KR20140094927A - 카메라 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 카메라 모듈은 베이스를 포함하는 고정부, 상기 고정부에 접촉된 상태로 슬라이딩되고 렌즈가 설치된 이동부를 포함하는 보빈 유니트 및 형상 변형을 통해 상기 렌즈의 광축 방향으로 상기 이동부를 슬라이딩시키는 구동 유니트를 포함함으로써, 간소한 구성으로 렌즈가 설치된 렌즈 모듈 등의 이동부를 이동시킬 수 있다.

Description

카메라 모듈{CAMERA MODULE}

본 발명은 카메라 모듈에 관한 것으로서, 간소한 구성으로 렌즈의 위치를 정밀하게 제어할 수 있는 카메라 모듈에 관한 것이다.

정보화 기술의 발전에 따라 휴대에 간편하도록 소형화된 핸드폰, MP3, 노트북 컴퓨터, PDA, 디지탈 캠코더, 디지탈 카메라 등의 멀티미디어 기기가 소비자들로부터 각광받고 있다.

이들 멀티미디어 기기는 소비자의 니즈(needs)와 제조 업체의 전략이 맞물려 새로운 개념의 기기들로 진화되고 있다. 최근에는, 여러 가지 기능을 하나의 제품에 통합한 디지탈 컨버전스 제품이 시장을 선도한다.

핸드폰의 경우를 예로 들면, 디지탈 카메라 모듈이 통합된 제품이 대부분이다. 여기서 '카메라 모듈'은 디지탈 카메라 모듈이 내장된 컴팩트 형의 멀티미디어 기기를 통칭하는 용어로 사용된다.

카메라 모듈로서 디지탈 카메라 모듈이 내장된 핸드폰은 기존의 디지탈 카메라 시장을 위협할 정도로 많은 성능 개선이 이루어져, 최근에는 수백만 화소를 가진 고해상도의 컴팩트형 디지탈 카메라 모듈을 내장하고 있다. 핸드폰 업계의 시장 동향은 단순 촬영 모드에서 화소수를 확대하는 방향으로 진행되었지만, 메가 픽셀 수준으로 화소수가 증가하면서 정밀한 화질의 구현을 위한 카메라 제어 기술의 경합으로 그 양상이 바뀌고 있다. 고해상도를 갖도록 차별화된 컴팩트형 디지탈 카메라 모듈은 작은 크기에도 불구하고 정밀한 화질을 구현하기 위하여 자동 초점 조절(auto focusing)이나 광학 줌(zoom)기능을 필요로 한다.

화소수가 낮은 종래의 카메라 모듈에서는 제조 단가나 제품 크기를 줄이기 위하여 렌즈군이 광축 방향으로 고정되었다. 광학 줌 기능도 구현할 수 없었으며, 이미지 센서 및 화상 처리 칩에 의하여 광 화상에 대한 전기적인 신호를 확대 처리하는 이른바 '디지탈 줌' 기능으로 렌즈군의 배율을 조절하였다.

자동 초점 조절 기능이나 광학 줌(zoom)기능은 기존의 디지탈 카메라에서 이미 보편화된 것이지만, 가로 및 세로의 크기가 수십mm 이내로 축소된 컴팩트형 디지탈 카메라 모듈에서는 여전히 구현하기 어렵다. 예를 들어, 무한 초점 모드에서 촬영할 때는 렌즈군의 이동이 억제된 채 고정되어야 하고, 렌즈군을 피사체에 근접시켜 촬영하는 매크로 및 접사 모드에서는 렌즈군이 광축 방향으로 이동되면서 자동 초점 조절 기능이 수행되어야 한다.

컴팩트형으로 축소된 카메라 모듈에서 자동 초점 조절이나 광학 줌 기능을 구현하려면 액츄에이터를 포함한 구동 메카니즘의 혁신적인 개선을 필요로 한다.

한국등록특허공보 제0649490호에는 래치 방식의 솔레노이드형 엑츄에이터를 사용하는 기술이 개시되고 있다. 그러나, 구조가 복잡한 문제가 있다.

한국등록특허공보 제0649490호

본 발명은 간소한 구성으로 렌즈의 위치를 정밀하게 제어할 수 있는 카메라 모듈을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 카메라 모듈은 베이스를 포함하는 고정부, 상기 고정부에 접촉된 상태로 슬라이딩되고 렌즈가 설치된 이동부를 포함하는 보빈 유니트 및 형상 변형을 통해 상기 렌즈의 광축 방향으로 상기 이동부를 슬라이딩시키는 구동 유니트를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 카메라 모듈은 베이스를 포함하는 고정부, 상기 고정부에 접촉된 상태로 상기 고정부를 따라 슬라이딩되고 렌즈가 설치되는 이동부를 포함하는 보빈 유니트 및 전류의 인가로 형상이 변경되는 결정체가 마련된 피에조를 포함하고, 상기 결정체에서 형상이 변경되는 제1 부와 형상이 고정된 제2 부가 상기 고정부와 상기 이동부에 각각 연결되는 구동 유니트를 포함할 수 있다.

본 발명의 카메라 모듈은 전류 또는 열의 인가 등으로 형상이 변경되는 구동 유니트를 이용한 간소한 구성으로 렌즈가 설치된 렌즈 모듈 등의 이동부를 이동시킬 수 있다.

또한, 구동 유니트의 저항 등을 파악함으로써 별도의 센서를 이용하지 않고도 렌즈의 위치를 신뢰성 있게 파악할 수 있다. 이를 통해 렌즈의 위치를 정밀하게 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 카메라 모듈의 일부를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 카메라 모듈의 일부를 도시한 조립 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다이아프램의 탄성 변형 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 탄성 부재의 실시예를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 카메라 모듈을 나타낸 개략도이다.
도 6은 형상 기억 합금에 흐르는 전류와 그에 따른 형상 변경 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 형상 기억 합금의 온도와 변화율의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8은 형상 기억 합금의 저항와 변화율의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 형상 기억 합금을 포함하는 액츄에이터부의 동작을 나타낸 개략도이다.
도 10은 형상 기억 합금을 포함하는 액츄에이터부의 동작을 나타낸 다른 개략도이다.
도 11은 형상 기억 합금을 포함하는 액츄에이터부의 동작을 나타낸 또다른 개략도이다.
도 12는 본 발명의 또다른 카메라 모듈을 나타낸 개략도이다.
도 13은 본 발명의 카메라 모듈에서 액츄에이터부의 설치 위치가 다르게 구성된 상태를 나타낸 개략도이다.
도 14는 본 발명의 또다른 카메라 모듈을 나타낸 개략도이다.
도 15는 본 발명의 또다른 카메라 모듈을 나타낸 개략도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 카메라 모듈의 일부를 도시한 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명의 카메라 모듈의 일부를 도시한 조립 사시도이다. 도 1 내지 도 2를 참조하면, 디지탈 컨버전스 경향에 따라 멀티미디어 기기에 채용되는 카메라 모듈이 도시된다. 카메라 모듈은 이동부(200), 고정부(300), 이미지 센서(500), 탄성 부재, 액츄에이터를 구비한다.

이동부(200)에는 렌즈군이 광축 방향으로 이동 가능하게 삽입된다. 도시된 이동부(200)는 사각 기둥 형상이지만 원 기둥이나 다각형 기둥 등도 무방하며 그 형상에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 렌즈군은 적어도 하나 이상의 렌즈가 광축 방향을 따라 차례대로 배열된 것이다. 여기서, 광축이란 피사체에서 카메라 모듈로 입사되는 광 화상이 직진하는 가상의 축을 말하며, 도시된 바에 의하면 z축이 광축이 된다. 렌즈군은 피사체를 포착하여 광 화상으로 집속시키며 이미지 센서(500)에 상기 광 화상의 초점을 형성시킨다. 이동부(200)가 액츄에이터에 의하여 광축 방향으로 이동됨으로써, 광 화상의 초점이 이미지 센서(500)의 정위치에 형성되며 오토 포커싱 기능이 수행된다. 도시되지는 않았지만, 오토 포커싱 외에도 렌즈군이 적절하게 배치되면 액츄에이터에 의하여 렌즈군이 광축 방향으로 이동됨으로써 광학 줌 기능이 수행된다.

액츄에이터로서, 보이스 코일(voice coil), 초음파 리니어 모터 등 다양한 실시예가 가능하다. 도시된 액츄에이터는 전원이 인가되는 코일부(310) 및 코일부(310)와 대면된 위치에 자성체(210)를 구비하는 보이스 코일이다. 코일부(310)는 이동부(200) 또는 고정부(300) 중 어느 하나에 마련되며 자성체(210)는 이동부(200) 또는 고정부(300) 중 나머지 하나에 마련된다.

자성체(210)가 이동부(200)에 마련되는 방식을 무빙 마그네트 타입(moving magnet type) 카메라 모듈이라고 정의하고, 코일부(310)가 이동부(200)에 마련되는 방식을 무빙 코일 타입(moving coil type) 카메라 모듈이라고 정의한다. 무빙 마그네트 타입 카메라 모듈에서는 코일부(310)에 전원을 인가하기 위한 부품이 고정부(300)에 마련되므로 작동 부품인 이동부(200)의 구조가 간소화되고 관성 질량이 감소되므로 엑츄에이터의 소비 전력이 절감되고 멀티미디어 기기의 배터리 사용 시간이 증가된다.

자성체(210)는 영구 자석(미도시)을 구비하는 것이 바람직하다. 코일부(310)는 자성체(210)가 부착된 이동부(200)가 플레밍의 왼손 법칙에 따라 광축 방향으로 움직일 수 있도록 전원이 인가됨으로써 전자기력을 발생한다.

고정부(300)는 카메라 모듈의 외관을 이루고 그 내부에는 이동부(200)가 광축 방향으로 이동 가능하게 삽입된다. 고정부(300)에는 전원 공급을 위하여 코일부(310)의 말단부(319)가 연결되는 단자(351)를 갖는 단자부(350)가 마련된다.

이미지 센서(500)는 렌즈군에 의하여 집속된 광 화상을 전기적 신호로 변환하여 카메라 모듈 내부에 마련된 화상 처리 칩이나 카메라 모듈 외부에 접속된 컴퓨터, 핸드폰, TV를 포함한 다양한 멀티미디어 기기로 송신한다. 이미지 센서(500)의 일 실시예로서, CCD센서 또는 CMOS센서가 바람직하다. 이미지 센서(500)의 적외선 민감도가 높기 때문에 렌즈군과 이미지 센서(500) 사이에는 IR필터(400)가 마련되는 것이 바람직하다. IR필터(400)는 가시 광선 영역을 벗어난 장파장 및 단파장의 광선들을 차단함으로써 이미지 센서(500)가 상기 파장의 광선들에 의하여 포화되는 것을 방지한다.

소정의 크기와 자중을 갖는 이동부(200)는 탄성 부재에 의하여 이동 가능하게 지지된다. 도시된 바에 국한되지 않고 탄성 부재없이 이동부(200)를 지지하는 구조도 가능하다. 탄성 부재는 탄성을 갖는 금속성 와이어를 원하는 길이로 잘라 제작되는 와이어 스프링(wire spring) 또는 금속판의 일부를 원하는 모양으로 절개한 판 스프링 등 다양하게 변용된 실시예가 가능하다. 일 실시예로서, 탄성 부재는 이동부(200)를 탄성적으로 지지하는 금속 또는 비금속 재질의 다이아프램(100)(diaphragm)을 구비한다. 도 3은 본 발명의 다이아프램(100)의 탄성 변형 상태를 도시한 사시도이다. 폴리이미드 기판에 회로 동박을 포함하는 연성회로 기판(FPC : flexible printed circuit)도 다이아프램(100)으로서 사용 가능하다.

다이아프램(100)은 고정부(300)에 부착되는 제1면(110)과, 이동부(200)에 부착되는 제2면(120)과, 제1면(110) 및 제2면(120)을 연결하는 브리지(bridge) 면(130)을 구비한다. 브리지 면(130)은 이동부(200)의 이동시에 탄성 변형되면서 제1면(110)과 제2면(120) 사이에 광축 방향의 변위차를 발생시킨다. 제1면(110)은 광축에 수직한 가상면에서 좌우 대칭인 형상으로 구비되며, 브리지 면(130)은 상기 가상면에서 상하 및 좌우 대칭인 형상으로 4개 구비된다. 브리지 면(130)은 제1면(110) 및 제2면(120)에 대한 연결 부분을 기준으로 휨 및 비틀림 변형되면서 이동부(200)를 지지한다. 본 발명에 따른 다이아프램(100)은 도시된 바에 국한되지 않고 이동부(200)의 지지 조건에 따라 다양한 형상으로서 마련될 수 있다.

도 2에 다이아프램(100)은 이동부(200)의 상측에 체결되지만, 다이아프램(100)이 이동부(200)의 하측에 체결되는 실시예도 가능하다. 도 4를 참조하면, 다이아프램(100)은 이동부(200)의 상측 및 하측 모두에 각각 1개씩 체결될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 카메라 모듈을 나타낸 개략도이다.

도 5에 도시된 카메라 모듈은 베이스를 포함하는 고정부(300), 고정부(300)에 접촉된 상태로 슬라이딩되고 렌즈가 설치된 이동부(200)를 포함하는 보빈 유니트 및 형상 변형을 통해 렌즈의 광축 방향으로 이동부(200)를 슬라이딩시키는 구동 유니트(600)를 포함할 수 있다.

보빈 유니트를 구성하는 고정부(300)는 베이스 자체이거나 베이스에 고정되는 별도의 부재를 포함할 수 있다. 고정부(300)는 이동부(200)에 대해 고정된 것일 수 있다.

베이스는 카메라 모듈이 설치되는 각종 단말기의 몸체이거나 단말기 몸체에 고정되는 요소로 단말기의 입장에서 베이스는 움직이지 않는 요소일 수 있다. 고정부(300)는 이동부(200)의 이동시 이동부(200)의 이동 방향을 가이드하는 역할을 수행할 수 있다.

보빈 유니트를 구성하는 이동부(200)는 렌즈가 설치되는 소위 렌즈 모듈일 수 있다. 이동부(200)는 고정부(300)에 대해 상대 이동하는 요소이다. 고정부(300)가 단말기에 고정되는 경우 단말기를 기준으로 이동부(200)가 이동하게 된다.

이동부(200)는 고정부(300)에 접촉된 상태로 고정부(300)를 따라 슬라이딩될 수 있다. 이와 같이 이동부(200)가 고정부(300)에 접촉된 상태로 슬라이딩되면 틸팅 문제에 대해 강건하다. 다시 말해 고정부(300)가 이동부(200)의 이동을 가이드함으로써 틸팅 문제를 신뢰성 있게 해소할 수 있다. 참고로, 본 명세서에 개시되는 이동부(200)와 고정부(300)의 접촉은 이동부(200)와 고정부(300)가 직접 접촉하는 직접적인 접촉과, 고정부(300)에 고정되는 슬라이딩부(320) 또는 베어링 등을 통한 간접적인 접촉을 모두 포함하는 것으로 한다. 슬라이딩부(320)는 고정부(300)에 고정되는 요소로 고정부(300)와 일체로 형성될 수 있다.

구동 유니트(600)는 형상 변형을 통해 이동부(200)를 이동시킨다. 도 1 내지 도 4에서 이동부(200)를 이동시키는 액츄에이터는 자성체와 코일로 이루어져 있다. 자성체와 코일은 각각 이동부(200)와 고정부(300)에 설치되는 요소로 원래의 형상을 그대로 유지한 상태에서 자성체와 코일 사이의 자기장의 힘에 의해 이동부(200)를 이동시킨다.

이와 같이 액츄에이터는 원래의 형상을 유지하는 자성체와 코일 등 복수의 부재를 이용함으로써 구성이 복잡하고 생산성이 저하될 수 있다.

본 발명의 구동 유니트(600)는 단일 부재의 형상 변형을 통해 이동부(200)를 이동시킴으로써 구성을 간소화시키고 생산성을 향상시킬 수 있다.

구동 유니트(600)는 형상 변형을 통해 이동부(200)를 이동시키는 액츄에이터부(610)를 포함할 수 있다. 이때의 액츄에이터부(610)는 형상 기억 합금 또는 피에조(piezo)를 포함할 수 있다.

먼저 액츄에이터부(610)가 형상 기억 합금을 포함하는 경우에 대해 설명한다.

도 6은 형상 기억 합금에 흐르는 전류와 그에 따른 형상 변경 특성을 나타낸 그래프이다.

형상 기억 합금은 모상(母相)에서 형성된 합금이 다른 상에 있을 때에 변형(變形)을 받더라도, 모상으로 되돌리면 형상도 원래로 되돌아가는 형상 기억 효과를 갖는 합금이다. 이때의 상은 열, 즉 온도일 수 있다.

형상 기억 합금 재질의 액츄에이터부(610)는 전류가 흐를 때 발생하는 열로 인해 변형되며, 열에 의한 변형에 의해 이동부(200)를 광축 방향으로 이동시킬 수 있다.

도 6을 살펴보면, 설정 전류가 형상 기억 합금을 흐르는 시간에 따라 형상 기억 합금의 위치, 즉 형상이 변경되는 것을 알 수 있다. 이것은 전류에 의해 생성되는 열에 의해 원래의 형상으로 돌아가는 과정을 의미한다. 원래의 형상으로 돌아간 형상 기억 합금은 추후 설정 전류가 계속 흐른다 하더라도 더이상의 형상 변화를 일으키지 않는다.

이러한 형상 기억 합금의 성질을 고려하여 본 발명의 액츄에이터부(610)는 형상 기억 합금의 형상이 변경되는 구간을 이용할 수 있다.

다시 말해 0.5초부터 1.1초 까지인 0.6초 구간 내에서 설정 전류가 흐르는 시간을 조절함으로써 이동부(200)를 소망하는 위치로 이동시킬 수 있다.

도 6에서 설정 전류는 PWM 제어된 전류가 인가된 상태를 나타내고 있으며, PWM의 주기, 세기, 형상 기억 합금의 재질 변경을 통하여 적절한 형상 기억 합금의 변경 정도를 조절할 수 있다. 또한, 형상 기억 합금의 재질 변경을 통하여 형상 기억 합금의 변경 구간 역시 소망하는 범위로 조정할 수 있다.

도 7은 형상 기억 합금의 온도와 변화율의 관계를 나타낸 그래프이다.

살펴보면 형상 기억 합금은 일정 온도에서 급격하게 변형이 이루어지는 것을 알 수 있다. 이러한 구간 c의 환경을 제공할 수 있는 전류를 제공하고, 해당 전류를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어함으로써 형상 기억 합금의 형상 변경을 적절히 제어하며, 이동부(200)를 소망하는 위치로 이동시킬 수 있다. 설정 전류를 제공하는 시간을 조절하는 방식과 비교하여 보다 신속한 위치 제어가 가능할 수 있다.

도 7에서 구간 c는 수직에 가까운 급경사를 이루고 있으나 이를 작은 시간 구간으로 살펴보면 선형성을 갖는다. 따라서, 구간 c를 이용하여도 정밀한 위치 제어에 문제가 없다.

도 7을 살펴보면 히스테르시스(hystersis)가 나타나고 있는 것을 알 수 있는데, 이는 형상 기억 합금의 수축이 용이하게 이루어지고 팽창이 어렵게 이루어지는 특성 또는 그 반대의 특성에 따른 것일 수 있다. 이러한 히스테르시스는 정밀한 렌즈의 위치 제어에 나쁜 영향을 미치게 되므로 이를 해소하기 위해 후술되는 복원부(690)이 이용될 수 있다. 스프링 등의 복원부(690)가 갖는 탄성력을 이용해 히스테르시스를 제거할 수 있다.

도 9는 형상 기억 합금을 포함하는 액츄에이터부(610)의 동작을 나타낸 개략도이고, 도 10은 형상 기억 합금을 포함하는 액츄에이터부(610)의 동작을 나타낸 다른 개략도이다. 도 11은 형상 기억 합금을 포함하는 액츄에이터부(610)의 동작을 나타낸 다른 개략도이다.

액츄에이터부(610)의 일부가 고정부(300)에 연결되고 다른 일부가 이동부(200)에 연결될 수 있다. 설명의 편의상 액츄에이터부(610)에서 고정부(300)에 연결된 부위를 제1 부위라 하고 액츄에이터부(610)에서 이동부(200)에 연결된 부위를 제2 부위라 하기로 한다.

액츄에이터부(610)에 전류가 흐름으로써 발생되는 열로 인해 액츄에이터부(610)의 형상이 변경된다 하더라도 제1 부위는 고정부(300)에 연결된 상태이므로, 제1 부위의 위치는 일정하다. 따라서, 제2 부위의 위치가 변경되는데 제2 부위의 위치 변경으로 오토 포커싱, 줌 등의 기능을 수행하기 위해 제2 부위의 위치 변경은 도 6의 구간에서 이루어지는 것이 바람직하다.

액츄에이터부(610)에 전류가 흐르기 전에 액츄에이터부(610)는 외력에 의해 형상이 변경된 상태일 수 있다. 이 상태에서 전류가 흐르면 전류의 세기 또는 전류가 흐른 시간에 따라 발생되는 열이 증가하여 점차 원래의 형상으로 돌아가게 된다. 이때의 형상 변경에 의해 제2 부위와 이동부(200)의 위치가 변경된다.

도 9의 좌측 도면은 전류가 흐르기 전의 상태이다. 액츄에이터부(610)는 전류가 흐르기 전에 이동부(200)의 무게에 의해 변경된 상태를 유지한다. 이 상태에서 전류가 흐르면 액츄에이터부(610)는 형상이 변경된다. 전류가 흐른 후의 상태가 도 9의 우측 도면에 개시된다. 액츄에이터부(610)에 연결된 이동부(200)의 움직임은 구간 b 내에서 이루어지며, 이때의 구간 b는 도 6의 형상 기억 합금의 특성 구간과 액츄에이터부(610)의 형상에 의해 결정될 수 있다.

액츄에이터부(610)의 양 단부는 고정부(300) 또는 이동부(200) 중 하나에 부착되며, 액츄에이터부(610)의 중앙부는 고정부(300) 또는 이동부(200) 중 다른 하나에 부착될 수 있다. 예를 들어 도 9에서는 액츄에이터부(610)의 양 단부가 고정부(300)에 부착되고 있으며, 액츄에이터부(610)의 중앙부가 이동부(200)에 부착되고 있다. 여기에 부가하여 구동 유니트(600), 구체적으로 액츄에이터부(610)의 중앙부는 양 단부로부터 광축 방향으로 돌출될 수 있다. 이를 통해 액츄에이터부(610)의 중앙부가 광축 방향으로 이동되는 것을 기하학적으로 용이하게 할 수 있다. 도 10에서는 액츄에이터부(610)의 양 단부가 이동부(200)에 부착되고 있으며, 액츄에이터부(610)의 중앙부가 고정부(300)에 부착되고 있다.

이와 같이 형상 기억 합금으로 구동 유니트(600)를 구성하면 단일 소재로서 이동부(200)를 광축 방향으로 이동시킬 수 있다. 결과적으로 간소한 구성으로 카메라 모듈을 형성할 수 있으므로 생산성이 개선된다.

한편, 카메라 모듈은 액츄에이터부(610)의 열저항을 측정하여 이동부(200)의 위치를 판단하는 위치 판단부(630), 이동부(200)의 위치를 피드백 받아 액츄에이터부(610)의 변형을 제어하는 제어부(650)를 포함할 수 있다. 이동부(200)의 정밀한 위치 제어를 위해 별도의 센서를 구비할 수 있다. 그러나, 본 발명의 카메라 모듈에 의하면 액츄에이터부(610)의 열저항을 측정하는 것으로 별도의 센서를 대체할 수 있다. 액츄에이터부(610)의 전류 세기 또는 전류가 흐른 시간은 결과적으로 액츄에이터부(610)에 가해지는 열을 결정한다. 이때의 열은 액츄에이터부(610)가 갖는 열저항에 기인하므로, 액츄에이터부(610)의 열저항에 따라 이동 구간 b에서의 이동부(200)의 위치가 결정되는 것으로 볼 수 있다.

도 8은 형상 기억 합금의 저항와 변화율의 관계를 나타낸 그래프이다.

살펴보면, 형상 기억 합금의 저항에 따라 형상의 변화율이 변화되는 것을 알 수 있다. 따라서, 형상 기억 합금 재질의 액츄에이터부(610)의 저항을 측정함으로써 액츄에이터부(610)의 형상 변화율을 알 수 있고 이를 통해 이동부(200)의 위치를 파악할 수 있다.

제어부(650)는 위치 판단부(630)에서 판단된 이동부(200)의 위치를 피드백 받아 지령에 따라 이동부(200)의 위치와 비교하여 액츄에이터부(610)의 변형을 제어한다. 이때 액츄에이터부(610)의 변형은 액츄에이터부(610)에 인가되는 전류의 세기 또는 전류가 흐른 시간으로 제어될 수 있다.

도 9에서는 액츄에이터부(610)에 전류가 흐르지 않을 때 이동부(200)의 자중에 의해 액츄에이터부(610)의 형상이 변경되고 있다. 그런데, 이동부(200)의 자중이 항상 도 9와 같이 고정부(300)에 수직 방향으로 작용하지 않을 수 있으므로 보다 신뢰성 있게 소망하는 위치에 있도록 할 필요가 있다.

이를 위해 구동 유니트(600)는 형상 기억 합금으로 이루어지고 이동부(200)를 역방향으로 이동시키는 액츄에이터부(610) 및 이동부(200)를 정방향으로 이동시키는 복원부(690)를 포함할 수 있다. 이때, 정방향은 광축 방향을 따라 이동부(200)와 고정부(300)가 서로 멀어지는 방향으로 이동부(200)가 이동하는 방향이고, 역방향은 광축 방향을 따라 이동부(200)와 고정부(300)가 서로 가까워지는 방향으로 이동부(200)가 이동하는 방향일 수 있다. 이때, 액츄에이터부(610)는 형상 기억 합금의 특성에 따라 이동부(200)를 정방향으로 이동시킬 수도 있으며, 이 경우 복원부(690)는 이동부(200)를 역방향으로 이동시키게 된다.

복원부(690)는 스프링 등의 탄성 부재, 자성체를 포함할 수 있다. 도 9에서 복원부(690)는 고정부(300)와 액츄에이터부(610)에 연결되는 것으로 개시하고 있으나, 그 본질은 이동부(200)를 정방향으로 이동시키기 위한 것이다. 따라서, 복원부(690)는 이동부(200)에 연결되어도 무방하다. 또한, 복원부(690)에서 고정부(300)에 연결되는 부위는 고정부(300) 대신 카메라 모듈 또는 카메라 모듈이 탑재되는 단말기의 다른 요소에 연결될 수도 있다.

다른 관점에서 살펴본다면 복원부(690)는 도 7에 나타낸 형상 기억 합금의 히스테르시스를 제거하기 위한 수단으로 볼 수도 있다.

이러한 구성에 따르면 액츄에이터부(610)는 액츄에이터부(610)에 전류 인가시 열변형되고 복원부(690)의 외력을 극복하며 이동부(200)를 역방향으로 이동시킬 수 있다. 이를 위해 액츄에이터부(610)의 열 변형에 의해 생성된 힘은 복원부(690)가 없는 구성에 비하여 클 수 있다.

액츄에이터부(610)에 인가되는 전류가 해제되면 복원부(690)의 탄성력으로 이동부(200)가 정방향으로 이동될 수 있다. 이때 복원부(690)의 탄성력은 중력과 상관없이 정방향을 향하므로 전류해제시 이동부(200)가 소망하는 위치로 이동하도록 할 수 있다.

한편, 별도의 복원부(690)를 마련하지 않고도 액츄에이터부(610)에 정방향을 향하는 탄성력을 제공할 수도 있다. 다시 말해 구동 유니트(600)는 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터부(610)를 포함하고, 전류 인가시 액츄에이터부(610)의 열변형으로 이동부(200)가 역방향으로 이동되며, 전류 해제시 상기 액츄에이터부(610)의 탄성력으로 상기 이동부(200)가 정방향으로 이동될 수 있다.

이를 위해 액츄에이터부(610)는 전류가 인가되지 않는 경우 일정한 형상, 예를 들어 도 9의 좌측 도면과 같은 형상을 갖는 탄성력이 부여되도록 형성될 수 있다. 이 상태에서 전류가 흐르면 액츄에이터부(610) 자체의 탄성력을 극복하고 이동부(200)를 역방향으로 이동시키게 된다.

도 11에서는 탄성 부재를 배제하고 자성체를 이용하고 있다. 예를 들어 고정부(300)에 자석(680) 또는 요크(670)를 설치하고, 자석(680) 또는 요크(670)에 대향하는 이동부(200)의 위치에 요크(670) 또는 자석(680)을 설치하면 고정부(300)와 이동부(200) 사이에 인력 또는 척력이 작용하는데, 이 힘으로 복원부(690)서 기능할 수 있다. 고정부(300)에 자석(680)이 설치되면 이에 대응하여 이동부(200) 또는 액츄에이터부(610)에 자석(680) 또는 요크(670)가 설치될 수 있으며, 이동부(200)에 자석(680)이 설치되면 이에 대응하여 고정부(300) 또는 액츄에이터부(610)에 자석(680) 또는 요크(670)가 설치될 수 있다. 도 11에는 이동부(200)에 요크(670)가 설치되고 이에 대응하여 고정부(300)에 자석(680)이 설치된 상태가 개시된다.

정리하면, 복원부(690)는 이동부(200) 및 액츄에이터부(610) 중 적어도 하나에 자력을 가하는 자성체를 포함할 수 있고, 액츄에이터부(610)에 인가되는 전류가 해제되면 자성체의 자력으로 이동부(200)가 정방향으로 이동될 수 있다.

카메라 모듈이 구동되지 않을 때 외부 충격에 의한 렌즈의 보호, 초기 기동시의 기준점 제공을 위해 렌즈 모듈을 일정 위치에 고정시키기 위해 예압 수단을 활용한다. 이러한 예압 수단으로 위 자성체를 이용할 수 있다. 이상의 형상 기억 합금 역시 예압 기능을 함께 수행할 수도 있다.

이하에서는 이동부가 고정부에 접촉된 상태로 고정부를 따라 슬라이딩되는 다양한 구성에 대해서 살펴본다. 이하의 구성을 통해 이동부의 틸팅 문제를 신뢰성 있게 해소할 수 있다.

도 12는 본 발명의 또다른 카메라 모듈을 나타낸 개략도이고, 도 13은 본 발명의 카메라 모듈에서 액츄에이터부의 설치 위치가 다르게 구성된 상태를 나타낸 개략도이다.

도 12 및 도 13에 도시된 카메라 모듈에서 이동부(200)는 광축 방향으로 형성된 통공(220)을 포함할 수 있다. 보빈 유니트는 이동부(200)에 형성된 통공(220)에 삽입되고 일단이 고정부(300)에 연결된 슬라이딩부(320)를 포함할 수 있다. 이에 따라 이동부(200)는 슬라이딩부(320)를 따라 통공(220)이 슬라이딩됨으로써 광축 방향으로 이동될 수 있다. 물론 이를 위해서 슬라이딩부(320)는 광축 방향으로 연장될 수 있다.

도 12에는 선형의 액츄에이터부(610) 양단이 고정부(300)에 연결되고 액츄에이터부(610)의 중앙부가 이동부(200)에 연결되고 있다. 이때, 복원부(690)에 해당하는 스프링 등의 탄성 부재가 액츄에이터부(610)의 중앙부와 고정부(300)에 연결되고 있다. 도 13에는 선형의 액츄에이터부(610) 양단이 이동부(200)에 연결되고 액츄에이터부(610)의 중앙부가 고정부(300)에 연결되고 있다.

틸팅 문제를 해소하기 위해 통공(220)의 내경과 슬라이딩부(320)의 외경은 동일한 것이 유리하다. 이를 만족하기 어려울 수 있으므로, 이동부를 고정부에 대해 슬라이딩시키는 다른 방안을 고려할 수 있다.

도 14는 본 발명의 또다른 카메라 모듈을 나타낸 개략도이다.

도 14에 도시된 카메라 모듈에서 이동부(200)의 외측면에는 광축 방향을 따라 연장되는 제1 홈(240)이 형성될 수 있다. 고정부(300)의 내측면에는 제1 홈(240)에 대응하는 제2 홈(340)이 형성될 수 있다. 이때, 보빈 유니트는 제1 홈(240)과 제2 홈(340)의 결합으로 형성된 공간에 삽입되는 베어링부(360)를 포함할 수 있다.

도 14의 구성에 의하면 이동부는 베어링부(360)에 의해 고정부(300)를 따라 슬라이딩됨으로써 광축 방향으로 이동부(200)가 이동하는 과정에서 이동부(200)의 렌즈가 기울어지는 틸팅 문제를 해소할 수 있다.

제1 홈(240)과 제2 홈(340)의 개수가 많을수록 틸팅 문제에 대해 강건할 것은 자명하나 생산성이 저하될 수 있다. 따라서 가능한 적은 개수로 제1 홈(240)과 제2 홈(340)을 마련하는 것이 유리할 수 있다. 제1 홈(240)은 광축 방향에서 바라볼 때 상하좌우 방향 중 한 방향에 치우쳐 2개가 형성되고, 각 제1 홈(240)은 베어링부(360)에 의해 동일한 축 u 상에 힘이 작용하도록 서로 마주보는 위치에 형성될 수 있다.

제2 홈(340)의 형성을 위해 고정부(300)는 이동부(200)를 수납하는 통 구조로 형성될 수 있다.

이러한 구성에 의하면 베어링부(360)에 의해 이동부(200)와 고정부(300)가 접촉되는 것만으로도 틸팅 문제를 신뢰성있게 해소할 수 있다. 경우에 따라 이동부(200)의 외주면과 고정부(300)의 내부면의 적어도 일부가 접촉되도록 함으로써 틸팅에 대한 대책을 강화할 수도 있다.

도 15는 본 발명의 또다른 카메라 모듈을 나타낸 개략도이다.

도 15에 도시된 카메라 모듈에서 이동부(200)는 광축 방향으로 형성된 통공(220), 이동부(200)의 외측면에 광축 방향을 따라 연장되는 제1 홈(240)을 포함할 수 있다. 이에 대응하여 보빈 유니트는 통공(220)에 삽입되고 일단이 고정부(300)에 연결된 슬라이딩부(320), 고정부(300)의 내측면에 제1 홈(240)에 대응하여 형성된 제2 홈(340), 제1 홈(240)과 제2 홈(340)의 결합으로 형성된 공간에 삽입되는 베어링부(360)를 포함할 수 있다.

슬라이딩부(320)와 베어링부(360)가 결합된 구조로 슬라이딩부(320)와 통공(220)에 의하면 이동부(200)는 고정부(300)에 대해 광축 방향의 수직 방향으로 회동 가능한 상태가 된다. 이 상태에서 베어링부(360)에 의하면 이동부(200)가 광축 방향의 수직 방향을 따라 한쪽으로 힘을 받게 되므로 이동부의 이동 과정에서 렌즈의 흔들림이나 틸팅이 효과적으로 방지된다. 이동부(200)의 외주면과 고정부(300)의 내주면이 직접 접촉하는 것을 소망하지 않을 경우에는 보조 가이드를 형성할 수 있다.

보조 가이드는 다양하게 형성될 수 있다. 일예로 도 15에서는 이동부(200)의 외주면에 광축 방향을 따라 형성된 돌출부(280)가 형성될 수 있으며, 고정부(300)의 내주면에 돌출부(280)에 대응하는 오목부(380)가 형성될 수 있다. 보조 가이드에 의하면 이동부(200)와 고정부(300)의 직접적인 접촉은 보조 가이드에서만 이루어지게 된다. 따라서, 보조 가이드에 슬라이딩을 돕는 윤활제 등을 부가하는 것으로 이동부와 고정부를 훼손하지 않으면서 이동부의 신뢰성 있는 이동을 보장할 수 있다.

제1 홈(240)과 제2 홈(340), 통공(220)은 광축 방향에서 바라볼 때 상하좌우 방향 중 같은 방향에 치우쳐 형성될 수 있다.

이상의 통공(220), 슬라이딩부(320), 제1 홈(240), 제2 홈(340), 베어링부(360) 등에 의하면 신뢰성 있는 틸팅이 보장되므로 구동 유니트(600)의 설치 개수를 최소화시킬 수 있다.

구체적으로 구동 유니트(600)가 형상 기억 합금을 포함하는 액츄에이터부(610)를 포함할 때, 보빈 유니트를 광축 방향에서 보았을 때 보빈 유니트의 상하좌우방향 중 어느 하나의 방향에만 구동 유니트(600)가 배치될 수 있다. 이때 구동 유니트(600)가 배치되는 방향에 제1 홈(240)과 제2 홈(340), 통공(220), 슬라이딩부(320), 베어링부(360)를 형성하는 것이 유리하다.

이에 따르면 액츄에이터부(610)는 통공(220), 슬라이딩부(320), 제1 홈(240), 제2 홈(340), 베어링부(360)가 형성되는 부위에 근접하게 배치될 수 있다. 이에 따르면 하나의 액츄에이터부(610)만으로도 이동부(200)를 신뢰성 있게 광축 방향으로 이동시킬 수 있다.

액츄에이터부(610) 또는 이동부(200)에는 전류 인가시 액츄에이터부(610)에 의해 이동부가 이동하는 방향의 반대 방향으로 힘을 가하는 복원부(690)가 설치될 수 있다. 도 12 내지 도 15에는 선형의 액츄에이터부(610) 양단이 고정부(300)에 연결되고 액츄에이터부(610)의 중앙부가 이동부(200)에 연결되고 있다. 이때, 복원부(690)에 해당하는 스프링 등의 탄성 부재가 액츄에이터부(610)의 중앙부와 고정부(300)에 연결되고 있다.

한편, 도 5에 도시된 구동 유니트(600)는 피에조를 포함할 수 있다.

구체적으로, 카메라 모듈은 베이스를 포함하는 고정부(300), 고정부(300)에 접촉된 상태로 고정부(300)를 따라 슬라이딩되고 렌즈가 설치되는 이동부(200)를 포함하는 보빈 유니트 및 전류의 인가로 형상이 변경되는 결정체가 마련된 피에조를 포함하고, 결정체에서 형상이 변경되는 제1 부와 형상이 고정된 제2 부가 고정부(300)와 이동부(200)에 각각 연결되는 구동 유니트(600)를 포함할 수 있다.

피에조(piezo)는 특정 방향으로 압력을 가하면 결정체(수정, 전기석 등)의 표면에서 전기가 발생하는 성질을 이용하거나, 결정체에 전기를 가해 특정 방향으로 압력을 생성하는 장치이다. 구동 유니트(600)를 피에조로 구성하고 전류를 가하면 피에조를 형성하는 결정체가 움직인다. 이때, 결정체는 형상이 변경되는 제1 부와 형상이 고정된 제2 부로 나눌 수 있는데, 각각이 고정부(300)와 이동부(200)에 연결되면 고정부(300)에 대해 이동부(200)를 이동시킬 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100...다이아프램 110...제1면
120...제2면 130...브리지 면
200...이동부 210...자성체
220...통공 230...서스펜션부
240...제1 홈 280...돌출부
300...고정부 310...코일부
320...슬라이딩부 340...제2 홈
360...베어링부 380...오목부
319...말단부 350...단자부
351...단자 600...구동 유니트
610...액츄에이터부 630...위치 판단부
650...제어부 670...요크
680...자석 690...복원부

Claims (17)

1. 베이스를 포함하는 고정부, 상기 고정부에 접촉된 상태로 슬라이딩되고 렌즈가 설치된 이동부를 포함하는 보빈 유니트; 및
   형상 변형을 통해 상기 렌즈의 광축 방향으로 상기 이동부를 슬라이딩시키는 구동 유니트;
   를 포함하는 카메라 모듈.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 구동 유니트는 형상 기억 합금을 포함하는 액츄에이터부를 포함하고,
   상기 액츄에이터부는 전류가 흐를 때 발생하는 열로 인해 변형되며, 상기 변형에 의해 상기 광축 방향으로 상기 이동부를 이동시키는 카메라 모듈.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 액츄에이터부의 열저항을 측정하여 상기 이동부의 위치를 판단하는 위치 판단부, 상기 이동부의 위치를 피드백 받아 상기 액츄에이터부의 변형을 제어하는 제어부를 포함하는 카메라 모듈.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 구동 유니트는 형상 기억 합금으로 이루어지고 상기 이동부를 역방향으로 이동시키는 액츄에이터부, 상기 이동부를 정방향으로 이동시키는 복원부를 포함하는 카메라 모듈.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 액츄에이터부는 상기 액츄에이터부에 전류 인가시 열변형되고 상기 복원부의 외력을 극복하며 상기 이동부를 역방향으로 이동시키는 카메라 모듈.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 복원부는 상기 이동부 및 상기 액츄에이터부 중 적어도 하나에 탄성력을 가하는 탄성 부재를 포함하고,
   상기 액츄에이터부에 인가되는 전류가 해제되면 상기 탄성 부재의 탄성력으로 상기 이동부가 상기 정방향으로 이동되는 카메라 모듈.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 복원부는 상기 이동부 및 상기 액츄에이터부 중 적어도 하나에 자력을 가하는 자성체를 포함하고,
   상기 액츄에이터부에 인가되는 전류가 해제되면 상기 자성체의 자력으로 상기 이동부가 상기 정방향으로 이동되는 카메라 모듈.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 구동 유니트는 형상 기억 합금으로 이루어진 액츄에이터부를 포함하고,
   전류 인가시 상기 액츄에이터부의 열변형으로 상기 이동부가 역방향으로 이동되며, 상기 전류 해제시 상기 액츄에이터부의 탄성력으로 상기 이동부가 정방향으로 이동되는 카메라 모듈.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 구동 유니트는 형상 기억 합금을 포함하는 액츄에이터부를 포함하고,
   상기 액츄에이터부의 양 단부는 상기 고정부 또는 상기 이동부 중 하나에 부착되며, 상기 액츄에이터부의 중앙부는 상기 고정부 또는 상기 이동부 중 다른 하나에 부착되는 카메라 모듈.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 구동 유니트의 중앙부는 상기 양 단부로부터 상기 광축 방향으로 돌출되는 카메라 모듈.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 이동부는 상기 광축 방향으로 형성된 통공을 포함하고,
    상기 보빈 유니트는 상기 광축 방향으로 연장되고 상기 통공에 삽입되며 일단이 상기 고정부에 연결된 슬라이딩부를 포함하고,
    상기 이동부는 상기 슬라이딩부에 상기 통공이 슬라이딩됨으로써 상기 광축 방향으로 이동되는 카메라 모듈.
    
12. 제1항에 있어서,
    상기 이동부의 외측면에는 상기 광축 방향을 따라 연장되는 제1 홈이 형성되고,
    상기 고정부의 내측면에는 상기 제1 홈에 대응하는 제2 홈이 형성되며,
    상기 보빈 유니트는 상기 제1 홈과 상기 제2 홈의 결합으로 형성된 공간에 삽입되는 베어링부를 포함하는 카메라 모듈,
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 홈은 상기 광축 방향에서 바라볼 때 상하좌우 방향 중 한 방향에 치우쳐 2개 형성되고, 상기 각 제1 홈은 상기 베어링부에 의해 동일한 축 상에 힘이 작용하도록 서로 마주보는 위치에 형성되는 카메라 모듈.
    
14. 제1항에 있어서,
    상기 이동부는 상기 광축 방향으로 형성된 통공, 상기 이동부의 외측면에 상기 광축 방향을 따라 연장되는 제1 홈을 포함하고,
    상기 보빈 유니트는 상기 통공에 삽입되고 일단이 상기 고정부에 연결된 슬라이딩부, 상기 고정부의 내측면에 상기 제1 홈에 대응하여 형성된 제2 홈, 상기 제1 홈과 상기 제2 홈의 결합으로 형성된 공간에 삽입되는 베어링부를 포함하는 카메라 모듈.
    
15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 홈과 상기 제2 홈, 상기 통공은 상기 광축 방향에서 바라볼 때 상하좌우 방향 중 같은 방향에 치우쳐 형성되는 카메라 모듈.
    
16. 제1항에 있어서,
    상기 구동 유니트는 형상 기억 합금을 포함하는 액츄에이터부를 포함하고,
    상기 보빈 유니트를 광축 방향에서 보았을 때 상기 보빈 유니트의 상하좌우 방향 중 어느 하나의 방향에만 상기 구동 유니트가 배치되는 카메라 모듈.
    
17. 베이스를 포함하는 고정부, 상기 고정부에 접촉된 상태로 상기 고정부를 따라 슬라이딩되고 렌즈가 설치되는 이동부를 포함하는 보빈 유니트; 및
    전류의 인가로 형상이 변경되는 결정체가 마련된 피에조를 포함하고, 상기 결정체에서 형상이 변경되는 제1 부와 형상이 고정된 제2 부가 상기 고정부와 상기 이동부에 각각 연결되는 구동 유니트;
    를 포함하는 카메라 모듈.

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