KR102331696B1 - 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라 - Google Patents

카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라 Download PDF

Info

Publication number
KR102331696B1
KR102331696B1 KR1020190112228A KR20190112228A KR102331696B1 KR 102331696 B1 KR102331696 B1 KR 102331696B1 KR 1020190112228 A KR1020190112228 A KR 1020190112228A KR 20190112228 A KR20190112228 A KR 20190112228A KR 102331696 B1 KR102331696 B1 KR 102331696B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coil
optical
optical unit
unit
optical axis
Prior art date
Application number
KR1020190112228A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210030724A (ko
Inventor
신두식
박창욱
김희승
Original Assignee
자화전자(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 자화전자(주) filed Critical 자화전자(주)
Priority to KR1020190112228A priority Critical patent/KR102331696B1/ko
Priority to CN202010926839.3A priority patent/CN112485881B/zh
Priority to EP20195083.9A priority patent/EP3796064B1/en
Priority to US17/015,409 priority patent/US11163133B2/en
Publication of KR20210030724A publication Critical patent/KR20210030724A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102331696B1 publication Critical patent/KR102331696B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/10—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification by relative axial movement of several lenses, e.g. of varifocal objective lens
    • G02B7/105—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification by relative axial movement of several lenses, e.g. of varifocal objective lens with movable lens means specially adapted for focusing at close distances
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B5/00—Adjustment of optical system relative to image or object surface other than for focusing
    • G03B5/02—Lateral adjustment of lens
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/009—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras having zoom function
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/021—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses for more than one lens
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/09—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification adapted for automatic focusing or varying magnification
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/10—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification by relative axial movement of several lenses, e.g. of varifocal objective lens
    • G02B7/102—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification by relative axial movement of several lenses, e.g. of varifocal objective lens controlled by a microcomputer
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B13/00—Viewfinders; Focusing aids for cameras; Means for focusing for cameras; Autofocus systems for cameras
    • G03B13/32—Means for focusing
    • G03B13/34—Power focusing
    • G03B13/36—Autofocus systems
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B17/00—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
    • G03B17/02—Bodies
    • G03B17/12—Bodies with means for supporting objectives, supplementary lenses, filters, masks, or turrets
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B5/00—Adjustment of optical system relative to image or object surface other than for focusing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/69—Control of means for changing angle of the field of view, e.g. optical zoom objectives or electronic zooming
    • H04N5/2253—
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0055—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras employing a special optical element
    • G02B13/0065—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras employing a special optical element having a beam-folding prism or mirror
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B2205/00—Adjustment of optical system relative to image or object surface other than for focusing
    • G03B2205/0007—Movement of one or more optical elements for control of motion blur

Abstract

자동초점조절 및 줌 기능을 구현하기 위한 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라가 개시된다. 본 발명에 따른 카메라 액추에이터는, 내측에 수용공간이 형성되고 광의 이동방향을 기준으로 일측과 대향부 타측이 개방되어 있고 측면 일부에 하나 이상의 개구가 형성된 베이스와, 베이스의 개구에 설치되며 수용공간을 향하는 면에 코일을 실장한 기판을 포함하는 하나 이상의 구동유닛 및 베이스의 수용공간에 광축 방향으로 이동 가능하게 설치되며 기판과 마주하는 일 측면부에 코일에 대응하여 마그네트가 결합된 하나 이상의 광학유닛을 포함하며, 구동유닛을 구성하는 기판 하나에 적어도 둘 이상 복수의 코일이 광축과 평행한 제1 방향을 따라 균등 간격으로 이격 배치되고, 코일 각각은 중심에 공심부를 구비하며 각 코일의 공심부에 홀 센서가 하나씩 실장된 것을 요지로 한다.

Description

카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라{Camera actuator and Compact camera containing the same}
본 발명은 카메라 액추에이터에 관한 것으로, 특히 광학계를 포함하는 광학유닛을 광축 방향으로 이동시켜 줌(Zoom)이나 자동초점조절(Auto Focusing)을 구현하는 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라에 관한 것이다.
하드웨어 기술의 발전, 사용자 환경 등의 변화에 따라 스마트폰 등의 휴대 단말(모바일 단말)에는 통신을 위한 기본적인 기능 이외에 다양하고 복합적인 기능이 통합적으로 구현되고 있다. 그 대표적인 예로 오토포커스(AF, Auto Focus), 손떨림 보정(OIS, Optical Image Stabilization) 등의 기능이 구현된 카메라 모듈을 들 수 있다.
근래에는 인증이나 보안 등을 위한 음성 인식, 지문 인식, 홍채 인식 기능 등도 휴대 단말에 탑재되고 있으며, 피사체와의 초점 거리를 더욱 정교하고 세밀하게 가변적으로 조정할 수 있도록 복수 개 렌즈 그룹이 집합되어 있는 줌 렌즈의 장착도 시도되고 있다.
줌 렌즈의 경우 일반 렌즈와는 달리 광이 유입되는 방향인 광축 방향으로 복수 개 렌즈 또는 렌즈 군들이 배열되는 구조적인 특징으로 일반 렌즈보다 광축 방향 길이가 길다. 때문에 줌 렌즈를 일반 렌즈와 같은 방식(기판에 수직방향으로 설치하는 방식)으로 휴대 단말에 실장할 경우 일반 렌즈와 높이 차이에 상응하는 만큼의 공간이 휴대 단말 두께방향으로 더 필요하다.
따라서 종래 기판에 수직방향으로 설치하는 방식, 다시 말해 휴대 단말의 두께 방향으로 길게 배치되는 종래 줌 렌즈를 장착한 소형 카메라는, 최근 휴대 단말이 지향하는 장치 소형화 및 경량화 요구를 충족시키기 어렵다는 구조적인 문제가 있다.
한편, 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 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.
한국등록특허 제10-1978946호(공고일 2019.05.15)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 종래 스탭핑 모터 방식에 비해 단순한 구성이면서도 광학계의 변위 폭(광학계의 광축 방향 스트로크 범위)을 충분히 늘일 수 있는 새로운 구동방식의 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라를 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,
내측에 수용공간이 형성되고, 광의 이동방향을 기준으로 일측과 대향부 타측이 개방되어 있고 측면 일부에 하나 이상의 개구가 형성된 베이스;
상기 베이스의 개구에 설치되며, 수용공간을 향하는 면에 코일을 실장한 기판을 포함하는 하나 이상의 구동유닛; 및
상기 베이스의 수용공간에 광축 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 기판과 마주하는 일 측면부에 상기 코일에 대응하여 마그네트가 결합된 하나 이상의 광학유닛;을 포함하며,
상기 구동유닛을 구성하는 기판 하나에 적어도 둘 이상 복수의 코일이 광축과 평행한 제1 방향을 따라 이격 배치되고,
코일 각각은 중심에 공심부를 구비하며, 상기 마그네트의 자력을 감지하고 상응하는 신호를 발생시켜 출력하는 홀 센서가 상기 공심부에 하나씩 실장된 카메라 액추에이터를 제공한다.
바람직하게는, 상기 개구는 베이스 일 측면 및 이와 사선 방향으로 이격된 대향부 다른 일 측면에 각각 형성되는 제1 개구와 제2 개구로 구성되고, 상기 구동유닛은 상기 제1 개구를 커버링 하도록 설치되는 제1 구동유닛과 제2 개구를 커버링 하도록 설치되는 제2 구동유닛으로 구성되며, 상기 광학유닛은 상기 제1 구동유닛의 코일의 전기장이 미치는 구간 안에서 광축 방향으로 직선운동을 하도록 상기 수용공간에 배치되는 제1 광학유닛과 제2 구동유닛의 코일의 전기장이 미치는 구간 안에서 직선운동을 하도록 상기 수용공간에 제1 광학유닛과 직렬로 배치되는 제2 광학유닛으로 구성될 수 있다.
또한 상기 구동유닛은 바람직하게, 광축 방향으로 정렬되는 둘 이상의 코일 및 각 코일의 공심부에 홀 센서를 하나씩 실장한 구성의 상기 기판과, 상기 코일 반대편에서 상기 기판과 접하도록 배치되는 캐리어 요크와, 상기 기판과 캐리어 요크가 설치되며 상기 개구에 결합되는 사각 틀 모양의 바디부로 이루어진 구성일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터는 또한, 상기 구동유닛의 바디부와 광학유닛 사이에서 상기 구동유닛에 대한 광학유닛의 광축 방향 직선운동을 가이드하는 한 쌍의 볼 가이드를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 볼 가이드는 바람직하게, 상기 바디부를 구성하는 4개의 프레임 중 광축과 평행한 제1 방향을 따라 길게 형성되는 한 쌍의 가로 프레임 각각에 상기 제1 방향으로 형성되는 한 쌍의 제1 볼홈과, 상기 바디부와 대면하는 광학유닛의 외면부에 제1 볼홈 각각에 대응되도록 제1 방향으로 형성되는 한 쌍의 제2 볼홈과, 상호 마주하도록 대응되는 제1 볼홈과 제2 볼홈 사이에 개재되는 하나 이상의 볼로 이루어진 구성일 수 있다.
또한 상기 구동유닛은 바람직하게, 상기 기판에 실장되며 외부 입력신호 및 상기 홀 센서의 신호를 바탕으로 각 코일의 제어값을 결정하고 결정된 제어값에 기초하여 코일 각각에 공급되는 전류의 세기와 방향을 제어하는 구동소자(Drive IC)를 더 포함할 수 있다.
이때 상기 구동소자는, 광학유닛을 이동시키고자 하는 방향을 기준으로 상기 광학유닛에 가장 근접한 코일부터 순차적으로 전류를 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 구동소자는, 광학유닛과 가장 근접한 코일에는 상기 광학유닛을 이동시키고자 하는 방향에 대해 미는 힘을 발생시키도록 일방향으로 전류를 흘려주고, 광학유닛을 이동시키고자 하는 방향을 기준으로 광학유닛과 가장 근접한 상기 코일 다음에 위치하는 인접 코일에는 반대로 상기 광학유닛을 당기는 힘을 발생시키도록 반대방향으로 전류를 흘려줄 수 있다.
또한 본 발명에 적용된 상기 광학유닛은, 광축 방향으로 직선운동 가능하도록 일 측면부에 마그네트가 결합되는 캐리어와, 상기 캐리어 중앙의 수용홀에 결합되고 복수의 렌즈들로 구성된 렌즈군을 수용하는 렌즈배럴로 구성될 수 있다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,
전술한 일 측면에 따른 카메라 액추에이터;
개구를 통해 입사된 광의 경로를 바꿔 상기 줌 렌즈부의 광학유닛에 입사시키는 반사계; 및
상기 줌 렌즈부의 광학유닛을 통과한 광을 수광하고, 수광된 광에 상응하는 이미지 정보를 출력하는 이미지센서 모듈;를 포함하는 소형 카메라를 제공한다.
여기서 상기 카메라 액추에이터를 구성하는 둘 이상 복수의 광학유닛은 각각에 대응하여 구성되는 구동유닛에 의해 광축 방향으로 개별 동작될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 카메라 액추에이터에 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 캐리어 요크 사이의 인력으로 광학유닛이 구동유닛 측에 밀착된 상태로 볼 가이드에 의해 구름운동을 하므로, 광축 정렬(Align)을 위한 별도의 가이드 핀이 요구되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터의 부분 분해 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 카메라 액추에이터에서 쉴드 캔을 생략 도시한 결합 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 구동유닛의 분해 사시도.
도 4는 도 1에서 광학유닛과 구동유닛이 결합된 모습을 광축 방향에서 바라본 도면.
도 5는 본 발명의 요부 개념도.
도 6은 본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에터의 작동 개념도.
도 7은 전술한 일 측면에 따른 카메라 액추에이터를 포함하는 소형 카메라의 분해 사시도.
도 8는 도 7에 도시된 소형 카메라의 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 하되, 도면에서 X축은 광축 방향으로 정의하며, Z 축은 광축 방향인 상기 X축과 수직인 방향이며, Y축은 동평면 상에서 상기 X축과 직교하는 방향으로 정의하여 설명하기로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터는, 광축 방향으로 이격 배치되는 복수의 코일이 제어명령에 따라 순차적으로 발생시키는 전기장과 마그네트의 자기장 사이의 상호 작용을 이용하여 광학계(이하에서는, '광학유닛'이라 함)를 광축 방향으로 임의 거리만큼 이동시킴으로써, 줌 인(Zoom in) 및 줌 아웃(Zoom out)이 구현될 수 있도록 한 것이다.
이하 본 발명을 설명함에 있어서는, 하나의 카메라 액추에이터에 두 개의 광학유닛이 광축 방향을 따라 동축 정렬되고, 광학유닛 각각에 대응되도록 두 개의 구동유닛을 구비하는 구성을 예로 들어 설명하기로 한다. 물론 이는 본 발명을 설명하기 위한 바람직한 하나의 실시 예일뿐, 광학유닛 및 구동유닛의 개수가 도면의 예시된 형태로 한정됨을 의미하는 것은 아니다.
다시 말해 본 발명을 설명하기 위한 바람직한 하나의 실시 예로서, 이하에서는 하나의 카메라 액추에이터에 두 개의 광학유닛과 구동유닛을 구비하는 구성을 예로 들어 설명하지만, 광학유닛과 구동유닛이 두 쌍으로 한정되는 것은 아니다. 카메라의 요구 사양에 따라 광학유닛과 구동유닛의 개수는 얼마든지 달라질 수 있기 때문이다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터의 부분 분해 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 카메라 액추에이터에서 쉴드 캔을 생략 도시한 결합 사시도이다. 그리고 도 3은 도 1에 도시된 구동유닛의 분해 사시도이고, 도 4는 도 1에서 광학유닛과 구동유닛이 결합된 모습을 광축 방향에서 바라본 도면이다. 또한 도 5는 본 발명의 요부 개념도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터(3)는 베이스(30)를 포함한다. 베이스(30)는 도면(도 1)에 도시된 바와 같이, 내측에 수용공간(310)이 형성되고 광의 이동방향을 기준으로 일측과 대향부 타측이 개방되어 있으며, 측면 일부에 하나 이상의 개구가 형성된 단일의 구성품일 수 있으나, 바닥부, 측면부, 상면부를 결합시켜 구성한 조립식일 수도 있다.
베이스는 바람직하게, 상면부와 하면부에 상기 수용공간(310)을 외부로 노출시키도록 구성된 두 개의 개구(312a, 312b)가 형성된 구성일 수 있다.
두 개구는 베이스(30) 상면부 일측 및 이와 사선 방향으로 이격된 하면부 일측에 각각 형성되는 제1 개구(312a)와 제2 개구(312b)일 수 있다. 제1 개구(312a)와 제2 개구(312b)에는 구동유닛(34)이 하나씩 설치된다. 즉 제1 개구(312a)와 제2 개구(312b)를 통해 두 개의 구동유닛(34)이 광축 방향을 기준으로 사선 방향으로 대향되는 배치를 이루도록 하나의 상기 베이스(30)에 결합될 수 있다.
두 개의 구동유닛(34)은 제1 개구(312a)를 통해 베이스(30)에 결합되는 제1 구동유닛(34a)과 상기 제2 개구(312b)를 통해 베이스(30)에 결합되는 제2 구동유닛(34b)일 수 있으며, 제1, 제2 구동유닛(34a, 34b) 각각은, 베이스(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 광축과 평행한 제1 방향을 따라 균등 간격으로 배치될 수 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 광학유닛(33)의 일 측면에 결합되는 마그네트(334)의 자력을 감지하고 상응하는 신호를 발생시켜 후술하는 구동소자(Drive IC, 349)에 출력한다.
제1, 제2 구동유닛(34a, 34b)은 바람직하게, 광축 방향으로 정렬되는 둘 이상의 코일(340) 및 각 코일(340)의 공심부(341)에 홀 센서(342)를 하나씩 실장한 구성의 상기 기판(344)과, 상기 코일(340) 반대편에서 상기 기판(344)과 접하도록 배치되는 캐리어 요크(346)를 포함한다. 또한 기판(344)과 캐리어 요크(346)가 설치되며 제1, 제2 개구(312a, 312b)에 결합될 수 있도록 구성된 사각 틀 모양의 바디부(348)를 구비하는 구성일 수 있다.
제1, 제2 구동유닛(34a, 34b)은 또한, 앞서 언급한 구동소자(Drive IC, 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.
베이스(30)에는 광학유닛(33)이 수용된다. 광학유닛(33)은 광축 방향을 따라 이동 가능하도록 상기 베이스(30)의 수용공간(310)에 설치되며, 기판(344)과 마주하는 일 측면부에 구동유닛(34)의 코일(340)에 대응하여 마그네트(334)가 결합된 구성을 갖는다. 이 역시 두 개의 광학유닛(33a, 34b)으로 구성될 수 있다. 제1 구동유닛(34a)에 대응하는 제1 광학유닛(33a)과 제2 구동유닛(34b)에 대응하는 제2 광학유닛(33b)일 수 있다.
제1 광학유닛(33a)은 제1 구동유닛(34a)을 구성하는 코일(340)들의 전기장이 미치는 구간 안에서 광축 방향을 따라 직선운동을 하도록 상기 수용공간(310)에 배치되며, 제2 광학유닛(33b)은 제2 구동유닛(34b)을 구성하는 코일(340)들의 전기장이 미치는 구간 안에서 직선운동을 하면서 제1 광학유닛(33a)과의 거리 및 후방의 이미지센서 모듈(5, 도 8 참조)과의 광축 방향 거리가 조절되도록 상기 수용공간(310)에 실장될 수 있다.
제1 구동유닛(34a)을 구성하는 코일(340)들과 제1 광학유닛(33a)에 결합된 마그네트(334), 그리고 제2 구동유닛(34b)을 구성하는 코일(340)들과 제2 광학유닛(33b)에 결합된 마그네트(334)는 줌(Zoom) 또는 자동초점조절(Auto Focus)을 위한 구동력을 발생시키는 하나의 자기회로를 구성한다. 즉 자기회로는 제1, 제2 구동유닛(34a, 34b)의 기판(344)에 결합된 코일(340)들 및 이에 대응하여 제1, 제2 광학유닛(33a, 33b)에 결합된 마그네트(334)로 구성된다.
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 광학유닛(33a, 33b)을 광축 방향으로 이동시키는 힘(Drive force)이 발생된다. 그리고 발생된 힘에 의해 베이스(30)의 수용공간(310)에서 제1, 제2 광학유닛(33a, 33b) 각각이 코일(340)에 인가된 전원의 방향과 크기에 상응하는 방향과 폭으로 직선운동을 한다.
수용공간(310)에서 이와 같은 광학유닛(33)의 광축 방향 움직임에 따라, 광의 이동방향을 기준으로 제2 광학유닛(33b) 후방에 배치되는 이미지센서 모듈(5, 도 8 참조)과의 거리가 조절되며, 그 결과 줌 또는 자동초점조절이 구현된다. 즉 제1, 제2 광학유닛(33a, 33b)이 이미지센서 모듈(5)로부터 멀어지거나 반대로 근접하는 방향으로 이동됨으로써 줌 또는 자동초점조절이 구현되는 것이다.
제1, 제2 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 수용한다. 이때 렌즈 각각은 동일하거나 상이한 초점 거리, 굴절률 등의 광학적 특성을 가질 수 있다.
제1, 제2 광학유닛(33a, 33b)을 통과한 광은 광의 이동방향을 기준으로 도면상 제2 광학유닛(33b)의 후방에 배치되는 앞서 언급한 이미지센서 모듈(5)에 촬상된다. 이미지센서 모듈은 기판(50)과 이미지센서(52, 도 8 참조)를 포함하며, 여기서 이미지센서(52)는 상기 광학유닛(33)을 통과한 광으로부터 이미지 정보를 수집하며, 수집된 이미지 정보는 기판(50)을 통해 외부로 출력된다.
제1, 제2 구동유닛(34a, 34b)의 캐리어 요크(346)와 제1, 제2 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 광학유닛(33a, 33b)이 광축 방향을 따라 직선운동을 할 때, 광학유닛(33) 각각은 대응되는 구동유닛(34)의 바디부(348) 측에 밀착된 상태로 흔들리거나 떨림 없이 수용공간(310)에서 광축 방향을 따라 안정적으로 직선운동을 할 수 있다.
제1, 제2 구동유닛(34a, 34b)의 바디부(348)와 제1, 제2 광학유닛(33a, 33b) 사이에는 한 쌍의 볼 가이드(36)가 설치될 수 있다. 볼 가이드(36)는 제1, 제2 구동유닛(34a, 34b)의 상기 바디부(348)와 제1, 제2 광학유닛(33a, 33b) 사이에서 제1, 제2 구동유닛(34a, 34b)에 대한 제1, 제2 광학유닛(33a, 33b)의 광축 방향 직선운동이 더욱 부드럽고 안정적으로 구현될 수 있도록 가이드 한다.
도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1, 제2 구동유닛(34a, 34b)의 바디부(348)와 제1, 제2 광학유닛(33a, 33b) 사이에서 제1, 제2 광학유닛(33a, 33b)의 광축 방향 직선운동을 가이드하는 상기 볼 가이드(36)는, 제1 볼홈(360)과 제2 볼홈(364), 그리고 상호 마주하도록 대응되는 제1 볼홈(360)과 제2 볼홈(364) 사이에 개재되는 하나 이상의 볼(362)을 포함하는 구성일 수 있다.
제1 볼홈(360)은 바디부(348)를 구성하는 4개의 프레임 중 광축과 평행한 제1 방향을 따라 길게 형성되는 한 쌍의 가로 프레임(부호 생략) 각각에 상기 제1 방향으로 형성될 수 있으며, 제2 볼홈(364)은 바디부(348)와 대면하는 광학유닛(33)의 외면부에 상기 제1 볼홈(360) 각각에 대응되도록 제1 방향으로 형성될 수 있다. 그리고 볼(362)은 상호 마주하도록 대응되는 제1 볼홈(360)과 제2 볼홈(364) 사이에 개재될 수 있다.
볼(362)은 그 일부가 제1 볼홈(360)에 수용되는 형태로 배치되고, 다른 일부는 제2 볼홈(364)에 수용되는 형태로 배치될 수 있으며, 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 광학유닛(33)의 직선운동이 부드럽고 안정적으로 구현될 수 있다.
도 3 및 도 5의 요부 개념도에 도시된 바와 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 광학유닛(33)의 광축 방향 위치를 인식하여 각 코일(340)에 공급될 전원의 크기와 방향을 결정한다.
즉 구동소자(349)는 광축 방향을 기준으로 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 광학유닛(33)의 광축 방향 위치를 피드백(Feed Back) 제어함으로써 줌 및 자동초점 기능이 구현되는 것이다.
구동소자(349)는 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 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 광학유닛(33)의 틸팅을 방지하는 전류제어 로직이 상기 구동소자(349)에 적용될 수 있다.
광학유닛(33)의 이동방향을 따라 정렬된 코일(340)에 순차적으로 전류를 공급함에 있어서도 구동소자(349)는, 광학유닛(33)을 이동시키고자 하는 방향에 대해 미는 힘과 당기는 힘이 교번적으로 발생할 수 있도록 각 코일(340)에 공급되는 전류의 방향을 제어할 수 있다. 좀 더 구체적으로는, 홀 센서(342) 신호를 바탕으로 광학유닛(33)의 위치에 따라 코일(340)에 전류의 방향을 달리하여 전류를 공급할 수 있다.
구동소자(349)는 바람직하게, 광학유닛(33)과 가장 근접한 코일(340)에는 상기 광학유닛(33)을 이동시키고자 하는 방향에 대해 미는 힘을 발생시키도록 일방향으로 전류를 흘려주고, 광학유닛(33)을 이동시키고자 하는 방향을 기준으로 광학유닛(33)과 가장 근접한 상기 코일(340) 다음에 위치하는 인접 코일(340)에는 반대로 상기 광학유닛(33)을 당기는 힘을 발생시키도록 반대방향으로 전류를 흘려줄 수 있다.
이에 대해서는 도 6을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에터의 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 밀어낼 수 있는 전기력(척력)이 발생되도록 일방향으로 전류를 공급하고, 마그네트(334)의 이동방향(화살표 방향)을 기준으로 1번 코일(340-1) 후방에 배치된 2번 코일(340-2)에는 마그네트(334)를 끌어당길 수 있는 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 베이스(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 밀어줄 수 있는 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, 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.
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 액추에이터는, 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 캐리어 요크 사이의 인력으로 광학유닛이 구동유닛 측에 밀착된 상태로 볼 가이드에 의해 부드럽고 안정적인 직선운동을 하므로, 광축 정렬(Align)을 위한 별도의 가이드 핀이 요구되지 않는다.
도 1에서 미설명 도면부호 32는 자기차폐를 위해 베이스(30)를 둘러싸도록 결합되는 쉴드 캔을 가리키고, 336은 코일(340)이 발생시킨 전기장이 마그네트(334) 측으로 집속될 수 있도록 코일(340) 반대편의 마그네트(334) 뒷면에 배치되는 백 요크(Back yoke)를 가리킨다.
도 7은 전술한 일 측면에 따른 카메라 액추에이터를 포함하는 소형 카메라의 분해 사시도이며, 도 8는 도 7에 도시된 소형 카메라의 개략 구성도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 측면에 따른 소형 카메라(1)는 크게, 반사계(2)와 카메라 액추에이터(3), 그리고 이미지센서 모듈(5)로 구성된다. 카메라 액추에이터(3)는 전술한 일 측면에 따른 카메라 액추에이터(3)일 수 있으며, 반사계(2)는 카메라 일측의 개구 또는 입사면를 통해 입사된 광의 경로를 바꿔 상기 카메라 액추에이터(3)의 광학유닛(33)에 입사시킨다.
반사계(2)는 반사면(20)이 광이 유입되는 개구 측 평면에 대해 특정 각도, 바람직하게는 45도 각도로 기울어진 거울 또는 프리즘(Prism)일 수 있으며, 카메라 액추에이터(3)를 구성하는 둘 이상 복수의 광학유닛(33)은 각각에 대응하여 구성되는 구동유닛(34)에 의해 광축 방향에 대해 개별 작동되도록 구성될 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 있으며, 광학유닛을 통과한 광은 광의 이동방향을 기준으로 광학유닛의 후방에 배치되는 상기 이미지센서 모듈(5)에 촬상된다.
이미지센서 모듈(5)은 광학유닛(33)을 통과한 광을 수광하고, 수광된 광에 상응하는 이미지 정보를 출력한다. 이미지센서 모듈(5)은 기판(50)과 기판(50) 상에 실장되는 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.
카메라 액추에이터(3)와 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.
카메라 액추에이터(3)는 광학유닛(33)의 정확한 광축 방향위치를 홀 센서(342)가 출력하는 신호로부터 구동소자(349)가 인식하고, 인식된 위치 정보를 바탕으로 각 코일(340)에 인가되는 전류의 크기와 방향을 포함하는 제어값을 상기 구동소자(349)가 결정하며, 그 결정된 제어값으로 광학유닛(33)의 광축 방향 위치를 피드백 제어함으로써 줌 및 자동초점 기능이 구현될 수 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.
1 : 카메라 2 :반사계
3 : 카메라 액추에이터 4 : IR 필터
5 : 이미지센서 모듈 20 : 반사면
30 : 베이스 32 : 쉴드 캔
33 : 광학유닛 34 : 구동유닛
36 : 볼 가이드 50 : 기판
52 : 이미지센서 310 : 수용공간
312 : 개구 330 : 캐리어
332 : 렌즈배럴 334 : 마그네트
336 : 백 요크 340 : 코일
341 : 공심부 342 : 홀 센서
344 : 기판 346 : 캐리어 요크
348 : 바디부 349 : 구동소자
360 : 제1 볼홈 362 : 볼
364 : 제2 볼홈
D : 홀 센서 사이의 간격
L : 마그네트의 광축 방향 길이

Claims (11)

  1. 내측에 수용공간이 형성되고, 광의 이동방향을 기준으로 일측과 대향부 타측이 개방되어 있고 측면 일부에 하나 이상의 개구가 형성된 베이스;
    상기 베이스의 개구에 설치되며, 수용공간을 향하는 면에 코일을 실장한 기판을 포함하는 하나 이상의 구동유닛; 및
    상기 베이스의 수용공간에 광축 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 기판과 마주하는 일 측면부에 상기 코일에 대응하여 마그네트가 결합된 하나 이상의 광학유닛;을 포함하며,
    상기 구동유닛을 구성하는 기판 하나에 적어도 둘 이상 복수의 코일이 광축과 평행한 제1 방향을 따라 이격 배치되고,
    코일 각각은 중심에 공심부를 구비하며, 상기 마그네트의 자력을 감지하고 상응하는 신호를 발생시켜 출력하는 홀 센서가 상기 공심부에 하나씩 실장되며,
    상기 구동유닛의 기판에는 외부 입력신호 및 상기 홀 센서의 신호를 바탕으로 각 코일의 제어값을 결정하고 결정된 제어값에 기초하여 코일 각각에 공급되는 전류의 세기와 방향을 제어하는 구동소자(Drive IC)가 실장되고,
    상기 구동소자는 광학유닛을 이동시키고자 하는 방향을 기준으로 상기 광학유닛에 가장 근접한 코일부터 순차적으로 전류를 공급하되, 광학유닛과 가장 근접한 코일에는 상기 광학유닛을 이동시키고자 하는 방향에 대해 미는 힘을 발생시키도록 일방향으로 전류를 흘려주고, 광학유닛을 이동시키고자 하는 방향을 기준으로 광학유닛과 가장 근접한 상기 코일 다음에 위치하는 인접 코일에는 반대로 상기 광학유닛을 당기는 힘이 발생되도록 반대방향으로 전류를 흘려주며,
    복수의 홀 센서 중 서로 이웃하는 홀 센서 사이의 간격(D)이 적어도 상기 마그네트의 광축 방향 길이(L)와 같거나 그 보다 작은 카메라 액추에이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구는 베이스 일 측면 및 이와 사선 방향으로 이격된 대향부 다른 일 측면에 각각 형성되는 제1 개구와 제2 개구로 구성되고,
    상기 구동유닛은 상기 제1 개구를 커버링 하도록 설치되는 제1 구동유닛과 제2 개구를 커버링 하도록 설치되는 제2 구동유닛으로 구성되며,
    상기 광학유닛은 제1 구동유닛을 구성하는 코일들의 전기장이 미치는 구간 안에서 광축 방향으로 직선운동을 하도록 상기 수용공간에 배치되는 제1 광학유닛과, 제2 구동유닛을 구성하는 코일들의 전기장이 미치는 구간 안에서 직선운동을 하도록 상기 수용공간에 제1 광학유닛과 직렬로 배치되는 제2 광학유닛으로 구성되는 카메라 액추에이터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 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 캐리어 요크와,
    상기 기판과 캐리어 요크가 설치되며 상기 개구에 결합되는 사각 틀 모양의 바디부로 구성되는 카메라 액추에이터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동유닛의 바디부와 광학유닛 사이에서 상기 구동유닛에 대한 광학유닛의 광축 방향 직선운동을 가이드하는 한 쌍의 볼 가이드;를 더 포함하는 카메라 액추에이터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 볼 가이드는,
    상기 바디부를 구성하는 4개의 프레임 중 광축과 평행한 제1 방향을 따라 길게 형성되는 한 쌍의 가로 프레임 각각에 상기 제1 방향으로 형성되는 한 쌍의 제1 볼홈과,
    상기 바디부와 대면하는 광학유닛의 외면부에 제1 볼홈 각각에 대응되도록 제1 방향으로 형성되는 한 쌍의 제2 볼홈과,
    상호 마주하도록 대응되는 제1 볼홈과 제2 볼홈 사이에 개재되는 하나 이상의 볼로 구성되는 카메라 액추에이터.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광학유닛은,
    광축 방향으로 직선운동 가능하도록 일 측면부에 마그네트가 결합되는 캐리어와,
    상기 캐리어 중앙의 수용홀에 결합되고 복수의 렌즈들로 구성된 렌즈군을 수용하는 렌즈배럴로 구성되는 카메라 액추에이터.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 카메라 액추에이터;
    개구를 통해 입사된 광의 경로를 바꿔 광학유닛에 입사시키는 반사계; 및
    상기 광학유닛을 통과한 광을 수광하고, 수광된 광에 상응하는 이미지 정보를 출력하는 이미지센서 모듈;를 포함하는 소형 카메라.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 카메라 액추에이터를 구성하는 둘 이상 복수의 광학유닛은 각각에 대응하여 구성되는 구동유닛에 의해 광축 방향으로 개별 작동되는 소형 카메라.
KR1020190112228A 2019-09-10 2019-09-10 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라 KR102331696B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190112228A KR102331696B1 (ko) 2019-09-10 2019-09-10 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라
CN202010926839.3A CN112485881B (zh) 2019-09-10 2020-09-07 摄像头执行器以及包括该摄像头执行器的小型摄像头
EP20195083.9A EP3796064B1 (en) 2019-09-10 2020-09-08 Camera actuator and compact camera including same
US17/015,409 US11163133B2 (en) 2019-09-10 2020-09-09 Camera actuator and compact camera including same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190112228A KR102331696B1 (ko) 2019-09-10 2019-09-10 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210030724A KR20210030724A (ko) 2021-03-18
KR102331696B1 true KR102331696B1 (ko) 2021-11-26

Family

ID=72432742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190112228A KR102331696B1 (ko) 2019-09-10 2019-09-10 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11163133B2 (ko)
EP (1) EP3796064B1 (ko)
KR (1) KR102331696B1 (ko)
CN (1) CN112485881B (ko)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4249969A3 (en) * 2018-12-27 2024-01-10 Tdk Taiwan Corp. Optical member driving mechanism
KR20220147891A (ko) * 2021-04-28 2022-11-04 삼성전자주식회사 카메라 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치
KR20220157810A (ko) * 2021-05-21 2022-11-29 엘지이노텍 주식회사 액추에이터 장치
TWI771020B (zh) * 2021-05-26 2022-07-11 大陸商信泰光學（深圳）有限公司 鏡頭驅動裝置及其驅動方法
TWI778697B (zh) * 2021-06-17 2022-09-21 大陽科技股份有限公司 成像鏡頭模組以及電子裝置
WO2023274421A1 (zh) * 2021-07-02 2023-01-05 宁波舜宇光电信息有限公司 镜头驱动组件、芯片驱动组件和摄像模组以及基于滚珠的两轴光学致动模块
JP2023016235A (ja) * 2021-07-21 2023-02-02 日本電産コパル株式会社 羽根駆動装置
KR20230022650A (ko) * 2021-08-09 2023-02-16 엘지이노텍 주식회사 카메라 모듈
KR20230026717A (ko) * 2021-08-18 2023-02-27 자화전자(주) 연속줌 액추에이터
KR20230030167A (ko) * 2021-08-25 2023-03-06 자화전자(주) 카메라용 액추에이터
KR102609144B1 (ko) * 2021-09-03 2023-12-05 삼성전기주식회사 카메라 모듈
TWI772185B (zh) * 2021-09-17 2022-07-21 大陽科技股份有限公司 成像鏡頭驅動模組與電子裝置
KR20230076425A (ko) * 2021-11-24 2023-05-31 엘지이노텍 주식회사 카메라 엑추에이터, 렌즈 이송 장치 및 이를 포함하는 카메라 장치
KR20230077225A (ko) * 2021-11-25 2023-06-01 엘지이노텍 주식회사 렌즈 구동장치 및 이를 포함하는 카메라 장치
KR20230096624A (ko) * 2021-12-23 2023-06-30 엘지이노텍 주식회사 카메라 엑추에이터, 렌즈 이송 장치 및 이를 포함하는 카메라 장치
KR20230142330A (ko) 2022-03-31 2023-10-11 주식회사 에스알이엔지 일체형 수배전반 열화 방지 시스템 및 이를 이용한 열화 방지 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5834523B2 (ja) * 2011-06-20 2015-12-24 株式会社ニコン アクチュエータ、レンズ鏡筒および撮像装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09121589A (ja) * 1995-10-27 1997-05-06 Hitachi Metals Ltd リニアモータ
CN102016708B (zh) * 2008-04-30 2013-07-31 日本电产三协株式会社 带抖动修正功能的光学单元
US9372352B2 (en) * 2013-08-23 2016-06-21 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Lens driving device and camera module including the same
KR101624856B1 (ko) * 2014-04-24 2016-05-27 (주)하이소닉 렌즈 구동을 위한 피에조 액추에이터 및 피에조 액추에이터를 이용한 휴대단말기용 카메라 모듈
KR101978946B1 (ko) 2016-06-09 2019-05-15 자화전자(주) 자동초점 조절장치
KR102367554B1 (ko) * 2016-07-26 2022-02-25 자화전자(주) 줌렌즈용 구동장치
KR102067069B1 (ko) * 2017-06-16 2020-01-16 삼성전기주식회사 카메라 모듈
KR102418995B1 (ko) * 2017-09-27 2022-07-11 마이크로엑츄에이터(주) 카메라 모듈
CN209525525U (zh) * 2018-01-25 2019-10-22 台湾东电化股份有限公司 光学元件驱动机构
JP7007574B2 (ja) * 2018-02-06 2022-02-10 ミツミ電機株式会社 カメラ用アクチュエータ、カメラモジュール、およびカメラ搭載装置
KR20240046652A (ko) * 2019-02-25 2024-04-09 코어포토닉스 리미티드 적어도 하나의 2 상태 줌 카메라를 갖는 멀티-애퍼처 카메라
KR102230647B1 (ko) * 2019-06-18 2021-03-22 삼성전기주식회사 손떨림 보정 반사모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5834523B2 (ja) * 2011-06-20 2015-12-24 株式会社ニコン アクチュエータ、レンズ鏡筒および撮像装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN112485881A (zh) 2021-03-12
US11163133B2 (en) 2021-11-02
EP3796064A1 (en) 2021-03-24
CN112485881B (zh) 2022-12-13
EP3796064B1 (en) 2023-08-23
KR20210030724A (ko) 2021-03-18
US20210072495A1 (en) 2021-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102331696B1 (ko) 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라
KR102400386B1 (ko) 줌렌즈용 구동장치
US10564442B2 (en) Apparatus for driving optical-reflector for OIS with multi-axial structure
KR102350710B1 (ko) 줌렌즈용 자동초점 조절장치
KR100935312B1 (ko) 초소형 카메라 모듈용 손떨림 보정장치
CN111684353B (zh) 相机模块
CN107041156B (zh) 光学系统的透镜组件和致动器及其方法
US20200404181A1 (en) Reflection module for optical image stabilization and camera module including the same
US20160018626A1 (en) Lens Assemblies and Actuators for Optical Systems and Methods Therefor
KR20180116965A (ko) 카메라 모듈 엑추에이터
EP3584624B1 (en) Reflection system driving device having multi-axis structure
CN113114883B (zh) 摄像头模组及电子设备
KR102354161B1 (ko) 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터 및 이를 포함하는 카메라 모듈
US20230341654A1 (en) Optical system
KR20210026212A (ko) 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라
KR102423685B1 (ko) 렌즈 구동장치
KR102312292B1 (ko) 카메라 모듈 및 카메라 모듈의 조립 방법
KR102351233B1 (ko) Af용 액추에이터 및 이를 구동 제어하는 구동드라이버
KR102432247B1 (ko) 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈
KR20200144349A (ko) 카메라 액추에이터
KR20210034400A (ko) 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 카메라 모듈
KR102312300B1 (ko) 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터 및 이를 포함하는 카메라 모듈
KR102467587B1 (ko) 줌 구동 액추에이터
EP4043954A1 (en) Camera actuator and camera device including same
KR20220074675A (ko) 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant