KR20080006723A - 할바흐 배열을 이용한 음성 코일 모터 카메라 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 할바흐 배열을 이용한 음성 코일 모터 카메라 장치에 관한 것으로, 카메라의 렌즈부를 이동하는 음성 코일 모터를 포함하고, 상기 음성 코일 모터 내부의 설치된 코일을 포함한다. 그리고, 상기 코일을 이동시키는 마그네트를 포함하며, 상기 마그네트의 외측에 부착된 요크를 포함한다. 본 발명에서는 각기 다른 착자 방향을 가진 마그네트의 배열을 최대화하여 구동력과 선형성을 확보하므로, 작은 공간 내에서 저전압 구동이 가능하게 함으로써 에너지의 효율성을 높이는 효과가 있다.

VCM, 할바흐 배열, 마그네트

Description

할바흐 배열을 이용한 음성 코일 모터 카메라 장치{Voice Coil Motor Camera using Hallbach Array}

도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈 구동장치의 단면도.

도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음성 코일 모터의 구조를 나타낸 도면.

도 3 은 종래의 면 2 극 자석의 착자 방향을 나타낸 도면.

도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 할바흐 배열을 이용한 자석의 착자 방향을 나타낸 도면.

도 5 는 종래의 면 2 극 자석을 사용한 음성 코일 모터의 자기회로 구조를 나타낸 사시도.

도 6 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 할바흐 배열을 이용한 음성 코일 모터의 자기회로 구조를 나타낸 사시도.

도 7 은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 감도와 선형성을 수치로 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 요크 200 : 마그네트

300 : 코일 400 : 렌즈부

500 : 렌즈

본 발명은 핸드폰 카메라 모듈에 사용되는 렌즈 이송용 장치로써, 광학 렌즈를 이동하여 피사체와 센서간의 자동 포커스가 가능하게 하는 장치가 저전력으로 구동이 가능하며, 선형성을 확보할 수 있는 할바흐 배열을 이용한 음성 코일 모터 카메라 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 핸드폰이나 디지털 카메라와 같은 소형 광학기기에 사용되는 카메라 모듈은 배율 조정이나 초점 조절을 위한 구동기로서, 액츄에이터가 장착된다. 상기 액츄에이터는 구동력을 발생하는 관점에서 세 가지 타입으로 나눌 수 있다.

상기 타입은 음성 코일 모터(Voice Coil Moter) 방식, PZT(Piezo Actuators) 방식, 회전 모터 방식으로 분류한다. 그 중에서 상기 음성 코일 모터 방식은 기본적으로 직선 방향의 힘을 만들어 내는 것으로, 힘의 방향을 바꾸어 줄 필요가 없어서 구조가 간단한 장점이 있다.

그러나, 상기 음성 코일 모터 방식의 카메라 모듈은 기종에 적용되어 온 단 극 또는 면 2극 마그네트의 경우 구동력과 선형성 확보에 한계가 있어서, 점차 소형화 되어가는 구동기에 적용하기에 어려운 점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 불편함을 해결하기 위하여 구조적으로 사이즈에 제약을 받는 자동 초점 음성 코일 모터 카메라 모듈의 구동력과 선형성을 기존 단극 또는 면 2 극 마그네트가 아닌 각기 다른 착자 방향을 가진 마그네트의 배열을 최대화하여 구동력과 선형성을 확보하여 에너지의 효율성을 높이는 할바흐 배열을 이용한 음성 코일 모터 카메라 장치를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 할바흐 배열을 이용한 음성 코일 모터 카메라 장치에 있어서, 각기 다른 착자 방향을 가진 마그네트의 배열을 최대화하여 구동력과 선형성을 확보한다.

본 발명에서, 카메라의 렌즈부를 이동하는 음성 코일 모터를 포함하고, 상기 음성 코일 모터 내부의 설치된 코일을 포함한다. 그리고, 상기 코일을 이동시키는 마그네트를 포함하며, 상기 마그네트의 외측에 부착된 요크를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 코일은 전자기력을 발생하기 위해서 상기 마그네트에 대향하도록 설치하는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 코일은 상기 렌즈부의 자동 초점이 가능하게 하기 위해 전류의 방향에 따라 앞뒤로 이동하는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 마그네트는 각기 다른 착자 방향을 가진 할바흐 배열을 이루는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 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.

도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈 구동장치의 단면도이다.

카메라 모듈은 원통형으로서, 중심부에 렌즈를 구비하고 일정 방향으로 가동하는 가동부 및 상기 가동부의 가동을 지지하는 고정부로 구성된다.

상기 가동부는 코일(300), 렌즈부(400), 렌즈(500)로 구성된다. 상기 렌즈부(400)는 모듈 중심부에 취부된 상기 렌즈(500)를 지지하고, 외주변에 상기 코일(300)이 수평 권선 되어 링 형상으로 설치되는 보빈이다.

상기 고정부는 상기 코일(300)과 대향하는 마그네트(200)와 요크(100)로 구성한다.

상기 마그네트(200)는 상기 코일(300)과 대향하도록 상기 코일(300)과 소정 이격되며, 링 형상으로 설치한다. 그리고, 상기 마그네트(200)는 각기 다른 착자 방향을 가진 5개의 단극 자석을 이용한 할바흐 배열이 의해 구동력과 선형성이 최대화되도록 설치한다.

상기 요크(100)는 "ㄱ"자 형상의 링형 구조로서, 상기 마그네트(200)가 상기 요크(100)의 내벽에 설치되어 상기 마그네트(200)에서 발생하는 자속이 불필요한 곳으로 새는 것을 억제시킨다.

이러한 카메라 모듈 구동장치의 동작은 상기 코일(300)에 서로 반대 방향의 전류를 흘려주면 상기 코일(300)과 대향하는 상기 마그네트(200)와의 사이에 발생되는 전자기력에 의해 구동력이 발생되고, 상기 인가되는 전류에 따라 상기 렌즈부(400) 중심부의 상기 렌즈를 수직방향으로 움직이게 된다.

여기서, 음성 코일 코터에 있어서, 상기 코일(300), 상기 마그네트(200) 및 상기 요크(100)를 포함하는 자기회로는 플레밍의 왼손법칙에 의한다.

Ｆ=(Ｉ*Ｂ)Ｌ

Ｆ:전자기력의 세기[Ｎ]

Ｂ:자속밀도[Wb/m^2,T]

Ｉ:전류의 세기[Ａ]

Ｌ:자계 내에 위치한 도체의 유효 길이[m]

상기 플레밍 왼손법칙은 자석에 의해 자속의 흐름이 발생할 때, 그 자계 내에 임의의 각도를 갖는 방향으로 전류가 흐르는 도체를 두게 되면 도체는 전류와 자속이 이루는 평면에 수직하는 방향으로 힘을 받게 된다.

도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 음성 코일 모터의 구조를 나타낸 도면이다.

도 2 를 참조하면, 요크(100), 마그네트(200), 코일(300)을 포함한다.

상기 요크(100)는 상기 마그네트(200)에서 발생한 자속이 불필요한 곳으로 새는 것을 억제하며, 상기 자속의 흐름이 원하는 방향으로 원활히 흐를 수 있도록 한다.

상기 마그네트(200)는 5개의 단극 자석을 이용하여 각기 다른 착자 방향을 가진 할바흐 배열을 이용하여 구동력과 선형성을 최대화한다.

상기 코일(300)은 상기 마그네트(200)에 대향하여 상기 마그네트(20)의 극성 차이로 인해 발생되는 전자기력에 의해 동일한 방향의 힘이 발생한다. 이에 따라서 렌즈부와 함께 그 중심부에 취부된 렌즈를 일정 방향으로 수직하게 가동시킨다.

도 3 은 종래의 면 2극 자석의 착자 방향을 나타낸 도면이고, 도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 할바흐 배열을 이용한 자석의 착자 방향을 나타낸 도면이다.

종래의 마그네트는 수직 방향으로 서로 다른 극성이 배치된다. 예컨대 면 2극으로 구성될 경우, 단극으로 상하로 분할시키거나 면 2극 착자된 단일개의 마그네트로 구성할 수 있다.(도 3 참조)

또한 상기 마그네트는 상부 N극 및 하부 N극의 극성 위치도 변경(S:N)할 수 있다. 그리고, 코일과 대향하는 상기 마그네트의 극성이 상부 N:S, 하부 S:N으로 착자될 수 있다.

그러나 면 2극 마그네트의 경우는 구동력과 선형성 확보의 한계가 있어서, 점차 소형화 되어가는 구동기에 적용하기는 어려운 점이 있다.

본 발명에서는 구조적으로 사이즈의 제약을 받는 음성 코일 모터 카메라 모듈의 구동력과 선형성을 최대화하기 위하여 각기 다른 착자 방향을 가진 5개의 단극 자석을 이용한 할바흐 배열을 사용한다.

도 5 는 종래의 면 2극 자석을 사용한 음성 코일 모터의 자기회로 구조를 나타낸 사시도이고, 도 6 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 할바흐 배열을 이용한 음성 코일 모터의 자기회로 구조를 나타낸 사시도이다.

AF용 음성 코일 모터 카메라 모듈의 동작원리는 코일에 전원이 가해지고, 마그네트에 의해 발생하는 힘에 의해 플레밍의 왼손법칙에 따라서 움직이다.

이때 사용되는 상기 마그네트를 종래와 같이 면 2극 또는 단극 마그네트를 사용하였을 경우에는 휴대폰에 적용되는 AF용 음성 코일 모터 카메라 모듈의 경우 작은 크기로 인해 구동력과 선형성을 가동 범위 내에서 충분히 확보하기 힘들어진다.(도 5 참조)

따라서, 본 발명에서는 이렇게 작은 구동기 내에서 충분한 구동력과 선형성을 확보하기 위해 할바흐 배열을 적용한 상기 마그네트의 배치를 통해 작은 구조물 내세서 면 2극 또는 단극을 사용하였을 경우보다 큰 구동력과 선형성을 얻을 수 있다.(도 6 참조)

도 5 와 도 6 을 참조하면, 면 2극을 사용하였을 경우와 할바흐 배열을 이용 한 상기 마그네트를 사용한 경우에 B-Flux 분포를 보여주고 있다.

그리고, 면 2극 마그네트를 사용한 경우에는 B-Flux 분포가 코일의 유효 면적에 영향을 주는 것보다 할바흐 배열을 적용한 경우의 B-Flux 분포는, 특히 가운데 3개의 상기 마그네트에 의해 B-Flux의 흐름을 코일의 유효면적과 더 많이 접촉할 수 있도록 자기 패치를 형성함으로써, 구동력을 증가시킨다.

도 7 은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 감도와 선형성을 수치로 나타낸 그래프이다.

도 7 을 참조하면, 상기 도 5 와 상기 도 6 에서 보았던 모델의 코일을 상하방향으로 각각 0.2mm씩 이동하면서 측정한 감도의 선형성을 나타낸다. 상기 도 7 에서 보듯이 면 2극 마그네트를 사용하였을 때보다 할바흐 배열을 사용하였을 경우에 가동 범위 내에서 높은 감도, 즉, 높은 구동력과 선형성을 얻을 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 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.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 할바흐 배열을 이용한 마그네트를 이용함으로써, 높은 구동력과 선형성을 확보하는 효과가 있다.

또한, 화상소자와 대물렌즈 간의 초점 정밀도를 높이는 효과가 있다.

그리고, 초점을 제어할 경우에 발생하는 비선형적인 구동을 저감하며, 작은 공간 내에서 저전압으로 구동을 가능하게 하는 효과가 있다.

게다가, 구동 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

결과적으로, 에너지의 효율성을 높이는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 카메라의 렌즈부를 이동하는 음성 코일 모터;

   상기 음성 코일 모터 내부의 설치된 코일;

   상기 코일을 이동시키는 마그네트; 및

   상기 마그네트의 외측에 부착된 요크를 포함한 할바흐 배열을 이용한 음성 코일 모터 카메라 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 코일은 전자기력을 발생하기 위해서 상기 마그네트에 대향하도록 설치하는 것을 특징으로 하는 할바흐 배열을 이용한 음성 코일 모터 카메라 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 코일은 상기 렌즈부의 자동 초점이 가능하게 하기 위해 전류의 방향에 따라 앞뒤로 이동하는 것을 특징으로 하는 할바흐 배열을 이용한 음성 코일 모터 카메라 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 마그네트는 각기 다른 착자 방향을 가진 할바흐 배열을 이루는 것을 특징으로 하는 할바흐 배열을 이용한 음성 코일 모터 카메라 장치.

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