KR20080076814A

KR20080076814A - 렌즈 모듈

Info

Publication number: KR20080076814A
Application number: KR1020080013633A
Authority: KR
Inventors: 야수마사 나가사키
Original assignee: 존슨 일렉트릭 에스.에이.
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2008-08-20
Also published as: GB0702835D0; EP1959283A1; CN101246248A; JP2008197669A; US20080192124A1

Abstract

보이스 코일 모터 렌즈 모듈(20)은 렌즈 또는 렌즈 조립체를 수용하기에 적합한 렌즈 홀더(29)를 가진다. 렌즈 홀더(29)는 자석 요크(33)에 의해 지지된 하나 이상의 영구자석(31)에 의해 발생된 영구 자기장과 상호작용하는 코일(30)을 지지한다. 렌즈 홀더(29)의 최대 축 방향 이동은 자석 요크(33)에 의해 제한된다.

Description

렌즈 모듈{LENS MODULE}

렌즈 모듈, 특히 오토포커스 렌즈 모듈은, 영상면(image plane)상에 영상을 포커스(focus)하기 위해, 여기서 단순히 렌즈로서 언급되는 단일 렌즈 또는 렌즈 조립체가 장착되는 렌즈 홀더를 가진다. 사용시에, 영상면은 CMOS 또는 CCD 장치와 같은 이미지 센서이지만, 렌즈 모듈은 실제로는 카메라 모듈 생산자에 의해 렌즈와 이미지 센서가 설치되지 않은 채 겨우 생산된다. 렌즈 모듈은 짧은 직선 경로를 따라 작동기에 의해 구동되도록 배열된 렌즈 홀더를 가진다. 공지의 액추에이터에는 DC 모터, 스테핑 모터(stepping motor), 보이스 코일 모터, 초음파 모터, 및 압전 액추에이터를 포함하는 전기변형 액추에이터(electrostrictive actuator)를 포함된다.

소형의 카메라 모듈이 휴대 전화, 휴대형 컴퓨터, 및 컴퓨터 모니터와 같은 더 많은 장치에 내장되기 때문에 소형의 렌즈 모듈에 대한 수요가 강하다. 동시에, 가격이 낮고 크기가 작은 것이 요구된다.

보이스 코일 모터 구동 렌즈 모듈은 가격 면에서 장점을 가지며 크기가 감소되기 때문에 제한된 운동 범위에 대해 만족스런 성능을 제공한다. 최근의 진전은 예를 들면 쉬코 엔지니어링 캄파니 리미티드의 일본 특허출원 JP 2006-58662 및 JP 2005-128405에 제시되어 있다.

현재의 보이스 코일 모터 구동 모듈이 갖는 하나의 문제는 렌즈의 크기를 유지하면서 모듈의 전체 크기를 더 감소시키는 것이 어려운데도, 여전히 성능, 특히 휴지 위치(resting position)로부터 초점을 달성하는 모듈의 응답 시간을 증대시키는 것 또한 강력히 요구받고 있다는 것이다.

그러므로, 본 발명의 목적은 더욱 작게 만들어질 수 있고 빠른 응답 시간을 갖는 렌즈 모듈을 제공하는 것이다.

따라서, 그 한 측면으로서, 본 발명은 카메라 등을 위한 렌즈 모듈을 제공하는데,

자석 요크, 자기장을 제공하는 영구 자석 수단, 렌즈를 지지하는 렌즈 홀더, 코일 및 스프링 수단을 수용하는 두 부분의 케이싱,

상부 케이스 및 하부 케이스와 이들 두 케이스들을 서로 맞물리게 하는 수단을 가지는 케이스,

외측 벽 및 직원통형 내측 벽을 가지고, 상부 벽은 그의 상단부에서 내측 및 외측 벽을 연결하고, 하단부는 개방되어 있고, 내측 벽의 축 방향 높이는 외측 벽의 축 방향 높이보다 더 작은 환상의 형태를 가지는 자석 요크,

외측 벽의 내측 표면에 설치된 적어도 하나의 영구 자석을 구비하는 영구 자석 수단,

광축을 형성하고 렌즈를 수용하도록 배열된 관통 구멍을 가지며, 축 방향 상단부, 축 방향 하단부 및 방사상 외측 표면을 가지며, 방사상 외측 표면은 적어도 하나의 스텝 및 축 방향 하단부를 향해 위치된 원주방향으로 연장하는 플랜지를 포함하며, 렌즈 홀더의 상부 원통형 부분이 자석 요크의 내측 벽의 내측 표면과 대면 하고 내측 벽의 축 방향 하단부가 자석 요크를 통해 렌즈 홀더의 축 방향 이동을 제한하기 위해 스텝과 접촉하도록 자석 요크속으로 삽입될 수 있는 렌즈 홀더를 구비하며,

스프링 수단은 렌즈 홀더의 축 방향 하단부에 부착된 아치형 내측 림과 하부 케이스에 부착된 외측 림을 각각 가지고 전원에 연결하기 위한 단자를 가지며, 내측 및 외측 림은 적어도 하나의 나선형 핑거에 의해 각각 상호 연결되며, 여기서 스프링은 렌즈 홀더가 정지 위치에 있을 때 압력을 받지 않고 렌즈 홀더가 완전히 연장된 위치에 있을 때 압력을 받도록 구성된 두 개의 전도성 스프링을 구비하며,

코일은 함께 이동하기 위한 렌즈 홀더에 설치되고 그의 리드 와이어는 각각 스프링의 내측 림에 전기적으로 접속되며, 코일은 자석 수단과 자석 요크의 내측 벽 사이에서 적어도 부분적으로 위치설정되며,

자석 요크는 상부 및 하부 케이스의 사이에서 지지되고 외측 벽은 스프링의 외측 림을 하부 케이스로 가압하고, 절연 부재는 외측 벽의 축 방향 하단부와 스프링의 사이에 배치되어 그 사이의 직접적인 접촉을 방지하며,

여기에서 렌즈 홀더는 코일에 에너지를 인가함으로써 정지 위치로부터 스프링의 가압에 대항하여 완전히 연장된 위치로 이동하도록 구성된 카메라 등의 렌즈 모듈을 제공한다.

바람직하게는, 자석 요크의 내측 벽의 하단부와 렌즈 홀더와의 사이에 쿠션이 배치되어, 완전히 연장된 위치에서 그 사이의 직접적인 접촉을 방지한다.

바람직하게는, 정지 쿠션은 정지 위치에서 렌즈 홀더가 정지 쿠션 위에 놓이 도록 하부 케이스 상에 배치된다.

바람직하게는, 렌즈 홀더의 상부 원통형 부분은 복수의 축 방향으로 연장하는 리브를 가진다.

바람직하게는, 코일이 에너지를 받지 않을 때 렌즈 홀더를 정지 위치로 유지하기 위해 렌즈 홀더와 하부 케이스의 사이에 자기 래치가 제공된다.

바람직하게는, 자기 래치는 자석 요크의 내측 벽에 의해 형성된 개구 내에서 렌즈 홀더를 기울어지게 하도록 배열된다.

바람직하게는, 자기 래치는 자석 엘리먼트와 스틸 볼을 구비한다.

바람직하게는, 자기 래치는 하부 케이스에 고정되어 렌즈 홀더의 부품을 자기적으로 끌어당기는 자석 엘리먼트를 구비한다.

바람직하게는, 렌즈 홀더의 부품은 자성, 탄성 및 전도성 소재로 이루어진 스프링 중의 하나이다.

선택에 따라, 스프링은 스테인리스 스틸로 이루어진다.

바람직하게는, 렌즈 모듈은 렌즈 홀더의 축 방향 상단부에 부착된 내측 림과 상부 케이스에 부착된 외측 림을 가지는 정상(top) 스프링을 구비한다.

바람직하게는, 정상 스프링의 외측 림은 자석 요크에 의해 상부 케이스에 고정된다.

바람직하게는, 정상 스프링의 외측 림은 상부 케이스의 내측 표면상의 릿지에 대항하여 가압되고, 이 릿지는 렌즈 홀더가 완전히 연장된 위치로 이동할 때 상부 케이스의 다른 부분들과 접촉하지 않고 상부 스프링이 변형할 수 있는 공간 부(void)를 형성한다.

바람직하게는, 하부 케이스 상의 핑거는 렌즈 홀더의 방사상 외측 표면의 홈과 결합하여, 렌즈 홀더를 축 방향으로 안내하고, 정지 위치에서 렌즈 홀더에 측 방향 지지를 제공한다.

바람직하게는, 적어도 하나의 자석은 4개의 아치형 자석이다.

바람직하게는, 자석 요크의 외측 벽은 모따기된 코너를 가지며 실질적으로 사각형이고 4개의 자석이 코너에 위치된다.

바람직하게는, 하부 케이스 상의 돌출부는 자석 요크의 상부 벽의 내측 표면에 대항하여 자석을 지지한다.

바람직하게는, 자기 래치는 하부 케이스 상의 직경 방향으로 대향한 위치에 위치되어 렌즈 홀더에 고정된 두 개의 스틸 볼을 끌어당기는 두 개의 자석 엘리먼트를 구비하며, 볼의 쌍들 사이의 자기 인력에 의해 기울어짐이 야기된다.

바람직하게는, 자기 강도가 다른 자석 엘리먼트를 사용함으로써 불균등한 자기 인력이 야기된다.

바람직하게는, 엘리먼트의 쌍들 사이의 격리 거리의 차이에 의해 불균등한 자기 인력이 야기된다.

바람직하게는, 엘리먼트의 쌍들 중의 하나의 엘리먼트들 사이의 오정렬(misalignment)에 의해 불균등한 자기 인력이 야기된다.

바람직하게는, 자기 래치의 부품의 비대칭적인 배치에 의해 렌즈 홀더의 기울어짐이 야기된다.

이제 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 실례로서 기술한다.

바람직한 렌즈 모듈(20)은 도 1에서 조립된 상태로, 도 2에서는 분해된 상태로 도시되어 있다. 모듈(20)의 외관은 치수가 10 X 10 X 5.2 mm인 작은 정사각형 박스와 유사하다. 모듈(20)은 하부 케이스(21)와 상부 케이스(22)로 이루어진 두 개의 부분의 케이스를 가진다. 상부 케이스(22)는 캡처(capture)될 이미지로부터의 광이 통과할 수 있는 중앙 개구(23)를 가진다. 상부 및 하부 케이스의 결합 가장자리에서 컷아웃(cutout)에 의해 형성된 보조 구멍(24)이 각각의 측면에 형성된다. 이 측면 구멍을 통해, 두 개의 단자(25)가 렌즈 모듈(20)을 전원에 연결하기 위해 돌출한다.

도 2의 분해된 도면을 참조하여, 모듈(20)의 부품들이 아래 부분에서부터 시작해서 설명될 것이다. 아래 부분에는 하부 케이스(21)가 있다. 하부 케이스(21)의 마루 바닥에는 하부 쿠션(26)이 고정된다. 하부 케이스(21)에 두 개의 하부 스프링(27)이 고정 또는 배치된다. 이 스프링(27)의 외측 가장자리의 상부에 절연 부재(28)가 배치된다. 스프링(27)의 내측 가장자리에 의해 렌즈 홀더(29)가 지지된다. 코일(30)이 렌즈 홀더(29)를 둘러싸서 렌즈 홀더(29)의 플랜지(34)위에 놓인다. 영구 자기장을 제공하는 4개의 아치형 자석이 하우징 또는 자석 요크(33)의 내측에 설치되어 하부 케이스(21)의 각각의 코너에 위치한다. 상부 케이스(22)는 는 자석 요크(33)를 아래로 누르며 각각의 코너에 4개의 레그(35)를 하나씩 가지며, 이 레그(35)는 하부 케이스(21)의 코너로부터 상향으로 연장하는 4개의 레그(36)와 결합하여 자석 요크(33)를 에워싼다. 상부 스프링(68)은 자석 요크(33)에 의해 상부 케이스(22)의 천정 주위의 릿지(ridge)(69) 쪽으로 가압되어 렌즈 홀더(29)의 상단부(41)에 고정된다. 릿지(69)는 렌즈 홀더(29)가 이동할 때 상부 스프링(68)이 상부 케이스(22)의 천정 또는 내측 표면에 충돌하지 않고 변형될 수 있는 공간부(70)를 제공한다. 상부 스프링(68)은 도 10에 도시되어 있는데, 렌즈 홀더(29)와 결합하는 내측 림(inner rim)(75)과 상부 케이스(22)와 결합하는 외측 림(outer rim)(76)을 가진다. 내측 및 외측 림(75, 76)은 4개의 나선형 핑거(fingers) 또는 리프(leaves)(77)에 의해 선택적으로 상호연결된다.

자석 엘리먼트(magnet element)(71)라고 불리우는 두 개의 작은 영구자석이 하부 케이스(21) 내의 리세스(recesses)(72)안으로 설치된다. 자석 엘리먼트(71)는, 바람직하게는, 도시된 바와 같이, 표면을 따라 중간에서, 두 개의 자석(31)들의 사이의 중간에서, 모듈의 광축을 가로질러 서로 직경방향으로 대향하여 위치된다. 자석 엘리먼트(71)는 렌즈 홀더(29)의 하부 위치의 구멍(78)에 설치된 두 개의 자석 엘리먼트(73)와 일직선으로 배치된다. 자석 엘리먼트(71)와 자석 엘리먼트(73)는 모듈이 작동하지 않을 때, 즉 코일이 가압되지 않을 때, 렌즈 홀더(29)를 휴지 또는 정지위치로 유지시키기 위한 자기 래치(magnetic latch)를 제공한다. 정지위치에서, 하부 스프링(27)은 가압되지 않는다. 즉 자연상태에서, 자기 래치가 렌즈 홀더(29)를 지지하고 이것을 부드럽게 가압하여 하부 쿠션(26)과 접촉하게 해서, 장치가 작동하지 않을 때 거친 조작을 통해 렌즈와 스프링에 가해지는 손상을 방지 또는 최소화시킨다. 정상 스프링(68) 역시 정지 위치에서 가압되지 않는다.

도 3 및 도 4는 조립된 상태의 모듈을 단면도로서 도시한다. 도 3에서, 렌즈 홀더(29)는 휴지 위치 또는 정지 위치에 있고, 렌즈 홀더(29)는 하부 케이스(21)에 고정된 하부 쿠션(26)에 대해 휴지되어 있다. 도 4에서, 렌즈 홀더(29)는, 렌즈 모듈이 매우 가까운 물체에 초점을 맞출 때, 완전히 연장된 위치에 있는 상태로 도시되어 있다. 이 위치에서, 렌즈 홀더(29)의 외측 표면상의 스텝(59) 상에 놓인 상부 쿠션(32)에 대해 가압되어, 렌즈 홀더(29)와 자석 요크(33)와의 사이에서 완충기 또는 쿠션으로서 작용하는 상태로 도시되어 있다. 상부 및 하부 쿠션은 저밀도 재료, 바람직하게는 폼 러버(foam rubber)와 같은 그러한 탄성 중합 재료의 링으로 이루어질 수 있다. 작동시에, 렌즈 홀더(29)는 휴지 위치로부터 상부 케이스를 향해 상향으로 이동하여, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 수직한 광축을 따라 이동한다. 완전히 연장된 위치에서, 렌즈 홀더(29)는 상부 케이스(22)에 대해 가장 가까운 위치에 있다. 따라서, 사용시에, 렌즈 또는 렌즈 홀더(29)는 케이스로부터 결코 연장하지 않고, 항상 렌즈를 보호하는 상태로 유지된다. 완전히 연장된 위치에서, 렌즈 홀더(29)는 자석 요크(33)의 내측 벽(39)의 하부 가장자리로 접근하고, 상부 쿠션(32)은 그 사이의 접촉을 부드럽게 하거나 방지하기 위해 제공된다. 따라서, 렌즈 홀더(29)의 최대 이동은 렌즈 홀더(29)와 자석 요크(33), 특히 자석 요크(33)의 내측 벽(39)의 하부 가장자리 사이의 거리에 의해서만 결정된다. 부품들이 이동거리에 거의 영향을 주지않기 때문에, 이동거리를 작게 그리고 정밀하게 하는 것이 가능하다. 비록 이 설계가 더욱 작은 코너 자석(corner magnetics), 바람 직하게는 NdFeB와 같은 그러한 희토류 자석과 같은 그러한 고강도 자석을 사용함으로써, 그리고 또한 정지 위치에서 장력을 받지 않는 스프링(27, 68)을 사용함으로써 가능한 더욱 큰 직경 코일(30)을 사용함으로써 0.2 mm 및 0.5 mm 사이에서 이동 범위를 제어할 수 있다고 하더라도, 일반적인 거리는 0.3 mm 이다.

도 5, 도 2 및 도 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 자석 요크(33)는 외측 벽(38) 및 내측 벽(39)과 함께 환상형태로 이루어진다. 외측 벽(38)은 베벨 코너(beveled corners) 또는 컷오프 코너(cut-off corners)(74)를 갖는 실제로 사각형이다. 내측 벽(39)은 외측 벽(38)을 동심으로 한 원형이다. 자석 요크(33)의 상단부는 내측 및 외측벽 사이를 연장하는 상부 벽(40)에 의해 덮여있다. 자석 요크(33)는 환상으로 바닥을 향해 개방되어 있고, 외측 하부 가장자리(37)는 절연 부재(절연 링)(28) 위에 놓인다. 외측 벽(38)의 축 방향 높이는 내측 벽(39)의 축 방향 높이보다 더 크다. 자석(31)은 베벨 코너(74)의 영역에서 자석 요크(33)의 외측 벽(38)의 내측 표면에 설치되고, 상부 벽(40)의 내측 표면에 접촉한다. 하부 케이스(21)상의 작은 돌출부(49)는 자석(31)이 축 방향으로 위치 설정하는 것을 돕는다.

도 3에 도시된 바와 같이, 코일(30)은 내측 및 외측 벽들 사이에 위치되어 작은 에어 갭(air gap)(42)을 가로질러 자석(31)과 대면한다. 코일(30)은 렌즈 홀더(29)의 반경 외측 방향의 표면에 설치되어 플랜지(34) 상에 놓인다. 렌즈 홀드(29) 자체는 자석 요크(33)의 내측 벽(39)의 반경 내측 방향 표면에 밀착 끼워맞춤(close clearance fit)상태로 배치된다. 렌즈 홀더(29)의 상부 외측 표면은 자석 요크(33)의 원형 내측 벽(39)에 의해 형성된 구멍 내에서 슬라이드한다. 마찰을 감소시키기 위해, 렌즈 홀더(29)의 상부 부분은 복수의 축 방향으로 연장하는 릿지(61)를 가지며, 따라서 충격 또는 진동 또는 다른 이유로 인해 렌즈 홀더가 경사져도, 렌즈 홀더와 내측 벽(39)의 내측 표면 사이의 접촉은 하나 또는 두 개의 선접촉만 일어나고 큰 영역의 접촉은 일어나지 않는다. 그러나, 렌즈 홀더(29)의 상단부가 이 실시예에서는 정상 스프링(68)에 의해 지지되므로, 이것은 렌즈 홀더(29)가 자석 요크(33)에 접촉하는 심한 충격에 노출되는 경우에만 예상된다.

코일(30)이 놓여지는 렌즈 홀더(29)의 플랜지(34)는 두 개의 직경방향으로 대향한 구멍 또는 컷아웃(57)을 가진다. 이들 컷아웃(57)은 플랜지(34)를 통과하여 하부 스프링(27)의 각 스프링상에서 종결되도록 하기 위해 코일의 단부, 리드 와이어(27)에 대한 접근성을 제공한다. 하부 스프링(27)은 전도성이며 또한 단자(25)를 코일(3)에 접속하는 접속부로서 작용한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 하부 케이스(21)는 또한 중앙 개구(45)를 가지며, 이곳을 통해 렌즈로부터의 집속 이미지가 모듈의 아래에 장착될 이미지 센서상으로 투사된다. 하부 케이스(21)의 코너에는 상부 케이스(22)로부터의 레그(35)와 결합하도록 배열된 상향으로 연장하는 레그(36)가 배치된다. 상부 레그(35)는 하부 레그(36)를 받아들이기에 적합한 홈(66)을 가진다. 주변의 스텝(47)은 하부 스프링(27)에 대한 시트(seat)를 형성한다. 하부 케이스(21) 상의 돌출부(48)는 하부 스프링(27)의 위치를 잡아준다. 하부 케이스(21)의 내측 표면상에 형성된 돌출부(49)는 자석(31)에 대한 서포트 스톱(support stop)을 형성한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상부 케이스(22)는 중앙 개구(23)를 갖는 평탄한 상부 표면과 각 코너로부터 하향으로 연장하는 4개의 레그(35)를 가지며, 각각의 레그(35)는 상술한 바와 같이, 두 개의 케이스(21, 22)를 서로 맞물리게 하기 위해 하부 케이스(21)의 레그(36)와 결합한다. 자석 요크(33)는 중간의 절연 부재(28)를 통해 하부 스프링(27)을 하부 케이스(21)에 가압한다.

도 7은 하부 스프링(27)의 하나를 예시한다. 다른 하나의 스프링은 미러 이미지(mirror image)이다. 하부 스프링(27)은 두 스프링이 나란히 놓여 질 때, 이들이 그 사이에 작은 갭을 갖는 완전한 원형을 형성하도록 반원형의 모양을 갖는다. 하부 스프링(27)은 폭이 넓은 외측 가장자리 또는 림(rim)(52)과 폭이 넓은 내측 가장자리 또는 림(53)을 가지며, 이들은 두 개의 얇은 나선형 핑거(54)에 의해 서로 결합된다. 이들 스프링은 베릴륨 동(beryllium copper)과 같은 그러한 탄성 전도성 소재로 만들어진다. 외측 림(52)은 단자(25)를 형성하는 일체화된 연장부를 가진다. 하부 스프링(27)의 내측 림(53)은 또한 외향으로 연장하는 탭(55)을 가지며, 이곳에 코일(30)로부터 나온 리드(lead)(56)가 점용접에 의해 임의로 고정된다. 하부 스프링(27)을 렌즈 홀더(29)의 하부 축 방향 단부에 고정시키기 위해 접착제가 사용된다. 두 하부 스프링(27)의 내측 림(53)은 렌즈 홀더(29)가 놓여 지는 지지 칼라(support collar)를 형성한다. 홈(63)은 하부 스프링(27)의 내측 림(53)의 위치설정을 도와주고 내측 림(53)에 대한 측 방향 지지 수단을 제공한다.

도 8은 렌즈 홀더(29)의 사시도를 보여주며 도 9는 하부에서 본 사시도를 도시한다. 렌즈 홀더(29)는 코일(30)이 놓여 지는 외측의 원주방향으로 연장하는 플 랜지(34)와 함께 기본적으로 관모양을 이룬다. 플랜지(34)는 렌즈 홀더(29)의 바닥을 향해 위치되고 두 개의 갭(57)을 가지며, 이곳을 통해 코일(30)로부터 나온 리드 와이어(56)가 하부 스프링(27)을 향해 하방으로 연장한다. 렌즈 홀더(29)는 광축을 형성하는 관통 구멍(58)을 가진다. 관통 구멍(58)은 렌즈(도시되지 않음)를 수용한다. 렌즈 홀더(29)의 상부 부분의 외측 표면은 복수의, 바람직하게는 6개의 축 방향으로 연장하는 릿지(61)와 함께 정확히 원형으로 이루어진다. 렌즈 홀더(29)가 사용중 측방으로 기울어지거나 또는 이동할 경우, 릿지(61)는 자석 요크(33)의 내측 벽(39)에 대해 저 마찰 가이드를 형성한다. 릿지(61)와 자석 요크(33)의 내측 벽(39) 사이에 작은 간극이 있다. 렌즈 홀더(29)의 플랜지(34)는 또한 두 개의 갭(80)을 가진다. 하부 케이스(21) 상의 돌출부(81)는 갭(80) 내에 위치한다. 따라서, 렌즈 홀더(29)의 하부 부분은 특히 정지위치에 있지만 작동중일 때, 측면 및 회전 운동에 대항해서 지지된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 코일(30)은 렌즈 홀더의 외측 표면상에 직접 장착될 수 있는 여러 번 감은 구리 와이어(copper wire)에 의해 형성된 링이지만, 바람직하게는 렌즈 홀더의 외측 표면상에 가압되고 플랜지(34) 상에 놓이는 독립 링이다. 독립 링으로서의 코일(30)은 절연 소재로 싸여 질 수 있고, 바람직하게는 와이어의 감긴 부분들을 유지시켜주는 수지가 주입되어 강성 코일을 형성하게 해 준다. 리드 와이어(56)로서 알려진 코일(30)의 단부는 하부 스프링(27)에 연결된다. 바람직하게는, 코일(30)은 접착제에 의해 렌즈 홀더(29)에 고정된다.

도 2 및 도 3에서 도시된 바와 같이, 절연 부재(28)의 링은 하부 케이스(21) 내의 하부 스프링(27)의 상부에 배치되어, 자석 요크(33)가 하부 스프링(27)의 외측 림(52)을 하부 스프링(27)의 단락 없이 하부 케이스(21)에 대항하여 가압시킨다. 자석 요크(33)는 자석 재료로 만들어지고 스테인리스 스틸이 부식을 방지하는데 양호하다.

사용시에, 렌즈는 여러 개의 렌즈가 함께 설치된 조립체이거나, 또는 단일 렌즈가 렌즈 홀더의 구멍에 설치된다. 렌즈 모듈은 CCD 또는 CMOS와 같은 그러한 이미지 센서 조립체상에 배치되고, 렌즈 조립체는 이미지 센서 제어기로부터 제어 신호에 따라 렌즈 홀더를 이동시킴으로써 이동된다. 렌즈 홀더의 위치는 코일을 통해 전류를 인가함으로써 제어된다. 영구 자석이 정지 자기장(stationary magnetic field)을 제공하면, 코일을 통과하는 모든 전류가 코일 상에 자력을 발생시키고, 다음에 스프링에 의해 가해진 힘에 대항해서 렌즈 홀더에 힘이 인가된다. 코일을 통과하는 전류가 크면 클수록, 더 큰 힘이 발생하게 되고 렌즈 홀더의 이동이 더 커진다. 코일을 통해 흐르는 전류가 없으면, 렌즈 홀더는 자기 래치에 의해 하부 쿠션에 대항하여 가압되는데, 이것은 휴지 또는 정지 위치로서 알려져 있다. 휴지 위치에서 자기 래치에 의해 인가된 힘은 쿠션에 대항해서 렌즈 홀더의 바람직한 파지력(holding force)을 제공하도록 조정될 수 있다. 전류가 코일에서 증가하면, 렌즈 홀더는 최대 이동거리에 이를 때까지 상부 케이스를 향해 이동되며, 이 지점에서, 렌즈 홀더 상의 상부 쿠션은 자석 요크의 내측 벽의 하부 가장자리에 대항해서 가압된다.

렌즈 홀더를 이동시키는 힘은 자석과 코일 사이에서 발생된 자력에 달려있 다. 자석이 강할수록, 또는 코일의 감긴 수가 많을수록, 또는 코일을 통한 전류의 흐름이 클수록, 더 큰 힘이 유도된다. 코일과 렌즈를 포함한 렌즈 홀더 조립체의 크기와 스프링의 세기는 렌즈를 이동시키는데 요하는 힘과 또한 렌즈가 이동하는 속도에 영향을 준다. 렌즈 홀더 조립체가 가벼울수록, 반응속도가 빠를수록, 따라서 카메라 모듈이 신속할수록, 초점이 달성될 것이다.

바람직한 실시예가 정지위치에서 렌즈 홀더를 지지하기 위한 쿠션 및 완전히 연장된 위치에서 렌즈 홀더를 지지하기 위한 쿠션을 가지지만, 렌즈를 완전히 연장된 위치에서 지지하기 위한 쿠션은 선택적이고, 렌즈 홀더가 완전히 연장된 위치에 있을 때, 즉 클로즈업 사진 촬영이 매우 바람직하지 않다고 간주될 때, 심각한 진동 또는 충격이 출현하기 때문에 값이 싼 버전(version)에서는 사용되지 않는 다는 점이 기억되어야 한다.

하부 스프링(27)은 바람직하게는 코일을 통한 전류에 매우 신속한 응답 시간을 주기 위해 정지 위치에서 렌즈 홀더에 압력을 인가하지 않도록 설계된다. 이것은 정지위치에서 정체 문제(holding problems)를 초래할 수 있다. 이를 극복하기 위해, 자력의 힘이 렌즈 홀더를 정지위치에서 지지시키기 위해, 영구자기장에 반응하는 렌즈 홀더의 하부 부분에 자석 피스(magnetic pieces)가 부착될 수 있다. 물론, 다른 부품이 정지위치에서의 지지력을 돕기 위한 자기특성을 가질 수 있다. 예를 들면, 베릴륨 동의 스프링 대신에, 정지 위치에서, 스프링이 렌즈 홀더에 대향하는 스프링 력을 거의 제공하지 않지만, 스프링을 통해 작용하는 자력이 정지 위치에서 렌즈 홀더의 지지를 돕거나 완전히 지지하도록, 전도성 탄성 및 자기 소재 의 스프링이 사용될 수 있다.

정지 위치에서 스프링을 느슨하도록 배열함으로써, 스프링의 전 범위가 렌즈 홀더의 이동에 이용될 수 있다. 이것은 스프링이 여기서 더욱 미세하게 조정될 수 있는 것을 의미한다.

도 12 내지 도 19는 보이스 코일 모터 렌즈 모듈의 제2 실시예를 도시한다. 도 12는 크기가 8.5 X 8.5 X 5.8 mm 인 조립된 렌즈 모듈(20)을 보여준다. 도 13에 도시된 단면도는 렌즈 모듈(29)이 정지위치에 있는 것을 보여준다.

모듈(20)은 영구 자석 수단을 갖는 자석 요크(33), 렌즈 홀더(29), 코일(30) 및 스프링 수단을 수용하는 상부 케이스(22) 및 하부 케이스(21)를 가지는 두 부분의 케이스를 가진다. 자기 래치가 또한 코일(30)이 에너지를 받지 않을 때 정지 위치에 렌즈 홀더(29)를 유지하도록 제공된다. 앞의 실예에서와 같이, 하부 쿠션(26)이 렌즈 홀더(29)와 하부 케이스(21)의 사이에 위치되고, 그 위에 렌즈 홀더(29)가 정지 위치상태로 놓인다.

사용시에, 코일이 에너지를 받으면, 렌즈 홀더는, 렌즈 홀더(29)가 자석 요크(33)의 내측 벽(39)의 하부 축 방향 단부와 접촉하는 완전히 연장된 위치에 도달할 때 까지, 상부 케이스(22)를 향해 도시된 바와 같이 상부방향으로 이동한다. 축 방향의 이동에서 렌즈 홀더(29)와 내측 벽(39)의 하단부 사이의 직접적인 접촉을 피하고 충격을 흡수하기 위해, 상부 쿠션(32)이 렌즈 홀더(29)위에 제공된다. 바람직하게는, 상부 쿠션(32)은 특히 내측 벽(39)과 접촉하기 위해 렌즈 홀더(29)의 방사상의 외측 표면상에 형성된 스텝(59) 위에 놓인다. 따라서, 렌즈 홀더(29)의 이 동은 자석 요크(33)와 접촉함으로써 제한된다.

코일(30)(도 14에 도시됨)은 렌즈 홀더의 방사상의 외측 표면에 설치되어 원주방향으로 연장하는 플랜지(34)위에 배치된다. 코일(30)은 두 부분들이 하나로서 이동하도록 렌즈 홀더(29)에 고정된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 코일(30)은 자석 수단과 내측 벽(39) 사이의 갭에서 자석 요크(33)로 연장하여 작은 에어 갭(42)을 가로질러 자석 수단과 대면한다.

도 14를 다시 참조하면, 렌즈 홀더(29)의 외측 표면의 상부 부분은 자석 요크(33)의 내측 벽(39)에 긴밀한 틈새 또는 허용오차를 형성하는 복수의 축 방향으로 연장하는 릿지(61)를 갖는 실제로 직원통형으로 이루어진다. 사용시 렌즈 홀더(29)가 기울어지면, 릿지(61)는 낮은 마찰 표면을 제공한다.

스프링 수단은 렌즈 홀더(29)의 하부 축 방향 단부에 부착된 내측 림(53)과 하부 케이스(21)에 부착되어 자석 요크(33)에 의해 그곳에 지지되는 외측 림(52)을 갖는 두 개의 하부 스프링(27) 및 그 사이에 끼워진 절연 부재(28)를 구비한다. 여기서는 두 개로 도시되지만, 적어도 하나의 나선형 핑거(54)가 내측 및 외측 림을 연결한다. 외측 림(52)은 제어기 등을 통해 전원에 연결하기 위한 측 방향 연장부의 형태로 이루어진 일체형의 단자(25)를 가진다. 바람직하게는, 단자(25)는 유연성이 있는 프린트 회로 기판에 연결된다. 렌즈 홀더(29)의 하단부상의 돌출부(64)는 내측 림(53)의 위치를 잡아주며 내측 림(53)이 서로 접촉하는 것을 방지한다. 이들은 또한 내측 림에 측 방향 지지역할을 제공한다. 바람직하게는, 내측 림(53) 은 렌즈 홀더에 접합된다.

플랜지(34)는 탭(55)에서 각각 내측 림(53)에 연결하기 위해 코일(30)로부터 나오는 리드 와이어(56)의 통로를 제공하기 위한 한 쌍의 컷아웃(57)을 가진다.

이 실시예에서, 자석 요크(33)의 외측 벽(38) 및 내측 벽(39)은 직원통형으로 이루어진다. 자석 수단은, 도 17에서 도시된 바와 같이, 외측 벽(38)의 내측 표면상에 함께 설치된 단일의 링 자석 또는 복수의 아치형 자석(31)으로 이루어져서 링을 형성할 수 있다.

하부 케이스상의 돌출부(49)는 자석 요크(33)의 상부 벽(40)에 대해 자석(31)을 지지할 수 있다. 하부 케이스(21)의 코너 돌출부 또는 레그(36)는 모듈(20)을 서로 지지시키기 위해 상부 케이스(22)의 대응한 돌출부(35)와 결합한다. 바람직하게는, 비록 상부 케이스의 코너 돌출부로부터 연장하는 핑거(50)가 하부 케이스(21)의 돌출부(36)에서 홈(79)속으로 가압 되도록 배열된 것으로 도시되어 있지만, 상부 및 하부 케이스의 코너 돌출부는 서로 접착되어 있다. 이러한 압입 끼워맞춤은 어떤 적용에서는 충분할 수 있다. 하부 스프링(27)의 외측 림(52)상의 코너 탭(51)은 홈(79)속에 위치해서 조립을 돕는다. 핑거(50)는 원한다면 하부 스프링(27)을 하부 케이스(21)에 부가적으로 클램프 하도록 배열될 수 있다.

도 19에는 하부 케이스에 4개의 구멍(72)이 제공된 것이 도시되어 있다. 구멍(72)은 자석 또는 자석 엘리먼트(71)의 작은 피스(piece)를 수용하기 위해 사용될 수 있다. 이들 자석 엘리먼트(71)는 렌즈 홀더(29) 상에 유사하게 위치한 자석 또는 자석 엘리먼트(73)에 결합된다. 그 대신에, 자석 엘리먼트(71)는, 이들이 자 성 재료, 예를 들면, 일반적인 벨릴륨 동 대신 스테인리스 스틸, 또는 렌즈 홀더 조립체의 일부 다른 자석 또는 자석 부품으로 이루어 진다면, 스프링(27)과 직접 상호작용할 수 있다. 이것은 코일(30)이 에너지를 받지 않을 때 정지 위치에서 렌즈 홀더(29)를 지지하기 위한 자기 래치를 형성한다.

자석 엘리먼트(71)와 자석 엘리먼트(스틸 엘리먼트)(73)의 적합한 배치에 의해, 자기 래치는 렌즈 홀더를 소정의 방식으로 일부러 기울어지도록 해서 축 방향 릿지(61)가 자석 요크 상에서 마찰을 일으키도록 사용될 수 있다. 이것은 홀더를 안정화시켜, 그렇지 않다면 렌즈 홀더가 하부 스프링에 의해서만 지지될 경우 일어날 수 있는 작은 측 방향 진동의 발생을 방지한다.

이것은 하나, 둘 또는 세개의 자석 엘리먼트를 사용함으로써, 두 개의 인접한 엘리먼트들이 다른 두 개 보다 더 낮은 인력을 가지는 네개의 자석 엘리먼트를 사용함으로써, 또는 하나가 다른 하나보다 더 낮은 인력을 가지는 두 개의 직경방향으로 대향한 자석 엘리먼트를 사용함으로써 성취될 수 있다.

인력의 차이는 세기가 다른 마그넷을 사용함으로써 또는 끌어 당겨지는 부품들 사이의 거리를 변화시킴으로써, 즉 하나의 엘리먼트가 다른 하나보다 더 낮게 설치됨으로써 또는 스틸 엘리먼트를 자석 엘리먼트로 교체함으로써 초래될 수 있다.

더 이상의 차이는 렌즈 홀더를 자석 요크로 끌어당기기 위해 배열된 위치에서, 예를 들면 상부 쿠션이 내측 벽의 하부 가장자리와 상호작용하는 스텝에서 렌즈 홀더에 부가적인 자석 엘리먼트를 추가하는 것이다. 이것은 자기 래치와 함께 이루어 질 수 있다.

다양한 형태의 보이스 코일 모터 렌즈 모듈은 실예로만 기술되었고, 소정의 차이 및 변화는 당해 기술분야에 숙련된 자들에게 쉽게 이해될 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위를 참조함으로써만 결정될 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 렌즈 모듈의 사시도,

도 2는 도 1의 모듈의 분해도,

도 3은 도 1의 모듈의 단면도,

도 4는 일부분이 다른 위치에 있는 도 3과 유사한 모듈의 단면도,

도 5는 도 1의 모듈의 일부분인, 상부 케이스의 사시도,

도 6은 도 1의 모듈의 일부분인, 하부 케이스의 사시도,

도 7은 도 1의 모듈의 일부분인, 하부 스프링의 평면도,

도 8은 도 1의 모듈의 일부분인, 렌즈 홀더의 사시도,

도 9는 도 8의 렌즈 모듈의 하부 측면의 사시도,

도 10은 도 1의 모듈의 일부분인, 정상 스프링의 사시도,

도 11은 도 1의 모듈의 일부분인, 자석 요크의 사시도,

도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈 모듈의 사시도,

도 13은 도 12의 모듈의 단면도,

도 14는 도 12의 모듈의 코일, 렌즈 홀더 및 스프링 조립체의 사시도,

도 15는 도 14의 조립체의 하부에서 본 사시도,

도 16은 도 12의 모듈의 자석 요크의 사시도,

도 17은 도 16의 자석 요크의 하부에서 본 사시도,

도 18은 도 12의 모듈의 상부 케이스의 하부에서 본 사시도,

도 19는 도 12의 모듈의 하부 케이스의 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20 : 렌즈 모듈

21 : 하부 케이스

22 : 상부 케이스

25 : 단자

26 : 하부 쿠션

27 : 하부 스프링

28 : 절연 부재

29 : 렌즈 홀더

30 : 코일

32 : 상부 쿠션

33 : 자석 요크

68 : 정상 스프링

Claims

카메라 등의 렌즈 모듈에 있어서,

자석 요크(33), 자기장을 제공하는 영구 자석 수단(31), 렌즈를 지지하기 위한 렌즈 홀더(29), 코일(30) 및 스프링 수단(27)을 수용하는 두 부분의 케이싱(21, 22),

상부 케이싱(22) 및 하부 케이싱(21)과 이들 두 케이싱을 서로 맞물리게 하는 수단을 가지는 케이싱,

외측 벽(38) 및 직원통형 내측 벽(39)을 가지고, 정상(top) 벽(40)은 그 상단부에서 내측 및 외측 벽을 연결하고, 하단부는 개방되어 있고, 상기 내측 벽(39)의 축 방향 높이는 상기 외측 벽(38)의 축 방향 높이보다 작은 환 형상을 가지는 자석 요크(33),

상기 외측 벽(38)의 내측 표면에 끼워맞추어진 적어도 하나의 영구 자석(31)을 포함하는 영구 자석 수단,

광축을 형성하고 렌즈를 수용하도록 배치된 관통 구멍(58)을 가지며, 축 방향 상단부(41), 축 방향 하단부 및 방사상의 외측 표면을 가지는 렌즈 홀더(29)로서, 상기 방사상의 외측 표면은 적어도 하나의 스텝(59) 및 축 방향 하단부를 향해 위치된 원주방향으로 연장하는 플랜지(34)를 포함하며, 상기 렌즈 홀더의 상부 원통형 부분이 상기 자석 요크(33)의 내측 벽(39)의 내측 표면과 대면하고, 상기 내측 벽(39)의 축 방향 하단부는 상기 자석 요크(33)를 통해 상기 렌즈 홀더(29)의 축 방향 이동을 제한하기 위해 스텝(59)과 접촉하도록 상기 자석 요크(33) 속으로 삽입될 수 있는 렌즈 홀더(29)를 포함하며,

스프링 수단은, 상기 렌즈 홀더(29)의 축 방향 하단부에 부착된 아치형 내측 림(53)과 상기 하부 케이스(21)에 부착된 외측 림(52)을 각각 가지고 전원에 접속하기 위한 단자(25)를 가지는 두개의 전도성 스프링(27)을 포함하며, 상기 내측 및 외측 림(53, 52)은 적어도 하나의 사행(serpentine) 핑거(54)에 의해 각각 상호 연결되며, 상기 스프링(27)은 렌즈 홀더(29)가 정지 위치에 있을 때에는 압력을 받지 않고 상기 렌즈 홀더(29)가 완전히 연장된 위치에 있을 때에는 압력을 받고,

코일(30)은 함께 이동하도록 상기 렌즈 홀더(29)에 끼워맞추어지고 그 리드 와이어(56)는 각각 상기 스프링(27)의 내측 림(53)에 전기적으로 접속되며, 상기 코일(30)은 자석 수단과 상기 자석 요크(33)의 내측 벽(39) 사이에 적어도 부분적으로 위치되고,

상기 자석 요크(33)는 상기 상부 및 하부 케이스(22, 21)의 사이에서 지지되고, 상기 외측 벽(38)은 상기 스프링(27)의 외측 림(52)을 상기 하부 케이스(21)로 가압하며, 절연 부재(28)는 상기 외측 벽(38)의 축 방향 하단부와 상기 스프링(27)의 사이에 배치되어 그 사이의 직접적인 접촉을 방지하고,

상기 렌즈 홀더(29)는 코일(30)에 에너지를 인가함으로써 정지 위치로부터 스프링(27)의 가압에 대항하여 완전히 연장된 위치로 이동하도록 구성된, 렌즈 모듈.
청구항 1에 있어서,

완전히 연장된 위치에서 그 사이의 직접적인 접촉을 방지하기 위해 상기 자석 요크(33)의 내측 벽(39)의 하단부와 상기 렌즈 홀더(29)의 사이에 쿠션(32)이 배치되는, 렌즈 모듈.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 정지 쿠션(26)은 정지 위치에서 상기 렌즈 홀더(29)가 상기 정지 쿠션(26) 위에 놓이도록 상기 하부 케이스(21) 상에 배치되는, 렌즈 모듈.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 렌즈 홀더(29)의 상부 원통형 부분은 복수의 축 방향으로 연장하는 리브(61)를 가지는, 렌즈 모듈.
청구항 1에 있어서,

상기 코일(30)이 에너지를 받지 않을 때 상기 렌즈 홀더(29)를 정지 위치에 유지하기 위해 상기 렌즈 홀더(29)와 하부 케이스(21)의 사이에 자기 래치가 제공되는, 렌즈 모듈.
청구항 5에 있어서,

상기 자기 래치는 상기 자석 요크(33)의 내측 벽(39)에 의해 형성된 구멍 내 에서 렌즈 홀더(29)를 기울어지게 하도록 배치되는, 렌즈 모듈.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,

상기 자기 래치는 자석 엘리먼트(71)와 스틸(steel) 엘리먼트(73)를 포함하는, 렌즈 모듈.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,

상기 자기 래치는 상기 하부 케이스(21)에 고정된 자석 엘리먼트(71)를 포함하며 상기 렌즈 홀더(29)의 부품을 자기적으로 끌어당기는, 렌즈 모듈.
청구항 8에 있어서,

상기 렌즈 홀더(29)의 부품은 자성, 탄성 및 전도성 재료로 이루어진 스프링(27) 중의 하나인, 렌즈 모듈.
청구항 9에 있어서,

상기 스프링(27)은 스테인리스 스틸로 이루어진, 렌즈 모듈.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 렌즈 모듈은 상기 렌즈 홀더(29)의 축 방향 상단부에 부착된 내측 림(75)과 상기 상부 케이스(22)에 부착된 외측 림(76)을 가지는 정상(top) 스프 링(68)을 더 포함하는, 렌즈 모듈.
청구항 11에 있어서,

상기 정상 스프링(68)의 외측 림(76)은 상기 자석 요크(33)에 의해 상기 상부 케이스(22)에 고정되는, 렌즈 모듈.
청구항 12에 있어서,

상기 정상 스프링(68)의 외측 림(76)은 상기 상부 케이스(22)의 내측 표면상의 릿지에 대항하여 가압되고, 상기 릿지는 상기 렌즈 홀더(29)가 완전히 연장된 위치로 이동할 때 상기 상부 케이스(22)의 다른 부분들과 접촉하지 않고 상기 정상 스프링(68)이 변형될 수 있는 공간부(70)를 형성하는, 렌즈 모듈.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 하부 케이스(21) 상의 핑거(81)는 상기 렌즈 홀더(29)의 방사상 외측 표면의 홈(80)과 결합하여, 상기 렌즈 홀더(29)를 축 방향으로 안내하고, 정지 위치에서 렌즈 홀더(29)에 측 방향 지지를 제공하는, 렌즈 모듈.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

적어도 하나의 자석은 4개의 아치형 자석(31)인, 렌즈 모듈.
청구항 15에 있어서,

상기 자석 요크(33)의 외측 벽(38)은 모따기된 코너(74)를 가진 실질적으로 사각형이고, 상기 4개의 자석(31)이 상기 코너(74)에 위치되는, 렌즈 모듈.
청구항 16에 있어서,

상기 하부 케이스(21) 상의 돌출부(49)는 상기 자석 요크(33)의 정상 벽(40)의 내측 표면에 대항하여 상기 자석(31)을 지지하는, 렌즈 모듈.
청구항 6에 있어서,

상기 자기 래치는 상기 하부 케이스(21) 상의 직경 방향으로 대향한 위치에 위치되어 상기 렌즈 홀더(29)에 고정된 두 개의 스틸 엘리먼트(73)를 끌어당기는 두 개의 자석 엘리먼트(71)를 포함하며, 상기 엘리먼트(71, 73)의 쌍들 사이의 자기 인력에 의해 기울어짐이 야기되는, 렌즈 모듈.
청구항 18에 있어서,

자기 강도가 다른 자석 엘리먼트(71)를 사용함으로써 불균등한 자기 인력이 야기되는, 렌즈 모듈.
청구항 18에 있어서,

상기 엘리먼트(71, 73)의 쌍들 사이의 격리 거리의 차이에 의해 불균등한 자 기 인력이 야기되는, 렌즈 모듈.
청구항 18에 있어서,

상기 엘리먼트(71, 73)의 쌍들 중의 하나의 엘리먼트(71, 73)들 사이의 오정렬(misalignment)에 의해 불균등한 자기 인력이 야기되는, 렌즈 모듈.
청구항 6에 있어서,

상기 자기 래치의 부품의 비대칭 배치에 의해 상기 렌즈 홀더(29)의 기울어짐이 야기되는, 렌즈 모듈.