KR102312292B1 - 카메라 모듈 및 카메라 모듈의 조립 방법 - Google Patents

Abstract

카메라 모듈, 그리고 그 카메라 모듈의 조립 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 카메라 모듈은, 센서(CCD, CMOS 등의 촬상 소자)와 렌즈들을 세로로 쌓는 기존 방식과 달리 가로로 배치한 광 굴절식 카메라 모듈(Folded zoom camera module)로서, 내측에 수용공간이 형성되고 광축 방향 일 측면부와 대향부 타 측면부, 그리고 하면부가 개방된 하우징과, 하우징의 하면부를 덮도록 설치되며 수용공간을 향하는 면에 둘 이상 복수의 코일을 실장한 기판을 포함하는 하나 이상의 구동유닛과, 하우징의 일 측면부에 동축 결합되는 고정 광학유닛 및 광이 이동되는 방향을 기준으로 상기 고정 광학유닛 후방의 하우징 수용공간에 광축 방향으로 이동 가능하게 배치되며 기판과 마주하는 면에 코일에 대응하여 마그네트가 결합된 하나 이상의 가동 광학유닛을 포함하며, 하우징의 타 측면부 내측에 이미지센서 모듈 장착을 위한 장착 프레임이 형성되고, 고정 광학유닛과 가동 광학유닛 각각에 하우징 내 광축 방향 정렬을 위한 얼라인 구멍(Align hole)이 적어도 하나 이상 형성되며, 얼라인 구멍에 대응하여 장착 프레임의 일면에 얼라인 홈(Align groove)이 적어도 하나 이상 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

카메라 모듈 및 카메라 모듈의 조립 방법{Camera module and Optical axis alignment and assembly method of same the camera module}

본 발명은 카메라 모듈에 관한 것으로, 특히 센서(CCD, CMOS 등의 촬상 소자)와 렌즈들을 세로로 쌓는 기존 방식과 달리 가로로 배치하여 줌(Zoom)이나 자동초점조절(Auto Focusing)을 구현하는 광 굴절식 카메라 모듈(Folded zoom camera module) 및 그 카메라 모듈의 조립 방법에 관한 것이다.

종래 모바일에 탑재되는 카메라 모듈 대부분은, 복수의 렌즈들로 구성된 광학계를 광이 유입되는 방향인 광축 방향으로 이동시켜 자동초점조절을 구현한다. 이때 광학계의 이동방향은 카메라 모듈을 모바일에 실장했을 때 모바일의 두께방향이 된다. 때문에 종래에는 모바일 두께방향으로 카메라 모듈의 광학계가 움직일 수 있는 최소한의 공간 확보가 필요하다.

즉 모바일의 두께방향으로 광학계가 움직이는 구성의 종래 대부분의 카메라 모듈은, 모바일에 실장 시 이를 실장할 수 있을 만큼의 최소한의 공간을 모바일의 두께방향으로 확보해야만 하는 구조이다. 때문에 모바일의 두께를 더욱 얇게 구현하려는 최근의 슬림화 추세에서 시장의 요구를 충족시키기 어렵다는 구조적인 문제가 있다.

종래 이러한 문제를 해결하기 위하여 렌즈의 각도, 크기, 이격된 간격, 초점 거리 등을 조정하여 광학계 자체의 크기를 축소시키는 방법이 있으나, 이러한 방법은 줌 렌즈 내지 줌 렌즈 배럴의 크기를 물리적으로 줄이는 방법이므로 슬림화 달성에 한계가 있고, 줌 렌즈의 본질적인 특성을 저하시킬 수 있다는 문제가 있다.

이에 유입된 광을 90도로 반사시키는 반사계를 장착하고, 반사계에서 굴절된 광을 통과시키는 광학계를 모바일의 폭 또는 길이 방향으로 눕혀 광학계를 이루는 렌즈들 사이의 간격을 충분히 확보함으로써, 고배율의 광학줌을 구현하고 슬림화를 달성할 수 있는 광 굴절식 카메라 모듈(Folded zoom camera module)이 제안되었다.

이러한 광 굴절식 카메라 모듈은 센서(CCD, CMOS 등의 촬상 소자)와 렌즈들을 세로로 쌓는 기존 방식과 달리 잠망경 구조를 채택함으로써 전체적인 높이 증가 없이도 고배율의 광학줌을 구현할 수 있다. 또한 렌즈들을 세로로 쌓는 기존 방식과 달리 잠망경 구조이기 때문에 기존 방식에 비해 슬림화 측면에서도 유리한 장점이 있다.

카메라의 줌 성능에 결정적인 영향을 미치는 핵심 요소에는 광학계를 구성하는 렌즈의 사양뿐 아니라, 광학계의 구동 범위도 포함된다. 광학계의 구동 범위가 클수록 향상된 줌 성능이 발휘될 수 있다. 종래 줌 렌즈가 탑재된 소형 카메라는 광학계의 구동 범위를 늘이기 위한 구동 매커니즘으로써 스탭핑 모터(Stepping Motor) 방식을 주로 채택하고 있다.

그러나 스탭핑 모터(Stepping Motor) 방식은 스탭핑 모터의 크기 때문에 소형 카메라의 전체적인 볼륨(Volume)이 커지는 문제가 있다. 다시 말해 스탭핑 모터의 자체 볼륨이 커서 이를 실장할 수 있을 만큼의 충분한 공간 확보가 필요한데, 이를 위해서는 소형 카메라의 전체적인 볼륨(Volume)을 키울 수 밖에 없기 때문이다.

또한 스탭핑 모터의 경우 가격이 비싸 원가 상승을 수반하는 문제가 있으며, 렌즈를 단순히 이동시키는 역할만하므로 렌즈 군 사이의 광축 정렬(Align)을 위해서는 별도의 가이드 핀이 요구되기 때문에, 종래 스탭핑 모터 방식은 구조가 복잡하고, 복잡한 구조만큼이나 조립이 어려워 양산성 측면에서도 불리하다는 단점이 있다.

한편, 모바일용 카메라 모듈의 성능은 대체로 개별적인 광학 요소들, 예를 들면 이미지 센서의 성능과 렌즈의 품질 등에 의해 결정된다. 그러나 이미지 센서, 렌즈의 광축을 적절하게 정렬하지 못한다면 개별적인 광학 요소들(이미지 센서, 렌즈 등)의 성능이나 품질이 뛰어나다 하더라도 전반적인 카메라 모듈의 성능은 떨어질 수 밖에 없다.

종래의 모바일에 장착되는 카메라 모듈은 단순 촬영 기능을 제공하는 정도에 불과하여 이미지 센서와 렌즈의 정밀한 광축 정렬(Optical axis alignment)은 실시하지 않고, 이미지 센서와 렌즈를 결합하는데 이용되는 부품들(하우징, 렌즈 배럴, 렌즈 배럴을 탑재하는 캐리어 등)의 제작 및 조립 공차를 세부적으로 관리하여 촬상 이미지의 품질을 관리하는 수준에 머물렀다.

하지만 광학 요소들의 성능이 고도화되고 모바일에 장착된 카메라 모듈을 보다 슬림하게 하면서도 고기능화를 구현하려는 추세에서, 이미지 센서와 렌즈의 광축 정렬의 필요성이 증대되고 있다. MTF(M)값을 기초로 이미지 센서에 대한 광학유닛의 높이와 틸팅각 조절하여 광축을 조정하는 액티브 얼라인(Active align) 방식이 광축 정렬 기술의 대표적인 예이다.

MTF값에 기초한 종래 액티브 얼라인 방식의 광축 정렬 기술은, 정확도 높은 광축 정렬을 구현할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 제품(카메라 모듈) 제작 공정 중 거의 마지막 단계에서 제품 하나하나를 전용 장비(액티브 얼라인 장비)에서 MTF값을 기초로 광축을 조정하는 것이기 때문에 전체적인 택타임이 길어지는 등 전반적으로 생산의 효율성이 떨어지는 단점이 있다.

한국등록특허 제10-1978946호(공고일 2019.05.15) 한국공개특허 제10-2009-0129080호(공개일 2009. 12. 16)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 제품(카메라 모듈) 조립 과정에서 광학계의 광축 정렬을 함께 구현할 수 있으며, 따라서 액티브 얼라인 장비와 같은 종래 별도의 광축 정렬을 위한 전용 장비 사용을 배제할 수 있어 비용 절감과 생산성 향상을 도모할 수 있는 카메라 모듈을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 종래 스탭핑 모터 방식에 비해 단순한 구성이면서도 광학계의 변위 폭(광학계의 광축 방향 스트로크 범위)을 충분히 늘일 수 있어 고배율의 광학줌을 구현할 수 있는 새로운 구동방식의 카메라 모듈을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제품(카메라 모듈) 조립 과정에서 광학계의 광축 정렬을 함께 구현할 수 있는 구성의 카메라 모듈의 조립 방법을 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,

내측에 수용공간이 형성되고, 광축 방향 일 측면부와 대향부 타 측면부, 그리고 하면부가 개방된 하우징;

상기 하우징의 하면부를 덮도록 설치되며, 상기 수용공간을 향하는 면에 둘 이상 복수의 코일을 실장한 기판을 포함하는 하나 이상의 구동유닛;

상기 하우징의 일 측면부에 동축 결합되는 고정 광학유닛; 및

광이 이동되는 방향을 기준으로 상기 고정 광학유닛 후방의 하우징 수용공간에 광축 방향으로 이동 가능하게 배치되며, 상기 기판과 마주하는 면에 코일에 대응하여 마그네트가 결합된 하나 이상의 가동 광학유닛;을 포함하며,

상기 하우징의 타 측면부 내측에 이미지센서 모듈 장착을 위한 장착 프레임이 형성되고,

상기 고정 광학유닛과 가동 광학유닛 각각에 하우징 내 광축 방향 정렬을 위한 얼라인 구멍(Align hole)이 적어도 하나 이상 형성되며,

상기 얼라인 구멍에 대응하여 상기 장착 프레임의 일면에 얼라인 홈(Align groove)이 적어도 하나 이상 형성된 카메라 모듈을 제공한다.

또한 본 발명에 따른 카메라 모듈은, 상기 구동유닛의 양 측면부에 가이드 홈이 광축 방향을 따라 연속적으로 형성되며, 상기 하우징의 양 측벽 하단부에 상기 가이드 홈에 슬라이드 결합되는 가이드 레일이 광축 방향을 따라 연속적으로 형성될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 카메라 모듈은, 제품 조립 시 상기 고정 광학유닛과 가동 광학유닛의 얼라인 구멍을 통과하여 상기 얼라인 홈에 일단부가 삽입되도록 조립되는 얼라인 샤프트에 의해 상기 고정 광학유닛과 가동 광학유닛 간 광축 정렬이 구현될 수 있다.

여기서, 상기 얼라인 샤프트를 통한 광학유닛 간 광축 정렬을 위해 상기 가이드 홈과 가이드 레일 사이에 광축 정렬을 위한 여유 마진인 소정의 에어 갭(Air gap)이 형성되는 구성일 수 있다.

바람직하게는, 상기 얼라인 샤프트를 통한 광학유닛 간 광축 정렬 후 상기 에어 갭에 주입되는 접착제의 경화에 의해 광학유닛 간 광축이 정렬된 상태로 상기 구동유닛이 하우징에 고정되는 구성일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 카메라 모듈에 적용된 상기 구동유닛은, 제1 구동유닛과 제2 구동유닛으로 구성되며, 상기 가동 광학유닛은 제1 구동유닛을 구성하는 코일들의 전기장이 미치는 구간 안에서 광축 방향으로 직선운동을 하도록 상기 수용공간에 배치되는 제1 가동 광학유닛과, 제2 구동유닛을 구성하는 코일들의 전기장이 미치는 구간 안에서 직선운동을 하도록 상기 수용공간에 제1 가동 광학유닛과 동축 정렬되는 제2 가동 광학유닛으로 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 구동유닛은 광축 방향으로 정렬되는 둘 이상의 코일 및 각 코일의 공심부에 홀 센서를 하나씩 실장한 구성의 기판과, 상기 코일 반대편에서 상기 기판과 접하도록 배치되는 코일 요크와, 상기 기판과 코일 요크가 설치되며 개방된 상기 하우징의 하면부에 결합되는 사각 틀 모양의 볼 가이드로 구성될 수 있다.

여기서, 상기 볼 가이드의 볼 레일에 광축 방향을 따라 한 쌍의 제1 볼홈이 형성되고, 상기 볼 가이드와 대면하는 가동 광학유닛의 외면부에 제1 볼홈에 대응되는 한 쌍의 제2 볼홈이 형성되며, 상호 마주하도록 대응되는 제1 볼홈과 제2 볼홈 사이에 적어도 하나 이상의 볼이 개재될 수 있다.

바람직하게는, 가동 광학유닛이 두 개로 구성된 경우, 즉 상기 제1 가동 광학유닛과 제2 가동 광학유닛으로 구성된 경우, 각 가동 광학유닛은 각각에 대응하여 구성되는 제1 구동유닛과 제2 구동유닛에 의해 하우징 내에서 광축 방향으로 개별 작동됨으로써 고배율의 광학줌을 구현하도록 구성될 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 카메라 모듈에 적용된 상기 가동 광학유닛은 바람직하게, 상기 기판과 마주하는 면에 마그네트가 결합되는 캐리어와, 상기 캐리어 중앙의 수용홀에 결합되고 복수의 렌즈들로 구성된 렌즈군을 수용하는 렌즈배럴로 구성되며, 상기 렌즈배럴 주변의 캐리어에 상기 얼라인 구멍(Align hole)이 하나 이상 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 얼라인 구멍은 고정 광학유닛과 가동 광학유닛의 렌즈배럴을 중심으로 사선 방향으로 대향되는 위치의 가동 광학유닛의 캐리어 및 고정 광학유닛의 광학 하우징에 형성될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 카메라 모듈은, 상기 고정 광학유닛 전방에 배치되며 외부에서 상기 고정 광학유닛의 광축에 대해 수직한 방향으로 유입되는 광을 상기 고정 광학유닛 방향으로 반사시키는 반사계 및 상기 장착 프레임을 통해 하우징에 결합되며, 상기 고정 광학유닛 및 가동 광학유닛을 차례로 통과한 광을 수광하고 수광된 광에 상응하는 이미지 정보를 출력하는 이미지센서 모듈;을 더 포함할 수 있다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,

전술한 일 측면에 따른 카메라 모듈의 조립 방법으로서,

a) 코일 요크와 마그네트 사이의 흡인력으로 구동유닛 상에 가동 광학유닛이 탑재된 구성의 액추에이터 어셈블리를 하우징의 일측에서 슬라이드 조립하는 단계;

b) 가동 광학유닛이 조립된 상기 하우징의 일 측면부에 고정 광학유닛을 결합하는 단계;

c) 고정 광학유닛과 가동 광학유닛의 얼라인 구멍을 통과하여 장착 프레임 일면에 형성된 얼라인 홈에 일단부가 삽입되도록 하우징의 일측에서 얼라인 샤프트를 조립하여 광학유닛 간 광축 정렬을 수행하는 단계;

d) 얼라인 샤프트를 통한 광학유닛 간 광축 정렬 후 구동유닛의 가이드 홈과 하우징의 가이드 레일 사이의 에어 갭(Air gap)에 접착제를 주입하여 구동유닛과 하우징을 결합시키는 단계; 및

e) 에어 갭에 주입된 상기 접착제 경화 후 광축 정렬을 위해 가 조립된 상기 얼라인 샤프트를 제거하는 단계;를 포함하는 카메라 모듈의 조립 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈에 의하면, 여러 개의 코일을 광축 방향으로 정렬시켜 마그네트를 실장한 광학유닛을 연속적으로 이동시키는 VCM 타입으로, 종래 스탭핑 모터 방식에 비해 단순한 구성이면서도 광학유닛의 변위 폭(광학유닛의 광축 방향 스트로크 범위)를 충분히 늘일 수 있어 줌 인(Zoom in) 및 줌 아웃(Zoom out) 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 종래 스탭핑 모터 방식에 비해 구성이 단순하기 때문에 생산 단가 측면에서도 유리한 장점이 있으며, 단순한 구성만큼 조립이 쉬워 제품의 양산성 측면에서도 이점이 있고, 마그네트와 코일 요크 사이의 인력으로 광학유닛이 구동유닛 측에 밀착된 상태로 볼 가이드에 의해 부드럽고 안정적인 직선운동을 하므로 고배율의 광학줌이 안정적으로 발휘될 수 있다.

또한 본 발명은, 제품(카메라 모듈) 조립 과정에서 광학계의 광축 정렬을 함께 구현할 수 있는 구조로서, 액티브 얼라인 장비와 같은 종래 별도의 광축 정렬을 위한 전용 장비 사용을 배제할 수 있다. 결과적으로, 제품의 생산 비용을 크게 절감할 수 있어 가격 경쟁력을 확보할 수 있으며, 제품의 생산성 측면에서도 유리한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 카메라 모듈의 결합 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 카메라 모듈의 분해 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 구동유닛을 분해 도시한 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 카메라 모듈을 A-A선 방향에서 바라본 절단면도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈의 요부 개념도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈의 작동 개념도.
도 7은 도 2에 도시된 카메라 모듈을 다른 각도(저면)에서 바라본 분해 사시도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈의 개략 구성도.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 카메라 모듈의 조립 방법을 설명하기 위한 조립 순서도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하 본 발명을 설명함에 있어 설명의 편의를 위해 도면에 3축 방향 좌표계를 사용하여 설명하기로 한다. 도면에 표시된 3축 방향 좌표계에서 X축은 후술하게 될 반사계를 통해 굴절된 광이 진행하는 방향(본 발명에서는 '광축 방향'을 지칭하는 의미로 사용한다)을 가리키며, Z 축은 광축 방향인 상기 X축과 수직인 방향을, 그리고 Y축은 Z축에 수직한 평면 상에서 X축과 직교하는 방향을 가리킨다.

본 발명에 따른 카메라 모듈은, 광축 방향으로 이격 배치되는 복수의 코일이 제어명령에 따라 순차적으로 발생시키는 전기장과 마그네트의 자기장 사이의 상호 작용을 이용, 광학계(이하에서는, '광학유닛'이라 함) 중 가동 광학유닛을 광축 방향으로 임의 거리만큼 이동시키는 매커니즘을 통해 줌 인(Zoom in) 및 줌 아웃(Zoom out)을 구현하도록 구성된다.

이하 본 발명을 설명함에 있어서는, 하나의 카메라 모듈에 두 개의 가동 광학유닛이 광축 방향을 따라 동축 정렬되고, 가동 광학유닛 각각에 대응되도록 두 개의 구동유닛을 구비하는 구성을 예로 들어 설명하기로 한다. 물론 이는 본 발명을 설명하기 위한 바람직한 하나의 실시 예로서, 가동 광학유닛 및 구동유닛의 개수가 도면의 예시된 형태로 한정됨을 의미하는 것은 아니다.

다시 말해 본 발명을 설명하기 위한 바람직한 하나의 실시 예로서, 이하에서는 하나의 카메라 모듈에 두 개의 가동 광학유닛과 구동유닛을 구비하는 구성을 예로 들어 설명하지만, 가동 광학유닛과 구동유닛이 두 쌍으로 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 카메라의 요구 사양에 따라 가동 광학유닛과 구동유닛의 개수는 얼마든지 달라질 수 있기 때문이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 카메라 모듈의 결합 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 카메라 모듈의 분해 사시도이다. 그리고 도 3은 도 2에 도시된 구동유닛을 분해 도시한 사시도이며, 도 4는 도 1에 도시된 카메라 모듈을 A-A선 방향에서 바라본 절단면도이고, 도 5는 본 발명의 요부 개념도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈(3)은 하우징(30)를 포함한다. 하우징(30)는 도면(도 1)에 도시된 바와 같이, 내측에 수용공간(310)이 형성되고 광의 이동방향(X축 방향)을 기준으로 일 측면부와 대향부 타 측면부가 개방되어 있으며, 광축 방향과 직교하는 방향의 일 측면부(도면상 하면부)가 개방된 구성일 수 있다.

하우징(30)에는 구동유닛(34)이 결합된다. 구동유닛(34)은 개방된 하우징(30)의 하면부를 덮도록 결합된다. 도면의 예시와 같이 후술하게 될 가동 광학유닛(33)이 두 개인 경우 구동유닛(34) 역시 두 개일 수 있다(이하 설명의 편의를 위해 광이 진행되는 방향을 기준으로 상대적으로 앞서 위치한 구동유닛을 '제1 구동유닛(34a)'이라 하고, 나머지 하나를 '제2 구동유닛(34b)'이라 한다).

제1, 제2 구동유닛(34a, 34b) 각각은, 하우징(30)의 수용공간(310)을 향하는 면에 코일(340)을 실장한 기판(344)을 포함한다. 바람직하게는, 제1, 제2 구동유닛(34a, 34b) 각각의 기판(344)에는 적어도 둘 이상 복수의 코일(340)이 광축 방향(X축 방향)을 따라 균등 간격으로 배치될 수 있으나(도 3 참조), 경우에 따라서는 둘 이상 복수의 코일(340)이 불균등 간격으로 배치될 수도 있다.

코일(340) 각각은 중심에 공심부(341)를 구비하며, 각각의 공심부(341)에 홀 센서(342)가 하나씩 위치하도록 하나의 기판(344)에 복수의 홀 센서(342)가 실장될 수 있다. 코일(340) 각각의 공심부(341)에 하나씩 배치되는 홀 센서(342)는, 후술하게 될 가동 광학유닛(33)에 결합되는 마그네트(334)의 자력을 감지하고 상응하는 신호를 발생시켜 후술하는 구동소자(Drive IC, 349)에 출력한다.

제1, 제2 구동유닛(34a, 34b) 각각은, 광축 방향으로 정렬되는 둘 이상의 코일(340)과 각 코일(340)의 공심부(341)에 홀 센서(342)를 하나씩 실장한 구성의 상기 기판(344)과, 코일(340) 반대편에서 상기 기판(344)과 접하도록 배치되는 코일 요크(346)를 포함한다. 또한 기판(344)과 코일 요크(346)가 부착되며 하우징(30)에 슬라이드 결합되는 사각 틀 모양의 볼 가이드(348)를 구비한다.

제1, 제2 구동유닛(34a, 34b)은 또한, 앞서 언급한 구동소자(349)를 포함한다. 구동소자(349)는 해당 구동유닛(34)을 구성하는 기판(344)의 일측에 실장될 수 있으며, 외부 입력신호(카메라 구동 명령) 및 상기 홀 센서(342)의 신호를 바탕으로 해당 기판(344) 상의 각 코일(340)에 대한 제어값을 결정한다. 그리고 결정된 제어값에 기초하여 코일(340) 각각에 공급되는 전류의 세기와 방향을 제어한다.

하우징(30)에는 가동 광학유닛(33)이 수용된다. 가동 광학유닛(33)은 광축 방향을 따라 이동 가능하도록 상기 하우징(30)의 수용공간(310)에 설치되며, 기판(344)과 마주하는 면에 상기 코일(340)에 대응하여 마그네트(334)를 구비한다. 도면의 예시와 같이 가동 광학유닛(33) 역시 두 개의 가동 광학유닛(33a, 34b)으로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

이하에서는 설명의 편의를 위해 광이 진행되는 방향을 기준으로 상대적으로 앞서 위치한 상기 제1 구동유닛(34a)에 대응되는 가동 광학유닛을 '제1 가동 광학유닛(33a)'이라 하고, 광의 진행방향을 기준으로 상대적으로 뒤에 위치한 상기 제2 구동유닛(34b)에 대응되는 가동 광학유닛을 '제2 가동 광학유닛(33b)'이라 한다.

제1 가동 광학유닛(33a)은 제1 구동유닛(34a)을 구성하는 코일(340)들의 전기장이 미치는 구간 안에서 광축 방향을 따라 직선운동을 하도록 상기 수용공간(310)에 배치된다. 그리고 제2 가동 광학유닛(33b)은 제2 구동유닛(34b)을 구성하는 코일(340)들의 전기장이 미치는 구간 안에서 직선운동을 하면서 제1 가동 광학유닛(33a)과의 거리 및 후방의 이미지센서 모듈(5)과의 광축 방향 거리가 조절되도록 상기 수용공간(310)에 실장될 수 있다.

제1 구동유닛(34a)을 구성하는 코일(340)들과 상기 제1 가동 광학유닛(33a)에 결합된 마그네트(334), 제2 구동유닛(34b)을 구성하는 코일(340)들과 상기 제2 가동 광학유닛(33b)에 결합된 마그네트(334)는 광학계의 줌(Zoom) 또는 자동초점조절(Auto Focus)을 위한 구동력(Drive force)을 발생시키는 하나의 자기회로를 구성한다.

즉 자기회로는 제1, 제2 구동유닛(34a, 34b)의 기판(344)에 결합된 코일(340)들 및 이에 대응하여 제1, 제2 가동 광학유닛(33a, 33b)에 결합된 마그네트(334)로 구성될 수 있다.

코일(340)은 이를 실장한 해당 기판(344)으로부터 공급되는 전원으로 전기장을 발생시키며, 코일(340)이 발생시킨 전기장과 마그네트(334)의 자기장 간 상호 작용으로 제1, 제2 가동 광학유닛(33a, 33b)을 광축 방향으로 이동시키는 힘(Drive force)이 발생되고, 그러한 힘에 의해 하우징(30) 내에서 제1, 제2 가동 광학유닛(33a, 33b) 각각이 코일(340)에 인가된 전원의 방향과 크기에 상응하는 방향과 폭으로 직선운동을 한다.

하우징(30) 내에서의 이와 같은 가동 광학유닛(33a, 33b)의 광축 방향 움직임에 따라, 광의 이동방향을 기준으로 제2 가동 광학유닛(33b) 후방에 배치되는 이미지센서 모듈(5)과의 거리가 조절됨으로써 줌 또는 자동초점조절이 구현된다. 즉 제1, 제2 가동 광학유닛(33a, 33b)이 이미지센서 모듈(5)로부터 멀어지거나 반대로 근접하는 방향으로 이동됨으로써 줌 또는 자동초점조절이 구현되는 것이다.

제1, 제2 가동 광학유닛(33a, 33b) 각각은, 캐리어(330)와 렌즈배럴(332)을 포함한다. 캐리어(330)는 상기 수용공간(310)에서 광축 방향으로 직선운동을 하며, 구동유닛(34)과 마주하는 일 측면부에 상기 마그네트(334)가 결합된다. 그리고 렌즈배럴(332)은 캐리어(330) 중앙의 수용홀에 결합되고 복수의 렌즈들로 구성된 렌즈군을 수용하는 구성일 수 있다.

여기서 렌즈 각각은 동일하거나 상이한 초점 거리, 굴절률 등의 광학적 특성을 가질 수 있다.

제1, 제2 가동 광학유닛(33a, 33b)을 통과한 광은 광의 이동방향을 기준으로 도면상 제2 가동 광학유닛(33b)의 후방에 배치되는 이미지센서 모듈(5)에 촬상된다. 이미지센서 모듈은 기판(50)과 이미지센서(52)를 포함하며, 여기서 이미지센서(52)는 두 가동 광학유닛(33a, 33b)을 통과한 광으로부터 이미지 정보를 수집하며, 수집된 이미지 정보는 기판(50)을 통해 외부로 출력된다.

제1, 제2 구동유닛(34a, 34b)의 코일 요크(346)와 제1, 제2 가동 광학유닛(33a, 33b)에 결합된 마그네트(334) 사이에는 서로 당기는 힘인 인력(引力)이 작용한다. 이에 따라 전술한 힘(Drive force)에 의해 제1, 제2 가동 광학유닛(33a, 33b)이 광축 방향을 따라 직선운동을 할 때, 가동 광학유닛(33) 각각은 대응되는 구동유닛(34)의 볼 가이드(348) 측에 밀착된 상태로 흔들리거나 떨림 없이 광축 방향을 따라 안정적으로 직선운동을 하게 된다.

제1, 제2 구동유닛(34a, 34b)의 볼 가이드(348)와 제1, 제2 가동 광학유닛(33a, 33b) 사이에는 해당 구동유닛(34)에 대해 대응되는 가동 광학유닛(33)이 부드러우면서도 안정적으로 광축 방향을 따라 직선 운동을 할 수 있도록 볼(362)이 개재되며, 볼 가이드(348) 및 이에 대응되는 가동 광학유닛(33a, 33b)에는 상기 볼(362)을 수용하는 제1 볼홈(360)과 제2 볼홈(364)이 형성된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 볼홈(360)은 볼 가이드(348)를 구성하는 4개의 프레임 중 광축 방향으로 길게 형성되는 한 쌍의 가로 프레임(부호 생략, 이하 '볼 레일'이라 함) 각각에 광축 방향으로 형성될 수 있으며, 제2 볼홈(364)은 볼 가이드(348)와 대면하는 가동 광학유닛(33)의 외면부에 제1 볼홈(360)과 마찬가지로 광축 방향으로 형성될 수 있다.

볼(362)은 일부(하반구)는 제1 볼홈(360)에 수용되고 다른 일부(상반구)는 제2 볼홈(364)에 수용되는 구조로 서로 마주하는 제1 볼홈(360)과 제2 볼홈(364) 사이에 적어도 하나 이상씩 개재될 수 있으며, 가동 광학유닛(33)의 광축 방향 직선운동으로 제1 볼홈(360)에 대해 제2 볼홈(364)이 상대 운동을 할 때 이들 볼홈(360, 364) 사이에서 구름운동을 함으로써 수용공간(310)에서 광축 방향에 대한 가동 광학유닛(33)의 직선운동이 부드럽고 안정적으로 구현될 수 있다.

하우징(30)의 일 측면부, 바람직하게는 광의 진행방향을 기준으로 상기 가동 광학유닛(33)의 전방에는 고정 광학유닛(32)이 동축 결합된다. 고정 광학유닛(32)은 하우징(30) 내에서 광축 방향으로 직선 운동을 하는 상기 가동 광학유닛(33)과는 다르게 동적인 움직임을 갖지 않는 고정형 광학계로서, 하우징(30)에 결합되는 광학 하우징(320)과 광학 하우징(320) 중앙의 수용홀에 결합되는 렌즈배럴(322)로 구성된다.

고정 광학유닛(32)의 상기 광학 하우징(320)은 도면(도 1 내지 도 2)의 예시와 같이, 하우징의 단면 모양에 대응되는 모양과 크기의 육면체 구조일 수 있으며, 상기 렌즈배럴(322)은 복수의 렌즈들로 구성된 렌즈군을 수용하는 구성일 수 있다. 이때 렌즈 각각은 가동 광학유닛(33)과 마찬가지로 동일하거나 상이한 초점 거리, 굴절률 등의 광학적 특성을 가질 수 있다.

도 5와 같이, 홀 센서(342)는 기판(344) 하나에 적어도 둘 이상이 광축 방향을 따라 균등 간격으로 실장된다. 홀 센서(342)는 홀효과(Hall effect)를 이용하여 마그네트(334)의 위치를 검출하고 상응하는 신호를 발생시켜 출력하며, 구동소자(349)가 홀 센서(342)의 신호로부터 가동 광학유닛(33)의 광축 방향 위치를 인식하여 각 코일(340)에 공급될 전원의 크기와 방향을 결정한다.

즉 구동소자(349)는 광축 방향을 기준으로 가동 광학유닛(33)의 정확한 위치를 홀 센서(342)가 출력하는 신호로부터 인식하고, 인식된 위치 정보를 바탕으로 코일(340)에 인가되는 전원의 크기와 방향을 포함하는 제어값을 결정하며, 그 결정된 제어값으로 코일(340)을 통해 가동 광학유닛(33)의 광축 방향 위치를 피드백(Feed Back) 제어함으로써 줌 및 자동초점 기능이 구현되는 것이다.

구동소자(349)는 가동 광학유닛(33)을 이동시키고자 하는 방향에 대해, 상기 광학유닛(33)에 가장 근접한 코일(340)부터 순차적으로 전류를 공급함으로써 광학유닛(33)을 광축 방향으로 이동시킨다. 이때 코일(340)에 공급되는 전류가 갑작스럽게 증가하면, 이에 비례해 전자력의 세기도 급작스럽게 증가하여 틸팅(Tilting)과 같은 광학유닛(33)의 불안정한 거동이 발생될 수 있다.

따라서 갑작스런 전류 공급에 따른 가동 광학유닛(33)의 틸팅 현상을 방지하기 위해, 구동소자(349)에는 각 코일(340)에 전류를 계단 형태로 증가시켜 공급하는 제어로직이 적용될 수 있다. 즉 광학유닛(33)을 이동시키기 위해 코일(340)에 공급되는 전류를 계단형태로 증가시킴으로써 급작스런 전류 증가에 따른 가동 광학유닛(33)의 틸팅을 방지하는 전류제어 로직이 구동소자(349)에 적용될 수 있다.

가동 광학유닛(33)의 이동방향을 따라 정렬된 코일(340)에 순차적으로 전류를 공급함에 있어서도 구동소자(349)는, 가동 광학유닛(33)을 이동시키고자 하는 방향에 대해 미는 힘과 당기는 힘이 교대로 발생하도록 각 코일(340)에 공급되는 전류의 방향을 제어할 수 있다. 좀 더 구체적으로는, 홀 센서(342) 신호를 바탕으로 가동 광학유닛(33)의 위치에 따라 각 코일(340)에 인가되는 전류의 방향을 달리할 수 있다.

바람직하게는, 가동 광학유닛(33)과 가장 근접한 코일(340)에는 가동 광학유닛(33)을 이동시키고자 하는 방향에 대해 미는 힘이 발생되도록 일방향으로 전류를 흘려주고, 가동 광학유닛(33)의 이동방향을 기준으로 가동 광학유닛(33)과 가장 근접한 코일(340) 다음에 위치하는 인접 코일(340)에는 반대로 상기 가동 광학유닛(33)을 당기는 힘이 발생되도록 반대방향으로 전류를 흘려줄 수 있다.

이에 대해서는 도 6을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 6은 본 발명의 작동 개념도로서, 기판(344) 하나에 네 개의 코일(340)이 광축 방향을 따라 일정 간격으로 정렬되고, 코일(340) 각각의 공심부(341)에 홀 센서(342)가 배치된 구성을 예로 들어 살펴보기로 한다. 설명의 편의를 위해 도 6의 마그네트(334)가 이동하는 방향(화살표 방향)을 기준으로 좌측의 코일(340)부터 1번, 2번, 3번, 4번 코일(340-1 ~ 340-4)로 구분하여 설명하기로 한다.

도 6을 참조하면, 구동명령 입력과 동시에 구동소자(349)는 이전 과정에서 마지막으로 입력되어 저장된 홀 센서(342)의 정보(Hall값)를 바탕으로 현재 마그네트(334)의 위치를 파악한다. 예를 들어, 도 6의 (a)와 같이 마그네트(334)의 초기 위치가 1번 코일(340-1) 상에 위치한 경우 1번 홀 센서(342-1)가 출력하는 홀 신호로부터 마그네트(334)의 현재 위치를 파악한다.

1번 코일(340-1)에서 마그네트(334)가 감지되면 구동소자(349)는, 1번 코일(340-1)에 화살표 방향으로 마그네트(334)를 밀어내는 전기력(척력)이 발생되도록 일방향으로 전류를 공급하고, 마그네트(334)의 이동방향(화살표 방향)을 기준으로 1번 코일(340-1) 후방의 2번 코일(340-2)에는 마그네트(334)를 끌어당기는 전기력(인력)이 발생되도록 1번 코일(340-1)의 전류방향과 반대로 전류를 흘려준다.

이때 1번과 2번 코일(340-1, 340-2)에 공급되는 전류가 급작스럽게 커지면, 마그네트(334)를 미는 힘(척력)과 끌어당기는 힘(인력) 역시 급작스럽게 증가하여 앞서 언급한 틸팅 현상이 발생하고, 이로 인해 하우징(30) 내에서 광학유닛(33)의 광축 정렬 상태가 틀어져 영상 품질이 저하될 수 있으므로, 구동소자(349)는 해당 코일(340)에 전류를 계단 형태로 증가시켜 공급한다.

1번 코일(340-1)에 일방향으로 공급된 전류에 의해 1번 코일(340-1)이 발생시킨 전기장과 마그네트(334)의 자기장 사이의 상호 작용에 따라 마그네트(334)를 화살표 방향으로 미는 힘(척력)이 발생하고, 2번 코일(340-2)에 반대방향으로 공급된 전류에 의해 2번 코일(340-2)이 발생시킨 전기장과 마그네트(334)의 자기장 간 상호 작용에 따라 마그네트(334)를 끌어 당기는 힘(인력)이 발생한다.

1번 코일(340-1)에 의한 힘(마그네트를 화살표 방향으로 미는 힘)과 2번 코일(340-2)에 의한 힘(마그네트를 끌어 당기는 힘)에 의하여 마그네트(334)를 실장한 광학유닛(33)은 자연스럽게 1번 코일(340-1)에서 2번 코일(340-2)로 이동되며, 2번 홀 센서(342-2)에서 마그네트(334)가 감지되는 시점에 구동소자(349)는, 2번 코일(340-2)에 공급되는 전류의 방향을 바꿔 준다. 구체적으로는, 2번 코일(340-2)에 마그네트(334)를 밀어주는 방향의 전류를 흘려준다.

여기서, 마그네트(334)가 1번 홀 센서(342-1)의 감지 영역을 벗어나는 순간 2번 홀 센서(342-2)가 마그네트(334)를 인식하고 상응하는 피드백 제어가 행해질 수 있도록, 광축 방향으로 정렬되는 복수의 홀 센서(342) 중 서로 이웃하는 홀 센서(342) 사이의 간격(D)은 적어도 마그네트(334)의 광축 방향 길이(L)와 같거나 그 보다 다소 작은 간격으로 정렬될 수 있다.

또한, 코일(340-1 ~ 340-4)의 교번적인 전류 방향 전환에 의해 연속적인 광축 방향 움직임이 구현되도록, 마그네트(334)는 중심부 양 옆으로 중심부의 자극과 반대되는 자극을 갖도록 착자된 구성, 즉 광축 방향으로 3극(S-N-S 또는 N-S-N) 착자된 구성일 수 있으며, 홀 센서(342)가 마그네트(334)를 감지한 경우에만 해당 코일(340)에 전류를 흘려주도록 설정하면, 마그네트(334)의 이동에 관여하는 코일(340) 외에 다른 코일(340)에 불필요하게 전류가 공급되는 것을 방지할 수 있어 소모 전력을 크게 줄일 수 있다.

도 6의 (b)에 예시된 바와 같이, 2번 코일(340-2)에서 3번 코일(340-3)로의 마그네트(334) 이동 역시 전술한 1번 코일(340-1)에서 2번 코일(340-2) 방향으로 마그네트(334)를 이동시키는 원리와 동일하다. 또한 도시하지는 않았으나 3번 코일(340-3)에서 4번 코일(340-4) 방향에 대해서도 역시 같은 방식으로 마그네트(334)를 이동시킬 수 있다. 따라서 이 부분에 대한 중복된 설명을 생략한다.

다만, 마지막 4번 코일(340-4)에는 마그네트(334)의 속도를 줄여주기 위한 PID 제어(proportional integral derivative control)가 부가될 수 있다.

도 7은 도 2에 도시된 카메라 모듈을 다른 각도(저면)에서 바라본 분해 사시도이다.

도 7 및 앞서 첨부된 도 2를 함께 참조하면, 하우징(30)의 타 측면부 내측에 이미지센서 모듈(5) 장착을 위한 장착 프레임(31)이 형성된다. 장착 프레임(31)은 도면(도 7)의 예시와 같이 중앙부가 일정 면적(바람직하게는, 이미지 센서(52)에 대응되는 면적)으로 개구된 사각의 링 모양일 수 있으며, 그 일면에는 얼라인 홈(Align groove, 318)이 적어도 하나 이상 형성된다.

고정 광학유닛(32)과 가동 광학유닛(33) 각각에는 조립 과정에서 상기 이미지센서(52)에 대해 상기 광학유닛들(32, 33)을 광축 방향으로 정렬시키기 위한 얼라인 구멍(Align hole, 328 및 338, 경우에 따라서는 홈 형태로 형성될 수도 있음)이 적어도 하나 이상 형성되며, 상기 얼라인 구멍(328, 338)에 대응하여 장착 프레임(31)의 일면에 상기 얼라인 홈(Align groove, 318)이 적어도 하나 이상 형성된다.

제품(카메라 모듈) 조립 과정에서 상기 고정 광학유닛(32)의 전방에서 이러한 고정 광학유닛(32) 및 가동 광학유닛(33)에 형성된 상기 얼라인 구멍(328, 338)을 통과하여 상기 얼라인 홈(318)에 일단부가 삽입되도록 얼라인 샤프트(AS)가 조립되며, 이처럼 조립되는 얼라인 샤프트(AS)에 의해 제품을 조립하는 과정에서 광학유닛들(32, 33) 간 광축 정렬이 구현될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 카메라 모듈(3)은, 구동유닛(34)의 양 측면부, 좀 더 구체적으로는 상기 구동유닛(34)을 구성하는 볼 가이드(348)의 양 측면부에 가이드 홈(348a)이 광축 방향을 따라 연속적으로 형성되며, 상기 하우징(30)의 양 측벽 하단 내측에는 상기 가이드 홈(348a)에 슬라이드 결합되는 가이드 레일(309)이 광축 방향을 따라 연속적으로 형성될 수 있다.

얼라인 샤프트(AS)를 통한 광학유닛(32, 33) 간 광축 정렬을 위해 상기 가이드 홈(348a)과 가이드 레일(309) 사이에는 광축 정렬을 위한 여유 마진인 소정의 에어 갭(Air gap, g)이 형성되며(도 4의 요부 확대부 참조), 얼라인 샤프트(AS)를 통한 광학유닛(32, 33) 간 광축 정렬 후 상기 에어 갭(g)에는 접착제가 주입되고 경화됨으로써 광축 정렬 상태로 상기 구동유닛(34)이 하우징(30)에 고정될 수 있다.

다시 말해, 에어 갭(g)에 의해 얼라인 샤프트(AS)를 통한 광학계 얼라인 과정에서, 가동 광학유닛(33)이 광축 방향과 직교하는 방향 및 광축을 중심으로 회전하는 방향에 대해 소정의 범위(에어 갭에 의해 허용된 범위) 내에서 이동 또는 틸트될 수 있어 가동 광학유닛(33)을 광축 방향으로 정렬시키는 얼라인 작업이 가능하며, 이처럼 얼라인 샤프트(AS)를 통한 광학계 얼라인 후 에어 갭(g)에 접착제 주입 후 경화시킴으로써 광학계의 얼라인 상태(광축 정렬 상태)가 유지되는 것이다.

얼라인 구멍(328, 338)은 가동 광학유닛(33)을 구성하는 렌즈배럴(3332) 주변의 캐리어(330)와 고정 광학유닛(32)을 구성하는 렌즈배럴(322) 주변의 광학 하우징(320) 각각에 하나 이상씩 형성될 수 있다. 바람직하게는, 가동 광학유닛(33)과 고정 광학유닛(32) 각각의 렌즈배럴을 중심으로 사선 방향으로 대향되도록 상기 캐리어(330)와 광학 하우징(320)에 형성될 수 있다.

도 1에서 미설명 도면부호 346은 코일(340)이 발생시킨 전기장이 마그네트(334) 측으로 집속될 수 있도록 코일(340) 반대편의 마그네트(334) 뒷면에 배치되는 백 요크(Back yoke)이며, 도 2 및 도 7에서 도면부호 39는 하우징(30)에 가동 광학유닛(33)을 탑재한 구동유닛(34) 설치 후 상기 하우징(30)의 개방면(하면부)을 복개하는 하부 커버를 가리킨다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈의 개략 구성도다.

도 8을 참조하면, 광의 진행방향을 기준으로서 고정 광학유닛(32) 전방에는 외부에서 입사된 광을 고정 광학유닛(32)을 향하여 반사시키는 반사계(1)가 설치될 수 있다. 여기서 반사계(1)는 외부에서 입사된 광을 상기 고정 광학유닛(32) 측으로 반사시키는 반사면(10)이 광이 유입되는 평면에 대해 특정 각도, 바람직하게는 45도 각도로 기울어진 거울 또는 프리즘(Prism)일 수 있다.

전술한 광학유닛 중 가동 광학유닛(33)을 도면의 예시와 같이 둘 이상 복수로 구성될 경우, 각각에 대응하여 구성되는 구동유닛(34)에 의해 광축 방향에 대해 개별 작동될 수 있다. 둘 이상 복수의 광학유닛(34)이 개별 작동되도록 구성하면, 폭 넓은 범위에 걸쳐 줌 인(Zoom in) 및 줌 아웃(Zoom out)이 구현되므로 보다 정교하고 세밀하면서도 고배율의 줌 성능이 발휘될 수 있다.

광의 진행방향을 기준으로 가동 광학유닛(33) 후방에 배치되는 이미지센서 모듈(5)은 광학유닛(33)을 통과한 광을 수광하며, 수광된 광에 상응하는 이미지 정보를 출력한다. 이미지센서 모듈(5)은 기판(50)과 이미지센서(52)를 포함하며, 여기서 이미지센서(52)가 상기 광학유닛(33)을 통과한 광으로부터 이미지 정보를 수집하며, 수집된 이미지 정보는 상기 기판(52)을 통해 외부로 출력될 수 있다.

가동 광학유닛(33)과 이미지센서 모듈(5) 중간의 광경로 상에는 IR 필터(4)가 설치될 수 있다. IR 필터(4)는 입사광에 포함된 특정 파장, 바람직하게는 적외선 파장을 필터링하고, 적외선 파장이 필터링 된 광이 이미지센서 모듈(5)에 투영될 수 있도록 한다. 도면에는 카메라 액추에이터(3)와 이미지센서 모듈(5) 사이에 IR 필터(4)가 배치된 것을 예를 들어 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.

이하 도 9를 참조하여 다음 전술한 구성의 카메라 모듈의 조립 방법에 대해 간단히 살펴보기로 한다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 카메라 모듈의 조립 방법을 설명하기 위한 조립 순서도로서, 설명의 편의를 위해 전술한 도 1 내지 도 8에 도시된 구성은 해당 참조번호를 언급하여 설명하기로 한다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 카메라 모듈의 조립에 있어서는 먼저, 코일 요크(346)와 마그네트(334) 사이의 흡인력으로 구동유닛(34) 상에 가동 광학유닛(33)이 탑재된 구성의 액추에이터 어셈블리(A)를 하우징(30)의 일측에서 슬라이드 조립한다(S100).

좀 더 구체적으로 S100 단계에서는, 하우징(30)의 가이드 레일(309)과 구동유닛(34)의 가이드 홈(348a)이 상호 맞물리도록 액추에이터 어셈블리를 하우징(30)의 일측에서 슬라이드 조립하며, 조립이 완료되면 액추에이터 어셈블리(A)가 조립된 상기 하우징(30)의 일 측면부에 이러한 하우징(30)과 동축 정렬되도록 고정 광학유닛(32)을 결합하게 된다(S200).

다음, 고정 광학유닛(32)과 가동 광학유닛(33)의 얼라인 구멍(328, 338)을 통과하여 장착 프레임(31)의 일면에 형성된 얼라인 홈(318)에 일단부가 삽입되도록 하우징(30)의 일측에서 얼라인 샤프트(AS)를 조립함으로써 광학유닛(32, 33) 간 광축 정렬을 수행하고(S300), 구동유닛(34)과 하우징(30)을 접착제로 결합시킨다(S400).

좀 더 구체적으로 S400 단계에서는, 얼라인 샤프트(AS)를 통한 광학유닛(32, 33) 간 광축 정렬 후 구동유닛(34)의 가이드 홈(348a)과 하우징(30)의 가이드 레일(309) 사이의 에어 갭(Air gap, g)에 접착제를 주입하여 구동유닛(34)과 하우징(30)을 결합시킨다. 이때 접착제로는 에폭시와 같은 열경화성 수지 또는 UV 조사 시 경화하는 성질을 갖는 UV 경화물질이 바람직하다.

마지막으로, 에어 갭(g)에 주입된 상기 접착제가 충분히 경화되면, 광축 정렬을 위해 가 조립된 상기 얼라인 샤프트(AS)를 제거하고(S500), 고정 광학유닛(32) 반대편에서 하우징(30)에 형성된 장착 프레임(31)에 이미지센서 모듈(5)을 접착제(상기 열경화성 수지 또는 UV 경화물질) 등으로 부착시키고 하우징(30)의 하면부에 하부 커버(39, 도 2 또는 도 7 참조)를 결합시킴으로써 조립이 완료될 수 있다.

종래 스탭핑 모터(Stepping Motor) 방식은 스탭핑 모터의 크기 때문에 소형 카메라의 전체적인 볼륨(Volume)이 커지는 문제가 있다. 다시 말해 스탭핑 모터의 자체 볼륨이 커서 이를 실장할 수 있을 만큼의 충분한 공간 확보가 필요한데, 이를 위해서는 소형 카메라의 전체적인 볼륨(Volume)을 키울 수 밖에 없기 때문이다.

또한 스탭핑 모터의 경우 가격이 비싸 원가 상승을 수반하는 문제가 있으며, 렌즈를 단순히 이동시키는 역할만하므로 렌즈 군 사이의 광축 정렬(Align)을 위해서는 별도의 가이드 핀이 요구되기 때문에, 종래 스탭핑 모터 방식은 구조가 복잡하고 복잡한 구조만큼이나 조립이 어려워 양산성 측면에서도 불리하다는 단점이 있다.

반면, 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈은, 여러 개의 코일을 광축 방향으로 정렬시켜 마그네트를 실장한 광학유닛을 연속적으로 이동시키는 VCM 타입으로, 종래 스탭핑 모터 방식에 비해 단순한 구성이면서도 광학유닛의 변위 폭(광학유닛의 광축 방향 스트로크 범위)를 충분히 늘일 수 있어 줌 인(Zoom in) 및 줌 아웃(Zoom out) 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 종래 스탭핑 모터 방식에 비해 구성이 단순하기 때문에 생산 단가 측면에서도 유리한 장점이 있으며, 단순한 구성만큼 조립이 쉬워 제품의 양산성 측면에서도 이점이 있고, 마그네트와 코일 요크 사이의 인력으로 광학유닛이 구동유닛 측에 밀착된 상태로 볼 가이드에 의해 부드럽고 안정적인 직선운동을 하므로 고배율의 광학줌이 안정적으로 발휘될 수 있다.

또한 본 발명은, 제품(카메라 모듈) 조립 과정에서 광학계의 광축 정렬을 함께 구현할 수 있는 구조로서, 액티브 얼라인 장비와 같은 종래 별도의 광축 정렬을 위한 전용 장비 사용을 배제할 수 있다. 결과적으로, 제품의 생산 비용을 크게 절감할 수 있어 가격 경쟁력을 확보할 수 있으며, 제품의 생산성 측면에서도 유리한 장점이 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

2 :반사계 3 : 카메라 모듈
4 : IR 필터 5 : 이미지센서 모듈
20 : 반사면 30 : 하우징
31 : 장착 프레임(이미지 센서 모듈 장착 프레임)
32 : 고정 광학유닛 33 : 가동 광학유닛
34 : 구동유닛 50 : 기판
52 : 이미지센서 309 : 가이드 레일
310 : 수용공간 312 : 얼라인 홈(Align groove)
320 : 광학 하우징 328, 338 : 얼라인 구멍(Align hole)
322, 332 : 렌즈배럴 330 : 캐리어
334 : 마그네트 336 : 백 요크
340 : 코일 341 : 공심부
342 : 홀 센서 344 : 기판
346 : 코일 요크 348 : 볼 가이드
348a : 가이드 홈 349 : 구동소자
360 : 제1 볼홈 362 : 볼
364 : 제2 볼홈
A : 액추에이터 어셈블리(마그네트와 코일 요크 간 흡인력으로 구동유닛 상에 가동 광학유닛이 탑재된 형태의 조립품)
AS : 얼라인 샤프트(Align shaft) g : 에어 갭(Air gap)

Claims (12)

1. 내측에 수용공간이 형성되고, 광축 방향 일 측면부와 대향부 타 측면부, 그리고 하면부가 개방된 하우징;
   상기 하우징의 하면부를 덮도록 설치되며, 상기 수용공간을 향하는 면에 광축 방향으로 정렬되는 둘 이상의 코일 및 코일의 공심부에 홀 센서가 실장된 구성의 기판을 포함하는 하나 이상의 구동유닛;
   상기 하우징의 일 측면부에 동축 결합되는 고정 광학유닛; 및
   광이 이동되는 방향을 기준으로 상기 고정 광학유닛 후방의 하우징 수용공간에 광축 방향으로 이동 가능하게 배치되며, 상기 기판과 마주하는 면에 코일에 대응하여 마그네트가 결합된 하나 이상의 가동 광학유닛;을 포함하며,
   상기 하우징의 타 측면부 내측에 이미지센서 모듈 장착을 위한 장착 프레임이 형성되고,
   상기 고정 광학유닛과 가동 광학유닛 각각에 하우징 내 광축 방향 정렬을 위한 얼라인 구멍(Align hole)이 적어도 하나 이상 형성되며,
   상기 얼라인 구멍에 대응하여 상기 장착 프레임의 일면에 얼라인 홈(Align groove)이 적어도 하나 이상 형성된 카메라 모듈.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 구동유닛의 양 측면부에 가이드 홈이 광축 방향을 따라 연속적으로 형성되며,
   상기 하우징의 양 측벽 하단부에 상기 가이드 홈에 슬라이드 결합되는 가이드 레일이 광축 방향을 따라 연속적으로 형성된 카메라 모듈.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   제품 조립 시 상기 고정 광학유닛과 가동 광학유닛의 얼라인 구멍을 통과하여 상기 얼라인 홈에 일단부가 삽입되도록 조립되는 얼라인 샤프트에 의해 상기 고정 광학유닛과 가동 광학유닛 간 광축 정렬이 구현되는 카메라 모듈.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 얼라인 샤프트를 통한 광학유닛 간 광축 정렬을 위해 상기 가이드 홈과 가이드 레일 사이에 광축 정렬을 위한 여유 마진인 소정의 에어 갭(Air gap)이 존재하는 카메라 모듈.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 얼라인 샤프트를 통한 광학유닛 간 광축 정렬 후 상기 에어 갭에 주입되는 접착제의 경화에 의해 광학유닛 간 광축이 정렬된 상태로 상기 구동유닛이 하우징에 고정되는 카메라 모듈.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 구동유닛은 제1 구동유닛과 제2 구동유닛으로 구성되며,
   상기 가동 광학유닛은 제1 구동유닛을 구성하는 코일들의 전기장이 미치는 구간 안에서 광축 방향으로 직선운동을 하도록 상기 수용공간에 배치되는 제1 가동 광학유닛과, 제2 구동유닛을 구성하는 코일들의 전기장이 미치는 구간 안에서 직선운동을 하도록 상기 수용공간에 제1 가동 광학유닛과 동축 정렬되는 제2 가동 광학유닛으로 구성되는 카메라 모듈.
   
7. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,
   상기 구동유닛은,
   광축 방향으로 정렬되는 둘 이상의 코일 및 각 코일의 공심부에 홀 센서를 하나씩 실장한 구성의 상기 기판과,
   상기 코일 반대편에서 상기 기판과 접하도록 배치되는 코일 요크와,
   상기 기판과 코일 요크가 설치되며 개방된 상기 하우징의 하면부에 결합되는 사각 틀 모양의 볼 가이드로 구성되는 카메라 모듈.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 볼 가이드의 볼 레일에 광축 방향을 따라 한 쌍의 제1 볼홈이 형성되고,
   상기 볼 가이드와 대면하는 가동 광학유닛의 외면부에 제1 볼홈에 대응되는 한 쌍의 제2 볼홈이 형성되며,
   상호 마주하도록 대응되는 제1 볼홈과 제2 볼홈 사이에 적어도 하나 이상의 볼이 개재되는 카메라 모듈.
   
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 제1 가동 광학유닛과 제2 가동 광학유닛은 각각에 대응하여 구성되는 제1 구동유닛과 제2 구동유닛에 의해 하우징 내에서 광축 방향으로 개별 작동되는 카메라 모듈.
   
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가동 광학유닛은,
    상기 기판과 마주하는 면에 마그네트가 결합되는 캐리어와,
    상기 캐리어 중앙의 수용홀에 결합되고 복수의 렌즈들로 구성된 렌즈군을 수용하는 렌즈배럴로 구성되며,
    상기 렌즈배럴 주변의 캐리어에 상기 얼라인 구멍(Align hole)이 하나 이상 형성되는 카메라 모듈.
    
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고정 광학유닛 전방에 배치되며 외부에서 상기 고정 광학유닛의 광축에 대해 수직한 방향으로 유입되는 광을 상기 고정 광학유닛 방향으로 반사시키는 반사계; 및
    상기 장착 프레임을 통해 하우징에 결합되며, 상기 고정 광학유닛 및 가동 광학유닛을 차례로 통과한 광을 수광하고 수광된 광에 상응하는 이미지 정보를 출력하는 이미지센서 모듈;을 더 포함하는 카메라 모듈.
    
12. 삭제

Images