KR102052158B1 - 카메라 모듈 - Google Patents

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    • G—PHYSICS
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Abstract

실시예에 따른 카메라 모듈은 베이스; 상기 베이스와 결합되는 하우징; 상기 하우징 내부에 배치되고 렌즈 베럴을 포함하는 캐리어; 상기 캐리어의 외주면에 설치되는 세개 이상의 코일들; 상기 코일들과 각각 대면하고 상기 하우징에 의해 지지되는 세개 이상의 마그네트; 및 상기 하우징에 의해 지지되어 상기 캐리어를 탄성 지지하는 세개 이상의 탄성부재들을 포함한다.

Description

카메라 모듈{CAMERA MODULE}
본 발명은 카메라 모듈에 관한 것이다.
최근, 모바일용 소형 카메라 모듈이 널리 사용되고 있으며, 디지털 카메라와 같은 수준의 고품질의 이미지를 요구하게 되면서 모바일용 소형 카메라 모듈에 손떨림 보정장치를 적용하고자 하는 개발 연구가 진행되고 있다.
기존 손떨림 보정장치는 대부분 디지털 카메라에 적용되며, 크게 4가지 방식으로 나눌 수 있다. 즉, 광학렌즈의 이동방식, 이미지센서 이동방식, 프리즘 굴절방식, 카메라 모듈 전체를 손떨림에 대응하여 기울이는 방식으로 나눌 수 있다.
그러나, 광학렌즈의 이동방식은 구동 정밀도가 요구되고, 이미지센서 이동방식은 높은 구동 정밀도가 요구될 뿐만 아니라 발열로 인한 노이즈가 발생되며, 프리즘 굴절방식은 고비용 및 화질 저하를 초래하고, 카메라 모듈 전체를 손떨림에 대응하여 기울이는 방식은 제품 구성이 복잡하고 내구성의 문제점을 초래하는 단점이 있다.
본 발명은 새로운 구조를 갖는 카메라 모듈을 제공한다.
본 발명은 단순한 구조와 적은 부품 수로 제작할 수 있는 손떨림 보정기능과 자동초점기능을 구현하는 카메라 모듈을 제공한다.
본 발명은 광축 방향으로 변위를 일으키는 적어도 세개 이상의 독립적인 엑츄에이터를 구비하여 렌즈 베럴의 자세와 높이를 정밀하게 제어할 수 있는 카메라 모듈을 제공한다.
실시예에 따른 카메라 모듈은 베이스; 상기 베이스와 결합되는 하우징; 상기 하우징 내부에 배치되고 렌즈 베럴을 포함하는 캐리어; 상기 캐리어의 외주면에 설치되는 세개 이상의 코일들; 상기 코일들과 각각 대면하고 상기 하우징에 의해 지지되는 세개 이상의 마그네트; 및 상기 하우징에 의해 지지되어 상기 캐리어를 탄성 지지하는 세개 이상의 탄성부재들을 포함한다.
또한 실시예에 따른 카메라 모듈은, 베이스; 상기 베이스와 결합되는 하우징; 상기 하우징 내부에 배치되고 렌즈 베럴을 포함하는 캐리어; 상기 캐리어의 외주면에 각각 분리되어 배치된 세개 이상의 코일들; 상기 코일들과 각각 대면하고 상기 하우징에 의해 지지되는 세개 이상의 마그네트들; 상기 하우징에 의해 지지되어 상기 캐리어를 탄성 지지하는 세개 이상의 탄성부재들; 및 상기 세개 이상의 마그네트들 각각에 대응되도록 상기 하우징 내면에 장착되는 요크;를 포함할 수 있다.
상기 요크는 상판, 상기 상판의 일측 아래로 연장된 내벽, 상기 상판의 타측 아래로부터 연장된 외벽을 포함할 수 있다.
상기 세개 이상의 마그네트는 상기 요크의 상기 외벽의 내면에 배치될 수 있다.
상기 각각의 코일은 상기 각각의 요크의 상기 내벽과 상기 각각의 마그네트 사이에 위치할 수 있다.
상기 각각의 요크의 내벽의 하단은 상기 각각의 코일의 상단보다 낮게 배치될 수 있다.
상기 각각의 코일은 상기 캐리어의 외주면을 따라 곡면을 가지며, 상기 각각의 마그네트는 상기 각각의 코일의 곡면에 대응되도록 곡면을 가질 수 있다.
상기 각각의 마그네트는 상기 각각의 코일과 일정한 간격을 갖도록 곡면을 가진 형태로 형성될 수 있다.
본 발명은 새로운 구조를 갖는 카메라 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명은 단순한 구조와 적은 부품 수로 제작할 수 있는 손떨림 보정기능과 자동초점기능을 구현하는 카메라 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명은 광축 방향으로 변위를 일으키는 적어도 세개 이상의 독립적인 엑츄에이터를 구비하여 렌즈 베럴의 자세와 높이를 정밀하게 제어할 수 있는 카메라 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 카메라 모듈의 단면도로서 렌즈베럴을 중심으로 120도 각도로 절단한 단면을 도시한 도면.
도 2와 도 3은 실시예에 따른 카메라 모듈에서 마그네트와 코일의 배치를 설명하는 도면.
도 4는 코일과 마그네트의 작동을 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 모듈이 도시한 도면.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 실시예에 따른 카메라 모듈의 단면도로서 렌즈베럴을 중심으로 120도 각도로 절단한 단면을 도시한 도면이고, 도 2와 도 3은 실시예에 따른 카메라 모듈에서 마그네트와 코일의 배치를 설명하는 도면이며, 도 4는 코일과 마그네트의 작동을 설명하는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 카메라 모듈은 상호 결합되어 내부에 소정 공간을 형성하는 베이스(110)와 하우징(120)을 가지고 이로써 외관이 형성된다. 상기 하우징(120)은 베이스(110)의 상면에 결합되고, 그 하면은 개방되고 상면에는 후술할 캐리어(150)가 이동하거나 빛의 투과를 위하여 개구부가 형성된다. 상기 베이스(110)의 하부에는 적외선 차단 필터(300)가 형성되어 입사광 중 적외선 영역의 빛을 차단하고 가시광선을 투과시킨다.
상기 캐리어(150)의 외측에서 상부 및 하부에는 탄성을 가진 링 형상의 상부 스페이서(Spacer)(131) 및 하부 스페이서(135)가 각각 배치될 수도 있다. 이때, 상부 스페이서(131)는 하우징(120)의 상부 내측면과 접촉하고, 하부 스페이서(135)는 베이스(110)의 상면과 접촉한다. 상기 상부 및 하부 스페이서(131)(135)는 장착시에 신축되면서 하우징(110)의 내부에 조립되는 부품들의 치수 공차 및 조립시 발생하는 조립 오차에 의한 공차를 보상해 준다.
상부 스페이서(131)와 하부 스페이서(135) 사이 간격에는 요크(140)가 배치될 수도 있다. 상기 요크(140)는 하우징(120)의 내면에 장착될 수 있다. 이와 같은 형상의 요크(140)에 의해서 캐리어(150)의 이동한계가 설정될 수 있다. 그리고, 상기 요크(140)의 내면에는 마그네트(145)가 설치된다.
상기 요크(140)의 내측에는 상기 캐리어(150)가 승강가능하게 설치되는데, 상기 캐리어(150)의 내부에는 캐리어(150)와 함께 승강하는 렌즈 베럴(200)이 설치된다. 결국, 상기 캐리어(150)의 승하강 동작은 렌즈 베럴(200)의 승하강 동작으로 이어져서 촬영시에 렌즈의 위치가 조정된다. 상기 요크(140)의 내측에서 상기 캐리어(150)가 용이하게 위치되도록 하기 위하여, 상기 캐리어(150)는 서로 분리되는 부재로서 상부 캐리어와 하부 캐리어로 분리되어 제작된 후, 서로 결합되어 설치될 수도 있다.
상기 캐리어(150)의 외주면에는 권선된 코일(160)이 고정된다. 이때, 상기 코일(160)은 상기 요크(140)의 내벽과 마그네트(145) 사이에 위치되어, 마그네트(145)와 소정 간격을 가지면서 마그네트(145)와 대향한다. 그리하여, 상기 코일(160)에 전류가 공급되면, 상기 코일(160)에서 발생하는 전기장과 마그네트(145)에서 발생하는 자기장과의 상호 작용에 의하여 코일(160)이 상승하게 되고, 이로 인해 캐리어(150)가 상승하면서 렌즈 베럴(200)을 상승시킨다.
이후에, 전자기력에 의하여 상승된 캐리어(150)는, 인가된 전자기력이 없어지면 상부 및 하부탄성부재(170)(180)에 의하여 원래 위치로 복귀된다.
상기 상부 및 하부탄성부재(170,180)의 위치관계 및 작용을 상세하게 설명한다. 먼저, 상부탄성부재(170)의 내측부는 상기 캐리어(150)의 상측 외면 부위에 사출에 의해서 일체로 고정되고, 상부탄성부재(170)의 외측부는 상부 스페이서(131)와 하우징(120) 사이에 고정된다. 그리고, 하부탄성부재(180)의 내측부는 상기 캐리어(150)의 하측 외면 부위에 사출에 의하여 일체로 형성되어 고정되고, 하부탄성부재(180)의 외측부는 하부 스페이서(135)와 베이스(110) 사이에 고정되어 있다.
그리하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 코일(160)에 전류가 공급되면, 코일(160)에 흐르는 전류의 흐름 방향과 마그네트(145)의 극성에 따라 코일(160)과 마그네트(145) 간의 전자기력에 의하여 코일(160)이 상승하고, 이로인해 캐리어(150) 및 렌즈 베럴(200)도 상승한다.
여기서, 상부 및 하부탄성부재(170)(180)의 내측부는 캐리어(150)에 고정되고, 외측부는 상부 스페이서(131)와 하우징(120) 사이와, 하부 스페이서(135)와 베이스(110) 사이에 각각 고정되어 있다. 그러므로, 캐리어(150)가 상승하면 상부 및 하부탄성부재(170)(180)의 내측부도 캐리어(150)와 동일하게 상승한다.
그 후, 코일(160)에 공급되는 전류가 차단되면 상부 및 하부탄성부재(170)(180)의 탄성력에 의하여 캐리어(150)가 최초의 상태로 복귀되는 것이다.
한편, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 카메라 모듈은 세개의 코일(160)과 세개의 마그네트(145), 그리고 세개의 탄성부재(190)를 포함한다. 상기 탄성부재(190)는 앞서 설명한 바와 같이, 상부 탄성부재(170)가 되거나 하부 탄성부재(180)가 되거나, 상부 및 하부 탄성부재(170,180)가 될 수도 있다. 도 2에서는 상기 탄성부재(190)를 개략적으로만 도시하였다.
상기 세개의 코일(160) 및 마그네트(145)는 각각 120도 간격으로 배치될 수 있다. 즉, 캐리어(150)의 중심에서 각각의 코일(160) 및 마그네트(145)의 중심을 지나는 선은 상호 120도 각도를 갖는다. 마찬가지로 상기 세개의 탄성부재(190)도 120도의 각도로 배치되어 상기 캐리어(150)와 결합될 수 있다.
한편, 상기 세개의 코일(160) 및 마그네트(145)는 도 3과 같이 상측에서 바라볼 때 직사각형 형태를 갖는 것으로 도시되어 있으나, 상기 코일(160)은 상기 캐리어(150)의 외주면을 따라 곡면을 가진 형태로 형성될 수 있으며, 상기 마그네트(145)도 상기 코일(160)과 일정한 간격을 갖도록 곡면을 가진 형태로 형성될 수 있다.
상기 코일(160)에 흐르는 전류의 방향에 따라 상기 마그네트(145)와의 상호 작용에 의해 상기 코일(160)이 설치된 캐리어(150)는 +Z 방향(광축을 따르는 상측 방향) 또는 -Z 방향(광축을 따르는 하측 방향)으로 이동한다. 이때, 상기 캐리어(150)의 이동 변위는 탄성부재(190)의 탄성 계수 K값과 코일(160)에 흐르는 전류의 양에 의해 결정된다.
상기 캐리어(150), 즉, 렌즈 베럴(200)의 위치와 자세는 Pitch, Yaw, Z-Shift(Translation)로 결정된다. 이를 위한 각 엑츄에이터(한쌍의 코일 및 마그네트)의 구동신호(전류)와 각 엑츄에이터 중심에서의 Z축 방향 변위는 아래 [식 1]과 같이 결정될 수 있다.
각 엑츄에이터 별 최대 구동 변위는 통상의 손떨림 보정 최대 보정량을 허용하게 끔 하기 위하여 dZi/D=1/25 이하가 되도록 한다. 식 1에서와 같이 θx=θy=0 인 경우에 세개의 엑츄에이터에 동일한 양의 전류가 흐르며, 이때 캐리어(150)는 오직 광축(Z축) 방향으로의 병진이동을 하게 된다. 이 경우, 최대 구동변위는 dZmax=300㎛ 이하가 되도록 한다. 여기서, D는 도 2에 도시된 바와 같이, 어느 하나의 탄성부재(190)가 캐리어(150)를 지지하는 힘의 중심점과 인접한 탄성부재(190)가 캐리어(150)를 지지하는 힘의 중심점 사이의 거리로서, 상기 각각의 탄성부재(190)의 지지 중심점 사이의 거리이다.
[식 1]
1) Yaw, Pitch (Rotation)
θx=a1T1+a2T2+a3T3
θy=b1T1+b2T2+b3T3
2) Translation
Tz=(T1+T2+T3)/3
Tz=T1, T1=T2=T3 (θx, θy가 0인 경우)
Figure 112012016891215-pat00001

i번재 엑츄에이터(세개의 엑츄에이터 중 하나)에서의 변위 Ti, 코일에 흐르는 전류 Ii, 스프링 상수 Ki는 다음 관계로 근사된다.
Ti=CiIi/Ki
T=CI
이때, C는 Ci/Ki를 요소로 하는 3x3 대각행렬이 된다.
Y=[θx, θy, Tz]T, T=[T1, T2, T3]T로 놓으면,
Y=AT, 여기서, A는
Figure 112012016891215-pat00002
Y=ACI
I=[AC]-1Y
이에 따라 Pitch, Yaw, Tz를 위한 각 엑츄에이터로 인가되어야 하는 전류 I값이 결정된다.
[실시예]
세개의 동일한 엑츄에이터 중 임의의 인접한 두개이 엑츄에이터가 렌즈베럴의 중심에 대해 120도의 각도를 이루도록 배치하고 동일한 위치에 동일한 탄성부재세개를 배치한 경우로서 각 엑츄에이터에서 탄성부재의 지지 중심점 사이의 거리(D)를 계산의 편의상 단위없이 1이라고 가정한 경우,
Ti=CIi/K (C0=C/K 인 경우)
--> Ti=C0Ii
1) Rotation
θx=T2-T3 (T1=0, T2=-T3인 경우)
θy=0.866(T1-(T2+T3) (T1+T2+T3=0, T2=T3인 경우)
2) Translation
Tz=(T1+T2+T3)
Figure 112012016891215-pat00003
따라서, 캐리어(150)의 자세와 높이에 따라 각각의 코일에 인가되어야 하는 전류가 결정될 수 있다.
한편, 도 5에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 모듈이 도시되어 있다. 도 5에 도시된 다른 실시예에 따른 카메라 모듈은 도 1 내지 도 4에서 설명한 실시예와 달리 네개의 탄성부재(190)를 포함한다.
즉, 상기 세개의 코일(160) 및 마그네트(145)는 각각 120도 간격으로 배치될 수 있는 반면에, 상기 탄성부재(190)는 90도 간격으로 배치될 수도 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 카메라 모듈에서는 손떨림 보정기능과 자동초점기능을 구현하기 위하여 정밀하게 캐리어(150)의 자세와 높이를 제어한다. 이는 적어도 세개 이상의 코일(160), 마그네트(145), 탄성부재(190)에 의해 달성될 수 있으며, 예를 들어, 네개의 코일(160), 마그네트(145), 탄성부재(190)가 구비될 수도 있다.
상기 캐리어(150)가 광축 방향으로 이동시 기생 틸트(Tilt)가 발생될 수도 있으나, 본 발명에서는 세개 이상의 코일(160), 마그네트(145), 탄성부재(190)를 통해 정밀하게 기생 틸트를 보정할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 베이스;
    상기 베이스와 결합되는 하우징;
    상기 하우징 내부에 배치되고 렌즈 베럴을 포함하는 캐리어;
    상기 캐리어의 외주면에 각각 분리되어 배치된 세개 이상의 코일들;
    상기 코일들과 각각 대면하고 상기 하우징에 의해 지지되는 세개 이상의 마그네트들;
    상기 하우징에 의해 지지되어 상기 캐리어를 탄성 지지하는 세개 이상의 탄성부재들; 및
    상기 세개 이상의 마그네트들 각각에 대응되도록 상기 하우징 내면에 장착되는 요크;를 포함하며,
    상기 요크는 상판, 상기 상판의 일측 아래로 연장된 내벽, 상기 상판의 타측 아래로부터 연장된 외벽을 포함하고,
    상기 세개 이상의 마그네트는 상기 요크의 상기 외벽의 내면에 배치되고,
    상기 각각의 코일은 상기 각각의 요크의 상기 내벽과 상기 각각의 마그네트 사이에 위치하며,
    상기 각각의 코일은 상기 캐리어의 외주면을 따라 곡면을 가지며,
    상기 각각의 마그네트는 상기 각각의 코일의 곡면에 대응되도록 곡면을 가지는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 코일들 및 마그네트들은 세개가 배치되고 각각 상기 캐리어의 중심을 기준으로 120도 각도로 배치되며,
    상기 각각의 요크의 내벽의 하단은 상기 각각의 코일의 상단보다 낮게 배치되는 카메라 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 코일들 및 마그네트들은 각각 세개가 배치되고 상기 탄성부재들은 네개가 배치되는 카메라 모듈.
  4. 삭제
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