KR20120010299A - 휴대폰용 카메라 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 형상기억합금을 소재로하는 엑츄에이터를 포함하는 휴대폰용 카메라 모듈에 관한 것으로 하우징의 내측면에 있는 한쌍의 종방향 안내홈에 이동가능하게 끼워지는 렌즈배럴의 외측면에 있는 한쌍의 돌기가 하우징의 앞ㆍ뒷쪽 측벽사이에 구비된 한쌍의 선형(線形)형상기억합금 엑츄에이터의 중심부 위에 걸쳐진 상태에서 렌즈배럴을 광축방향으로 구동시켜줄 수 있도록 함으로써 카메라 모듈을 광축방향으로 보다 콤팩트한 구조로 만들어줄 수 있으며, 전류의 통전이나 차단에 의한 선형형상기억합금 엑츄에이터의 길이변화에 따른 수축력과 이완력이 바로 렌즈배럴의 구동력으로 작용되도록 함으로서 렌즈배럴의 구동력을 크게 증가시켜 주며, 빠른 응답속도를 발휘하고 렌즈배럴의 구동을 보다 정밀하게 제어하여 렌즈의 자동초점 조절기능을 보다 정확하게 향상시켜 주며, 카메라 모듈을 구성하는 부품수와 마찰저항 등을 감소시켜서 작동신뢰성과 내구성이 우수한 카메라 모듈을 보다 저렴한 비용으로 대량생산할 수 있도록 해주는 장점이 있다.

Description

휴대폰용 카메라 모듈 { Camera modules for mobile phones }

본 발명은 휴대폰용 카메라 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 카메라 모듈의 자동초점조절기능이 구현될 수 있도록 카메라 모듈의 하우징에 내장되어 있으며 적어도 하나 이상의 렌즈가 구비된 렌즈배럴을 이송시켜주는 형상기억 합금 (Shape Memory Alloy ; SMA)을 소재로 하는 엑츄에이터를 포함하는 휴대폰용 카메라 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 형상기억합금은 열탄성 변태를 일으키는 합금으로써, 일정한 온도에 이르면 형상이 탄성적으로 변하는 합금소재를 말한다.

마르텐사이트 상태의 형상기억합금이 천이온도 이상으로 상승하면 오스테나이트 상태로 변하며 이때, 합금의 형상도 오스테나이트 상태에서 기억된 형상으로 변하게 된다.

또한, 온도가 일정한 정도로 하강하면 형상기억합금은 마르텐사이트 상태로 변하면서 그 형상도 원래의 형상대로 복원된다.

형상기억합금은 상변태를 하는 과정에서 1㎟의 단면적당 50kgf정도의 큰 힘을 발생시키며, 이러한 힘을 이용한 다양한 제품이 개발되고 있다.

특히 마이크로 전자기계 시스템(Micro Electro Mechanical System ; MEMS)에 사용되는 엑츄에이터에 형상기억합금이 널리 적용되고 있다.

그리고 이러한 형상기억합금의 상태변화를 유발시켜주는 가열은 통상적으로 형상기억합금 자체에 전류를 통전시켜 자체 저항에 의하여 가열되는 방식으로 이루어진다.

종래 형상기억합금을 소재로 하는 엑츄에이터를 포함하는 카메라 모듈로서는 대한민국 특허 제 0748243호에 개시되어 있는 카메라 모듈을 들 수 있다.

상기 대한민국 특허 제 0748243호에 개시되어 있는 카메라 모듈의 렌즈이송장치는 적어도 하나 이상의 렌즈가 적층 결합된 렌즈배럴과, 상기 렌즈배럴의 양측부에 일체로 연장된 가이드 홀더가 결합되고 상기 렌즈배럴이 승ㆍ하강 이송되도록하는 한쌍의 가이드 부재와, 상기 렌즈배럴의 광축방향 일면이 접촉지지되며 외부전원의 인가에 의한 발열로 신축되어 길이 가변 구동되는 코일형 형상기억합금 엑츄에이터와, 상기 렌즈배럴의 광축방향 타면이 접촉지지되는 탄성 스프링과, 상기 코일형 형상기억합금 엑츄에이터의 상ㆍ하단부에 연결된 전원 배선을 통해 전원을 인가하는 전원입력회로를 포함하는 것이었다.

상기한 바와 같은 종래 카메라 모듈의 렌즈 이송장치에서 코일형 형상기억합금 엑츄에이터는 형상기억합금 와이어를 압축코일 스프링으로 성형한 것이며, 탄성 스프링은 바이어스 스프링(bias spring)으로서 통상의 금속 와이어를 압축코일 스프링으로 성형한 것이기 때문에 스트로크를 크게 얻기 위해서는 피치가 일정한 경우 권수(감김수)가 많아져야만 하는 것이어서 상기 두 개의 압축코일 스프링들의 자유높이가 커질 수밖에 없는 것이므로 카메라 모듈의 광축방향 길이 즉, 높이가 커지게 되어서 두께가 얇아져 가는 휴대폰의 개발추세에 적합한 카메라 모듈의 초소형화를 도모하기 어려운 단점이 있었다.

또 종래의 코일형 형상기억합금 엑츄에이터의 경우 지름이 수 내지 수십 ㎛정도의 형상기억합금 와이어를 이용하여 압축코일 스프링으로 만들면 탄성이 너무 약해서 구동되지 않으므로 지름이 크고 길이가 긴 고가의 형상기억합금 와이어로 만들어 주어야만 했었기 때문에 재료비용이 많이 드는 단점이 있었다.

또한, 지름이 크고 길이가 긴 형상기억합금 와이어로 만들어진 종래의 코일형 형상기억합금 엑츄에이터는 상태변화를 유발시켜서 길이가변구동이 이루어지도록 전류를 통전시켜 주었을 때 전기저항값이 작아서 많은 전기에너지를 필요로하며, 구동되는데 긴 시간이 소요되어서 응답속도가 느리고, 구동전압이 매우 작아서 초점을 미세조정하기 위해서는 아주 세밀한 전압조정이 요구되는 단점이 있었다.

또한, 종래의 코일형 형상기억합금 엑츄에이터는 전류를 통전시켜서 자체저항에 의해 가열될 때 발생하는 열이 상기 엑츄에이터와 접촉되는 렌즈배럴과 베이스판에 전달되어서 주로 합성수지로 제조되는 상기 렌즈배럴과 베이스판의 형태변형을 초래할 뿐만 아니라 렌즈배럴에 결합된 렌즈의 굴절율에도 나쁜 영향을 주게되는 단점도 있었다.

그리고 종래의 코일형 형상기억합금 엑츄이에터는 형상기억합금의 물성상 연마처리시에 발열되기 쉽고 변태온도와의 관계로 인하여 일반적인 압축코일 스프링처럼 하중부하시 좌굴이 발생하는 것을 방지하고 코일의 직각도가 나빠지지 않도록 엑츄에이터의 양단부를 연마처리해서 좌권부를 얻기 어려운 까닭에 대한민국 특허 제 0748243호 특허공보의 도면 9에 표현되어 있는 바와 같이 베이스판에는 코일형 형상기억합금 엑츄에이터가 안착되는 안착부를 마련하고 이 안착부의 양측부에는 렌즈배럴의 양측부로 연장된 가이드홀더가 결합되는 원형단면을 가진 기둥으로 된 가이드부재의 하단부가 삽입결합되는 보스(boss)형태로 된 가이드 결합구를 형성하여서 베이스판 상에 렌즈배럴의 양측부가 지지될 수 있도록 결합시켜주어야만 했었다.

따라서, 상기한 바와 같은 종래의 카메라 모듈은 구조가 비교적 복잡하며 구성 부품수가 많은 까닭에 제조비용이 많이 들며 조립공정수가 많아서 저렴한 비용으로 대량생산하기에 적합하지 못하였고, 작동시 마찰부위가 많아지게 되어서 내구성과 작동신뢰성이 저하되었을 뿐만 아니라 크기와 무게를 줄여주는데 제한을 많이 받게 되는 까닭에 휴대폰에 적합한 카메라 모듈의 초소형화를 도모하기 어려운 등의 단점이 있었다.

또한, 렌즈배럴과 접촉되는 코일형 형상기억합금 엑츄에이터의 상단부와 연결된 전기 배선이 엑츄에이터의 구동시 엑츄에이터의 상단부와 함께 이동되는 것이므로 전기배선에 의해서 렌즈배럴의 승ㆍ하강 이송이 방해받게 될 뿐만 아니라 엑츄에이터의 상단부와 전기배선의 연결부위가 쉽게 손상되는 등의 단점도 있었다.

본 발명의 목적은 형상기억합금을 소재로 하는 엑츄에이터를 포함하는 종래 휴대폰용 카메라 모듈의 문제점들을 해결하기 위한 것으로 렌즈배럴의 지지부와 구동부의 구조단순화와 경량화를 이룩하여 카메라 모듈의 초소형화를 도모할 수 있고 렌즈배럴의 구동력을 크게 증강시켜 줄 수 있으며 빠른 응답속도를 얻을 수 있고 내구성과 작동신뢰성이 매우 우수하며 보다 저렴한 비용으로 대량생산하기에 적합한 휴대폰용 카메라 모듈을 제공하는데 있다.

본 발명은 형상기억합금을 소재로 하는 엑츄에이터를 포함하는 휴대폰용 카메라 모듈에 관한 것으로, 적어도 하나 이상의 렌즈가 결합되어 있고 하우징의 내부에서 상부면이 바이어스 스프링과 접촉되는 렌즈배럴에는 한쌍의 돌기가 좌ㆍ우 외측면 중앙에 횡방향쪽으로 돌출되게 구비되어 있으며, 광선이 입사되는 개구부와 광이미지센서가 실장된 인쇄회로기판이 결합되는 하부개구부를 가진 하우징에는 상기 렌즈배럴의 돌기가 이동가능하게 끼워지는 한쌍의 안내홈이 좌ㆍ우 내측면 중앙에 종방향쪽으로 형성되어 있고, 전류를 통전시켜 주거나 차단시켜 주는 것에 의해서 가열되거나 냉각되면서 길이가 수축되거나 이완되는 한쌍의 선형(線形)형상기억합금 엑츄에이터가 상기 안내홈의 길이방향과 직교하는 방향으로 근접되게 앞쪽측벽과 뒷쪽 측벽사이에 구비되어서 상기 안내홈에 이동가능하게 끼워진 렌즈배럴의 돌기가 상기 선형형상기억합금 엑츄에이터의 중심부위에 걸쳐놓여 질 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 선형형상기억합금 엑츄에이터의 양단부들은 상기 하우징의 앞ㆍ뒷쪽 측벽에 전기절연체로 이루어진 고정수단으로 고정되어 있으며, 한쪽 단부들은 전선으로 연결되어 있고, 다른쪽 단부들은 전원과 연결된 스위치 및 전원공급회로를 포함하는 상기 인쇄회로 기판과 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 바이어스 스프링은 접시 스프링으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 바이어스 스프링은 한쌍의 판 스프링과 한쌍의 비틀림 스프링 중에서 선택된 어느 하나의 스프링으로 되어 있는 것을 특징으로 한다

본 발명은 하우징의 내측면에 있는 한쌍의 종방향 안내홈에 이동가능하게 끼워지는 렌즈배럴의 외측면에 있는 한쌍의 돌기가 하우징의 앞ㆍ뒷쪽 측벽사이에 구비된 한쌍의 선형형상기억합금 엑츄에이터의 중심부 위에 걸쳐진 상태에서 렌즈배럴을 광축방향으로 구동시켜 줄 수 있도록 함으로써 카메라 모듈을 광축방향으로 보다 콤팩트한 구도로 구성될 수 있도록 해 줄 수 있어 점차 두께가 얇아져 가는 휴대폰용으로 적합하다.

또한, 본 발명은 지름이 작고 길이가 짧은 형상기억합금 와이어로 이루어진 선형형상기억합금 엑츄에이터의 길이변화에 의한 수축력과 이완력이 바로 렌즈배럴의 구동력으로 작용되도록 함으로써 렌즈배럴의 구동력을 크게 증강시켜 줄 수 있으며, 빠른 응답속도를 발휘하고, 렌즈배럴의 구동을 보다 정밀하게 제어하여 렌즈의 자동초점조절기능을 보다 정확하게 향상시켜준다.

또한, 본 발명은 카메라 모듈을 구성하는 부품수와 마찰저항 등을 감소시켜줌으로써 제조비용을 절감시켜 줄 수 있으며 작동신뢰성과 내구성을 크게 향상시켜준다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 휴대폰용 카메라 모듈의 분해사시도.
도 2는 도 1의 I-I선 단면도.
도 3은 형상기억합금 와이어에 전류를 통전시켜주지 않은 상태를 보인 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도.
도 4는 형상기억합금 와이어에 전류를 통전시켜준 상태를 보인 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대폰용 카메라 모듈의 분해사시도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 휴대폰용 카메라 모듈의 분해사시도.

본 발명을 첨부된 예시도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 휴대폰용 카메라 모듈은 도 1 내지 도 4에 예시한 바와 같이 적어도 하나 이상의 렌즈(10)가 결합된 렌즈배럴(12)에는 한쌍의 돌기(14,16)가 좌ㆍ우 외측면 중앙에 횡방향으로 돌출되게 구비되어 있으며, 상기 렌즈배럴(12)의 상부면과 접촉되는 바이어스 스프링(18)과 상기 렌즈배럴(12)이 차례로 수용되는 공간부(20)와 광선이 입사되는 상부개구부(22) 및 광이미지센서(24)가 실장된 인쇄회로기판(26)이 결합되는 하부개구부(28)를 가진 하우징(30)에는 상기 렌즈배럴 (12)에 있는 한쌍의 돌기(14,16)가 끼워지는 한쌍의 안내홈(32,34)이 좌ㆍ우 내측면 중앙에 종방향으로 형성되어서 상기 렌즈배럴(12)이 하우징(30)의 공간부(20) 속에서 종방향으로 이동가능하게 끼워져 있고, 전류를 통전시켜주었을 때 자체 전기저항에 의해 오스테나이트 온도이상으로 가열되면 길이가 짧게 수축되는 한쌍의 선형(線形)형상기억합금 엑츄에이터(36,38)가 상기 하우징(30)의 좌ㆍ우 내측면과 근접되게 상기 안내홈(32,34)의 길이방향과 직교하는 방향으로 상기 하우징(30)의 앞쪽 측벽(40)과 뒷쪽 측벽(42) 사이에 구비되어서 상기 하우징(30)의 안내홈 (32,34)에 끼워진 상기 렌즈배럴(12)의 돌기(14,16)가 상기 선형형상기억합금 엑츄에이터(36,38)의 중심부 위에 걸쳐질 수 있도록 되어 있다.

상기 선형형상기억합금 엑츄에이터(36,38)의 양단부들은 상기 하우징(30)의 앞ㆍ뒷쪽 측벽(40,42)에 전기절연체로 된 고정수단(44)으로 고정되어 있으며, 한쪽단부들은 전선(46)으로 연결되어 있고, 다른쪽 단부들은 전원(48)과 연결된 스위치(50) 및 전압의 세기를 조절해주는 통상의 전원공급회로(52)를 포함하는 상기 인쇄회로기판(26)과 전기적으로 연결되어 있다.

본 발명에서 상기 바이어스 스프링(18)은 스프링 변위가 적고 작용하중이 내경상부와 외경하부의 가장자리에 고르게 분산되어 하중 수용력이 좋으며 다른 스프링보다 자유높이가 낮아서 공간이용도가 높고 피로수명이 길며 크리프(creep)발생률이 낮은 특징을 갖는 접시 스프링(54)으로 해주는 것이 바람직하다.

또한, 상기 바이어스 스프링(18)은 도 5와 도 6에 예시한 바와 같이 압축코일 스프링에 비하여 작은 설치공간이 요구되어 공간이용도가 높은 한쌍의 판 스프링(56) 또는 한쌍의 비틀림 스프링(58)으로 해줄 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 휴대폰용 카메라 모듈은 도 3에 예시한 바와 같이 선형형상기억합금 엑츄에이터(36,38)에 전원공급이 차단된 상태에서는 하우징(30)의 안내홈(32,34)에 끼워져 있는 렌즈배럴(12)의 돌기(14,16)가 걸쳐진 선형형상기억합금 엑츄에이터(36,38)와, 렌즈배럴(12)의 상부면과 접촉되는 바이어스 스프링(18)을 이루는 접시 스프링(54) 간의 힘의 균형에 의해서 렌즈배럴(12)은 하우징(30)의 공간부(20) 속에서 정지된 상태를 유지하게 된다.

그리고 도 4에 예시한 바와 같이 선형형상기억합금 엑츄에이터(36,38)에 전원공급이 인가된 상태에서는 하우징(30)의 안내홈(32,34)에 끼워져 있는 렌즈배럴 (12)의 돌기(14,16)가 중심부위에 걸쳐진 선형형상기억합금 엑츄에이터(36,38)가 자체 전기저항에 의해 오스테나이트 온도 이상으로 가열되고 상변화에 의해서 그 길이가 짧게 수축된다.

따라서, 상기 선형형상기억합금 엑츄에이터(36,38)의 수축력에 의해서 렌즈배럴(12)이 하우징(30)에서 광선이 입사되는 상부 개구부(22) 쪽을 향하여 이동되며, 이동되는 렌즈배럴(12)과 하우징(30) 사이에 있는 바이어스 스프링(18)을 이루는 접시 스프링(54)은 압축된다.

그리고, 다시 선형형상기억합금 엑츄에이터(36,38)에 전원공급이 차단되면 가열되었던 선형형상기억합금 엑츄에이터(36,38)가 오스테나이트 온도 미만으로 냉각되어 그 길이가 원 상태로 신장회복되려는 순간부터 압축되었던 바이어스 스프링(18)을 이루는 접시 스프링(54)의 복원탄성에 의해서 렌즈배럴(12)이 구동 전의 위치로 즉시 이동하게 된다.

이와 같은 본 발명에 따른 휴대폰용 카메라 모듈은 하우징(30) 내부에서 바이어스 스프링(18)의 탄성을 받는 렌즈배럴(12)의 좌ㆍ우 외측면 중앙에 있는 돌기(14,16)가 하우징(30)의 좌ㆍ우 내측면 중앙에 있는 안내홈(32,34)을 따라서 종방향으로 이동가능하게 직접결합되어 있으며, 상기 하우징(30)의 앞ㆍ뒷쪽 측벽사이에 구비되어서 전류의 통전 유무에 의하여 그 길이가 수축되거나 본래의 상태로 이완되는 선형형상기억합금 엑츄에이터(36,38)의 중심부위에 상기 렌즈배럴(12)의 돌기(14,16)가 걸쳐 놓여지도록 된 것이어서 렌즈배럴의 하측에 코일형 형상기억합금 엑츄에이터를 구비하고 상기 렌즈배럴과 코일형 형상기억합금 엑츄에이터를 지지해주는 베이스판을 구비해주어야만 했던 종래의 휴대폰용 카메라 모듈에 비하여 광축방향으로 보다 콤팩트한 구조로 구성될 수 있는 것이므로 두께가 점차 얇아져 가는 추세에 있는 휴대폰에 적용하기에 적합하다.

그리고, 본 발명은 하우징(30)에 구비된 선형형상기억합금 엑츄에이터(36,38)의 길이변화에 따른 수축력과 이완력이 바로 렌즈배럴(12)의 구동력으로 작용하도록 해줌으로써 지름이 크고 길이가 긴 형상기억합금 와이어를 압축코일스프링으로 성형한 코일형 형상기억합금 엑츄에이터를 포함하는 종래의 휴대폰용 카메라 모듈에 비하여 보다 큰 구동력을 발휘할 뿐만 아니라 종래에 비하여 수 내지 수십 ㎛ 정도로 지름이 작고 길이가 짧은 형상기억합금 와이어를 사용할 수 있기 때문에 선형형상기억합금 엑츄에이터 (36,38)가 급속하게 가열되거나 냉각되는 것이어서 렌즈배럴(12)을 구동시켜줄 때 보다 빠른 응답속도를 갖는다.

또한, 선형형상기억합금 엑츄에이터(36,38)는 지름이 작은 형상기억합금 와이어로 이루어진 것이어서 전기저항값을 높게 해줄 수 있는 것이므로 인가 전압의 가동폭을 넓혀줄 수 있다.

따라서, 렌즈배럴(12)의 구동을 보다 정밀하게 제어할 수 있어 렌즈의 자동초점조절기능을 보다 정확하게 향상시켜 준다.

또한, 본 발명에 있어서 전류를 통전시켜주었을 때 가열되는 한쌍의 선형형상기억합금 엑츄에이터(36,38)는 종래 것처럼 렌즈배럴(12)과 직접 접촉되지 않으며 그 중심부위에 걸쳐 놓여지는 렌즈배럴(12)의 좌ㆍ우 외측면에 돌출된 돌기 (14,16)와 부분적으로 접촉되는 것이어서 가열되는 선형상기억합금 엑츄에이터 (36,38)의 열이 렌즈배럴(12)로 전달되는 것을 크게 감소시켜 주게 되는 것이므로 카메라 모듈 자체의 형태변형을 초래하지 않으며, 렌즈배럴(12)과 결합된 렌즈(10)의 굴절율에도 나쁜 영향을 줄 우려가 있다.

Claims (4)

1. 적어도 하나 이상의 렌즈(10)가 결합되어 있고 하우징(30)의 내부에서 상부면이 바이어스 스프링(18)과 접촉되는 렌즈배럴(12)에는 한쌍의 돌기(14,16)가 좌ㆍ우 외측면 중앙에 횡방향쪽으로 돌출되게 구비되어 있으며, 광선이 입사되는 개구부(22)와 광이미지센서(24)가 실장된 인쇄회로기판(26)이 결합되는 하부 개구부(28)를 가진 하우징(30)에는 상기 렌즈배럴(12)의 돌기(14,16)가 이동가능하게 끼워지는 한쌍의 안내홈(32,34)이 좌ㆍ우 내측면 중앙에 종방향쪽으로 형성되어 있고, 전류를 통전시켜주거나 차단시켜주는 것에 의해서 가열되거나 냉각되면서 길이가 수축되거나 이완되는 한쌍의 선형(線形)형상기억합금 엑츄에이터(36,38)가 상기 안내홈(32,34)의 길이방향과 직교하는 방향으로 근접되게 앞쪽 측벽(40)과 뒷쪽측벽(42) 사이에 구비되어서 상기 안내홈(32,34)에 이동가능하게 끼워진 렌즈배럴 (12)의 돌기(14,16)가 상기 선형형상기억합금 엑츄에이터(36,38)의 중심부 위에 걸쳐 놓여 질 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대폰용 카메라 모듈.
2. 제 1항에 있어서, 상기 선형형상기억합금 엑츄에이터(36,38)의 양단부들은 상기 하우징(30)의 앞ㆍ뒷쪽 측벽(40,42)에 전기절연체로 이루어진 고정수단(44)으로 고정되어 있으며, 한쪽 단부들은 전선(46)으로 연결되어 있고, 다른쪽 단부들은 전원(48)과 연결된 스위치(50) 및 전원공급회로(52)를 포함하는 상기 인쇄회로기판(26)과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대폰용 카메라 모듈.
3. 제 1항에 있어서, 상기 바이어스 스프링(18)은 접시 스프링(54)으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대폰용 카메라 모듈.
4. 제 1항에 있어서, 상기 바이어스 스프링(18)은 한쌍의 판 스프링(56)과 한쌍의 비틀림 스프링(58) 중에서 선택된 어느 하나의 스프링으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대폰용 카메라 모듈.

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