KR20070054773A - 초소형 카메라의 선형 구동 장치 - Google Patents

초소형 카메라의 선형 구동 장치 Download PDF

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KR20070054773A
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Abstract

본 발명은 선형 구동 장치에 있어서, 특히 초소형 카메라 등의 제품에 적용되어, 광학 줌 및 초점 거리 조절을 위한 초소형 카메라의 선형 구동 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 초소형 카메라의 선형 구동장치는, 선형으로 구동되는 구동부; 상기 구동부와의 사이에 구동력을 발생시켜 주는 고정부; 상기 고정부와의 사이에 발생되는 인력으로 상기 구동부를 래칭시켜 주기 위한 래칭수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 구동부는 코일이고, 상기 고정부는 자석을 포함하며, 상기 코일에 인가되는 전류의 크기 및 방향과 함께 상기 래칭 수단에 의해 상기 구동부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
카메라, 선형 구동, 래칭

Description

초소형 카메라의 선형 구동 장치{Liner driving apparatus of micro camera}
도 1은 본 발명에 따른 선형 구동 장치를 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명 실시 예에 따른 선형 구동 장치를 나타낸 구성도.
도 3은 도 2의 A-A' 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 초소형 카메라의 선형 구동 장치를 나타낸 사시도.
도 5는 도 4의 B-B' 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110...코일 120...요크
121...선형 가이드부 130...자석
140...가이드부 141...렌즈군 조립체 연결부
150...자성체 160...렌즈군 조립체
161...렌즈군
본 발명은 선형 구동 장치에 있어서, 특히 초소형 카메라 등의 제품에 적용되어, 광학 줌 및 초점 거리 조절을 위한 초소형 카메라의 선형 구동 장치에 관한 것이다.
휴대 단말기에는 단순한 음성 통화의 기능을 넘어서, 데이터 통신, 카메라, 멀티미디어, 헬스 캐어 등의 다양한 기능이 추가되고 있다. 최근에는 소비자의 다양한 욕구에 부응하여, 카메라 기능이 단말기에 기본으로 탑재되어 출시되고 있다.
특히 카메라 기능을 내장한 휴대 단말기의 경우 이미지 센서의 화소 수 측면에서 디지털 카메라와 비교하여 뒤지지 않는 성능을 가지고 있다. 그러나, 휴대 전화용의 디지털 카메라 모듈의 성능이 개선됨에 따라 광학 줌 및 자동 초점 기능의 필요성이 부각되고 있다. 특히 메가 픽셀 급 이상의 고 화소에 광학 줌 및 자동 초점 기능을 포함하는 디지털 카메라 모듈의 개발은 소형화와 함께 중요한 문제로 대두되고 있다.
이러한 요구를 충족시키기 위해서는 대 변위, 빠른 기동 속도, 저전력 소모 등의 특성을 가지는 초소형 선형 구동기가 필요하다. 기존의 광학 줌 및 자동 초점 기능을 위한 구동기로는 VCM(Voice coil motor) 등의 전자력(electromagnetic) 구동 방식과 스텝 모터(stepping motor) 구동 방식의 구동기가 있다. 전자력 구동 방식의 경우 충분한 구동 변위는 가능하나 전력 소모가 큰 것이 단점이다. 스텝 모터 구동 방식의 경우 정밀한 변위 제어가 가능한 장점이 있으나, 리드 스크류를 회전시켜 구동시키므로, 소음 문제와 복잡한 구동기 구조 및 부피가 큰 것이 단점으로 존재한다.
본 발명의 제1목적은 선형 구동이 가능한 초소형 카메라의 선형 구동 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제2목적은 전자력으로 구동되는 초소형 카메라의 선형 구동 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제3목적은 선형 구동 장치에 래칭(latching) 기능을 포함시켜, 전류 소모를 최소화할 수 있도록 한 선형 구동 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제4목적은 선형 구동 장치를 이용하여 광학 줌 기능 및 초점 거리 조절 기능을 수행할 수 있도록 한 광학 시스템을 제공함에 있다.
상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 초소형 카메라의 선형 구동장치는,
선형으로 구동되는 구동부; 상기 구동부와의 사이에 구동력을 발생시켜 주는 고정부; 상기 고정부와의 사이에 발생되는 인력으로 상기 구동부를 래칭시켜 주기 위한 래칭수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상세하게, 상기 구동부는 코일이고, 상기 고정부는 자석인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 래칭수단은 구동부 상에 결합된 이동 가이드부와, 상기 이동 가이드부의 양측에서 상기 고정부와의 인력에 의해 상기 구동부를 래칭시켜 주기 위한 자성체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 코일 및 자석을 지지하기 위한 요크를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 구동부는 상기 래칭 수단에서 발생되는 인력 보다 구동력이 큰 경우 구동되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 구동부에는 하나 이상의 렌즈가 결합된 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초소형 카메라의 선형 구동 장치는,
인가되는 전류 방향 및 전류 크기에 따라 선형 구동되는 하나 이상의 코일; 상기 코일과의 사이에 구동력을 발생시키며 상기 코일 양측에 고정된 자석; 상기 코일 및 자석을 지지하며, 상기 코일의 선형 이동을 가이드하는 수직 가이드부가 형성된 지지부; 상기 코일과 일체로 이동되며, 렌즈군을 지지하는 하나 이상의 렌즈군 조립체;상기 코일과 일체로 이동하며, 상기 코일의 정 위치를 위해 상기 자석과의 사이에 인력을 발생시키는 래칭수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 래칭수단은 코일에 일체로 고정된 이동 가이드부와, 상기 이동 가이드부의 양측 상면에 부착되며 상기 자석과의 인력을 발생시키는 자성체를 포함하며, 상기 구동력이 인력보다 작을 경우 코일을 정 위치시켜 주는 것을 특징으로 한다.
바람지갛게, 상기 코일 및 래칭 수단은 복수개로 구성되며, 복수개의 코일이 독립적으로 복수개의 렌즈군 조립체와 함께 구동되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 지지부는 요크인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 코일의 선형 구동을 위해 상기 래칭 수단에서 발생된 인력보다 큰 전류 크기를 인가하여 구동시키고, 코일의 선형 구동을 정지시킬 경우 전류를 차단하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 선형 구동 장치의 개략 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 내부에서 선형으로 이동되는 구동부인 코일(10)과, 상기 코일(10)의 외측에 설치된 고정부인 자석(30)과, 상기 자석(30) 및 코일(10)을 지지하는 요크(20)를 포함하는 구성이다.
상기 선형 구동 장치는 VCM 방식으로 구동되는 것으로, 중앙에 선형 구동이 가능한 코일(10)을 배치하고, 상기 코일(10) 좌/우측에 자석(30)을 배치하며, 상기 자석(30) 및 코일(10)을 지지하기 위한 요크(20)를 형성시킨 구성이다.
상기 요크(20)의 상/하 내측에는 자석(30)이 서로 대향하게 고정되며, 상기 요크(20)의 중앙에 형성된 선형 가이드부(21)에는 코일(10)이 설치되어 가이드부를 따라 상기 자석(30)과의 전자기력에 의해 상/하로 이동된다. 즉, 코일(10)에 전류를 정 또는 역 방향으로 인가하여 코일(10)을 상/하로 이동시켜 주어, 선형 구동시킨다.
다시 말하면, 상기 요크(20)는 H 형상으로 형성되며, 중심에는 소정의 도선 턴 수 및 저항 값을 가지는 코일(10)에 형성되며, 양측면에는 자석(30)이 구비된다. 상기 자석(30)에 의한 자석밀도와 코일(10)에 흐르는 전류가 쇄교하여 발생하 는 로렌츠 힘(Lorenz's force)이 구동력이 되어 코일(10)을 움직이게 된다.
또한 상기 코일(10)에 인가되는 전류량과 전류의 방향을 조정하여 코일(10)의 구동 거리와 구동 방향을 제어할 수 있다. 또한 구동부인 코일(10)과 고정부인 자석(30)의 위치를 서로 변경, 설치하더라도 동일하게 작용하게 된다.
이러한 선형 구동 장치는 구동부를 특정 위치에 고정시키기 위해 지속적으로 코일(10)에 소정의 전류를 공급해야 하며, 이를 휴대 단말기에 적용할 경우 소모 전력이 커지는 단점이 발생된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 구동부가 고정 상태일 경우 전력 소모를 최소화하기 위한 장치가 요구되고 있다. 이는 도 2 및 도 3을 참조하기로 한다.
도 2는 본 발명 실시 예에 따른 선형 구동 장치를 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2의 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 선형 구동 장치는 구동부인 코일(110), 고정부인 자석(130) 및 요크(120), 구동부와 함께 구동하는 이동 가이드부(140) 및 자성체(150)를 포함하는 래칭 수단을 포함하여 구성된다.
상기 코일(110)은 일정 형상(예: 사각형상)으로 권선되어 요크(120) 중심부의 직선 가이드부에 권선된다. 여기서, 상기 코일(110)은 선형 구동 길이 또는 구동 특성을 향상시키기 위해 복수개가 코일(110)이 독립적으로 설치될 수도 있다.
상기 자석(130)은 상/하 요크(120)의 좌/우 끝단 내측면에 서로 마주보게 설치된다. 상기 자석(130)은 요크(120)에 의해 지지되며, 대향하는 자석(130) 사이의 중앙에 코일(110)이 위치하게 된다.
상기 요크(120)는 상부 및 하부 측벽, 중앙 가이드부(121)를 포함하며, 상부 및 하부 측벽 내부의 양측에는 자석(130)의 양단에 밀착, 고정된다. 중앙 가이드부(121)에는 상기 상부 및 하부 측벽을 연결하며 외측 일정 부분에 상기 코일(110)이 설치된다.
상기 코일(110)에는 상면에 이동 가이드부(140)가 결합되며, 상기 이동 가이드부(140)는 바람직하게 비 자성재질(예: 절연체)로 이루어지며 상기 코일(110)에 상면에 고정되며, 좌/우측으로 자석(130) 상측 끝단까지 연장된다. 상기 이동 가이드부(140)의 좌/우측 연장부는 자성체(150)가 부착된다. 상기 자성체(150)와 자석(130) 사이에는 자기력(인력)이 작용하게 되며, 발생된 자기력에 의해 자석(130)과 가이드부가 접촉하게 되어 코일(110) 구동시 소정의 마찰력이 발생된다.
이의 동작을 보면, 코일(110)에 작용하는 구동력이 자석(130)과 가이드 사이에 존재하는 최대 정지 마찰력 보다 보다 커지는 순간, 상기 코일(110)은 전류 방향 및 크기에 의해 원하는 방향 및 원하는 거리로 이동된다. 즉, 코일(110)에 인가되는 전류를 일정 크기 이상 인가하게 될 때 발생되는 전 자기력에 상기 최대 정지 마찰력보다 클 때 코일(110)이 가동된다. 이때, 코일(110)에 인가되는 전류의 방향을 제어하여, 코일(110)을 수직 상 방향 또는 수직 하 방향으로 이동시켜 줄 수 있다. 여기서, 최대 정지 마찰력은 자성체(150)와 자석(130) 사이에 끌어당기는 힘(인력)을 표현할 수 있으며, 이때의 이동 가이드부(140)와 자석(130) 사이의 마찰력은 0으로 본다.
또한 코일(110)에 인가되는 전류가 일정 이하이거나, 제거될 경우 발생되는 구동력은 상기 자석(130)과 이동 가이드부(140) 사이의 정지 마찰력(또는 인력) 보다 작아 코일(110)이 정지하게 된다. 이후, 코일(110)에 일정 크기 이상의 전류를 인가하기 전까지는 상기 코일(110)은 항상 그 위치에 놓이게 된다. 즉, 자성체(150)와 이동 가이드부(140)를 이용하여 코일(110)의 래칭 기능을 포함시켜 준다.
이러한 구동 방식을 이용할 경우, 특정 위치에서 구동부를 고정하기 위해 소정의 전류를 공급해야 하는 문제점을 해결할 수 있어, 선형 구동 장치의 저전력 동작을 가능하게 한다.
도 4는 본 발명에 따른 카메라 모듈용 선형 구동 장치를 나타낸 사시도이며, 도 5는 도 4의 B-B' 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 코일(110), 자석(130), 요크(120), 이동 가이드부(140) 및 자성체(150), 그리고 상기 이동 가이드부(140)에 일체로 형성된 렌즈군 조립체 연결부(141)와, 렌즈군 조립체(160)와, 상기 렌즈군 조립체(160) 내에 하나 이상의 렌즈가 적층된 렌즈군(161)을 포함하는 구성이다.
상기 렌즈군(161)에는 하나 이상의 렌즈 예들 들면, 복수개의 오목 렌즈 또는/및 볼록 렌즈가 소정 거리를 두고 구성되며, 상기 렌즈군(161)을 갖는 렌즈군 조립체(160)는 바람직하게, 원 형태로 형성되어 상기 렌즈군(161)과 일체로 상/하 이동되어, 상기 렌즈군에 의해 광학 줌 기능 또는 초점 거리 조절 기능을 수행하게 된다.
이러한 렌즈군 조립체(160)의 일단에 형성된 렌즈군 조립체 연결부(141)가 이동 가이드부(140)에 조립 또는 일체로 결합된다.
이에 따라, 코일(110)에 일정 이상의 전류 량을 일정 방향으로 흘려주면, 상기 코일(110)은 양측 자석(130)과의 전자기력에 의해 수직 상 또는 하 방향으로 상기 전류량 만큼 이동된다. 이때, 코일(110)이 이동하는 전류 량(또는 크기)은 자성체(150)와 자석(130) 사이의 최대 정지 마찰력 보다 커야 한다.
그리고, 코일(110)이 원하는 방향으로 이동됨으로써, 상기 렌즈군 조립체(160)의 렌즈군(161)에 의해 광학 줌 또는 초점 거리 조절을 수행할 수 있다.
그리고, 코일(110)에 일정 이하의 전류를 인가하거나, 전류 공급을 차단할 경우 상기 코일(110)은 정 위치하게 되므로, 렌즈군 조립체(160)도 정 위치하게 된다. 이때에는 자성체(150)와 자석(130) 사이에 발생되는 최대 정지 마찰력에 의해 상기 자성체(150) 및 이동 가이드부(140)가 정지되고, 이동 가이드부(140)와 연결된 렌즈군 조립체 연결부(141) 및 렌즈군 조립체(160)가 정 위치된다. 이러한 코일(110)에 인가되는 초기 또는 정상 이동시의 전류 제어는 제어부(미도시)를 통해 제어할 수 있다.
여기서, 코일(110)의 래칭 기능을 이용하여 구동부를 구동시키지 않는 상태에서는 전류를 차단하여, 소모 전력을 줄일 수 있다.
본 발명은 래칭 기능을 위해 자성체(150)와 자석(130) 사이의 최대 정지 마찰력을 구동부의 질량을 고려하여 상기 자석(130)의 세기 또는 자성체(150)의 자성 정도로 조절할 수 있다.
또한 본 발명은 복수개의 코일(110)로 구성하여, 복수개의 렌즈군 조립체를 구성할 수도 있다. 이는 복수개의 코일(110)을 이용하여 상기 복수개의 렌즈군 조립체를 이동시킬 수 있고, 서로 독립적으로 이동시켜 줄 수 있어, 렌즈군 조립체 사이의 거리를 조절할 수도 있다.
또한 본 발명은 하나의 코일(110)을 이용하여 복수개의 렌즈군 조립체를 이동시켜 줄 수도 있다. 이는 이동 가이드부(140) 상에 복수개의 렌즈군 조립체를 구성하여, 복수개의 렌즈군 조립체를 이동 제어할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시 예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 초소형 카메라의 선형 구동 장치에 의하면, 선형 구동 장치에서 구동부의 대기 상태에서의 소모 전력이 없도록 한 효과가 있다.
또한 기존 스텝 모터에 비해 간단한 구조 및 작은 부피를 차지하는 구동 장치를 제공하여, 광학 시스템의 소형화, 경량화, 원가 절감의 효과가 있다.
또한 선형 구동 장치를 초소형 카메라, 소형 캠코더, 이동 단말기의 카메라 모듈 등의 광학 시스템에 적용이 가능한 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 선형으로 구동되는 구동부;
    상기 구동부와의 사이에 구동력을 발생시켜 주기 위한 고정부와;
    상기 고정부와의 사이에 발생되는 인력으로 상기 구동부를 래칭시켜 주기 위한 래칭수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 카메라의 선형 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구동부는 코일이고, 상기 고정부는 자석이며,
    상기 코일에 인가되는 전류 크기 및 방향으로 구동력 및 구동 방향이 결정되는 것을 특징으로 하는 초소형 카메라의 선형 구동장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 래칭수단은 구동부 상에 결합된 이동 가이드부와, 상기 이동 가이드부의 양측에서 상기 고정부와의 인력에 의해 상기 구동부를 래칭시켜 주기 위한 자성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 카메라의 선형 구동장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 코일 및 자석을 지지하기 위한 요크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 카메라의 선형 구동장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 래칭 수단에서 발생되는 인력 보다 구동력이 큰 경우 구동되는 것을 특징으로 하는 초소형 카메라의 선형 구동장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 구동부에는 하나 이상의 렌즈가 연결된 것을 특징으로 하는 초소형 카메라의 선형 구동장치.
  7. 인가되는 전류 방향 및 전류 크기에 따라 선형 구동되는 하나 이상의 코일;
    상기 코일과의 사이에 구동력을 발생시키며 상기 코일 양측에 고정된 자석;
    상기 코일 및 자석을 지지하며, 상기 코일의 선형 이동을 가이드하는 수직 가이드부가 형성된 지지부;
    코일과 일체로 이동되며, 렌즈군을 지지하는 하나 이상의 렌즈군 조립체;
    상기 코일과 일체로 이동하며, 상기 코일의 정 위치를 위해 상기 자석과의 사이에 인력을 발생시키는 래칭수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 카메라의 선형 구동장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 래칭수단은 코일에 일체로 고정된 이동 가이드부와, 상기 이동 가이드 부의 양측에서 상기 자석과의 인력을 발생시키는 자성체를 포함하며,
    상기 인력보다 작은 구동력이 발생되면 상기 코일을 정 위치시켜 주는 것을 특징으로 하는 초소형 카메라의 선형 구동장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 코일 및 래칭 수단은 복수개로 구성되며, 복수개의 코일이 독립적으로 복수개의 렌즈군 조립체와 함께 구동되는 것을 특징으로 하는 초소형 카메라의 선형 구동장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 지지부는 요크인 것을 특징으로 하는 초소형 카메라의 선형 구동장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 코일의 선형 구동을 위해 상기 래칭 수단에서 발생된 인력보다 큰 전류 크기를 인가하여 구동시키고, 코일의 선형 구동을 정지시킬 경우 전류를 차단하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 카메라의 선형 구동장치.
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