KR20070116356A - 카메라 모듈 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라나 핸드폰에서 사용되는 카메라 모듈(광학부)의 이송장치(자동초점 조절이나 배율 조정)에 관한 것으로서, 초소형, 초박형 사이즈의 카메라 구동기를 구성하기 위한 내부 구조 및 구성부품의 형태를 제안하고, 조립 방안을 제시하고자 함이다.

카메라, 모듈, 보빈, 이송, 구동기, 액츄에이터

Description

카메라 모듈 구동 장치{Camera Module Actuator}

도 1은 종래기술에 의한 VCM방식의 카메라 모듈의 단면도

도 2는 종래기술에 의한 VCM방식의 카메라 모듈의 부분절개 사시도

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 VCM방식의 카메라 모듈의 상측에서 바라본 분해사시도

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 VCM방식의 카메라 모듈의 하측에서 바라본 분해사시도

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 VCM방식의 카메라 모듈의 외곽프레임의 사시도

도 6은 본 발명의 실시예에 의한 VCM방식의 카메라 모듈의 서브어셈블리의 상측에서 바라본 사시도

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 VCM방식의 카메라 모듈의 서브어셈블리의 하측에서 바라본 사시도

도 8은 종래기술에 의한 VCM방식의 카메라 모듈의 자속 및 힘의 방향을 나타내는 개략도

도 9는 본 발명의 실시예에 의한 VCM방식의 카메라 모듈의 자속 및 힘의 방 향을 나타내는 개략도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 보빈 20: 렌즈

30: 내측요크 40: 코일

51,52: 스프링 60: 외측요크

70: 자석 80: 요크

100: 외곽프레임 111: 상측스프링

112: 하측스프링 113: 지지부

120: 자석 130: 보빈

140: 코일 150: 베이스

160: 렌즈

본 발명은 카메라 모듈 구동 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 핸드폰이나 디지털 카메라 등 소형 광학기기에 사용되는 카메라 모듈에서 배율조정(zoom)이나 초점조절(focusing)을 위한, 특히 작고 조립성이 향상된 카메라 모듈 구동 장치에 관한 것이다.

카메라 모듈을 구성하는 부품 중 액추에이터는 렌즈를 움직여서 초점을 조절하거나 배율을 조정하는데 사용된다.

렌즈 구동기는 구동력을 발생시키는 관점에서 크게 세가지 타입으로 나눌 수 있다. VCM방식, PZT방식, 회전 모터 방식으로 분류된다.

PZT는 작고 가볍게 만들어질 수 있는 반면에 고전압이 필요하다는 점이 약점이라고 할 수 있고, 회전 모터 방식은 회전운동을 직선운동으로 바꾸어주어야 하므로 구조가 복잡해지는 문제가 있다.

이에 반하여 VCM방식은 기본적으로 직선방향의 힘을 만들어내는 것이므로, 힘의 방향을 바꾸어 줄 필요가 없어서 구조가 간단한 장점이 있다.

본 발명은 이러한 VCM방식 액추에이터가 탑재된 카메라 모듈에 관한 것이다.

VCM의 힘 발생원리, 즉 VCM에 있어서 발생하는 추력은 플레밍의 왼손법칙에 의한다.

다시 말해, 자석에 의해 자속(magnetic flux)의 흐름이 발생할 때, 그 자계(magnetic field)내에 임의의 각도를 갖는 방향으로 전류가 흐르는 도체를 두게 되면 도체는 전류와 자속이 이루는 평면에 수직하는 방향으로 힘을 받게 되는데, 이 때의 힘을 추력으로 사용하는 것이다.

도 1 및 도 2는 자동초점조절가능한 일반적인 VCM방식의 카메라 모듈을 보여준다.

도 1의 카메라 모듈에서, 보빈(10), 코일(40) 및 렌즈(20)는 가동부(moving part)를 이루고, 자석(70) 및 요크(80)는 고정부(fixed part)를 이룬다.

렌즈(20)는 보빈(10)에 고정설치되고, 상기 코일(10)은 상기 보빈(10)의 주위로 일체로 형성된 플랜지부에 고정된다.

이 때, 상기 코일(10)은 상기 고정부의 상기 요크(80)를 구성하는 내측요크(30)와 외측요크(60)가 형성하는 공간 내에 삽입된 상태에서 상하로 이동가능하다.

상기 요크(80)는 상기 보빈(10)을 둘러싸며, 하측이 개방된 대략 튜브형태로 형성된다. 따라서, 상기 요크(80)에는 상기 내측요크(30)와 외측요크(60)가 형성된다.

그리고, 상기 내측요크(30)와 외측요크(60)가 형성하는 공간 내에 상기 코일(10)의 외측으로 자석(70)이 설치된다.

상기 고정부와 가동부는 하부와 상부에 설치된 스프링(51,52)에 의해 서로 탄성연결된다.

따라서, 상기 자석(70)과 상기 코일(40)의 상호 작용에 의해 발생되는 힘이 구동력을 발생시켜 상기 렌즈(20)를 움직이게 되고, 상기 스프링(51,52)은 복원력을 주면서 또 가동부의 위치를 결정하는 역할을 하게 된다.

효율적인 자기회로를 구성하기 위해서는 자속의 방향이 상기 코일(40)의 권선방향과 직각으로 되어야 한다.

발생하는 힘은 전류벡터와 자속밀도벡터가 서로 직각일 때, 둘 사이의 벡터 프로덕트(vector product)의 절대값이 최대가 되기 때문이다.

상기 외측요크(60)는 상기 자석(70)에서 발생하는 자속이 불필요한 곳으로 새는 것(magnetic flux leakage)을 억제하며, 상기 내측요크(30)는 자속의 흐름을 원하는 방향(상기 코일(40)의 권선방향과 직교하는 방향)으로 만들기 위해 설치하는 것이다.

즉, 상기 내측요크(30)가 설치되어 있는 방향으로 자속의 흐름이 유도(induction)된다.

본 발명의 목적은, 종래 기술의 VCM방식의 카메라 모듈의 부피 및 부품수를 줄일 수 있는 향상된 카메라 모듈 구동 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 종래 기술의 VCM방식의 카메라 모듈의 요크의 상부에 직접 설치되어 노출된 스프링을, 자석으로 직접 지지하게 하고 절연체인 외곽프레임으로 감싸서 절연효과를 꾀할 수 있는 카메라 모듈 구동 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 종래 기술의 VCM방식의 카메라 모듈에 비해 조립성이 향상되도록 코일,스프링,보빈을 서브어셈블리화한 카메라 모듈 구동 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 스프링의 일부를 납땜부로 사용하여 납땜높이에 의해 높이가 커지는 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 카메라 모듈 구동 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, IR-컷필터(IR-cut filter)를 포함하여, 이미지센 서가 설치된 회로측에 직접 설치가 가능한 카메라 모듈 구동 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명은, 중심부에 관통홀이 형성된 베이스; 상기 베이스 위에 설치되어 내부에 공간을 형성하고, 상부에는 빛을 받아들일 수 있는 광투과홀이 형성된 외곽프레임; 상기 베이스에 설치되는 하측스프링; 상기 하측스프링의 상부에 설치되는 렌즈를 구비하는 보빈; 상기 보빈의 측벽에 설치되는 코일; 상기 코일과 일정한 간격을 가지고 상기 외곽프레임의 내측에 설치되는 자석; 및 상기 자석의 상측에 설치되는 상측스프링을 포함하는 카메라 모듈 구동 장치이다.

상기 하측스프링과 상기 보빈과 상기 코일은 미리 조립된 상태인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 하측스프링은 상기 코일과 전기적으로 연결되어 상기 코일에 전기를 공급하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 베이스는 IR-컷필터로 이루어져, 이미지센서가 설치된 회로측에 직접 설치가 가능한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 코일은 고리형상이고, 상기 자석은 상기 코일의 상측과 하측에 각각 대응되는 높이로 극성이 서로 다른 이극자석으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 외곽프레임은 절연체로 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에서는 공간을 줄이기 위해 종래기술의 내측 요크 구조를 배제하였으며, 자기효율을 높이기 위해 상하로 착자된 이극자석을 사용하며, 코일은 상기 이극자석에 대응되는 고리형태를 가지도록 하였다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 VCM방식의 카메라 모듈의 사시도이다.

먼저, 외곽프레임(100)에 상측스프링(111)이 삽입된다.

상기 외곽프레임(100)은 도 5에 도시된 바와 같이, 하부가 개방된 직육면체의 형태를 가지며, 상부 중심부에는 광투과홀이 형성된다.

상기 외곽프레임(100)은 그 내부와 외부의 절연을 위해 플라스틱으로 제조되는 것이 바람직하며, 대량생산을 위해 사출성형되는 것도 가능하다.

그리고, 자석(120)이 상기 외곽프레임(100)의 내측 벽면에 설치된다.

이 때, 상기 자석(120)의 상측에 상기 상측스프링(111)이 위치하게 되어, 상기 자석(120)이 상기 상측스프링(111)을 지지하게 된다.

상기 자석(120)은 이극자석으로써, 상하방향으로 극성이 다르게 배치된다.

그리고, 상기 상측스프링(111)은 판스프링으로써, 상기 자석(120)에 지지되는 외측부와 하기하는 보빈(130)과 맞닿는 내측부와, 상기 외측부 및 내측부를 연결하는 연결부로 구성된다.

상기 외곽프레임(100)의 내측에는 가동부가 삽입된다.

상기 가동부는 렌즈(160)가 설치되는 보빈(130)과, 상기 보빈(130)에 일체로 고정설치된 코일(140)을 포함하여 이루어진다.

상기 코일(140)은 고리형상으로써, 상기 자석(120)의 높이방향의 극성과 대응되는 높이를 가진다.

따라서, 상기 코일(140)의 중심과 상기 자석(120)의 중심의 높이가 대략 일치한다.

상기 가동부의 하측에는 하측스프링(112)이 설치된다.

상기 하측스프링(112)은 상기 보빈(130)을 받치면서, 하기(下記)하는 베이스(150)에 설치된다.

또, 상기 하측스프링(112)은 상기 보빈(130)에 인서트 사출될 수도 있고, 본드로 접착될 수도 있다.

따라서, 상기 보빈(130)은 상기 상측스프링(111)과 상기 하측스프링(112) 사이에서 탄성지지되어서 수직왕복운동이 가능하게 된다.

상기 하측스프링(112)은 상기 코일(140)에 전기를 공급하는 커넥터의 역할도 수행할 수 있다.

즉, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 하측스프링(112)에는 상기 보 빈(130)의 저면부와 맞닿으면서, 그 양단이 상기 코일(140)과 전기적으로 연결될 수 있는 지지부(113)를 가진다.

따라서, 상기 코일(140)에 전기를 공급하기 위한 별도의 배선과의 용접두께를 줄일 수 있어서 카메라 모듈 전체의 높이를 줄일 수 있다.

또한, 상기 하측 스프링(112)이 두 조각으로 분리되어 있어서 상기 코일(140)의 두 끝단은 서로 전기적으로 연결되지 아니한다.

그리고, 상기 외곽프레임(100)의 하부에는 베이스(150)가 설치된다.

따라서, 상기 외곽프레임(100)과 베이스(150) 사이에는 형성된 공간에 상기 보빈(130)과, 상측스프링(111) 및 하측스프링(112), 코일(140), 자석(130)이 위치하게 된다.

상기 베이스(150)에는 상기 보빈(130)이 수직운동할 수 있는 여유공간 및 상기 렌즈(160)를 통과한 빛이 통과할 수 있는 광투과홀이 형성된다.

또한, 상기 베이스(150)는 IR-컷필터로 이루어져, 이미지센서가 설치된 회로측에 본 발명의 카메라 모듈 구동 장치가 직접 설치가 가능하도록 하는 것이 바람직하다.

도 8은 종래기술에 의한 VCM방식의 카메라 모듈의 자속 및 힘의 방향을 나타내는 개략도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 의한 VCM방식의 카메라 모듈의 자속 및 힘의 방향을 나타내는 개략도이다.

종래기술에 의한 VCM방식의 카메라 모듈에서는 전체적인 자속의 방향이 내측요크(30)를 향한다.

이를 위해, 종래기술의 자석(70)은 수평방향으로 극성을 달리하고, 코일(40)은 지면에서 들어가는 방향으로 전류가 흐르면, 상기 코일(40)은 도 8에 도시된 화살표와 같이 상측으로 힘을 받게 된다.

반대로 상기 코일(40)에 지면에서 나오는 방향의 전류가 흐르면, 상기 코일(40)은 아래쪽 방향의 힘을 받게 된다.

따라서, 상기 코일(40)에 흐르는 전류방향에 따라 방향이 변화하는 힘에 의해 상기 가동부가 상하로 움직이게 된다.

이에 반하여, 본 발명의 실시예에 의한 VCM방식의 카메라 모듈에서는 상기 자석(120)에 의한 자속이 반시계방향으로 회전하게 되고(상측이 N극, 하측이 S극인 경우), 이 때 상기 코일(140)의 상부에는 지면으로 들어가는 방향, 하부에는 지면에서 나오는 방향으로 맴돌이 전류가 흐르면 상기 코일(140)은 상측으로 힘을 받게 된다.

반대로, 상기 코일(140)의 상부에는 지면에서 나오는 방향, 하부에는 지면으로 들어가는 방향으로 전류가 흐르면 하측으로 힘을 받게 된다.

따라서, 상기 코일(140)에 흐르는 전류방향에 따라 방향이 변화하는 힘에 의해 상기 가동부가 상하로 움직이게 된다.

그러므로, 본 발명에 의하면 종래의 내측요크를 배제하고 자석의 착자방향의 변경 및 코일의 분할을 통해, 공간을 절약하면서도 플레밍의 왼손법칙에 의한 추력을 증강시켜서 높은 감도를 얻을 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명을 통하여 카메라 모듈의 소형화와 자기회로의 효율화(높은 감도)를 얻을 수 있는 구조를 제공할 수 있다.

본 발명을 통해 종래의 내측 요크를 배제하고 자석의 착자방향을 수평에서 수직방향으로의 변경 및 고리형태의 코일의 사용을 통해, 공간을 절약하면서도 높은 감도를 얻을 수 있는 구조를 제시한다.

요크와 외곽 프레임을 일체화함으로써 부품 수를 절감하고 조립 공수를 줄일 수 있다.

그리고 스프링을 전기공급의 커넥터로 활용함으로써, 부품의 수를 감소시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 중심부에 관통홀이 형성된 베이스;

   상기 베이스 위에 설치되어 내부에 공간을 형성하고, 상부에는 빛을 받아들일 수 있는 광투과홀이 형성된 외곽프레임;

   상기 베이스에 설치되는 하측스프링;

   상기 하측스프링의 상부에 설치되는 렌즈를 구비하는 보빈;

   상기 보빈의 측벽에 설치되는 코일;

   상기 코일과 일정한 간격을 가지고 상기 외곽프레임의 내측에 설치되는 자석; 및

   상기 자석의 상측에 설치되는 상측스프링을 포함하는 카메라 모듈 구동 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 하측스프링과 상기 보빈과 상기 코일은 미리 조립된 상태인 것을 특징으로 하는 카메라 모듈 구동 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 하측스프링은 상기 코일과 전기적으로 연결되어 상기 코일에 전기를 공급하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈 구동 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 베이스는 IR-컷필터로 이루어져, 이미지센서가 설치된 회로측에 직접 설치가 가능한 것을 특징으로 하는 카메라 모듈 구동 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 코일은 고리형상이고, 상기 자석은 상기 코일의 상측과 하측에 각각 대응되는 높이로 극성이 서로 다른 이극자석으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈 구동 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 외곽프레임은 절연체로 형성된 것을 특징으로 하는 카메라 모듈 구동 장치.

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