KR102312300B1 - 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터 및 이를 포함하는 카메라 모듈 - Google Patents

Abstract

반사계를 구비한 광 굴절식 카메라 모듈(Folded Zoom camera module)에 적용되는 액추에이터 및 이를 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈이 개시된다. 본 발명에 따른 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터는, 렌즈배럴을 탑재하며 상기 렌즈배럴이 탑재된 일 측면부에 마그네트가 부착된 가동부와, 가동부를 광축 방향으로 병진운동 가능하게 수용하며 일 측면에 상기 마그네트와 대면하도록 코일 및 코일 요크가 배치되는 고정부와, 가동부와 고정부 사이에서 고정부에 대한 상기 가동부의 광축 방향 병진운동을 가이드하는 볼 구름부를 포함하며, 볼 구름부는 렌즈배럴의 광축 방향 중심을 기준으로 대각선 방향으로 대향되는 두 개의 영역에 배치되고, 볼 구름부가 배치되지 않은 다른 대각선 방향으로 흡인력이 작용하도록 마그네트의 중심과 코일 요크의 중심이 서로 다른 높이에 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터 및 이를 포함하는 카메라 모듈{Actuator for folded zoom camera module and Folded zoom camera module containing the same}

본 발명은 카메라 모듈용 액추에이터에 관한 것으로, 특히 외부에서 입사되는 광을 90도로 반사시키는 반사계를 구비하며, 반사계에서 반사된 광을 통과시키는 광학요소를 수평방향으로 정렬시킨 구조의 광 굴절식 카메라 모듈(Folded zoom camera module)에 적용되는 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터 및 이를 포함하는 카메라 모듈에 관한 것이다.

종래 모바일에 탑재되는 카메라 모듈 대부분은, 복수의 렌즈들로 구성된 광학계를 광이 유입되는 방향인 광축 방향으로 이동시켜 광학줌(Optical zoom)이나 자동초점조절(Auto focus)을 구현한다. 이때 광학계의 이동방향은 카메라 모듈 실장 시 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. 이 때문에 모바일의 두께를 더욱 얇게 구현하려는 최근의 슬림화 추세에서 시장의 요구를 충족시키기 어렵다는 구조적인 한계가 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 렌즈배럴의 크기를 물리적으로 줄이는 방법이므로 슬림화 달성에 한계가 있고, 줌 렌즈의 본질적인 특성을 저하시킬 수 있다는 문제가 있다.

이에 외부에서 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.

이와 같은 장점이 있는 광 굴절식 카메라 모듈은, 코일이 발생시키는 전기장과 마그네트의 자기장 사이의 상호 작용에 따라 발생한 힘으로 고정파트에 대해 가동파트(광학 렌즈를 실장한 파트)가 광축 방향으로 상대운동을 하며, 그러한 상대운동으로 이미지 센서에 대한 상기 가동파트의 이격 거리가 조절됨으로써 줌 또는 자동초점조절이 구현된다.

도 1은 종래 광 굴절식 카메라 모듈의 액추에이터를 광축과 수직한 평면 방향에서 바라본 절단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래 광 굴절식 카메라 모듈의 액추에이터(6)는, 광학 유니트(60) 및 광학 유니트(60)를 수용하는 베이스(62)와, 베이스(62)을 덮는 케이스(68)를 포함한다. 광학 유니트(60)의 외면부 일측에는 마그네트(61)가 결합되며, 베이스(62)의 일 측면부에는 상기 마그네트(61)와 대향되도록 배치되어 하나의 VCM(Voice Coil Motor)을 구성하는 코일(63)이 배치된다.

VCM을 구성하는 코일(63)과 마그네트(61)의 상호 작용으로 줌 또는 자동초점조절을 위한 구동력이 발생되며, 발생된 구동력에 의해 베이스(62)에 대해 광학 유니트(60)가 광축 방향으로 상대운동을 하고, 이로 인해 광의 진행방향을 기준으로 상기 액추에이터(6)의 후방에 배치되는 이미지 변환부(미도시)에 대한 광학 유니트(60)의 광축 방향 위치가 가변됨으로써 줌 또는 자동초점조절 기능이 구현된다.

도 1에서 도면부호 64는 볼 구름부를 가리킨다. 볼 구름부(64)는 상기 베이스(62)와 광학 유니트(60)의 사이에 배치되어 상기 VCM이 발생시킨 구동력에 의해 상기 광학 유니트(60)가 베이스(62)에 대하여 광축 방향으로 병진운동을 할 때, 그 병진운동이 안정적으로 이루어질 수 있도록 가이드하는 역할을 한다.

종래 광 굴절식 카메라 모듈의 액추에이터에는 베이스(62)에 대한 광학 유니트(60)의 안정적인 병진운동을 위해, 볼 구름부(64)가 도 1과 같이 베이스(62)와 광학 유니트(60) 사이에 대칭되는 형태로 두 개가 쌍을 이루도록 배치되며, 볼 구름부(64) 각각은 광학 유니트(60)와 베이스(62)에 형성되는 한 쌍의 볼 레일(65, 67)과 이들 볼 레일(65, 67) 사이에 개재되는 볼(66)로 구성된다.

볼(66)은 VCM이 발생시키는 구동력에 의해 광학 유니트(60)가 베이스(62)에 대하여 광축 방향으로 직선운동을 할 때, 대응되어 쌍을 이루는 볼 레일(65, 67) 사이에서 구름 운동을 한다. 이로 인해 줌 또는 자동초점조절 시 베이스(62)에 대한 광학 유니트(60)의 광축 방향 직선운동이 안정적이면서 부드럽게 구현될 수 있다.

VCM을 구성하는 코일(63)의 후면(마그네트와 마주하는 면 반대편)에는 상기 마그네트(61)의 자속을 집중시켜 구동력을 증대시키는 코일 요크(69)가 배치된다. 이때 코일 요크(69)는 자성체이기 때문에 마그네트(61)와의 흡인력이 발생하며, 이러한 흡인력에 의해 베이스(62) 내에서 광학 유니트(60)가 특정 방향으로 틸트되어 초점이 틀어질 수 있다.

이에 광학 유니트(60)의 틸트를 억제하고 광학 유니트(60)가 베이스(62)의 일측(도면상 베이스 바닥 측)에 밀착된 상태로 흔들림 없는 안정적인 병진운동을 할 수 있도록, 도 1과 같은 종래의 구성에서는 상기 마그네트(61) 반대편에 마그네트(61-1)를 하나 더 추가 배치하고, 마그네트(61, 61-1) 각각에 대응되도록 베이스(62)의 바닥 측에 요크(Y1, Y2)를 배치시킨 구성을 채택하고 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 일측 마그네트(61)와 요크(Y1) 사이의 흡인력에 의해 일측 볼(66, 도면상 좌측에 위치한 볼)을 중심으로 발생하는 회전 모멘트와, 타측 마그네트(61-1)와 요크(Y2) 사이의 흡인력에 의해 타측 볼(66, 도면상 우측에 위치한 볼)을 중심으로 발생하는 회전 모멘트에 의한 우력(Couple of force) 때문에 베이스에 대해 광학 유니트가 틸트 없는 안정적인 거동 특성이 발휘될 수 있다.

그러나 이처럼 틸트를 억제하기 위해 힘의 크기가 같고 방향이 반대인 두 회전 모멘트, 즉 우력(Couple of force)을 이용하는 구조를 구현하려면, VCM을 구성하는 마그네트(61) 외에 별도의 마그네트(61-1)와 요크(Y2)가 더 필요하기 때문에 비용 상승이 수반될 수 밖에 없으며, 공간적인 제약이 큰 카메라 모듈 특성상 다른 부품을 실장하기 위한 공간 확보가 어렵다는 문제가 있다.

한국공개특허 제2020-0045567호(공개일 2020.05.04)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 고정부(베이스)에 대한 가동부(광학 유니트)의 틸트를 억제하기 위한 추가적인 구성 없이도 틸트를 확실하게 억제할 수 있는 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 종래 구성에 비해 틸트 억제를 위한 구성이 줄어든 만큼 비용 측면에서 유리하고, 추가 구성품 삭제로 인해 확보되는 여유 공간에 다른 부품을 실장할 수 있어 카메라 모듈의 소형화 및 경량화 요구를 충족시킬 수 있는 구성의 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터 및 이를 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈을 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,

반사계를 구비한 광 굴절식 카메라 모듈에 적용되는 액추에이터로서,

렌즈배럴을 탑재하며 상기 렌즈배럴이 탑재된 일 측면부에 마그네트가 부착된 가동부;

상기 가동부를 광축 방향으로 병진운동 가능하게 수용하며 일 측면에 상기 마그네트와 대면하도록 코일 및 코일 요크가 배치되는 고정부;

상기 가동부와 고정부 사이에서 고정부에 대한 상기 가동부의 광축 방향 병진운동을 가이드하는 볼 구름부;를 포함하며,

상기 볼 구름부는 상기 렌즈배럴의 광축 방향 중심을 기준으로 대각선 방향으로 대향되는 두 개의 영역에 배치되고,

상기 볼 구름부가 배치되지 않은 다른 대각선 방향으로 흡인력이 작용하도록 상기 마그네트의 중심과 코일 요크의 중심을 서로 다른 높이에 형성시킨 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터를 제공한다.

바람직하게 상기 볼 구름부는, 상기 광축과 수직한 방향을 기준으로 상기 코일과 마그네트로 구성되는 VCM(Voice Coil Motor)의 인접 상부에 위치한 영역에 배치되는 제1 볼 구름부와, 상기 렌즈배럴의 광축 방향 중심을 기준으로 상기 제1 볼 구름부가 배치된 영역과 대각선 방향으로 대향되는 영역에 배치되는 제2 볼 구름부로 구성될 수 있다.

여기서 상기 제1 볼 구름부와 제2 볼 구름부 각각은, 상기 고정부 측에 광축 방향으로 형성되는 고정 볼 레일과, 상기 고정 볼 레일에 대응하여 상기 가동부 측에 광축 방향으로 형성되는 가동 볼 레일과, 상기 고정 볼 레일과 가동 볼 레일 사이에 광축 방향으로 정렬되도록 개재되는 복수의 볼들로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제1 볼 구름부와 제2 볼 구름부 중 적어도 하나는, 상기 흡인력의 방향과 평행한 방향으로 볼을 지지하고 가압할 수 있는 형상으로 고정 볼 레일과 가동 볼 레일이 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 볼 구름부를 구성하는 가동 볼 레일의 광축과 수직한 방향의 홈 단면 형상이 'ㄱ'자 모양이고, 대응되는 고정 볼 레일의 홈 단면 형상은 'ㄴ'자 모양으로 형성될 수 있다.

바람직한 일 예로서, 상기 다른 대각선 방향으로 흡인력이 더욱 확실하게 발생되도록, 상기 코일 요크의 하단이 고정부의 내측으로 90도 절곡되어 일정 길이 연장될 수 있다.

바람직한 다른 예로서, 상기 다른 대각선 방향으로 흡인력이 더욱 확실하게 발생되도록, 상기 코일 하부 또는 마그네트 하부의 상기 고정부의 바닥 면에 상기 마그네트와의 사이에 흡인력을 발생시키는 막대형 자성체가 실장될 수 있다.

또한, 상기 코일과 마그네트로 구성되는 VCM(Voice Coil Motor) 반대편의 고정부에는 상기 VCM의 작동을 제어하는 구동소자(Drive IC)가 실장될 수 있다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,

피사체로부터의 입사광을 특정 방향으로 반사시키는 반사계;

상기 반사계를 통해 반사된 광을 통과시키도록 광축 방향으로 정렬된 랜즈배럴을 포함하는 전술한 일 측면에 따른 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터; 및

상기 광의 이동방향을 기준으로 상기 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터의 후방에 배치되어 상기 광학계를 통과한 광을 수광하고 수광된 광에 상응하는 이미지 정보를 출력하는 이미지 변환부;를 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 코일 요크의 중심을 마그네트의 중심에 비해 낮게 위치시켜 VCM의 흡인력을 대각선 방향으로 발생시키고, 상기 흡인력이 작용하는 대각선과 교차하는 다른 대각선 방향으로 한 쌍의 볼 구름부를 배치하는 단순한 구성만으로 별도의 추가적인 구성 없이 가동부의 틸트를 확실하게 억제할 수 있다.

즉 하나의 코일 요크와 마그네트만으로 가동부의 틸트를 확실하게 억제 가능한 흡인력을 만들어 낼 수 있는 구조로서, 종래 구성에 비해 구성이 단순하고, 종래 구성에 비해 틸트 억제를 위한 부품수가 줄어든 만큼(도 1에서 VCM 반대편에 틸트 억제를 위해 추가되는 마그네트와 요크가 필요 없음) 제조 원가 측면에서 유리하다는 장점이 있다.

또한, 종래 구성에 비해 틸트를 억제하기 위한 부품이 줄어든 만큼, 그로 인해 확보되는 여유 공간에 다른 부품, 예컨대 도 6의 예시와 같이 코일과 마그네트를 포함하는 VCM(Voice Coil Motor)의 반대편에 상기 VCM의 작동을 제어하는 구동소자(Drive IC))을 실장할 수 있어서 전체적인 카메라 모듈의 소형화 및 경량화 요구를 충족시킬 수 있다는 장점도 있다.

도 1은 종래 광 굴절식 카메라 모듈의 액추에이터를 광축과 수직한 평면 방향에서 바라본 절단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터의 분해 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 액추에이터의 결합 사시도.
도 4는 도 2에 도시된 고정부를 평면에서 본 도면.
도 5는 도 2에 도시된 가동부를 광축 방향(X축 방향)에 바라본 도면.
도 6은 도 3에 도시된 액추에이터를 A-A선 방향에서 바라본 절단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터의 단면도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터의 단면도.
도 9는 전술한 일 측면에 따른 광 굴절식 카메라용 액추에이터를 포함하는 카메라 모듈의 개략 구성도.

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 3축 방향 좌표계를 사용하여 설명하기로 한다. 도면에 표시된 3축 방향 좌표계에서 Z축은 본 발명에 따른 액추에이터 전방(광의 진행방향 기준)에 배치되는 반사계로 광이 입사되는 방향을 가리키며, X축은 상기 Z축과 수직한 방향으로서 반사계에서 반사된 광이 본 발명에 따른 액추에이터를 통과하는 방향(광축 방향)을 가리킨다. 그리고 Y축은 Z축에 수직한 평면 상에서 상기 X축과 직교하는 방향을 가리킨다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터의 분해 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 액추에이터의 결합 사시도이다. 그리고 도 4는 도 2에 도시된 고정부를 평면에서 본 도면이며, 도 5는 도 2에 도시된 가동부를 광축 방향(X축 방향)에 바라본 도면이다. 그리고 도 6은 도 3에 도시된 액추에이터를 A-A선 방향에서 바라본 절단면도이다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 일 실시 예에 따른 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터(2)는 가동부(20)를 포함한다. 가동부(20)는 캐리어(200)와 렌즈배럴(205)로 구성될 수 있다. 캐리어(200)는 후술할 고정부(22, 종래 구성의 베이스에 해당)에 광축 방향으로 병진운동 가능하게 탑재되며 외면 일 측면부에는 마그네트 장착부(202)가 요입 형성된 구성일 수 있다.

캐리어(200)의 상기 마그네트 장착부(202)에는 마그네트(240)가 부착되며, 가동부(20)를 구성하는 다른 구성요소인 렌즈배럴(205)은 상기 캐리어(200) 중앙에 광축 방향으로 형성되는 수용홀(부호 생략)에 결합되고 복수의 렌즈들로 구성된 렌즈군을 수용하도록 구성되되, 이때 렌즈 각각은 동일하거나 상이한 초점 거리, 굴절률 등의 광학적 특성을 가질 수 있다.

이와 같은 가동부(20)는 앞서 언급한 고정부(22)에 소정의 구동 범위 내에서 광축 방향으로 병진운동을 할 수 있도록 수용된다. 이를 위해 고정부(22)는 내측에 상기 가동부(20)를 수용할 수 있는 공간을 형성한 상부가 개방된 육면체 형상의 입체 구조물로서, 광축 방향을 기준으로 전방과 후방, 그리고 마그네트(240)가 부착된 가동부(20)의 측면부와 대면하는 측면 일부가 개구된 구성일 수 있다.

마그네트(240)와 대응되는 위치의 고정부(22)의 측면 개구(220)에는 상기 마그네트(240)와 마주하도록 코일(242)이 배치되며, 코일(242)의 후방에는 자속 집중을 위한 코일 요크(244, Coil Yoke)가 배치된다. 이때 서로 마주하도록 대응되는 마그네트(240)와 코일(242)은 광학 줌(Optical Zoom) 또는 자동초점조절(Auto Focus)을 위한 구동력을 발생시키는 VCM(24, Voice Coil Motor)을 구성하게 된다.

코일(242)은 고정부(22)의 상기 일 측면 개구를 복개하도록 배치되는 FPCB(241)의 일면에 전기적으로 실장될 수 있다. 그리고 코일(242)이 실장된 면 반대편의 FPCB(241)의 면에는 상기 코일 요크(244)가 실장될 수 있다. 코일(242)은 상기 FPCB(241)로부터 +/- 또는 -/+ 전류를 공급받아 자화되고, 이에 따라 발생되는 코일(242)의 전기장과 마그네트(240)의 자기장 간 상호 작용으로 상기 구동력이 발생된다.

마그네트(240)가 결합된 가동부(20)는 상기 고정부(22)에 광축 방향을 따라 이동 가능하게 수용됨으로써, 상기 VCM(24)이 발생시킨 힘으로 고정부(22) 내에서 광축 방향으로 고정부(22)에 대해 상대운동을 하며, 이러한 상대운동에 따라 광의 진행 방향을 기준으로 액추에이터(2) 후방의 이미지 변환부(5, 도 9 참조)와의 이격 거리가 조절됨으로써 줌 또는 자동초점조절이 구현된다.

FPCB(241)에는 상기 코일(242)과 함께 홀 센서(HS)가 실장될 수 있다. 홀 센서(HS)는 홀효과(Hall effect)를 이용하여 상기 마그네트(240)의 위치를 감지하고 상응하는 신호를 발생시키며, 구동소자(Drive IC)가 상기 홀 센서(HS)의 신호로부터 가동부(20)의 광축 방향 위치를 인식하고 인식된 위치데이터를 바탕으로 코일(242)에 공급될 전류의 세기와 방향을 결정한다.

즉 가동부(20)의 광축 방향 위치를 홀 센서(HS)가 출력하는 신호로부터 상기 구동소자가 인식하고, 인식된 위치 정보를 바탕으로 코일(242)에 인가되는 전류의 세기와 방향을 포함하는 제어값을 구동소자가 결정하며, 그 결정된 제어값으로 가동부(20)의 광축 방향 위치를 피드백(Feed Back) 제어함으로써 줌 또는 자동초점 기능이 구현되는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 액추에이터(2)는 또한, 가동부(20)와 이를 수용하는 고정부(22) 사이에 배치되는 볼 구름부(26)를 포함한다. 볼 구름부(26)는 상기 VCM(24)이 발생시킨 구동력에 의하여 가동부(20)가 상기 고정부(22)에 대하여 광축 방향으로 병진운동을 할 때 그 병진운동이 안정적으로 이루어질 수 있도록 가이드하는 역할을 한다.

고정부(22)에 대한 가동부(20)의 광축 방향 병진운동을 가이드하는 상기 볼 구름부(26)는, 광축 방향과 수직한 평면(Y-Z 평면)에서 봤을 때, 상기 렌즈배럴(205)의 광축 방향 중심을 기준으로 대각선 방향으로 대향되는 두 개의 영역에 배치될 수 있다(도 6 참조).

좀 더 구체적으로는, 상기 광축 방향과 수직한 평면(도 6의 Y-Z 평면)을 기준으로, 상기 가동부(20)와 고정부(22) 사이에 형성되는 네 개의 모서리 영역 중 렌즈배럴(205)을 중심으로 대각선 방향으로 대향되는 두 개의 모서리 영역에 하나씩 배치될 수 있다. 즉 렌즈배럴(205)을 중심으로 대각선 방향으로 대향되는 구조로 두 개가 형성될 수 있다.

볼 구름부(26)는 바람직하게, 상기 네 개의 모서리 영역 중 코일(242)과 마그네트(240)로 구성되는 VCM(24, Voice Coil Motor)의 인접 상부에 위치한 모서리 영역에 하나가 배치되고(이하, '제1 볼 구름부(26-1)'라 함), 랜즈배럴을 중심으로 제1 볼 구름부(26-1)가 배치된 모서리 영역과 대각선 방향으로 대향되는 모서리 영역에 다른 하나(이하, '제2 볼 구름부(26-2)'라 함)가 배치될 수 있다.

렌즈배럴(205)의 광축 방향 중심을 기준으로 대각선 방향으로 대향 배치되는 제1 볼 구름부(26-1)와 제2 볼 구름부(26-2) 각각은, 상기 고정부(22) 측에 광축 방향으로 형성되는 고정 볼 레일(260-1, 260-2)과, 상기 고정 볼 레일(260-1, 260-2)에 대응하여 상기 가동부(20) 측에 광축 방향으로 형성되는 가동 볼 레일(264-1, 264-2)을 포함한다.

또한, 서로 마주하도록 대응되는 상기 고정 볼 레일(260-1, 260-2)과 가동 볼 레일(264-1, 264-2) 사이에 광축 방향으로 정렬되도록 개재되는 복수의 볼들(262-1, 262-2)을 포함한다.

본 실시 예에서 VCM(24)을 구성하는 한 축인 마그네트(240)와 VCM(24)을 구성하는 다른 한 축인 코일(242) 및 코일 요크(244)는 각각의 중심이 서로 어긋나게 위치하도록 구성된다. 바람직하게는, 두 개의 볼 구름부(26-1, 26-2)가 도 6과 같이 배치된 경우, 마그네트(240)의 중심(C1)이 코일(242) 및 코일 요크(244)의 중심(C2)에 비해 Z축 방향으로 일정 거리 높게 이격되어 위치하도록 구성될 수 있다.

이처럼 마그네트(240)의 중심(C1)이 코일(242) 및 코일 요크(244)의 중심(C2)에 비해 Z축 방향으로 일정 거리 높게 이격되어 위치하도록 구성되면, 가동부(20)와 고정부(22) 사이의 상기 네 개의 모서리 영역 중 볼 구름부(26)가 없는 나머지 두 개의 모서리 영역을 연결하는 다른 대각선 방향과 일치 또는 근사히 일치하는 방향으로 흡인력(도 6의 F1 방향 참조)이 작용한다.

특히 렌즈배럴(205)을 기준으로 대각선 방향으로 대향되는 가동부(20)와 고정부(22) 사이의 두 모서리 영역에 볼 구름부(26)가 위치하는 구성에서, 볼 구름부(26)가 없는 다른 두 모서리 영역을 연결하는 다른 대각선 방향과 일치하거나 근사히 일치하는 방향으로 흡인력이 작용하면, 두 볼 구름부(26)에 배경기술에서 언급한 우력(Couple of force)을 발생시키는 효과가 발휘된다.

그 결과, 가동부(20)의 광축 방향 축선을 중심으로 하는 고정부(22)에 대한 가동부(20)의 회전, 즉 가동부(20)의 틸트가 억제됨으로써 볼 구름부(26)를 매개로 가동부(20)가 고정부(22)에 밀착된 상태로 흔들림 없이 안정적인 병진운동을 할 수 있게 되며, 따라서 렌즈의 초점이 틀어지는 일 없이 광학 줌 또는 자동초점조절 성능이 양호하게 발휘될 수 있다.

바람직하게는, 광학 줌 또는 자동초점조절 시 서로 마주하도록 대응되는 고정 볼 레일(260-1, 260-2)과 가동 볼 레일(264-1, 264-2) 사이에서 볼(262-1, 262-2)이 광축 방향으로 구름 운동을 할 때, 상기 F1 방향으로 작용하는 상기 흡인력에도 볼이 이탈 없이 안정적인 구름 운동을 할 수 있도록, 두 볼 구름부(26-1, 26-2) 중 적어도 하나는 흡인력(F1)의 방향과 평행한 방향으로 볼을 지지하고 가압하는 구조로 형성될 수 있다.

즉 제1 볼 구름부(26-1)와 제2 볼 구름부(26-2) 중 적어도 하나는, 상기 흡인력의 방향(F1 방향)과 평행한 방향으로 볼을 지지하고 가압할 수 있는 형상으로 고정 볼 레일과 가동 볼 레일이 형성될 수 있다. 바람직하게는, 제1 볼 구름부(26-1)를 구성하는 가동 볼 레일(264-1)의 광축과 수직한 방향의 홈 단면 형상이 'ㄱ'자 모양이고, 대응되는 고정 볼 레일(260-1)의 홈 단면 형상은 'ㄴ'자 모양으로 형성될 수 있다.

물론, 도면의 예시와 같이 제1 볼 구름부(26-1)를 구성하는 가동 볼 레일(264-1)과 고정 볼 레일(260-1)의 홈 단면 형상이 'ㄱ'자 및 'ㄴ' 모양으로 국한되는 것은 아니다. 앞서 언급한 바와 같이, 고정 볼 레일(260-1, 260-2)은 F1 방향과 평행한 방향으로 볼을 지지하고, 가동 볼 레일(264-1)을 위와 같은 고정 볼 레일(260-1) 상의 볼(262-1)을 상기 F1 방향과 평행한 방향으로 가압할 수 있는 구조라면 상관 없다.

도 1과 같이 광학 줌이나 자동초점조절 시 베이스(고정부)에 대한 광학 유니트(가동부)의 틸트를 억제하기 위하여, 힘의 크기가 같고 방향이 반대인 두 회전 모멘트, 즉 우력(Couple of force)을 이용하는 종래 액추에이터의 구성에서는, VCM을 구성하는 마그네트 외에 우력 발생을 위한 별도의 마그네트와 요크가 필요하므로, 구성이 복잡하며 제조 원가가 상승하는 문제가 있다.

반면, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 코일 요크(244)의 중심을 마그네트(240)의 중심에 비해 낮게 위치시켜 VCM(24)의 흡인력을 대각선 방향으로 발생시키고, 상기 흡인력이 작용하는 대각선과 교차하는 다른 대각선 방향으로 한 쌍의 볼 구름부(26)를 배치시키는 단순한 구성만으로 별도의 추가적인 구성 없이 가동부(20)의 틸트를 확실하게 억제할 수 있다.

즉 하나의 코일 요크(244)와 마그네트(240)만으로 가동부(20)의 틸트를 확실하게 억제 가능한 흡인력을 만들어 낼 수 있는 구조로서, 종래 구성에 비해 구성이 단순하고, 종래 구성에 비해 틸트 억제를 위한 부품수가 줄어든 만큼(도 1에서 VCM 반대편에 틸트 억제를 위해 추가되는 마그네트와 요크가 필요 없음) 제조 원가 측면에서 유리하다는 장점이 있다.

또한, 종래 구성에 비해 틸트를 억제하기 위한 부품이 줄어든 만큼, 그로 인해 확보되는 여유 공간에 다른 부품, 예컨대 도 6의 예시와 같이 코일(242)과 마그네트(240)를 포함하는 VCM(24, Voice Coil Motor)의 반대편에 상기 VCM(24)의 작동을 제어하는 구동소자(28, Drive IC))을 실장할 수 있어서 전체적인 카메라 모듈의 소형화 및 경량화 요구를 충족시킬 수 있다는 장점도 있다.

도 2 내지 도 6에서 미설명 도면 부호 3은 전술한 가동부(20)를 광축 방향으로 병진운동 가능하게 수용한 고정부(22)를 덮는 자성체 재질의 쉴드 캔을 가리키며, 247은 코일(242)이 발생시킨 전기장을 마그네트(240) 측에 집속시키기 위한 마그네트 요크를 가리킨다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터의 단면도이다.

도 7의 바람직한 다른 실시 예는, 코일 요크(244)의 하단에 고정부(22)의 내측으로 90도 절곡되어 일정 길이 연장되도록 밴딩부(245)를 추가한 특징이 있는 발명으로서, 마그네트(240)와 코일 요크(244) 사이의 흡인력이 상기 밴딩부(245)에 의해 더욱 확실하게 전술한 다른 대각선 방향(볼 구름부(26)가 없는 모서리들을 연결하는 대각선 방향)으로 작용함으로써 가동부(20)의 틸트를 보다 확실하게 억제할 수 있다.

경우에 따라서는, 도 8의 또 다른 실시 예의 예시와 같이, 상기 밴딩부(245) 대신, 코일(242) 하부 또는 마그네트(240) 하부의 상기 고정부(22)의 바닥 면에 상기 마그네트(240)와의 사이에 흡인력을 발생시키는 막대형 자성체(246)를 실장시킴으로써, 전술한 도 7의 다른 실시 예서와 같은 효과가 발휘되는 액추에이터(2)를 구현할 수도 있다.

도 9는 전술한 일 측면에 따른 광 굴절식 카메라용 액추에이터를 포함하는 카메라 모듈의 개략 구성도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 측면에 따른 광 굴절식 카메라 모듈(1)은 크게, 반사계(R), 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터(2), 이미지 변환부(5)로 구성된다. 여기서 상기 카메라 모듈용 액추에이터(2)는 앞서 설명한 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터(2)와 동일하다. 따라서 이하에서는 동일한 구성에 대한 중복된 생략은 생략하기로 한다.

반사계(R)는 광의 진행방향을 기준으로 상기 액추에이터(2) 전방에 배치되며, 이미지 변환부(5)는 광의 진행방향을 기준으로 상기 액추에이터(2) 후방에 배치된다. 반사계(R)는 피사체로부터의 입사광을 상기 이미지 변환부(5) 측으로 반사시키는 역할을 하고, 이미지 변환부(5)는 상기 반사계(R)에서 반사되어 상기 액추에이터(2)를 통과한 광을 수광하고, 수광된 광에 상응하는 이미지 정보를 출력한다.

반사계(R)는 피사체로부터의 입사광을 상기 이미지 변환부(5) 측으로 반사시키는 면, 즉 반사면이 광이 입사되는 방향인 Z축 방향과 수직한 평면에 대해 45도 각도로 기울어져 입사광을 90도 반사시키는 거울 또는 프리즘(Prism)일 수 있으며, 이미지 변환부(5)는 기판(50) 및 상기 기판(50) 상에 실장되는 이미지센서(52)를 포함하는 구성일 수 있다.

이미지센서(52)는 본 발명의 일 측면에 따른 상기 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터(2)의 가동부(20), 좀 더 구체적으로는 가동부(20) 구성 중 렌즈배럴(205)에 수용되는 복수의 렌즈들을 통과한 광으로부터 이미지 정보를 수집하며, 그 수집된 이미지 정보는 상기 기판(50)을 통해 외부로 출력된다.

액추에이터(2)와 상기 이미지 변환부(5) 중간의 광 경로 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 이미지 변환부(5)에 투영될 수 있도록 한다. 도면에는 액추에이터(2)와 이미지 변환부(5)의 사이에 IR 필터(4)가 배치된 것을 예를 들어 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 광의 진행방향을 기준으로 외부 광이 입사되는 상기 반사계(R)의 전방 또는 피사체로부터의 입사광을 상기 이미지 변환부(5) 측으로 반사시키는 상기 반사계(R)와 액추에이터(2) 사이 등 IR 필터(4)의 위치를 선정함에 있어 다양한 변경이 있을 수 있다. 따라서 그러한 변형 역시 본 발명의 범주에 포함될 수 있음을 밝혀 둔다.

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.

1 : 카메라 모듈 2 : 카메라 모듈용 액추에이터
3 : 쉴드 캔 4 : IR 필터
5 : 이미지 변환부 20 : 가동부
22 : 고정부 24 : VCM(Voice Coil Motor)
26 : 볼 구름부 26-1 : 제1 볼 구름부
26-2 : 제2 볼 구름부 28 : 구동소자(Drive IC)
50 : 기판 52 : 이미지센서
200 : 캐리어 202 : 마그네트 장착부
205 : 렌즈배럴 220 : 고정부의 측면 개구
240 : 마그네트 241 : FPCB
242 : 코일 244 : 코일 요크
245 : 밴딩부 246 : 막대형 자성체
260-1, 260-2 : 고정 볼 레일 262-1, 262-2 : 볼
264-1, 264-2 : 가동 볼 레일 R :반사계

Claims (9)

1. 반사계를 구비한 광 굴절식 카메라 모듈에 적용되는 액추에이터로서,
   렌즈배럴을 탑재하며 상기 렌즈배럴이 탑재된 일 측면부에 마그네트가 부착된 가동부;
   상기 가동부를 광축 방향으로 병진운동 가능하게 수용하며 일 측면에 상기 마그네트와 대면하도록 코일 및 코일 요크가 배치되는 고정부;
   상기 가동부와 고정부 사이에서 고정부에 대한 상기 가동부의 광축 방향 병진운동을 가이드하는 볼 구름부;를 포함하며,
   상기 볼 구름부는 상기 렌즈배럴의 광축 방향 중심을 기준으로 대각선 방향으로 대향되는 두 개의 영역에 배치되고,
   상기 볼 구름부가 배치되지 않은 다른 대각선 방향으로 흡인력이 작용하도록 상기 마그네트의 중심과 코일 요크의 중심이 서로 다른 높이에 형성되는 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 볼 구름부는,
   상기 광축과 수직한 방향을 기준으로 상기 코일과 마그네트로 구성되는 VCM(Voice Coil Motor)의 인접 상부에 위치한 영역에 배치되는 제1 볼 구름부와,
   상기 렌즈배럴의 광축 방향 중심을 기준으로 상기 제1 볼 구름부가 배치된 영역과 대각선 방향으로 대향되는 영역에 배치되는 제2 볼 구름부로 구성되는 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 볼 구름부와 제2 볼 구름부 각각은,
   상기 고정부 측에 광축 방향으로 형성되는 고정 볼 레일과,
   상기 고정 볼 레일에 대응하여 상기 가동부 측에 광축 방향으로 형성되는 가동 볼 레일과,
   상기 고정 볼 레일과 가동 볼 레일 사이에 광축 방향으로 정렬되도록 개재되는 복수의 볼들로 구성되는 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 볼 구름부와 제2 볼 구름부 중 적어도 하나는 상기 흡인력의 방향과 평행한 방향으로 볼을 지지하고 가압할 수 있는 형상으로 고정 볼 레일과 가동 볼 레일이 형성되는 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 볼 구름부를 구성하는 가동 볼 레일의 광축과 수직한 방향의 홈 단면 형상이 'ㄱ'자 모양이고, 대응되는 고정 볼 레일의 홈 단면 형상은 'ㄴ'자 모양인 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 코일 요크의 하단이 고정부의 내측으로 90도 절곡되어 일정 길이 연장된 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 코일 하부 또는 마그네트 하부의 상기 고정부의 바닥 면에 막대형 자성체가 더 실장되는 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 코일과 마그네트로 구성되는 VCM(Voice Coil Motor) 반대편의 고정부에 상기 VCM의 작동을 제어하는 구동소자(Drive IC)가 실장되는 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터.
   
9. 피사체로부터의 입사광을 특정 방향으로 반사시키는 반사계;
   상기 반사계를 통해 반사된 광을 통과시키도록 광축 방향으로 정렬된 랜즈배럴을 포함하는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 항에 기재된 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터; 및
   상기 광의 이동방향을 기준으로 상기 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터의 후방에 배치되어 상기 광학계를 통과한 광을 수광하고 수광된 광에 상응하는 이미지 정보를 출력하는 이미지 변환부;를 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈.
   

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