KR101938273B1 - 광학기기용 회동 구동장치 및 이를 구비하는 카메라 모듈 - Google Patents

광학기기용 회동 구동장치 및 이를 구비하는 카메라 모듈 Download PDF

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Abstract

개시되는 광학기기용 회동 구동장치는, 고정된 제자리에서 자유롭게 회전할 수 있는 회동축;과, 상기 회동축에 대해 회전 모멘트를 가할 수 있도록 제1 방향으로 고정되고, 전류가 인가되면 상기 회동축에 대한 길이가 수축하는 성질을 가진 제1 형상기억합금 와이어;와, 상기 회동축에 대해 회전 모멘트를 가할 수 있도록 상기 제1 방향과 반대쪽의 제2 방향으로 고정되고, 전류가 인가되면 상기 회동축에 대한 길이가 수축하는 성질을 가진 제2 형상기억합금 와이어; 및 상기 회동축을 상기 제1 방향 쪽으로 회전시킬 때에는 상기 제1 형상기억합금 와이어에 전류를 공급하고, 상기 회동축을 상기 제2 방향 쪽으로 회전시킬 때에는 상기 제2 형상기억합금 와이어에 전류를 공급하는 제어를 수행하는 제어부;를 포함한다.

Description

광학기기용 회동 구동장치 및 이를 구비하는 카메라 모듈{Rotational actuator for optical device and camera module having the same}
본 발명은 광학기기용 회동 구동장치 및 이를 구비하는 카메라 모듈에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 휴대형 단말기에 장착되는 카메라 모듈 자체에 일체로 구비되지만 카메라 모듈의 크기와 전력 소모에 큰 영향을 주지 않으면서도 회동운동을 구현할 수 있는 광학기기용 회동 구동장치 및 이를 구비하는 카메라 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 휴대폰, 스마트폰, PDA 등과 같은 휴대형 단말기(이하, "휴대형 단말기"라 함)에는 영상을 촬영하는 카메라 모듈이 기본적으로 탑재되어 출시되고 있다.
휴대형 단말기에 탑재되는 카메라 모듈은 그 크기가 상당히 작게 만들어져야 하기 때문에 초기에는 촬영 기능이 일반적인 디지털 카메라에 비해 떨어질 수밖에 없었지만, 근래에는 기술 개발이 계속 이루어짐에 따라 자동 초점, 광학식 줌, 광학식 손떨림 보정 등의 다양한 기능들이 추가됨으로써 일상 생활에서 순간순간을 촬영하기에는 충분한 수준의 성능을 확보하게 되었다.
이러한 광학식 조절 기능은 광학 요소를 움직이는 소형 액추에이터 기술의 발전에 힘입은바 크다. 휴대형 단말기용 카메라 모듈에 있어서의 소형 액추에이터 기술은 액추에이터 자체의 성능 개선과 소형 액추에이터를 좁은 공간 안에 효과적으로 배치하는 설계 기술 등의 다양한 방향으로 발전하고 있다.
이제까지 카메라 모듈에 적용되는 소형 액추에이터는 VCM(Voice Coil Motor) 액추에이터, 피에조(Piezo) 액추에이터가 대부분을 차지하고 있다. 이들 액추에이터는 대상물을 직선이동시킬 수 있는 종류의 액추에이터인데, 이는 카메라 모듈에서의 광학 요소의 이동은 초점 조절을 위한 광축 방향의 직선 이동이나 광축에 직교하는 평면상에서의 손떨림 보정 운동이 대부분을 차지하고 있기 때문이다.
한편, 근자에는 휴대형 단말기에 저장된 개인정보에 대한 보안 문제가 커다란 사회적 이슈로 떠오르고 있다. 휴대형 단말기의 보안 방안 중의 하나로는 휴대형 단말기의 홈 스크린에 접근할 때나 특정 개인정보에 접근할 때, 또는 결제를 할 때에 현재 사용자가 휴대형 단말기의 진정한 사용자인지를 고유의 생체정보를 이용하여 인증하는 단계를 거치도록 하는 것이다.
이러한 휴대형 단말기에 내장되는 사용자 인증 장치로는 성문 인식 장치나 지문 인식 장치, 또는 홍채 인식 장치 등이 일반적으로 적용되고 된다.
휴대형 단말기에 적용 가능한 홍채 인식 장치로서는 대한민국 공개특허공보 제2002-0042004호(2002.06.05 공개)에 따른 '홍채인식을 이용한 인증 장치'를 소개할 수 있으며, 이와 같이 휴대형 단말기에 적용 가능한 홍채 인식 장치는 기본적으로 휴대형 단말기에 장착되는 카메라 모듈에 의해 촬영된 홍채 영상으로부터 홍채 코드(Iris code)를 추출하여 사용자 등록이나 인증 처리를 수행하는 홍채 인식용 칩을 포함한다.
그런데, 이러한 휴대형 단말기의 카메라 모듈에 적용되는 CCD 또는 CMOS 등과 같은 촬상소자는 대략 700㎚ 파장 이상의 근 적외선 또는 적외선 영역의 광에도 반응하지만, 근 적외선 또는 적외선 영역의 광은 촬상소자에 누화(crosstalk)를 유발시킴으로써 촬상소자의 색 재현력을 약화시키고, 촬상소자의 신호대잡음비 특성을 저하시킨다. 따라서, 카메라 모듈에는 근 적외선 또는 적외선 영역의 광을 차단하는 적외선 차단 필터를 필요로 한다.
하지만, 이러한 일반적인 영상을 촬영하는 경우와는 반대로 정맥인식이나 홍채인식, 또는 얼굴인식은 가시광 조명하에서는 인식 정밀도가 크게 떨어지기 때문에 적외선 조명을 필요로 하지만, 전술한 바와 같이 카메라 모듈에는 기본적으로 적외선 차단 필터가 내장되어 있기 때문에 적외선 조명을 사용하여도 90% 이상이 적외선 차단 필터에 의해 가로막혀 적외선 조명 효과가 없어진다. 그렇다고 하여 적외선 차단 필터를 제거해 버리면 적외선 조명하에서의 촬영은 가능하지만, 가장 일상적이고 사용 빈도가 높은 주간 영상의 화질을 희생하여야 하는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 '특허문헌 2'의 '홍채 인식 기능을 구비한 휴대용 통신 단말기'는 카메라 렌즈 앞쪽의 단말기 본체에 적외선 투과 필터와 적외선 차단 필터로 구분되어 있는 필터부를 설치하고, 이 필터부를 리드 스크루 샤프트가 구비된 모터의 정역회전을 통해 좌우방향으로 이동시키거나 필터 이동 노브를 손으로 잡고 좌우방향으로 이동시킴으로써 촬영 모드에 맞는 필터를 선택할 수 있도록 구성되어 있다.
그런데, 특허문헌 2는 단말기 본체에 별도로 적외선 투과 필터와 적외선 차단 필터로 구분된 필터부를 장착하여야 하고, 자동으로 좌우이동을 시키기 위해서는 회전형 모터를 구비해야 한다는 단점이 있다. 즉, 카메라 모듈에 필터부를 일체화시킨 구성이 아니어서 통신 단말기를 제조하는 업체 입장에서는 부품과 조립 공정 수가 증가하기 때문에 채택하기 어려운 점이 있다. 또한, 날로 얇아져 가는 휴대형 단말기의 두께와 커져만 가는 배터리 크기, 다양한 부가 장치가 내장되는 근래의 경향에 비추어 별도의 필터부를 장착할만한 공간을 단말기 안에 확보하는 것은 거의 불가능한 지경이 이르렀다.
이상에서는 홍채인식용 촬영 또는 일반적인 촬영을 위해 자동으로 적절한 필터를 선택하기 위한 액추에이터의 필요성에 대해 설명하였다. 근래의 휴대형 단말기의 개발 동향에 맞추면서 카메라 모듈에 자동 초점, 광학식 줌, 광학식 손떨림 보정 이외의 다른 기능을 부가하기 위해서는 카메라 모듈 자체에 그 기능을 일체화시켜 구현할 필요가 있다. 그렇지만, 현재 카메라 모듈에 널리 적용되는 VCM 액추에이터나 피에조 액추에이터를 적용하게 되면 카메라 모듈의 크기가 너무 커지기 때문에 휴대형 단말기에 적용하기가 매우 어려워진다는 문제가 있다. 또한, VCM 액추에이터와 피에조 액추에이터는 기본적으로 직선운동을 위한 액추에이터이기 때문에 회전운동을 구현하기 위해서는 변환기구가 필요하다는 문제도 있다.
따라서, 카메라 모듈의 크기에 큰 영향을 주지 않으면서도 회동운동을 구현할 수 있는 새로운 구조의 광학기기용 회동 구동장치를 개발해야 할 필요성이 있다.
대한민국 공개특허공보 제2002-0042004호 (2002.06.05 공개) 대한민국 공개특허공보 제2006-0119077호 (2006.11.24 공개)
본 발명은 특히 휴대형 단말기에 장착되는 카메라 모듈 자체에 일체로 구비되지만 카메라 모듈의 크기와 전력 소모에 큰 영향을 주지 않으면서도 회동운동을 구현할 수 있는 새로운 구조의 광학기기용 회동 구동장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 광학기기용 회동 구동장치는, 고정된 제자리에서 자유롭게 회전할 수 있는 회동축;과, 상기 회동축에 대해 회전 모멘트를 가할 수 있도록 제1 방향으로 고정되고, 전류가 인가되면 상기 회동축에 대한 길이가 수축하는 성질을 가진 제1 형상기억합금 와이어;와, 상기 회동축에 대해 회전 모멘트를 가할 수 있도록 상기 제1 방향과 반대쪽의 제2 방향으로 고정되고, 전류가 인가되면 상기 회동축에 대한 길이가 수축하는 성질을 가진 제2 형상기억합금 와이어; 및 상기 회동축을 상기 제1 방향 쪽으로 회전시킬 때에는 상기 제1 형상기억합금 와이어에 전류를 공급하고, 상기 회동축을 상기 제2 방향 쪽으로 회전시킬 때에는 상기 제2 형상기억합금 와이어에 전류를 공급하는 제어를 수행하는 제어부;를 포함한다.
여기서, 상기 제어부는 상기 회동축이 제1 방향 또는 제2 방향으로의 회동이 완료되면 상기 제1 형상기억합금 와이어 또는 상기 제2 형상기억합금 와이어에 대한 전류 공급을 차단하게 된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 제1 형상기억합금 와이어 및 상기 제2 형상기억합금 와이어는 하나의 형상기억합금 와이어로 이루어져 상기 회동축에 대해 상기 제1 방향과 제2 방향의 경계 지점에 접합되고, 상기 회동축은 공통 음극으로서 상기 하나의 형상기억합금 와이어에 전기적으로 연결되며, 상기 하나의 형상기억합금 와이어의 양단에는 독립된 제1/제2 양극단자가 각각 전기적으로 연결된다.
또는, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 제1 형상기억합금 와이어 및 상기 제2 형상기억합금 와이어는 하나의 형상기억합금 와이어로 이루어져 상기 회동축에 대해 적어도 일 회전 이상 감겨 있고, 상기 회동축은 공통 음극단자로서 상기 하나의 형상기억합금 와이어에 전기적으로 연결되며, 상기 하나의 형상기억합금 와이어의 양단에는 독립된 제1/제2 양극단자가 각각 전기적으로 연결된다.
그리고, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 상기 제1 형상기억합금 와이어 및 상기 제2 형상기억합금 와이어는 각각 상기 회동축에 대해 그 중간 부분이 신축 가능하게 결속되어 각 형상기억합금 와이어의 양단이 각각 제1 방향과 제2 방향으로 연장되고, 상기 각 형상기억합금 와이어의 양단은 각각 음극단자와 독립된 제1/제2 양극단자와 전기적으로 연결된다.
이때, 상기 각 형상기억합금 와이어의 양단 중 어느 하나의 단부가 연결되는 음극단자는 하나의 공통 음극단자일 수 있다.
이러한 다양한 실시형태에 있어서, 상기 회동축에 고정된 회동자를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 회동자에는 광학적 창으로서의 특성이 서로 다른 두 개의 필터가 구비될 수 있다.
상기 회동자에 구비되는 두 개의 필터는 각각 적외선 차단필터와 적외선 통과필터일 수 있다.
또는, 상기 회동자에는 직경이 서로 다른 두 개의 구멍이 구비되는 것도 가능하다.
한편, 전술한 다양한 실시형태의 광학기기용 회동 구동장치는 카메라 모듈에 탑재될 수 있다.
그 하나의 실시형태로서, 상기 광학기기용 회동 구동장치는 상기 카메라 모듈의 렌즈 어셈블리로 빛이 들어가는 개구가 형성된 면 위에 탑재될 수 있다.
여기서, 상기 광학기기용 회동 구동장치의 회동축은 상기 카메라 모듈의 모서리에 설치될 수 있으며, 이때 상기 제1 방향 및 제2 방향은 90°를 이루면서 상기 회동축으로부터 연장될 수 있다.
그리고, 상기 카메라 모듈의 개구가 형성된 면은 사각형을 이루고, 상기 제1 형상기억합금 와이어 및 상기 제2 형상기억합금 와이어는 각각 상기 사각형 면의 두 개 모서리에 걸쳐 연장될 수 있다.
그리고, 상기 회동자에 적외선 차단필터와 적외선 통과필터가 구비된 상기 카메라 모듈은 홍채 인식을 할 수 있는 카메라 모듈일 수 있다.
상기와 같은 구성은 가진 본 발명의 광학기기용 회동 구동장치는 가느다란 형상기억합금 와이어를 회동축에 접합하고 전류를 선택적으로 공급하는 간단한 구조만으로 회동축을 양 방향으로 회동시키는 것이 가능하다. 따라서, 소형화된 휴대형 단말기에 내장되는 카메라 모듈에 일체화시켜 적용하기에 매우 적합하다.
그리고, 형상기억합금을 특별한 형태로 가공할 필요 없이 단순한 와이어로 구성하고, 저항 열에 의한 길이수축만을 이용하기 때문에 동작의 신뢰성이 매우 높다는 장점이 있다.
또한, 형상기억합금 와이어의 직경은 수백 마이크로미터 정도에 불과하기 때문에 미세한 전류만으로도 충분한 저항 열을 발생시킬 수 있다. 따라서, 전류 소모량이 높지 않기 때문에 전력 관리에 민감한 휴대형 단말기에 적용하기에 적합하다.
도 1은 본 발명에 따른 광학기기용 회동 구동장치의 구동원리를 설명하기 위해 그 기본적인 구조를 개념적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 광학기기용 회동 구동장치의 일 실시형태를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 광학기기용 회동 구동장치의 다른 실시형태를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 광학기기용 회동 구동장치의 또 다른 실시형태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 광학기기용 회동 구동장치가 카메라 모듈에 적용되는 일 실시형태를 도시한 분해 사시도.
도 6은 도 5에서 광학기기용 회동 구동장치가 카메라 모듈에 결합된 상태를 도시한 사시도.
도 7은 도 5에서 광학기기용 회동 구동장치의 회동자에 직경이 서로 다른 조리개 구멍이 구비된 다른 실시형태를 도시한 사시도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시형태를 설명함에 있어서 당업자라면 자명하게 이해할 수 있는 공지의 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이다. 또한 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부여할 것이며, 도면을 참조할 때에는 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등이 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있음을 고려하여야 한다.
그리고, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 개재되면서 간접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고도 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 광학기기용 회동 구동장치(10)의 구동원리를 설명하기 위해 그 기본적인 구조를 개념적으로 도시한 도면이다. 따라서, 도 1에 도시된 구조만이 본 발명의 실시형태를 나타내는 것은 아니며, 다양한 실시형태가 뒤를 이어 설명될 것이다.
도 1에 도시된 광학기기용 회동 구동장치(10)의 구성은 회동축과, 제1 형상기억합금 와이어(210)와, 제2 형상기억합금 와이어(220) 및 제어부(300)로 나누어볼 수 있다.
회동축은 고정된 제자리에서 자유롭게 회전할 수 있는 축으로서, 이 회동축에는 후술할 회동자(120)가 부착 내지는 일체로 형성될 수 있다. 즉, 회동축의 회전을 통해 회동자(120)를 원하는 방향과 각도로 돌릴 수 있다.
제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)는 회동축을 원하는 방향으로 회전시키기 위한 와이어로서, 형상기억합금 소재로 만들어진 것이다. 형상기억합금은 힘을 가해서 변형을 시켜도 본래의 형상을 기억하고 있어 조금만 가열해도 곧 본래의 형상으로 복원하게 되는 합금이다. 현재 티탄과 니켈을 1 : 1의 비율로 섞은 티탄-니켈 합금과 구리-아연-알루미늄합금(아연 20∼25%, 알루미늄 4∼6%)이 실용화되어 있다.
제1 형상기억합금 와이어(210)는 회동축(100)에 대해 회전 모멘트를 가할 수 있도록 제1 방향(P1)으로 고정되어 있다. 즉, 회동축(100)의 회전중심에서 벗어난 일 지점, 예를 들면 회동축(100)의 표면에 일단이 고정되어 있어, 제1 형상기억합금 와이어(210)의 길이변화에 의해 회동축(100)에 회전 모멘트가 작용할 수 있도록 고정되어 있다.
이러한 제1 형상기억합금 와이어(210)에 전류가 인가되면 저항에 의한 열이 발생한다. 이 열에 의해 제1 형상기억합금 와이어(210)는 변형된 상태에서 모상(母相)으로 되돌아가 회동축(100)에 대한 길이가 수축하게 된다. 도 1에 도시된 내용을 기준으로 한다면, 제1 형상기억합금 와이어(210)에 전류가 인가되어 길이가 수축되면 회동축(100)은 반시계 방향으로 회전하게 된다.
제2 형상기억합금 와이어(220)는 기본적인 구조는 제1 형상기억합금 와이어(210)와 동일하다. 다만, 그 길이가 수축하였을 때 회동축(100)을 제1 형상기억합금 와이어(210)가 수축될 때와는 반대방향으로 회전하게 하는 제2 방향(P2)으로 고정되어 있다는 것에 차이가 있다. 즉, 도 1을 기준으로 할 때, 제2 형상기억합금 와이어(220)에 전류가 인가되어 길이가 수축되면 회동축(100)은 시계 방향으로 회전하게 된다.
여기서, 제1 방향(P1)과 제2 방향(P2)은 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)가 수축되었을 때 회동축(100)에 회전 모멘트를 가하는 방향을 기준으로 하여 그 방향이 서로 반대방향임을 지시하기 위한 용어이다. 다시 말하면, 제1 방향(P1)과 제2 방향(P2)은 단순히 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)가 연장된 방향이 반대임을 의미하는 것이 아니다.
이는 도 1의 (a)에서는 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)가 서로 반대방향으로 연장되어 있는 반면, 도 1의 (b)에 의하면 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)가 동일한 방향으로 연장되어 있다. 즉, 제1 방향(P1)과 제2 방향(P2)은 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)가 회동축(100)에 고정된 각각의 작용점(PA) 및 연장된 방향의 양자에 따라 정해지는 것이다.
그리고, 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)의 길이 수축이 회동축(100)에 회전 모멘트로 작용하기 위해서는, 각 형상기억합금 와이어(210, 220)의 일단은 회동축(100)에 고정되어 있는 한편 타단은 어느 일 지점에 고정되어 있으면 된다.
여기서, 저항 열에 의해 수축하는 길이는 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)의 변형률 및 전체 길이에 의존한다. 즉, 열을 받았을 때 수축하는 비율과 전체 길이에 따라 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)가 수축하는 절대길이가 결정된다.
그리고, 회동축(100)이 제1 방향(P1)과 제2 방향(P2)으로 회전하는 각도는 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)가 수축하는 절대길이와 회전중심에 대한 작용점(PA)의 거리에 의해 결정된다. 따라서, 회동축(100)의 회동각도는 이 세 가지 요인에 의해 임의로 설계될 수 있다.
제어부(300)는 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)에 각각 인가되는 전류를 제어함으로써 회동축(100)을 원하는 방향으로 회동시키는 구성이다. 제어부(300)는 회동축(100)을 제1 방향(P1) 쪽으로 회전시킬 때에는 제1 형상기억합금 와이어(210)에 전류를 공급하고, 제2 방향(P2) 쪽으로 회전시킬 때에는 제2 형상기억합금 와이어(220)에 전류를 공급한다.
즉, 제어부(300)는 제1 방향(P1) 및 제2 방향(P2)의 회전 모멘트를 가하기 위해서 이에 대응하는 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)에 각각 전류가 인가되도록 제어하며, 어느 한편의 형상기억합금 와이어(210 또는 220)에 전류를 인가하는 동안 다른 쪽의 형상기억합금 와이어(220 또는 210)로는 전류를 공급하지 않는다.
따라서, 전류가 인가되지 않은 쪽의 형상기억합금 와이어(220 또는 210)는 다른 쪽의 형상기억합금 와이어(210 또는 220)가 저항 열에 의해 수축할 때 그 힘에 의해 신장되는 변형을 일으키게 되며, 이러한 전류가 인가되지 않은 쪽 형상기억합금 와이어(220 또는 210)의 신장 변형은 다음번의 수축 변형에 대한 준비가 된다. 이러한 신장 변형과 수축 변형은 회동축(100)의 회동운동이 반복될 때, 양쪽 형상기억합금 와이어(210, 220)에 대해 서로 반대이면서 교대로 일어나게 된다.
여기서, 제어부(300)는 회동축(100)이 제1 방향(P1) 또는 제2 방향(P2)으로의 회동이 완료되면 제1 형상기억합금 와이어(210) 또는 제2 형상기억합금 와이어(220)에 대한 전류 공급을 차단할 수 있다. 이에 따라, 일단 어느 한쪽으로 돌아간 회동축(100)은 제2 형상기억합금 와이어(220) 또는 제1 형상기억합금 와이어(210)로 다시 전류가 공급되기 이전까지 회동된 그 상태를 유지하게 된다.
이러한 본 발명의 광학기기용 회동 구동장치(10)는 많은 장점이 있다.
우선 가느다란 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)를 회동축(100)에 접합하고 전류를 공급하는 간단한 구조만으로 회동축(100)을 양 방향으로 회동시키는 것이 가능하다. 따라서, 소형화된 휴대형 단말기에 내장되는 카메라 모듈에 일체화시켜 적용하기에 매우 적합하다.
그리고, 형상기억합금을 특별한 형태로 가공할 필요 없이 단순한 와이어로 구성하고, 저항 열에 의한 길이수축만을 이용하기 때문에 동작의 신뢰성이 높다.
또한, 형상기억합금 와이어(200)의 직경은 수십 마이크로미터 정도에 불과하기 때문에 미세한 전류만으로도 충분한 저항 열을 발생시킬 수 있다. 따라서, 전류 소모량이 높지 않기 때문에 전력 관리에 민감한 근래의 휴대형 단말기에 적용하는데 무리가 없다.
도 2는 위와 같은 원리로 작동하는 광학기기용 회동 구동장치(10)의 일 실시형태를 도시한 것이다. 여기서, 도 2 및 후술할 도 3과 도 4의 구체적인 실시형태에서는 제어부(300)의 구성이 도면에서 생략되어 있다.
도 2에 도시된 실시형태에 따르면, 제1 형상기억합금 와이어(210) 및 제2 형상기억합금 와이어(220)는 하나의 형상기억합금 와이어(200)로 이루어져 있으며, 회동축(100)에 대해 제1 방향(P1)과 제2 방향(P2)의 경계 지점에 접합되어 있다. 즉, 하나로 이어진 형상기억합금 와이어(200)는 회동축(100)에 접합된 지점을 기준으로 하여 기능적으로는 전술한 제1 형상기억합금 와이어(210)와 제2 형상기억합금 와이어(220)로 분리 내지는 구별되는 것이다.
그리고, 회동축(100)은 공통 음극단자(400, 접지단자)로서 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)에 전기적으로 연결되어 있으며, 하나인 형상기억합금 와이어(200)의 양단에는 독립된 양극단자(510, 520)가 각각 전기적으로 연결되어 있다. 하나로 이어진 형상기억합금 와이어(200)의 양단에 각각 인가되는 전류는 제어부(300)에 의해 제어되어 선택적으로 공급된다.
도시된 실시형태는 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)가 하나의 형상기억합금 와이어(200)로 이루어져 있고, 하나인 형상기억합금 와이어(200)가 공통 음극단자(400)인 회동축(100)에 접합되어 전기적으로 연결되어 있다는 것에 특징이 있다. 따라서, 형상기억합금 와이어(200)의 어느 일단에 공급된 전류는 회동축(100)에 접합된 지점을 기준으로 다른 쪽으로는 흐르지 않는다.
도 3은 본 발명의 광학기기용 회동 구동장치(10)에 대한 다른 실시형태를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 광학기기용 회동 구동장치(10)는, 제1 형상기억합금 와이어(210) 및 제2 형상기억합금 와이어(220)가 하나의 형상기억합금 와이어(200)로 이루어져 있다는 점은 도 2의 실시형태와 동일하지만, 회동축(100) 표면의 일 지점에 접합되는 대신 회동축(100)에 대해 적어도 일 회전 이상 형상기억합금 와이어(200)가 감겨 있다는 점에 차이가 있다.
즉, 납땜 등의 방법으로 형상기억합금 와이어(200)가 회동축(100)에 고정되는 구조를 대신하여, 회동축(100)에 형상기억합금 와이어(200)가 일 회전 이상 감겨 충분한 마찰력을 확보함으로써 형상기억합금 와이어(200)의 길이변화가 회동축(100)의 회전운동으로 변환될 수 있도록 구성한 것에 특징이 있는 실시형태라 할 수 있다. 이는 도 2의 실시형태에서는 회동축(100)의 반복적인 작동에 의해 형상기억합금 와이어(200)가 접합된 부분에 응력이 쌓여 파단이 일어날 수 있는 우려가 있어 이를 해소하고, 형상기억합금 와이어(200)를 간편하게 회동축(100)에 결합시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.
이외에 회동축(100)이 공통 음극단자(400)로서 하나의 형상기억합금 와이어(200)에 전기적으로 연결되고, 하나의 형상기억합금 와이어(200)의 양단에는 독립된 제1/제2 양극단자(510, 520)가 각각 전기적으로 연결되는 구성은 전술한 도 2의 실시형태와 마찬가지이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 광학기기용 회동 구동장치(10)를 도시한 도면이다.
도 4의 실시형태는 제1 형상기억합금 와이어(210)와 제2 형상기억합금 와이어(220)가 물리적으로 분리된 별개의 형상기억합금 와이어로 구성되어 있다. 더 나아가 각 형상기억합금 와이어(210, 220)는 회동축(100)에 대해 그 중간 부분이 신축 가능하게 결속되어 있으면서, 각 형상기억합금 와이어(210, 220)의 양단이 각각 제1 방향(P1)과 제2 방향(P2)으로 연장되어 있다는 점에 특징이 있다.
즉, 도 4에 도시된 것과 같이, 회동축(100)의 표면에는 두 개의 고리(110)가 각각 형성되어 있는데, 각 고리(110)에는 제1 형상기억합금 와이어(210)와 제2 형상기억합금 와이어(220)가 하나씩 끼워져 있다. 이 고리(110)는 회동축(100)에 대해 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)가 회전 모멘트를 가할 수 있게 연결시켜 주는 역할을 한다. 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)는 고리(110)에 걸려 있을 뿐 접합(고정)되어 있지는 않기 때문에 고리(110)에 걸린 부분도 제한 없이 신축(길이변형)할 수 있다.
이와 더불어, 도 4의 실시형태는 각 형상기억합금 와이어(210, 220)의 일단이 아닌 양단 모두가 각각 제1 방향(P1)과 제2 방향(P2)으로 연장되어 있다는 점 또한 중요하다. 각 형상기억합금 와이어(210, 220)의 양단에는 양극단자(510, 520)와 음극단자(400)가 각각 전기적으로 연결되므로, 도 2 및 도 3의 실시형태에 비해 각 형상기억합금 와이어(210, 220)의 전체 길이가 동일한 레이아웃에서 거의 2배 가까이 늘어난다. 전술한 바와 같이, 저항 열에 의해 수축하는 절대길이는 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)의 변형률 및 전체 길이에 의해 결정되고, 회동축(100)이 회전하는 각도는 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)가 수축하는 절대길이와 회전중심에 대한 작용점(PA)의 거리에 의해 결정된다. 따라서, 도 4의 실시형태는 한정된 좁은 공간 안에서 회동축(100)의 회전 각도를 크게 키울 수 있다는 점에 상당한 이점을 가진다.
제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)의 배치와 고정점이 도 2와 도 4의 실시형태와 달라지기 때문에 회동축(100)을 공통 음극으로 사용할 수는 없다. 따라서, 각 형상기억합금 와이어(210, 220)의 양단은 각각 음극단자(400)와 독립된 제1/제2 양극단자(510, 520)와 전기적으로 연결된다. 이때, 각 형상기억합금 와이어(210, 220)의 양단 중 어느 하나의 단부를 하나의 공통 음극단자(400)에 연결하면 단자의 개수를 하나 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 광학기기용 회동 구동장치(10)가 카메라 모듈(20)에 적용되는 일 실시형태를 도시한 분해 사시도이고, 도 6은 도 5에서 광학기기용 회동 구동장치(10)가 카메라 모듈(20)에 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
여기서, 도 5 및 도 6의 카메라 모듈(20)에는 도 2의 실시형태에 따른 광학기기용 회동 구동장치(10)가 적용되어 있는데 이는 예시일 뿐이며, 도 3 및 도 4에 도시된 실시형태의 광학기기용 회동 구동장치(10)도 당연히 적용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 5 및 도 6을 보면, 전술한 광학기기용 회동 구동장치(10)의 회동축(100)에는 회동자(120)가 더 구비되어 있다. 회동자(120)는 회동축(100)의 움직임(회전)에 따라 함께 움직이는 부분으로서, 실제로 카메라 모듈(20)에 어떤 광학적 효과를 부여하기 위한 구성이다. 회동축(100)과 회동자(120)는 도시된 것과 같이 따로따로 만들어져 결합될 수 있는 것은 물론, 일체로 형성되어 하나의 부품으로 만들어질 수도 있다.
회동자(120)가 제공하는 광학적 효과의 하나로는 카메라 모듈(20)의 렌즈 어셈블리(26, 렌즈 배럴)로 들어가는 빛의 파장대를 조절하는 필터링 기능을 예로 들 수 있다. 이러한 역할을 하는 회동자(120)에는 광학적 창으로서의 특성이 서로 다른 두 개의 필터가 구비된다. 즉, 카메라 모듈(20)의 탑 커버(22)에 형성된 개구(24) 앞을 회동자(120)에 구비된 두 개의 필터 중 어느 하나의 필터가 가로막도록 함으로써 카메라 모듈(20)의 렌즈 어셈블리(26)로 들어가는 빛의 파장대를 조절할 수 있다. 물론 탑 커버(22)의 개구(24) 앞에 위치하는 필터의 선택은 회동축(100)의 회전을 통해 이루어지며, 실제 적용례에서는 카메라 모듈(20)을 제어하고 이미지 데이터를 받아들이는 카메라 프로그램(앱)이 촬영 모드에 맞춰 광학기기용 회동 구동장치(10)의 제어부(300)로 명령을 보냄으로써 자동으로 필터의 선택이 이루어지게 할 것이다.
일 실시예에 있어서, 회동자(120)에 구비되는 두 개의 필터는 각각 적외선 차단필터(122)와 적외선 통과필터(124)일 수 있다. 이는 종래기술에서 설명한 바 있는 사용자 등록 또는 인증을 위한 홍채인식(또는 정맥인식)용 촬영과 일반 촬영의 경우를 나누어, 전자의 경우에는 적외선 통과필터(124)를, 후자의 경우에는 적외선 차단필터(122)가 각각 탑 커버(22)의 개구(24) 앞에 위치하도록 회동자(120)를 제어함으로써 최상의 촬영 결과를 얻을 수 있게 한다.
한편, 도 7에는 회동자(120)에 필터를 구비하는 실시예 외에 생각할 수 있는 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 7에 도시된 다른 실시예는 직경이 서로 다른 제1 구멍(122')과 제2 구멍(124')을 회동자(120)에 형성하는 것이다. 이 회동자(120)에 형성된 두 개의 구멍(122', 124')은 일종의 조리개 역할을 하게 된다. 즉, 두 단계로 조절되는 조리개를 카메라 모듈(20)에 구비함으로써 심도(Depth Of Field)를 다르게 할 수 있게 된다. 현재까지 휴대형 단말기에 탑재되는 카메라 모듈(20)에는 물리적 조리개가 구비된 예를 찾아보기 힘드므로, 본 발명의 광학기기용 회동 구동장치(10)는 이에 대한 좋은 답이 될 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6은 본 발명의 광학기기용 회동 구동장치(10)가 카메라 모듈(20)에 탑재되는 바람직한 실시형태를 보여준다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 광학기기용 회동 구동장치(10)는 카메라 모듈(20)의 렌즈 어셈블리(26)로 빛이 들어가는 개구(24)가 형성된 면, 즉 탑 커버(22) 위에 탑재될 수 있다. 이는 본 발명의 광학기기용 회동 구동장치(10)가 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)와 회동축(100)의 간단하고 크기가 작은 부품으로만 이루어져 있기 때문에 이미 설계가 완성된 기존의 카메라 모듈(20)에 작용하는데 큰 무리가 없기 때문이다.
즉, 카메라 모듈(20)의 내부구조를 변경함이 없이, 탑 커버(22) 위에 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)와 회동축(100)을 설치하고, 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)에 전류를 공급할 수 있게 양극단자(510, 520)와 음극단자(400, 접지단자)를 연결하는 정도의 설계변경만으로도 본 발명을 기존의 카메라 모듈(20)에 적용하는 것이 가능하다. 그리고, 광학기기용 회동 구동장치(10)를 작동시키기 위한 제어부(300)는 이미 카메라 모듈(20) 또는 휴대형 단말기에 구비되어 있는 제어부의 프로그램을 수정하는 것으로 대응이 가능하다.
여기서, 광학기기용 회동 구동장치(10)의 회동축(100)은 카메라 모듈(20)의 모서리에 설치되면서, 회동축(100)에 서로 반대방향의 회전 모멘트를 가하는 제1 방향(P1) 및 제2 방향(P2)은 90°를 이루면서 회동축(100)으로부터 연장될 수 있다. 이는 대부분의 카메라 모듈(20)은 개구(24)가 형성된 면(탑 커버)이 사각형을 이루는 육면체 형상으로 만들어져 있기 때문이다.
또한, 이런 배치에 있어서, 제1 형상기억합금 와이어(210)와 제2 형상기억합금 와이어(220)는 각각 탑 커버(22)의 사각형 면의 두 개 모서리에 걸쳐 길게 연장되어 충분한 길이를 가지도록 할 수 있다. 이는 제1 및 제2 형상기억합금 와이어(210, 220)의 길이를 가능한 길게 확보해야 회동자(120)가 작동해야 할 충분한 각도를 만들 수 있기 때문이다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예 및 실시형태가 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재내용과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
10: 광학기기용 회동 구동장치
100: 회동축 110: 고리
120: 회동자 122: 적외선 차단필터
124: 적외선 통과필터 122': 제1 구멍
124': 제2 구멍 200: 형상기억합금 와이어
210: 제1 형상기억합금 와이어
220: 제2 형상기억합금 와이어
300: 제어부 400: 음극단자
510: 제1 양극단자 520: 제2 양극단자
20: 카메라 모듈 22: 탑 커버
24: 개구 26: 렌즈 어셈블리
P1: 제1 방향 P2: 제2 방향
PA: 작용점

Claims (16)

  1. 고정된 제자리에서 자유롭게 회전할 수 있는 회동축;
    상기 회동축에 대해 직접 회전 모멘트를 가할 수 있도록 제1 방향으로 고정되고, 전류가 인가되면 상기 회동축에 대한 길이가 수축하는 성질을 가진 제1 형상기억합금 와이어;
    상기 회동축에 대해 직접 회전 모멘트를 가할 수 있도록 상기 제1 방향과 반대쪽의 제2 방향으로 고정되고, 전류가 인가되면 상기 회동축에 대한 길이가 수축하는 성질을 가진 제2 형상기억합금 와이어; 및
    상기 회동축을 상기 제1 방향 쪽으로 회전시킬 때에는 상기 제1 형상기억합금 와이어에 전류를 공급하고, 상기 회동축을 상기 제2 방향 쪽으로 회전시킬 때에는 상기 제2 형상기억합금 와이어에 전류를 공급하는 제어를 수행하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부의 전류 공급에 따라 발생하는 저항 열에 의해 상기 제1 및 제2 형상기억합금 와이어의 전체 길이에 걸쳐 길이 수축이 일어나고, 상기 제1 및 제2 형상기억합금 와이어의 길이 수축이 상기 회동축의 양 방향 회동을 일으키는 것을 특징으로 하는 광학기기용 회동 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 회동축이 제1 방향 또는 제2 방향으로의 회동이 완료되면 상기 제1 형상기억합금 와이어 또는 상기 제2 형상기억합금 와이어에 대한 전류 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 광학기기용 회동 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 형상기억합금 와이어 및 상기 제2 형상기억합금 와이어는 하나의 형상기억합금 와이어로 이루어져 상기 회동축에 대해 상기 제1 방향과 제2 방향의 경계 지점에 접합되고,
    상기 회동축은 공통 음극으로서 상기 하나의 형상기억합금 와이어에 전기적으로 연결되고, 상기 하나의 형상기억합금 와이어의 양단에는 독립된 제1/제2 양극단자가 각각 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광학기기용 회동 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 형상기억합금 와이어 및 상기 제2 형상기억합금 와이어는 하나의 형상기억합금 와이어로 이루어져 상기 회동축에 대해 적어도 일 회전 이상 감겨 있고,
    상기 회동축은 공통 음극단자로서 상기 하나의 형상기억합금 와이어에 전기적으로 연결되고, 상기 하나의 형상기억합금 와이어의 양단에는 독립된 제1/제2 양극단자가 각각 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광학기기용 회동 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 형상기억합금 와이어 및 상기 제2 형상기억합금 와이어는 각각 상기 회동축에 대해 그 중간 부분이 신축 가능하게 결속되어 각 형상기억합금 와이어의 양단이 각각 제1 방향과 제2 방향으로 연장되고,
    상기 각 형상기억합금 와이어의 양단은 각각 음극단자와 독립된 제1/제2 양극단자와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광학기기용 회동 구동장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 각 형상기억합금 와이어의 양단 중 어느 하나의 단부가 연결되는 음극단자는 하나의 공통 음극단자인 것을 특징으로 하는 광학기기용 회동 구동장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회동축에 고정된 회동자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학기기용 회동 구동장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 회동자에는 광학적 창으로서의 특성이 서로 다른 두 개의 필터가 구비되는 것을 특징으로 하는 광학기기용 회동 구동장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 두 개의 필터는 각각 적외선 차단필터와 적외선 통과필터인 것을 특징으로 하는 광학기기용 회동 구동장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 회동자에는 직경이 서로 다른 두 개의 구멍이 구비되는 것을 특징으로 하는 광학기기용 회동 구동장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 광학기기용 회동 구동장치가 탑재되는 카메라 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광학기기용 회동 구동장치는 상기 카메라 모듈의 렌즈 어셈블리로 빛이 들어가는 개구가 형성된 면 위에 탑재되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 회동축은 상기 카메라 모듈의 모서리에 설치되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 방향 및 제2 방향은 90°를 이루면서 상기 회동축으로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 개구가 형성된 면은 사각형을 이루고, 상기 제1 형상기억합금 와이어 및 상기 제2 형상기억합금 와이어는 각각 상기 사각형 면의 두 개 모서리에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 회동자에 적외선 차단필터와 적외선 통과필터가 구비된 상기 카메라 모듈은 홍채 인식을 위한 카메라 모듈인 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.

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