기억합금을 이용하여 2방향 형상을 기억하는 스프링을 형성하게 된다.

즉 형상기억합금은 초기에 형성된 형상을 열처리로 기억시킨 후 상온에서 변형가공을 할 수 있으며, 동작 중에 정해진 열 범위를 초과하면 다시 기억된 형상 특성을 복원하게 된다. 따라서 온도가 임계값 이하로 내려가면 다시 변형시킨 형태를 유지하게 된다.

일례로써, 카메라 모듈에서 구동부의 하나인 보이스코일모터(VCM)를 구동하게 되면, 그 온도만큼 소비전류에 따른 열이 발생하게 되며, 이것을 광학적 보정기능이 동작하는 상태로 파악하는 인자로 사용이 가능하다. 또한 외부 조도를 인지한 상태에서 광학적 보정기능을 끄게 되면, 열 발생원이 제거되어 특정온도 이하로 하강하게 된다.

이를 이용하여 광학적 보정기능이 동작시에는 형상기억 스프링의 형상을 유지하여 렌즈모듈이 이동할 수 있도록 해주며, 야외촬영과 같이 광학적 영상기능의 완전한 꺼짐(OFF) 시에는 상기 형상기억 스프링이 변형되어 렌즈모듈을 구조물에 고정한 효과를 발생시키게 된다.

즉 상기 구조물과 렌즈모듈 사이에 적어도 2개 이상의 형상기억 스프링을 개재하여 사용이 가능하며, 그 형상은 고온상태에서 변형이 완료되고, 저온에서 형상을 유지하되, 두께가 20㎛이내를 유지하기 위해, 그리고 2방향 형상을 기억하기 위해, 'V'자 또는 'U'자 형상의 박막 판 스프링으로 구성하여 비교적 좁은 공간에도 안정적으로 개재 가능토록 하게 된다.

따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈에 따르면, 카메라 모듈의 정지상태에서 광학적 보정기능이 유발되는 미세진동을 형상기억 스프링을 이용하여 용이하게 억제하게 됨으로써, 그 효과의 하나로 향상된 촬영품질의 제공이 가능하다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 보듯이, 광학계(10)는 구조물(20)의 상부에 렌즈모듈(11)이 배치되고, 상기 렌즈모듈(11)의 하부에 이미지센서(12)가 배치되는 구조로 실시하게 된다. 그리고 이러한 광학계(10)를 둘러싸는 형태로 형성되는 구조물(20)은 하부 중앙부에 이미지센서(12)를 배치한 후 와이어 본딩(Wire bonding) 등을 통해 전기적으로 연결하고, 상부 중앙부에 렌즈모듈(11)을 배치함으로써, 서스펜션 와이어(40)를 통해 지지토록 하게 되며, 측면에 구동부(30)가 배치된다.

여기서 상기 렌즈모듈(11)은 통상적인 실시방식인 렌즈(Lens)를 배럴(Barrel)의 내부에 구비하는 방식으로 실시하게 되며, 서스펜션 와이어(40)를 통해 부양된 상태에서 구동부(30)에 전원이 인가되면 일 방향, 즉 도면상 광축 방향인 상,하로 이동되어 자동초점이 이루어지면서 피사체를 촬영하게 된다.

또한 상기 구조물(20)은 육면체로 형성되어 사면(四面)에 구동부(30)로써, 코일(31)이 장착되며, 상기 코일(31)의 상부에 렌즈모듈(11)과의 사이에 개재되는 형상기억 스프링(50)이 배치된다. 따라서 상기 렌즈모듈(11)의 외부측면에는 코일(31)과 마주보도록 대응되는 위치에 마그넷(32)이 구비된다.

상기 코일(31)과 마그넷(32)이 상호 대응되는 위치에 배치되는 것은 코일(31)에 인가된 전류에 의해 생성되는 전기장과 마그넷(32)에 의해 생성되는 자기장으로 인하여 발생하는 전자기력으로 렌즈모듈(11)의 구동 변위에 대한 상대적인 수평 이동이 이루어지도록 하기 위함이다.

여기서 상기 마그넷(32)의 하부에는 홀 센서(13)가 배치되어 구조물(20)에 설치되며, 이러한 홀 센서(13)가 렌즈모듈(11)의 외부측면에 장착된 상기 마그넷(32)의 위치를 실시간으로 측정하게 된다.

즉 상기 홀 센서(13)는 N극과 S극으로 이루어진 마그넷(32)의 N극과 S극의 경계선상의 하부에 배치되어 상기 마그넷(32)으로부터 발생하는 자기장의 세기 변화를 인식하여 렌즈모듈(11)의 위치 변화를 실시간으로 측정함으로써, 결과적으로 렌즈모듈(11)의 구동제어가 용이하게 이루어지도록 하게 된다.

한편 서스펜션 와이어(40)는 납땜(Soldering) 또는 전도성 접착제(Conductive adhesive) 등을 통해 구조물(20)과 렌즈모듈(11)의 상부와 하부에 각 일단이 고정되어 이들을 전기적으로 연결함과 동시에 상기 렌즈모듈(11)을 광축 방향으로 지지하게 된다. 즉 이러한 서스펜션 와이어(40)에 탄성 작용에 의해 렌즈모듈(11)은 구조물(20)의 내부에서 자세유지를 하게 된다.

도 2 내지 3에서 보듯이, 형상기억 스프링(50)은 고온상태에서 변형이 완료되고, 저온에서 형상을 유지하는 'V'자 또는 'U'자 형상의 박막 판 스프링으로 구성됨으로써, 구조물(20)과 렌즈모듈(11) 사이에 용이하게 개재 가능토록 하게 된다.

여기서 이러한 형상기억 스프링(50)은 구조물(20)과 렌즈모듈(11) 사이의 측면에 형성되는 공간부(21)에 적어도 2개 이상을 개재하는 방식으로 실시하게 되며, 상기 구조물(20)이 육면체의 사각형상일 경우, 사면에 걸쳐 총 4개의 형상기억 스프링(50)을 개재함으로써, 카메라 모듈의 정지모드시 렌즈모듈(11)의 정지상태를 안정적으로 유지토록 하게 된다.

즉 상기 형상기억 스프링(50)은 렌즈모듈(11)의 외부측면에 일단(51)이 부착되어 고정되고, 타단(52)은 온도변화에 따라 형상이 변형되어 구조물(20)의 내부측면에 접촉함으로써, 상기 렌즈모듈(11)의 정지상태를 용이하게 유지토록 하게 된다.

도 4에서 보듯이, 상기 형상기억 스프링(50)은 타단(52)의 끝단이 구조물(20)의 내부측면에 완전하게 정착되어 렌즈모듈(11)의 정지상태를 더욱 용이하게 유지토록 하게 되며, 이를 위해 상기 구조물(20)의 내부측면에 홈 또는 홀(Hole) 등으로 해석 가능한 고정부(22)가 형성된다. 그리고 상기 형상기억 스프링(50)은 가변길이 구조를 적용하여 저온상태에서 길이변형을 통한 용이한 정착이 가능토록 하게 된다.

이러한 형상기억 스프링(50)의 가변길이 구조는 구조물(20)에 정착되는 상기 형상기억 스프링(50)의 타단(52)을 연속 굴절하여 길이 가변부(53)를 형성함으로써, 용이하게 실시 가능하다. 즉 상기 길이 가변부(53)가 온도변화에 따라 직선의 형상으로 변형되어 고정부(22)에 삽입됨으로써, 렌즈모듈(11)을 구조물(20)로 고정한 수준으로 정지상태를 유지하게 된다.

이상 본 발명을 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 카메라 모듈은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10 - 광학계 11 - 렌즈모듈
12 - 이미지센서 13 - 홀 센서
20 - 구조물 21 - 공간부
22 - 고정부 30 - 구동부
31 - 코일 32 - 마그넷
40 - 서스펜션 와이어 50 - 형상기억 스프링
51 - 일단 52 - 타단
53 - 길이 가변부

Claims (7)

1. 렌즈모듈(Lens module)을 포함하는 광학계(Optical system)를 감싸고 있는 구조물에 설치되어 상기 렌즈모듈을 일 방향으로 이동시키는 구동부; 및
   상기 구조물과 렌즈모듈을 상호 연결하게 되며, 상기 렌즈모듈을 일 방향으로 지지하는 서스펜션 와이어(Suspension wire);
   를 포함하며,
   상기 구조물과 렌즈모듈 사이에 개재되며, 온도변화에 따라 형상이 변형되는 형상기억 스프링(Shape memory alloy spring);
   을 포함하며,
   상기 형상기억 스프링은 렌즈모듈의 측면에 부착된 카메라 모듈.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 형상기억 스프링은 'U'자 또는 'V'자 형상의 박막 판 스프링으로 구성된 카메라 모듈.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 형상기억 스프링은 길이 가변부;
   를 포함하는 카메라 모듈.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 구조물에 형성되어 길이가 변형된 형상기억 스프링의 끝단이 삽입고정되는 고정부;
   를 더 포함하는 카메라 모듈.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 구동부는 렌즈모듈에 구비된 마그넷(Magnet); 및
   상기 마그넷과 대향 배치된 코일(Coil);
   을 포함하는 카메라 모듈.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 구조물에 구비되어 마그넷의 위치를 감지하는 홀 센서(Hall sensor);
   를 더 포함하는 카메라 모듈.

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