KR20110080589A - 보이스 코일 모듈 - Google Patents

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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; 상기 렌즈 배럴 어셈블리의 외주면에 형성되는 코일; 내부에 상기 렌즈 배럴 어셈블리를 수용하는 커버; 및 상기 커버의 외주면에 형성되고, 상기 코일과 상호 작용하여 자기력을 발생시키는 마그넷을 포함하는 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 장치를 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.
본 발명은 광축 틀어짐을 용이하게 보정 할 수 있는 보이스 코일 모듈(Voice Coil Module, VCM)을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 하나 이상의 초점 조절용 렌즈가 구비되어 있는 렌즈 배럴 어셈블리; 상기 렌즈 배럴 어셈블리의 외주면에 형성되는 코일; 내부에 상기 렌즈 배럴 어셈블리를 수용하는 커버; 및 상기 커버의 외주면에 형성되고, 상기 코일과 상호 작용하여 자기력을 발생시키는 마그넷을 포함하는 보이스 코일 모듈(Voice coil module)을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 커버의 외주면에는 자기 부재가 더 형성되고, 상기 마그넷은 상기 자기 부재 상에 부착될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 커버 상에서의 상기 마그넷의 위치를 조절함으로써, 상기 렌즈의 광축을 조절할 수 있다.
여기서, 입사되는 빛 에너지를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서를 더 포함하고, 상기 마그넷의 위치를 조절하여, 상기 이미지 센서 면과 상기 렌즈의 광축이 수직이 되도록 상기 렌즈의 광축을 조절할 수 있다.
여기서, 상기 마그넷의 위치를 조절하여 상기 이미지 센서 면과 상기 렌즈의 광축이 수직이 되도록 상기 렌즈의 광축을 조절한 후, 상기 마그넷과 상기 커버를 접착 부재로 접착할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 커버는 자성체로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 보이스 코일 모듈에 의해서, 제조 시 발생하는 광축 틀어짐을 용이하게 보정 함으로써, 해상력이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 보이스 코일 모듈의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 보이스 코일 모듈의 단면도이다.
도 3은 도 1의 보이스 코일 모듈의 평면도이다.
도 4는 도 1의 보이스 코일 모듈의 마그넷을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 관한 보이스 코일 모듈의 일 변형예를 나타내는 도면이다.
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 단면도이고, 도 3은 도 1의 보이스 코일 모듈의 평면도이다. 그리고, 도 4는 도 1의 보이스 코일 모듈의 마그넷을 나타내는 도면이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 관한 보이스 코일 모듈의 일 변형예를 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), 캐리어(120), 코일(130), 커버(140), 마그넷(150)을 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.
캐리어(120)는 속이 빈 원통 형상으로 형성되며, 내부에 상기 렌즈 배럴 어셈블리(110)를 수용한다. 렌즈 배럴 어셈블리(110) 및 캐리어(120)는 서로 고정 결합되어, 커버(140) 내부에서 일체로 직선 운동함으로써 초점을 조절하게 된다.
캐리어(120)의 외주면 상에는 코일(130)이 배치된다. 상세히, 코일(130)은 렌즈 배럴 어셈블리(110)를 구동시킬 수 있도록 외부의 전원공급수단과 전기적으로 연결되어 있다.
렌즈 배럴 어셈블리(110) 및 캐리어(120)의 외측으로는 커버(140)가 형성되어 상술한 렌즈 배럴 어셈블리(110) 등을 수용한다. 커버(140)는 내부에 중공부가 형성되어 있는 속이 빈 상자 형상으로 형성된다. 여기서, 커버(140)는 자기 투과율이 좋은 금속 등의 자성체로 형성되어, 마그넷(150)이 잘 부착되도록 할 수도 있다.
한편, 커버(140)의 중공부 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.
커버(140)의 외주면, 상세하게는 상기 코일(130)과 마주보는 커버(140)의 외주면에는 자기 부재(141)가 배치될 수 있다. 그리고, 상기 자기 부재(141)의 외주면 상에는 마그넷(150)이 배치될 수 있다. 마그넷(150)에 의해 형성되는 자기장 내에서 코일(130)의 유도자기력이 생성되어, 코일(130) 및 이와 결합한 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 직선운동을 유발시키게 된다. 이러한 마그넷(150)으로는 영구자석 등을 사용할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 보이스 코일 모듈(100)은 마그넷(150)이 커버(140)의 외주면에 배치하여 그 위치를 조절할 수 있도록 함으로써, 렌즈의 광축 틀어짐을 용이하게 보정 할 수 있도록 하는 것을 일 특징으로 하는바, 이에 대하여는 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.
이와 같은 배치를 갖는 마그넷(150) 및 코일(130)에 의해 발생하는 유도자기력에 의하여 코일(130), 캐리어(120), 렌즈 배럴 어셈블리(110) 및 그 내부에 수용/조립되는 렌즈들 역시 광축 방향(Z축 방향)으로 직선 운동을 하게 된다. 즉, 본 실시예에 따라 코일(130)로 전류가 인가되면, 코일(130)과 마주보도록 형성된 마그넷(150)에 의하여 형성된 자기장에서 코일(130)의 유도자기력이 로렌츠 힘으로 작용하여, 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 광축 방향(Z축 방향)으로 직선 운동을 유발한다. 즉, 코일(130)은 마그넷(150)으로부터 형성되는 자력선의 흐름 방향을 변경하는 역할을 수행할 수 있게 된다.
상술한 렌즈 배럴 어셈블리(110), 마그넷(150) 및 코일(130)의 상호 이동관계는 다음과 같다. 먼저, 렌즈 배럴 어셈블리(110)가 캐리어(120)에 끼워지고, 캐리어(120)의 외주면에 코일(130)이 결합됨으로써, 렌즈 배럴 어셈블리(110)와 캐리어(120)와 코일(130)은 일체로 상하 이동을 한다. 이때, 렌즈 배럴 어셈블리(110)와 캐리어(120)와 코일(130)의 상하 이동은 코일(130)과 마그넷(150)에 의하여 형성된 자기장에 의하여 수행된다.
커버(140)의 하부에는 영상기억소자인 CCD 또는 CMOS 등의 이미지 센서(162)가 안착되는 인쇄회로기판(161)이 배치된다. 그리고 인쇄회로기판(161)의 하부에는 연성 인쇄회로기판(flexible printed circuit board; FPCB)(164)이 배치되어 외부 회로와 인쇄회로기판(161)을 연결할 수 있다. 또는 인쇄회로기판(161)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(161)으로는 경질의 인쇄회로기판(hard printed circuit board; HPCB)이나 연성 인쇄회로기판(flexible printed circuit board; FPCB)을 사용할 수 있다. 한편, 이미지 센서(162)의 일 측에는 렌즈를 통과한 빛 중에 적외선 영역의 빛을 차단하는 역할을 수행하는 IR 필터(163)가 더 배치될 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(162)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(162)가 작동되고, 렌즈 배럴 어셈블리(110)의 전방에 위치한 피사체의 상은 렌즈 배럴 어셈블리(110) 내의 렌즈를 통과하여 이미지 센서(162)에서 전기적인 신호로 변환되어 카메라 모듈 내의 제어부(미도시)로 전송된다. 제어부에서 이미지 센서(162)로 전달된 피사체의 영상 신호가 흐릿하면, 렌즈 유닛의 포커싱 에러가 있는 것으로 판단하여, 렌즈 배럴 어셈블리(110)를 광축 방향으로 이동시키기 위한 전류가 코일(130)로 인가된다. 코일(130)로 소정의 전류가 인가되면, 코일(130)에 자기장이 발생하여 마그넷(150)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 광축 방향으로 왕복 운동할 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 보이스 코일 모듈의 마그넷의 배치에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
종래의 카메라 모듈의 경우, 회로기판에 센서를 부착하고 그 위에 보이스 코일 모듈이 형성되며, 보이스 코일 모듈의 캐리어에 렌즈를 장착하게 되는 구조인데, 이들 각각의 부품을 조립할 때 조립 오차 등에 의하여 수직 방향으로 렌즈가 소정 각도 기울어지는 틸트가 발생하게 된다. 이러한 틸트의 발생 요인으로는 회로기판의 높낮이(Warpage) 차이, 센서 틸트, VCM 틸트, 렌즈 체결 시 발생하는 틸트, 렌즈의 광학 틸트 등을 들 수 있다. 이러한 틸트가 합쳐져서 이미지 센서면을 기준으로 렌즈의 광축이 수직이 되지 않고 틀어지는 문제점이 발생하였다. 그리고, 광축의 틀어짐에 의해 중심 해상력 기준으로 주변 해상력이 부분적으로 흐려져서, 최종적으로 영상 불량을 유발하게 된다는 문제점이 존재하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 보이스 코일 모듈은, 커버(140)의 외주면에 마그넷(150)을 배치하여 그 위치를 조절할 수 있도록 하고, 마그넷(150)의 위치를 조절하여 이미지 센서 평면과 렌즈의 광축 기울기를 조절하도록 하는 것을 일 특징으로 한다.
여기서, 마그넷(150)이 커버(140)의 외주면에 용이하게 부착될 수 있도록 하기 위하여, 커버(140)의 외주면 일부에 자기 부재(141)를 더 배치할 수 있다. 이때 자기 부재(141)는 마그넷(150)이 부착될 수 있도록 금속 재질을 포함할 수 있다. 여기서, 도 1에 도시된 바와 같이 커버(140)의 외주면 일부에 자기 부재(141)가 불연속적으로 형성될 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 같이 커버(140)의 외주면을 따라서 자기 부재(142)가 연속적으로 형성될 수도 있다.
이와 같이, 자기 부재(141)가 배치된 커버(140)의 외주면에 마그넷(150)을 부착한다. 그리고, 이 마그넷(150)의 위치를 상하좌우로 조정하여 렌즈의 광축 기울기를 조정한다. 이러한 조정 과정을 거쳐서 이미지 센서 평면과 렌즈의 광축이 수직을 이루게 되면, UV 실런트(Sealant) 또는 순간 접착제 등의 접착 부재를 이용하여 마그넷(150)을 커버(140)의 외주면에 최종적으로 고정한다.
여기서, 도 1에 도시된 바와 같이 커버(140)의 외주면을 따라서 다수 개의 마그넷(150)이 배치될 경우, 적어도 하나의 마그넷(150)은 커버(140)에 고정하지 않은 상태에서, 상기 고정되지 않은 마그넷(150)의 위치를 상하좌우로 조정하여 렌즈의 광축 기울기를 조정한 후, 접착 부재를 사용하여 이 마그넷을 완전히 고정할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하여, 제조 시 발생하는 광축 틀어짐을 용이하게 보정함으로써, 해상력이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
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.
100: 보이스 코일 모듈 110: 렌즈 배럴 어셈블리
120: 캐리어 130: 코일
140: 커버 150: 마그넷

Claims (6)

  1. 하나 이상의 초점 조절용 렌즈가 구비되어 있는 렌즈 배럴 어셈블리;
    상기 렌즈 배럴 어셈블리의 외주면에 형성되는 코일;
    내부에 상기 렌즈 배럴 어셈블리를 수용하는 커버; 및
    상기 커버의 외주면에 형성되고, 상기 코일과 상호 작용하여 자기력을 발생시키는 마그넷을 포함하는 보이스 코일 모듈(Voice coil module).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버의 외주면에는 자기 부재가 더 형성되고, 상기 마그넷은 상기 자기 부재 상에 부착되는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 상에서의 상기 마그넷의 위치를 조절함으로써, 상기 렌즈의 광축을 조절하는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    입사되는 빛 에너지를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서를 더 포함하고,
    상기 마그넷의 위치를 조절하여, 상기 이미지 센서 면과 상기 렌즈의 광축이 수직이 되도록 상기 렌즈의 광축을 조절하는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 마그넷의 위치를 조절하여 상기 이미지 센서 면과 상기 렌즈의 광축이 수직이 되도록 상기 렌즈의 광축을 조절한 후, 상기 마그넷과 상기 커버를 접착 부재로 접착하는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버는 자성체로 형성되는 것을 특징으로 하는 보이스 코일 모듈.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10063755B2 (en) 2015-08-20 2018-08-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Autofocus method of camera using temperature and gravity sensors, apparatus for controlling camera, and system including the same

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US10063755B2 (en) 2015-08-20 2018-08-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Autofocus method of camera using temperature and gravity sensors, apparatus for controlling camera, and system including the same

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