KR20110008512A - 보이스 코일 모듈 - Google Patents

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KR20110008512A
KR20110008512A KR1020090065893A KR20090065893A KR20110008512A KR 20110008512 A KR20110008512 A KR 20110008512A KR 1020090065893 A KR1020090065893 A KR 1020090065893A KR 20090065893 A KR20090065893 A KR 20090065893A KR 20110008512 A KR20110008512 A KR 20110008512A
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lens barrel
barrel assembly
magnet
voice coil
housing
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KR1020090065893A
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이병호
차지범
김승진
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삼성테크윈 주식회사
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Abstract

본 발명은 보이스 코일 모듈에 관한 것으로, 상세하게는 모바일 기기 등에 설치되는 카메라 모듈 내에 구비되는 자동 초점 조절용 보이스 코일 모듈에 관한 것이다.
본 발명은 하나 이상의 초점 조절용 렌즈가 구비되어 있는 렌즈 배럴 어셈블리; 내부에 상기 렌즈 배럴 어셈블리를 수용하는 하우징; 각각 상기 렌즈 배럴 어셈블리와 상기 하우징 중 어느 일 측에 결합하고, 상호 작용하여 자기력을 발생시키는 스테이터 어셈블리(stator assembly)와 마그넷; 및 상기 렌즈 배럴 어셈블리와 접하도록 상기 렌즈 배럴 어셈블리에 관통 삽입되는 복수 개의 가이드 부재들을 포함하고, 상기 가이드 부재들은 상기 스테이터 어셈블리를 기준으로 서로 대칭인 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈(Voice coil module)을 제공한다.

Description

보이스 코일 모듈{Voice coil module}
본 발명은 보이스 코일 모듈에 관한 것으로, 상세하게는 모바일 기기 등에 설치되는 카메라 모듈 내에 구비되는 자동 초점 조절용 보이스 코일 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 카메라는 다수의 렌즈를 구비하고 있으며 렌즈를 통하여 피사체를 촬영할 수 있는 기계로서, 통상적으로 다수의 렌즈 사이의 상대적인 거리를 조절하여 초점을 조절하도록 구성된다. 종래, 카메라의 초점을 자동으로 조절하기 위한 장치로서 기어 등을 통하여 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변화시키는 기계식 장치가 사용되었다. 그러나 이와 같은 기계식 장치의 경우, 기어와 모터 사이의 마찰력 등으로 인하여 초점을 미세하게 조절하기 곤란할 뿐 아니라 각 기계 장치가 차지하는 공간 문제 등으로 인하여 소형화가 곤란하였다.
특히, 최근에는 휴대폰, PDA 등의 모바일 통신기기 등에 카메라 모듈이 설치되어 정지화상 등을 촬영할 수 있도록 구성되는데, 이와 같은 모바일 통신기기 등에서 요구되는 소형화, 경량화, 다기능화 등을 충족시키기 위해서 영구자석 및 코일의 유도자기력을 이용하여 정밀하게 초점을 맞추는 카메라의 자동 초점 조절 장 치를 구비한 카메라 모듈이 개발되고 있다.
이와 같은 자동 초점 조절 기능을 위해서, 통상적으로 렌즈 유닛은 1개 이상의 다수의 렌즈로 구성되는데, 그 다수의 렌즈를 이동시켜 이미지 센서와의 상대적인 거리를 조절하는 방법으로 포커싱을 구현한다. 따라서 카메라 모듈이 포커싱 기능을 제공하기 위해서는 하나 이상의 렌즈가 광축을 중심으로 이동할 수 있어야 한다.
다시 말하면, 포커싱 기능을 구현하는 경우, 피사체의 위치에 따라 이미지 센서에 결상되는 피사체의 상의 위치가 바뀌게 되는데, 즉 피사체와 렌즈와의 거리에 따라 상이 형성되는 위치가 바뀌게 되는데, 이미지 센서에 선명한 상을 구현하기 위해서는 1개 이상의 렌즈가 서로 상대적으로 이동하는 구조를 갖는다. 이와 같이 구성된 렌즈에 있어서 포커싱 기능을 실현하기 위해서는 별도의 구동원으로써 예를 들어 매뉴얼, 스텝 모터, 압전 소자, 보이스 코일 모듈(Voice Coil Module, VCM) 등이 요청되고 있는데, 특히 VCM이 널리 이용되고 있다. VCM 방식을 이용한 자동 초점 조절 장치의 경우에는 일반적으로, 자력을 발생시키는 마그넷과 전류가 공급되는 코일을 대향적으로 배치하여, 전류와 자기장의 수직방향으로 발생하는 로렌츠 힘을 이용하여 렌즈의 위치를 이동시킬 수 있도록 렌즈 배럴을 구동시킨다.
상세히, 종래 모바일 통신기기에 적용된 자동 초점 조절 장치는 다수의 렌즈로 구성된 렌즈 유닛이 나사 체결방식을 통하여 상단이 중공되어 있는 렌즈 배럴의 내부에 수용된다. 그리고, 렌즈 배럴의 외주변으로는 슬리브가 형성되며, 슬리브의 외주변에는 코일이 고정 결합되고, 이와 같은 렌즈 배럴, 슬리브 및 코일이 일체로 상하 왕복운동을 수행한다. 한편, 슬리브의 외측에는 요크가 결합되며, 이러한 요크의 내측에는 마그넷이 결합되어 있다. 이와 같이, 마그넷에 의해 형성되는 자기장 내에서 코일의 유도자기력이 생성되어 슬리브, 코일 및 렌즈 배럴의 상하 직선운동이 가능해지는 것이다.
이와 같은 종래의 보이스 코일 모듈에서는 렌즈 배럴이 좌우로 유동하는 것을 막기 위하여 렌즈 배럴의 상하에 판 스프링을 배치하는 것이 일반적이었다. 그러나, 이와 같은 판 스프링은 작은 충격이나 환경 변화에 의해서도 쉽게 변형 및 파괴되는 문제점이 존재하였으며, 따라서 휴대용 단말기 등 높은 신뢰성이 요구되는 제품에 적용하는데 한계가 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 판 스프링의 역할 중 일부를 센서로 대체하는 방법이 개발되었으나, 이 경우 부품 추가에 따른 단가 상승이 발생한다는 문제점이 존재하였다.
본 발명은 샤프트 가이드 구조를 채용하여, 구동 시 발생하는 틸트(tilt) 현상을 방지함으로써 해상력이 향상되는 보이스 코일 모듈(Voice Coil Module, VCM)을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 하나 이상의 초점 조절용 렌즈가 구비되어 있는 렌즈 배럴 어셈블리; 내부에 상기 렌즈 배럴 어셈블리를 수용하는 하우징; 각각 상기 렌즈 배럴 어셈블리와 상기 하우징 중 어느 일 측에 결합하고, 상호 작용하여 자기력을 발생시키는 스테이터 어셈블리(stator assembly)와 마그넷; 및 상기 렌즈 배럴 어셈블리와 접하도록 상기 렌즈 배럴 어셈블리에 관통 삽입되는 복수 개의 가이드 부재들을 포함하고, 상기 가이드 부재들은 상기 스테이터 어셈블리를 기준으로 서로 대칭인 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈(Voice coil module)을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 가이드 부재는 샤프트(shaft)를 포함하며, 상기 샤프트(shaft)는 상기 렌즈 배럴 어셈블리와 접하도록 배치될 수 있다.
여기서, 상기 렌즈 배럴 어셈블리 및 상기 하우징의 상부에 배치되어 상기 하우징과 결합하는 가이드 홀더를 더 포함하며, 상기 샤프트의 양단부는 상기 하우징 및 상기 가이드 홀더에 각각 결합할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 마그넷과 상기 가이드 부재는 상기 렌즈 배럴 어셈 블리의 외주면에 각각 구비되며, 상기 렌즈 배럴 어셈블리의 외주면 상에서 서로 반대편에 배치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가이드 부재와 상기 렌즈 배럴 어셈블리는 면 접촉할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가이드 부재는 두 개 이상 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 렌즈 배럴 어셈블리는 상기 가이드 부재를 따라서 상기 렌즈의 광축 방향으로 이동할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가이드 부재는 상기 렌즈의 광축에 수직인 평면상에서의 상기 렌즈 배럴 어셈블리의 유동 및 회전을 제한할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 스테이터 어셈블리는, 전류가 인가되는 코일; 상기 코일의 일 측에 배치되며 외부의 전원공급수단과 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판; 및 상기 인쇄회로기판의 일 측에 배치되며 상기 마그넷의 자기장을 상기 코일 방향으로 유도하는 요크를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 인쇄회로기판의 적어도 일부에는 소정의 패턴부가 더 형성될 수 있다.
여기서, 상기 마그넷과 상기 요크는 상호 간에 인력이 작용하도록 배치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 내부에 상기 하우징을 수용하는 커버를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 커버의 내주면에서 상기 스테이터 어셈블리와 마주보는 위치에 는 가압 돌기가 형성되어, 상기 커버가 상기 하우징에 결합하였을 때 상기 가압 돌기가 상기 스테이터 어셈블리를 가압할 수 있다.
여기서, 상기 커버는 자성체로 형성되어, 상기 마그넷의 자기장을 상기 코일 방향으로 유도할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가이드 부재는 적어도 두 개의 볼(ball) 또는 적어도 두 개의 실린더(cylinder)를 포함하며, 상기 볼(ball)들 또는 실린더(cylinder)들 각각은 상기 렌즈 배럴 어셈블리 및 상기 하우징과 각각 접하도록 배치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 마그넷은 N극 및 S극을 포함하며, 상기 N극과 상기 S극에서 발생하는 자속 밀도의 합이 일정한 값을 유지하도록 상기 마그넷이 구비될 수 있다.
여기서, 상기 마그넷의 상기 스테이터 어셈블리와 마주보는 면은 대각선 방향으로 이등분되고, 상기 이등분된 각 부분 중 어느 일 측에는 N극이 착자되고, 상기 이등분된 각 부분 중 타 측은 상기 S극이 착자될 수 있다.
여기서, 상기 마그넷은 N극 부재와 S극 부재를 포함하며, 상기 N극 부재와 상기 S극 부재는 실질적으로 동일한 형상으로 형성되어, 서로 대칭이 되도록 배치될 수 있다.
여기서, 상기 코일에 인가되는 전류가 증가함에 따라, 상기 스테이터 어셈블리(stator assembly)와 상기 마그넷이 상호 작용하여 발생하는 상기 자기력은 선형적으로 증가할 수 있다.
본 발명에 따른 보이스 코일 모듈에 의해서, 구동 시 발생하는 틸트(tilt) 현상을 방지함으로써 해상력이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 보이스 코일 모듈의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 보이스 코일 모듈의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ의 단면도이다. 그리고, 도 4는 도 1의 보이스 코일 모듈의 평면도로써, 커버를 제거한 모습을 나타내는 도면이다. 그리고, 도 5는 도 1의 보이스 코일 모듈의 스테이터 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 보이스 코일 모듈(Voice coil module)(100)은, 렌즈 배럴 어셈블리(110), 마그넷(121), 스테이터 어셈블리(stator assembly)(130), 가이드 부재(140), 가이드 홀더(160), 하우징(180) 및 커버(190)를 포함한다.
렌즈 배럴 어셈블리(110)에는 적어도 하나 이상의 렌즈로 구성되어 있는 렌즈 유닛이 내부에 수용된다. 렌즈 유닛을 구성하는 렌즈의 수는 임의로 조정될 수 있으며, 렌즈 유닛을 구성하는 다수의 렌즈는 각 렌즈의 광축이 일치하도록 렌즈 배럴 어셈블리(110)에 수용 조립된다. 렌즈 배럴 어셈블리(110)는 하우징(180) 내부에서 직선 운동함으로써 초점을 조절하게 된다.
렌즈 배럴 어셈블리(110)의 외주면에는 마그넷 수용부(미도시)가 형성된다. 상세히, 마그넷 수용부(미도시)에는 마그넷(121)이 안착되며, 후술할 스테이터 어셈블리(130)와 마주보도록 형성된다.
한편, 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 외주면 양측으로는 가이드 지지부(115)가 더 형성된다. 상세히, 가이드 지지부(115)는 마그넷(121)이 안착되는 면의 반대쪽 면에 형성될 수 있다. 그리고, 가이드 지지부(115)는 후술할 가이드 부재(140)가 관통 삽입될 수 있도록 속이 빈 원통 형상으로 형성된다. 그리고, 가이드 지지부(115)에는 가이드 부재(140)가 안착된다. 여기서, 가이드 지지부(115)의 내경은 가이드 부재(140)의 외경과 실질적으로 동일하도록 형성되어, 가이드 부재(140)와 가이드 지지부(115)가 면 접촉하도록 형성될 수 있다. 이와 같은 상기 가이드 지지부(115)와 가이드 부재(140)의 배치 관계에 대하여는 뒤에서 상세히 설명한다.
렌즈 배럴 어셈블리(110)의 외측으로는 하우징(180)이 배치되어 상술한 렌즈 배럴 어셈블리(110) 등을 지지한다. 하우징(180)은 내부에 중공부(186)가 형성되어 있는 속이 빈 상자 형상으로 형성된다.
하우징(180)의 외주면 하단부에는 커버(190)와의 결합을 위한 제1 결합 돌기(182)가 형성된다. 한편, 하우징(180)의 외주면 상단부에는 가이드 홀더(160)와의 결합을 위한 제2 결합 돌기(188)가 형성된다. 한편, 하우징(180)의 외주면 일 측에는 스테이터 어셈블리(130)가 배치될 수 있도록 홀(183)이 형성되며, 상기 홀(183) 주변으로는 보스(184)가 형성된다.
한편, 하우징(180)의 내주면 일 측, 즉 중공부(186)의 테두리 상에는 반원 형상의 가이드 홈(185)이 더 형성된다. 상기 가이드 홈(185)에 렌즈 배럴 어셈블 리(110)의 가이드 지지부(115)가 안착된다.
한편, 하우징(180)의 중공부(186) 주변에는 렌즈의 위치를 파악할 수 있는 피드백 센서(미도시)가 더 배치될 수 있다. 이러한 피드백 센서의 예로는 홀 IC(Hall IC), MR 센서, PR 센서, PI 센서 등을 들 수 있다. 이와 같이, 종래의 보이스 코일 모듈(100)에서는 사용되지 않던 하우징(180)의 유휴 부분에 피드백 센서를 더 배치함으로써, 보이스 코일 모듈(100)의 사이즈를 전체적으로 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 상부에는 가이드 홀더(160)가 더 형성될 수 있다. 이러한 가이드 홀더(160)는 렌즈 배럴 어셈블리(110) 및 가이드 부재(140)가 외부로 탈거되지 않고 안정적으로 고정되도록 지지하는 역할을 수행한다. 가이드 홀더(160)는 플레이트 형상으로 형성되어 있으며, 하단부에는 상술한 하우징(180)의 제2 결합 돌기(188)에 끼워질 수 있는 결합 홈(161)이 형성된다. 또한, 가이드 홀더(160) 상에는 후술할 가이드 부재(140)가 끼워지는 홀(162)이 더 형성될 수 있다.
한편, 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 상부에는 커버(190)가 더 형성될 수 있다. 이러한 커버(190)는 렌즈 배럴 어셈블리(110), 스테이터 어셈블리(130) 등이 외부로 탈거되지 않고 안정적으로 고정되도록 지지하는 역할을 수행한다. 커버(190)는 속이 빈 상자의 형상으로 형성되어 있으며, 하단부에는 상술한 하우징(180)의 제1 결합 돌기(182)에 끼워질 수 있는 결합 홈(191)이 형성된다. 또한, 커버(190)의 내주면 일측에는 가압 돌기(193)가 형성된다. 상기 가압 돌기(193)는 상기 스테이터 어셈블리(130)와 대응되는 위치에 형성되어서, 커버(190)가 하우징(180)에 결합 되었을 때, 스테이터 어셈블리(130)를 가압함으로써, 스테이터 어셈블리(130)의 위치를 고정시켜 주는 역할을 수행한다.
여기서, 상기 커버(190)는 자성체로 형성될 수 있다. 이와 같이, 커버(190)가 자성체로 형성됨으로써, 상기 마그넷(121)의 자기장을 상기 코일(131) 방향으로 유도하는 요크의 역할을 보조적으로 수행할 수 있다.
하우징(180)의 하부에는 영상기억소자인 CCD 또는 CMOS 등의 이미지 센서(152)가 안착되는 인쇄회로기판(151)이 배치된다. 인쇄회로기판(151)은 적어도 어느 한 측면으로 연장된 연장부를 가질 수 있고, 연장부의 일 단부에는 외부 회로와 연결되는 커넥터(connector) 또는 소켓(socket) 등의 외부 연결 부재가 더 형성될 수 있다. 여기서, 인쇄회로기판(151)으로는 경질의 인쇄회로기판(hard printed circuit board; HPCB)이나 유연성 인쇄회로기판(flexible printed circuit board; FPCB)을 사용할 수 있다. 한편, 이미지 센서(152)의 일 측에는 렌즈를 통과한 빛 중에 적외선 영역의 빛을 차단하는 역할을 수행하는 IR 필터(153)가 더 배치될 수 있다.
하우징(180)의 가이드 지지부(115)에는 상기 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 좌우 방향 유동, 다시 말하면 도 2의 X축 방향 및 Y축 방향으로의 유동을 방지하는 가이드 부재(140)가 배치된다. 상기 가이드 부재(140)에 대하여는 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.
한편, 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 외주면에는 렌즈 배럴 어셈블리(110)를 상 하로 구동시킬 수 있도록 마그넷(121) 및 스테이터 어셈블리(130)가 측설된다.
이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5를 참조하면, 스테이터 어셈블리(130)는 코일(131)과 인쇄회로기판(132)과 요크(yoke)(133)를 포함한다.
요크(133)는 대략 평평한 플레이트 형상으로 형성된다. 상기 요크(133)는 마그넷(121)의 자기장을 코일(131) 방향으로 유도하는 역할을 수행한다. 또한, 요크(133)는 인쇄회로기판(132)의 보강판 역할을 수행한다.
요크(133)의 일 면에는 인쇄회로기판(132) 및 코일(131)이 배치된다. 상세히, 코일(131)은 렌즈 배럴 어셈블리(110)를 구동시킬 수 있도록 인쇄회로기판(132)을 통하여 외부의 전원공급수단과 전기적으로 연결되어 있다.
여기서, 인쇄회로기판(132)의 일 면에는 소정의 패턴부(132a)가 형성되는 것을 일 특징으로 한다. 상세히, 종래에는 카메라 모듈 사이즈로 인하여 코일의 권수 및 길이 증가에 제약이 존재하였다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 인쇄회로기판(132)의 유휴 공간에 패턴부(132a)를 양면으로 형성하는 것을 특징으로 한다. 즉, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 인쇄회로기판(132)의 양면에 패턴부(132a)를 형성함으로써, 카메라 모듈의 구동력을 증대시키는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 스테이터 어셈블리(130)의 네 모서리 부분에는 홀(134)이 형성되어 있다. 상기 홀(134)이 하우징(180)의 보스(184)에 끼워진 후, 커버(190)의 가압 돌기(193)가 스테이터 어셈블리(130)를 가압함으로써, 스테이터 어셈블리(130)의 고 정 위치가 유지되는 것이다. 이와 같이 결합을 위한 별도의 구조물 없이도 스테이터 어셈블리(130)를 하우징(180)에 직접 결합할 수 있기 때문에, 제품의 구성이 간단해지고 제조 원가가 낮아지는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 외주면, 상세하게는 상기 코일(131)과 마주보는 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 외주면에는 마그넷(121)이 배치된다. 상세히, 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 외주면에는 마그넷 수용부(미도시)가 형성되고, 마그넷(121)은 상기 마그넷 수용부(미도시) 내에 안착된다.
마그넷(121)에 의해 형성되는 자기장 내에서 코일(131)의 유도자기력이 생성되어, 마그넷(121) 및 이와 결합한 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 직선운동을 유발시키게 된다. 이러한 마그넷(121)으로는 영구자석 등을 사용할 수 있다.
이와 같은 배치를 갖는 마그넷(121) 및 코일(131)에 따른 유도자기력에 의하여 마그넷(121), 렌즈 배럴 어셈블리(110) 및 그 내부에 수용/조립되는 렌즈들 역시 광축 방향(Z축 방향)으로 직선 운동을 하게 된다. 즉, 본 실시예에 따라 스테이터 어셈블리(130)의 코일(131)로 전류가 인가되면, 코일(131)과 마주보도록 형성된 마그넷(121)에 의하여 형성된 자기장에서 코일(131)의 유도자기력이 로렌츠 힘으로 작용하여, 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 광축 방향(Z축 방향)으로 직선 운동을 유발한다. 즉, 코일(131)은 마그넷(121)으로부터 형성되는 자력선의 흐름 방향을 변경하는 역할을 수행할 수 있게 된다.
또한, 마그넷(121)과 요크(133) 사이의 인력을 이용하여, 코일(131)에 전원이 인가되지 않은 상태에서 렌즈 배럴 어셈블리(110)가 일정한 높이를 유지할 수 있도록 함으로써, 소모전류를 최소화하는 효과를 얻을 수 있다.
상술한 렌즈 배럴 어셈블리(110), 마그넷(121), 코일(131), 인쇄회로기판(132) 및 요크(133)의 상호 이동관계는 다음과 같다. 먼저, 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 외주면에 마그넷(121)이 끼워짐으로써, 렌즈 배럴 어셈블리(110)와 마그넷(121)은 일체로 상하 이동을 한다. 한편, 하우징(180)의 일 측면에는 스테이터 어셈블리(130)가 고정 결합된다. 따라서, 고정되어 있는 스테이터 어셈블리(130)의 내부에 형성되어 있는 중공부에서, 일체로 결합되어 있는 렌즈 배럴 어셈블리(110) 및 마그넷(121)이 함께 상하 이동을 하는 것이다. 이때, 렌즈 배럴 어셈블리(110) 및 마그넷(121)의 상하 이동은 코일(131)과 마그넷(121)에 의하여 형성된 자기장에 의하여 수행된다.
또한, 마그넷(121)과 요크(133) 사이에 작용하는 인력에 의해서, 렌즈 배럴 어셈블리(110)는 일정한 힘으로 일 방향으로 가압된다. 이와 같은 구성에 의하여, 렌즈 배럴 어셈블리(110)는 항상 특정 방향으로의 일정한 힘을 받게 되고, 따라서 렌즈 배럴 어셈블리(110)가 X축 방향 및 Y축 방향으로 유동하지 아니하게 된다.
또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 렌즈 배럴 어셈블리(110)와 하우징(180) 사이에 코일 스프링 등이 개재됨으로써, 상기 렌즈 배럴 어셈블리(110)를 일정한 방향으로 가압할 수도 있을 것이다.
여기서, 상기 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 상하 이동은, 상측으로의 이동은 가이드 홀더(160)에 의하여 그 범위가 제한되고, 하측으로의 이동은 하우징(180)에 의해서 그 범위가 제한될 수 있다. 즉, 렌즈 배럴 어셈블리(110)는 가이드 지지 부(115)가 가이드 홀더(160) 및 하우징(180)과 접촉하지 아니하는 도 3의 화살표 A 범위 내에서만 상하 이동을 할 수 있는 것이다. 이와 같은 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 구동 범위를 스트로크(stroke)라고 표현하기도 한다.
이하에서는 렌즈 배럴 어셈블리(110)와 하우징(180) 사이에 개재되는 가이드 부재(140)에 대하여 상세히 설명한다.
종래의 보이스 코일 모듈에서는 렌즈 배럴이 좌우로 유동하는 것을 막기 위하여 렌즈 배럴의 상하에 판 스프링을 배치하는 것이 일반적이었다. 그러나, 이와 같은 판 스프링은 작은 충격이나 환경 변화에 의해서도 쉽게 변형 및 파괴되는 문제점이 존재하였으며, 따라서 휴대용 단말기 등 높은 신뢰성이 요구되는 제품에 적용하는데 한계가 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 관한 보이스 코일 모듈(100)에서는 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 센터링(centering)을 위하여 판 스프링 대신 샤프트 가이드(shaft guide)를 구비하는 것을 일 특징으로 한다.
상세히, 가이드 부재(140)는 샤프트(shaft) 형상으로 형성된다. 가이드 부재(140)는 하우징(180)의 가이드 지지부(115)에 관통 삽입되며, 일 단부는 하우징(180)에 끼워지고, 타 단부는 가이드 홀더(160)의 홀(162)에 끼워진다.
이때, 렌즈 배럴 어셈블리(110)는 상기 가이드 부재(140)를 따라서 광축 방향으로 상하 이동할 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 렌즈 배럴 어셈블리(110)와 가이드 부재(140) 사이에 발생하는 마찰력에 의하여 렌즈 배럴 어셈블리(110)가 광축 방향으로 상하 이동할 수 있는 것이다.
도 4를 참조하면, X-Y 평면에서 보았을 때, 렌즈 배럴 어셈블리(110)에는 두 개의 가이드 부재(140)가 관통 삽입되어 있다. 이와 같이, X-Y 평면에서 보았을 때, 렌즈 배럴 어셈블리(110) 내에 두 개의 가이드 부재(140)가 관통 삽입되어서 렌즈 배럴 어셈블리(110)에 대한 선 접촉 내지는 면 접촉이 이루어짐으로써, 렌즈 배럴 어셈블리(110)가 X축 방향 및 Y축 방향으로 유동하지 아니하게 된다. 이와 같은 본 발명에 의해서, 구동 시 발생하는 틸트(tilt) 현상을 방지함으로써 해상력이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 도 4에는 렌즈 배럴 어셈블리(110) 내에는 두 개의 가이드 부재(140)들이 개재되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니한다. 즉, 렌즈 배럴 어셈블리(110)가 X축 방향 및 Y축 방향으로 유동하지 아니하도록 하기 위해서는, 렌즈 배럴 어셈블리(110)에 3개 또는 그 이상의 가이드 부재가 개재되어서, 3점 지지 또는 그 이상의 지지가 이루어지는 것도 가능하다 할 것이다.
이와 같이 가이드 부재(140)와 렌즈 배럴 어셈블리(110)가 선 접촉 내지는 면 접촉하기 때문에, 가이드 부재(140)와 렌즈 배럴 어셈블리(110) 사이에 발생하는 마찰력은 필연적으로 증가할 수밖에 없으며, 따라서 렌즈 배럴 어셈블리(110)를 상하 구동시키는 구동력도 증가하여야 한다. 이때, 구동력을 최대화시키기 위해서는 스테이터 어셈블리(130)와 마그넷(121)의 크기가 최대가 되어야 한다. 따라서, 가이드 부재(140)가 설치되는 가이드 지지부(115)를 상기 하우징(180)에서 상기 마 그넷(121)이 배치되는 면의 반대쪽 면에 배치한다. 이와 같이 가이드 부재(140) 및 가이드 지지부(115)를 마그넷(121)이 배치되는 면의 반대쪽 면에 배치함으로써, 마그넷(121) 및 스테이터 어셈블리(130)가 최대화될 수 있는 것이다.
여기서, 상기 가이드 부재(140)는 두 개가 구비되며, 상기 두 개의 가이드 부재(140)는 상기 스테이터 어셈블리(130)를 기준으로 서로 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 다시 말하면, 상기 두 개의 가이드 부재(140)들은 상기 스테이터 어셈블리(130)를 기준으로 서로 대칭을 이루며 반대편에 배치될 수 있다. 왜냐하면, 제 1 마그넷(121)과 요크(133) 사이의 인력 및 코일(131)과 마그넷(121) 사이에 유도되는 전자기력의 힘을 고려할 때, 이와 같이 가이드 부재(140)가 스테이터 어셈블리(130)를 기준으로 서로 대칭을 이루도록 배치되어야만, 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 광축 방향의 이동이 도 2의 Z축 방향과 평행하게 수행될 수 있기 때문이다. 한편, 도면에는 가이드 부재(140)가 두 개 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 가이드 부재(140)는 스테이터 어셈블리(130)를 기준으로 대칭을 이루도록 4개, 6개 또는 그 이상이 구비될 수도 있다.
한편, 도면에는 렌즈 배럴 어셈블리(110)와 하우징(180) 사이에 접촉 부재로써 샤프트가 개재되는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니한다. 즉, 렌즈 배럴 어셈블리(110)와 하우징(180)에 각각 접할 수 있는 구조라면, 볼(ball), 실린더(cylinder) 등 다양한 부재가 접촉 부재로서 활용될 수 있을 것이다.
이와 같이, 판 스프링 없이 샤프트 가이드 구조를 이용하여 좌우 틸팅을 방 지하는 구조를 채용함으로써, 상하 방향으로 구동하는 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 구동 거리를 증가시킬 수 있으며, 스프링에 의한 댐핑(damping) 현상이 제거되기 때문에, 히스테리시스를 최소화하여 오토 포커싱 성능 향상을 도모할 수 있다. 또한, 판 스프링이 없는 구조를 채택함으로써, 제조 수율이 향상되고 제품 수명이 연장되며 제품 내구성이 우수한 카메라 모듈 어셈블리를 제공할 수 있다.
이와 같은 보이스 코일 모듈(100)의 작동을 설명하면 다음과 같다.
상술한 바와 같이, 렌즈 조립체를 통과한 피사체의 영상이 보이스 코일 모듈(100)의 하부에 배치되는 이미지 센서(152)로 전달되어 전기적인 신호로 변환되고, 카메라 모듈 본체에 구비된 제어부로 전송되어 포커싱이 수행되고, 이 과정에서 렌즈 배럴 어셈블리(110)가 광축을 따라 전후 방향으로 이동할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에 따른 보이스 코일 모듈(100)이 채택된 기기, 예컨대 모바일 통신기기의 사용자가 촬영 버튼을 누르면 이미지 센서(152)가 작동되고, 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 전방에 위치한 피사체의 상은 렌즈 배럴 어셈블리(110) 내의 렌즈를 통과하여 이미지 센서(152)에서 전기적인 신호로 변환되어 카메라 모듈 내의 제어부(미도시)로 전송된다. 제어부에서 이미지 센서(152)로 전달된 피사체의 영상 신호가 흐릿하면, 렌즈 유닛의 포커싱 에러가 있는 것으로 판단하여, 렌즈 배럴 어셈블리(110)를 광축 방향으로 이동시키기 위한 전류가 코일(131)로 인가된다. 코일(131)로 소정의 전류가 인가되면, 코일(131)에 자기장이 발생하여 마그넷(121)으로부터 전달된 자속과의 척력이나 인력에 의하여 렌즈 배럴 어셈블리(110)를 광축 방향으로 구동시키는 로렌츠의 힘이 발생한다. 이와 같은 구동력에 의하여 렌즈 배럴 어셈블리(110)는 볼(142) 과의 마찰력을 극복하여 광축 방향으로 왕복 운동할 수 있게 된다.
도 6(a)는 도 1의 보이스 코일 모듈의 마그넷을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 보이스 코일 모듈의 마그넷(121)은 N극(121a)과 S극(121b)을 포함하며, N극(121a)과 S극(121b)에서 발생하는 자속 밀도의 합이 일정한 값을 유지하도록 상기 마그넷(121)이 구비되는 것을 일 특징으로 한다.
상세히, 일반적인 자석과 같이 마그넷에 N극과 S극이 상하 방향으로 착자 되어있을 경우, N극과 S극에서 발생하는 자속 밀도의 합은 일정한 값을 가지지 못하게 된다. 이는 코일(도 2의 131 참조)에 인가되는 전류가 선형적으로 증가한다고 하더라도, 코일(도 2의 131 참조)과 마그넷(121)이 상호 작용하여 발생하는 자기력 즉 구동력은 선형적으로 증가하지 않게 됨을 의미한다. 그리고, 이와 같이 선형 구동이 이루어지지 않게 되면, AF 탐색 속도가 저하되며, 따라서 피드백 센서를 통한 위치 보정이 수행되어야 한다는 문제점이 존재한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 관한 보이스 코일 모듈에서는, 마그넷(121)에서 스테이터 어셈블리(도 2의 130 참조)와 마주보는 면을 대각선 방향으로 이등분하고, 상기 이등분된 두 부분 중 어느 일 측에는 N극을 형성하고, 상기 이등분된 두 부분 중 타 측에는 S극을 형성하는 것을 특징으 로 한다.
이와 같이, N극과 S극을 서로 대칭되게 형성하면, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, N극(121a)과 S극(121b)에서 발생하는 자속 밀도의 합은 M으로 일정하게 된다. 따라서, 코일(도 2의 131 참조)에 인가되는 전류가 증가함에 따라, 코일(도 2의 131 참조)과 마그넷(121)이 상호 작용하여 발생하는 자기력은 선형적으로 증가하게 되고, 따라서 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 선형적인 구동이 가능하게 된다. 그 결과 AF 탐색 속도가 향상되며, 피드백 센서를 구비하지 아니하고도 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 위치 제어가 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.
이때, N극(121a)과 S극(121b)은 서로 동일한 형상의 별도의 부재로 형성되어 서로 대칭되게 배치될 수도 있고, 서로 일체로 형성된 후 그 대각선을 기준으로 일 측에는 N극이 착자되고 타 측에는 S극이 착자될 수도 있다. 나아가, 도 6(c)에 도시된 바와 같이 n개의 N극과 n개의 S극이 교번하여 배치되는 것도 가능할 것이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 보이스 코일 모듈의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 보이스 코일 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ의 단면도이다.
도 4는 도 1의 보이스 코일 모듈의 평면도로써, 커버를 제거한 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 보이스 코일 모듈의 스테이터 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 보이스 코일 모듈의 마그넷을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 보이스 코일 모듈 110: 렌즈 배럴 어셈블리
121: 마그넷 130: 스테이터 어셈블리
140: 가이드 부재 160: 가이드 홀더
180: 하우징 190: 커버

Claims (19)

  1. 하나 이상의 초점 조절용 렌즈가 구비되어 있는 렌즈 배럴 어셈블리;
    내부에 상기 렌즈 배럴 어셈블리를 수용하는 하우징;
    각각 상기 렌즈 배럴 어셈블리와 상기 하우징 중 어느 일 측에 결합하고, 상호 작용하여 자기력을 발생시키는 스테이터 어셈블리(stator assembly)와 마그넷; 및
    상기 렌즈 배럴 어셈블리와 접하도록 상기 렌즈 배럴 어셈블리에 관통 삽입되는 복수 개의 가이드 부재들을 포함하고,
    상기 가이드 부재들은 상기 스테이터 어셈블리를 기준으로 서로 대칭인 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈(Voice coil module).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드 부재는 샤프트(shaft)를 포함하며, 상기 샤프트(shaft)는 상기 렌즈 배럴 어셈블리와 접하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 렌즈 배럴 어셈블리 및 상기 하우징의 상부에 배치되어 상기 하우징과 결합하는 가이드 홀더를 더 포함하며,
    상기 샤프트의 양단부는 상기 하우징 및 상기 가이드 홀더에 각각 결합하는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마그넷과 상기 가이드 부재는 상기 렌즈 배럴 어셈블리의 외주면에 각각 구비되며, 상기 렌즈 배럴 어셈블리의 외주면 상에서 서로 반대편에 배치되는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드 부재와 상기 렌즈 배럴 어셈블리는 면 접촉하는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드 부재는 두 개 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈 배럴 어셈블리는 상기 가이드 부재를 따라서 상기 렌즈의 광축 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드 부재는 상기 렌즈의 광축에 수직인 평면상에서의 상기 렌즈 배럴 어셈블리의 유동 및 회전을 제한하는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이터 어셈블리는,
    전류가 인가되는 코일;
    상기 코일의 일 측에 배치되며 외부의 전원공급수단과 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판; 및
    상기 인쇄회로기판의 일 측에 배치되며 상기 마그넷의 자기장을 상기 코일 방향으로 유도하는 요크를 포함하는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 적어도 일부에는 소정의 패턴부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 마그넷과 상기 요크는 상호 간에 인력이 작용하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    내부에 상기 하우징을 수용하는 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 커버의 내주면에서 상기 스테이터 어셈블리와 마주보는 위치에는 가압 돌기가 형성되어, 상기 커버가 상기 하우징에 결합하였을 때 상기 가압 돌기가 상기 스테이터 어셈블리를 가압하는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 커버는 자성체로 형성되어, 상기 마그넷의 자기장을 상기 코일 방향으로 유도하는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드 부재는 적어도 두 개의 볼(ball) 또는 적어도 두 개의 실린더(cylinder)를 포함하며, 상기 볼(ball)들 또는 실린더(cylinder)들 각각은 상기 렌즈 배럴 어셈블리 및 상기 하우징과 각각 접하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 마그넷은 N극 및 S극을 포함하며, 상기 N극과 상기 S극에서 발생하는 자속 밀도의 합이 일정한 값을 유지하도록 상기 마그넷이 구비되는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 마그넷의 상기 스테이터 어셈블리와 마주보는 면은 대각선 방향으로 이등분되고, 상기 이등분된 각 부분 중 어느 일 측에는 N극이 착자되고, 상기 이등분된 각 부분 중 타 측은 상기 S극이 착자되는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 마그넷은 N극 부재와 S극 부재를 포함하며, 상기 N극 부재와 상기 S극 부재는 실질적으로 동일한 형상으로 형성되어, 서로 대칭이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 코일에 인가되는 전류가 증가함에 따라, 상기 스테이터 어셈블리(stator assembly)와 상기 마그넷이 상호 작용하여 발생하는 상기 자기력은 선형적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
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