KR20140132468A - 카메라 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 카메라 모듈은 렌즈가 장착된 보빈 유니트, 상기 보빈 유니트가 이동 가능하게 삽입되는 베이스, 상기 보빈 유니트의 이동 동력을 제공하는 코일 및 마그네트를 포함하고, 상기 코일 또는 상기 마그네트는 상기 보빈 유니트의 측면에 설치될 수 있다.

Description

카메라 모듈{CAMERA MODULE}
본 발명은 렌즈를 이동시키는 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 렌즈를 이동시킬 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 렌즈가 장착된 보빈 유니트, 상기 보빈 유니트가 이동 가능하게 삽입되는 베이스, 상기 보빈 유니트의 이동 동력을 제공하는 코일 및 마그네트를 포함하고, 상기 코일 또는 상기 마그네트는 상기 보빈 유니트의 측면에 설치될 수 있다.
본 발명의 카메라 모듈은 렌즈가 장착되는 보빈 유니트의 측면에 코일 또는 마그네트가 설치됨으로써, 간소한 구성으로 렌즈를 이동시킬 수 있다.
또한, 렌즈 이동에 필요한 액츄에이터를 구성하는 코일로 PCB 코일을 형성함으로써 렌즈에 제공되는 이동력을 균일하게 형성할 수 있다. 이에 따라 렌즈 이동의 정밀도를 개선할 수 있다.
또한, PCB 코일을 적용함으로써 액츄에이터를 보빈 유니트 또는 베이스에 용이하게 설치할 수 있다. 이에 따라 액츄에이터를 용이하게 유지보수할 수 있다.
또한, 복수의 기판을 적층시켜 PCB 코일을 구성함으로써 코일의 기능이 신뢰성 있게 발현되도록 한다.
도 1은 본 발명의 카메라 모듈의 외관 사시도이다.
도 2는 본 발명의 카메라 모듈의 커버를 제거하고 그 내부를 도시한 부분 사시도이다.
도 3은 도 2와 관측점을 달리하는 부분 사시도이다.
도 4는 본 발명의 카메라 모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 보빈 유니트의 동작을 간략화시켜 설명하는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 카메라 모듈 및 이미지 센서와의 정렬 상태를 설명하는 설명도이다.
도 7은 코일 산포를 나타낸 개략도이다.
도 8은 권선 코일이 적용된 카메라 모듈을 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 다른 카메라 모듈을 나타낸 개략도이다.
도 10은 베이스에 PCB 코일이 조립되는 공정을 나타낸 개략도이다.
도 11은 본 발명의 다른 카메라 모듈을 구성하는 PCB 코일의 일실시예를 나타낸 개략도이다.
도 12는 본 발명의 다른 카메라 모듈을 구성하는 PCB 코일의 실제 설계도를 나타낸 개략도이다.
도 13은 도 12의 (a)에 개시된 PCB 코일의 생산 공정을 나타낸 흐름도이다.
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 외관 사시도이다. 도 2는 본 발명의 카메라 모듈의 커버를 제거하고 그 내부를 도시한 부분 사시도이다. 도 3은 도 2와 관측점을 달리하는 부분 사시도이다. 도 4는 본 발명의 카메라 모듈의 분해 사시도이다. 도 5는 본 발명의 보빈 유니트의 동작을 간략화시켜 설명하는 측면도이다. 도 6은 본 발명의 카메라 모듈 및 이미지 센서와의 정렬 상태를 설명하는 설명도이다. 도 1 내지 도 6을 함께 참조하며 본 발명의 카메라 모듈의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.
본 발명의 카메라 모듈(이하 간략하게 줄여서 '카메라 모듈'라고도 함)는 코일(500), 마그네트(400), 베이스(100), 보빈 유니트(200)를 포함한다.
자동 초점 조정, 자동 배율 조정, 손떨림 방지 등 여러 가지 목적을 위하여 렌즈가 광축(도 4의 C0) 방향으로 이동될 필요가 있다. 명확한 설명을 위하여 카메라 모듈의 직교 좌표계를 도입하는데, 렌즈의 중심축과 일치하는 광축(C0)을 z축으로 정의하고, z축에 수직한 xy평면을 이루는 가상축을 x축 및 y축으로 정의한다.
코일(500) 및 마그네트(400)는 코일(500)에 전원 인가시 전자기력을 발생하여 렌즈의 이동력을 제공한다. 코일(500) 및 마그네트(400)는 베이스(100) 및 보빈 유니트(200)에 각각 설치되는데, 코일(500)이 보빈 유니트(200)에 부착되어 렌즈와 함께 이동하는 것을 '무빙 코일 타입(moving coil type)'이라 칭하고, 마그네트(400)가 보빈 유니트(200)에 부착되어 렌즈와 함께 이동하는 것을 '무빙 마그네트 타입(moving magnet type)'이라 칭한다. 본 발명의 카메라 모듈는 무빙 코일 타입 또는 무빙 마그네트 타입 중 어떠한 것이라도 무방하지만 도시된 실시예는 무빙 마그네트 타입이다.
본 발명의 카메라 모듈은 렌즈(미도시)가 장착된 보빈 유니트(200)의 이동 방향이 렌즈의 광축 방향을 따르도록 하기 위해 코일(500) 또는 마그네트(400)가 보빈 유니트(200)의 측면에 설치되고 있다.
코일(500) 및 마그네트(400)는 서로 대면되는 것으로 렌즈 또는 렌즈가 장착된 보빈 유니트를 광축 방향으로 이동시키는 전자기력을 생성할 수 있다.
무빙 마그네트 타입에서 보빈 유니트의 측면에는 마그네트가 부착되고, 베이스에는 마그네트에 대면하도록 코일이 부착될 수 있다. 이에 따르면 보빈 유니트를 렌즈의 광축 방향으로 신뢰성 있게 이동시킬 수 있다.
도시된 무빙 마그네트 타입의 경우 코일(500)의 양단부는 베이스(100)에 돌출된 베이스 기둥(105)의 코일 안착면(106)에 부착된다. 안정한 접착력을 위하여 접착제가 사용될 수 있다.
이때, 코일(500)과 대면되는 마그네트(400)는 보빈 유니트(200)의 이동부(210)에 형성된 마그네트 안착면(206)에 부착된다. 도 3을 참조하면, 코일(500) 및 마그네트(400)는 소정의 이격 거리(G)만큼 이격된 상태에서 서로 대면되며, 이격 거리(G)의 크기는 이동부(210)가 상하 좌우 방향으로 위치 이동될 때 이동부(210)에 부착된 마그네트(400)가 코일(500)에 접촉 간섭되지 않을 정도이다.
베이스(100)는 카메라 모듈의 외관을 형성하는 것으로서, 커버(300)가 체결되며 코일(500) 및 마그네트(400) 중 어느 하나가 부착된다. 베이스(100)의 개구된 부분은 이미지 센서(600)와 대면된다. 피사체에서 반사된 광은 렌즈로 입수되고 렌즈에서 입수된 광은 상기 개구된 부분을 통하여 베이스(100)를 통과하여 이미지 센서(600)로 도달된다.
본 발명의 카메라 모듈은 보빈 유니트(200)가 일체로 마련될 수 있다. 보빈 유니트(200)는 베이스(100)에 고정되는 고정부(220)를 갖고, 렌즈가 장착되는 이동부(210)를 가지며, 고정부(220)에 대하여 이동부(210)가 광축(C0) 방향으로 승강 가능하게 연결된 것이다.
본 발명의 보빈 유니트(200)는 종래의 카메라 모듈의 예를 들자면, 보빈의 상측 및 하측을 각각 탄성 지지하는 2 장의 판 스프링, 판 스프링의 외곽을 하우징 및 베이스에 각각 고정시키며 판 스프링의 변형시 주위 부품과 간섭 방지를 위한 여유 공간을 확보해주는 2 장의 스페이서를 일체화된 하나의 부품으로 대체하는 구성이다.
대표적으로 종래의 판 스프링의 제조 및 조립시 틸팅 불량 및 탄성 감도와 관련하여 많은 문제점이 야기되었는데, 본 발명은 기본적으로 종래의 보빈에 해당하는 이동부(210)와 종래의 판 스프링(40)에 해당하는 서스펜션부(230)를 종래의 스페이서(51)에 해당하는 고정부(220)와 함께 일체로 형성하는 것이 가장 큰 특징이다.
보빈 유니트(200)의 일측은 베이스(100)에 고정되고 보빈 유니트(200)의 타측은 렌즈 설치 장소가 된다. 베이스(100)에 고정되는 보빈 유니트(200)의 일측 및 렌즈가 설치되는 보빈 유니트(200)의 타측은 상대 이동이 가능하도록 되어 있으며, 렌즈가 설치되는 측에 코일(500) 또는 마그네트(400) 중 하나가 부착되어 전자기력을 제공받는다.
구체적으로, 보빈 유니트(200)는 고정부(220)와, 이동부(210)와, 서스펜션부(230)로 이루어져 있다. 고정부(220)는 베이스(100)에 고정되는 부분이고, 이동부(210)는 코일(500) 및 마그네트(400) 중 하나가 부착되며 렌즈가 장착되는 부분이며, 서스펜션부(230)는 고정부(220)에 대하여 이동부(210)의 이동이 가능하도록 이동부(210)를 탄성 지지하는 부분이다.
고정부(220), 이동부(210) 및 서스펜션부(230)는 일체로 형성되며, 동일한 금형에서 한 번에 성형될 수 있는 것도 두드러진 장점이다. 이때, 고정부(220), 이동부(210) 및 서스펜션부(230)는 합성 수지, 고무 등의 동일한 재질을 이용하여 성형되거나 일부에 금속 재질을 포함하여 인서트(insert) 금형 또는 아웃서트(outsert) 금형에서 사출될 수 있다.
도 4를 참조하여 구체적인 실시예를 설명하면, 베이스(100)에 고정되는 고정부(220)는 고정부 결합 구멍(229)과, 고정부 기둥(225)을 구비한다. 베이스(100)에는 고정부 결합봉(109)이 돌출되는데, 베이스(100) 및 고정부(220)의 조립시 고정부 결합봉(109)이 고정부 결합 구멍(229)에 삽입됨으로써 정확한 조립 위치가 안내되고, 부가적으로 UV접착제나 온도 경화성 접착제가 결합면에 도포됨으로써 내진동성 및 내충격성을 확보한다. 고정부 기둥(225)은 커버(300)의 조립시 위치 안내 기능을 하는데, 커버(300)의 모서리에 개구된 4개의 가이드 홈(305) 중 고정부 기둥(225)과 대면되는 2 개의 가이드 홈(305)이 여기에 삽입된다.
커버(300)는 보빈 유니트(200), 코일(500), 마그네트(400)가 내부에 수용되며, 베이스(100)에 체결되는 것이다. 커버(300)를 금속 등의 자성체 재질로 마련하면 마그네트(400)의 자속 누설을 방지하는 요크 기능을 겸할 수 있다.
커버(300)에는 후크 홈(304)이 마련되며, 후크 홈(304)은 베이스(100)에 돌출된 후크(104)에 체결됨으로써 커버(300)의 이탈이 방지된다. 커버(300)에 형성된 일부의 가이드 홈(305)은 베이스(100)에 돌출된 베이스 기둥(105)에 끼워짐으로써 커버(300)의 조립 위치가 안내된다.
이동부(210)는 렌즈가 안착되는 렌즈 안착면(216)과, 마그네트(400)가 안착되는 마그네트 안착면(206)을 구비하며, 설치 공간의 절약을 위하여 렌즈 안착면(216)이 위치한 부분은 원통 형상으로 되어 있고, 마그네트 안착면(206)이 위치한 부분은 평판 형상으로 되어 있다.
도 4 내지 도 6에 도시된 카메라 모듈의 직교 좌표계에 의하면, 광축(C0)은 z축이고, 코일(500) 및 마그네트(400)는 x축에 수직하게 연장되는 면을 갖고 있으며 x축에 수직한 방향으로 서로 대면된다.
이때, 서스펜션부(230)는 x축의 일측 및 타측에 각각 배치되며 x축을 기준축으로 하여 축대칭인 위치에 배치된다. 이는 x축을 중심축으로 한 회전 모멘트력 발생을 억제하여 이동부(210)가 이동되더라도 광축(C0)에 대한 이동부(210)의 틸팅각(θ)이 일정하게 유지되도록 한다.
도시하지는 않았지만, 이와 마찬가지로 코일(500) 및 마그네트(400)가 y축에 수직하게 대면되는 경우 서스펜션부(230)는 y축의 일측 및 타측에 각각 배치되며 y축을 중심으로 축대칭인 위치에 서스펜션부(230)가 배치되는 것이 바람직하다.
서스펜션부(230)는 고정부(220)와 이동부(210)에 양단이 각각 연결되는 제1 링크(231a) 및 제2 링크(231b)를 포함한다. 제1 링크(231a) 및 제2 링크(231b)는 광축(C0) 방향을 따라 이격된다. 도시된 바에 의하면 보빈 유니트(200)의 한쪽에 2 개의 링크(231a, 231b)가 마련되는 실시예가 도시되지만 한쪽당 2 개 이상의 링크만 마련되면 틸팅각(θ)을 일정하게 유지하면서 이동부(210)를 이동시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 보빈 유니트(200)의 한쪽 및 그 반대쪽에는 서스펜션부(230), 고정부(220), 이동부(210)가 평행사변형을 이루면서 이동부(210)가 이동되는 상태가 잘 도시되고 있다. 즉, 제1 링크(231a) 및 제2 링크(231b)를 한 쌍의 대변으로 하고 고정부(220) 및 이동부(210)를 다른 한 쌍의 대변으로 하는 가상의 평행사변형이 형성됨으로써, 이동부(210)는 광축(C0)에 대한 틸팅각(θ)을 일정하게 유지하며 이동된다.
제1 링크(231a)의 양단 및 제2 링크(231b)의 양단이 고정부(220) 및 이동부(210)와 연결되는 위치에는 보빈 유니트(200)의 한쪽당 4개의 힌지부(210a,210b,220a,220b)가 형성된다.
힌지부(210a,210b,220a,220b)는 제1 링크(231a) 및 제2 링크(231b)보다 작은 단면적을 가지며, 이동부(210)의 이동시 제1 링크(231a) 및 제2 링크(231b)보다는 힌지부(210a,210b,220a,220b)가 먼저 탄성 변형된다. 따라서, 제1 링크(231a) 및 제2 링크(231b)의 양단부가 힌지부(210a,210b,220a,220b)와 연결되는 부분에는 두께 감소부(234)가 형성된다. 두께 감소부(234)는 크랙이나 피로 파괴를 방지하기 위하여 점차 두께가 감소되는 경사면으로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 구조에 따라, 보빈 유니트(200)의 질량이 작을 때, 코일(500)에 인가되는 전압이 작을 때, 미소한 변위만큼 이동부(210)를 이동시켜야 할 때, 이동부(210)의 이동 가속도를 빠르게 할 때와 같이, 제1 링크(231a) 및 제2 링크(231b)보다 민감한 탄성을 갖는 힌지부(210a,210b,220a,220b)의 탄성 변형은 상술한 다양한 제어 목표를 달성할 수 있게 하고, 제어 민감도(sensitivity) 및 이동부(210)의 위치 추종성을 크게 향상시킨다.
도 4를 참조하면 광축(C0) 방향에서 보았을 때, 코일(500) 및 마그네트(400)는 광축(C0)의 일측에 치우치도록 배치된다. 도 1에서는 코일(30) 또는 마그네트(54)가 보빈(10)의 외주 둘레를 따라 일정 각도로 여러 개 배치되어야 하지만, 본 발명은 구조의 특성상 코일(500) 및 마그네트(400)가 보빈 유니트(200)의 한 쪽에만 장착되면 충분하다. 따라서, 부품수의 절감 및 원가 절감에 크게 기여할 수 있다.
서스펜션부(230)는 고정부(220) 및 이동부(210)에 양단이 각각 연결되는 양단 지지보 형상이다. 서스펜션부(230)는 코일(500) 및 마그네트(400) 사이에 작용하는 전자기력에 의하여 휨 변형됨으로써 이동부(210)를 탄성 지지한다. 서스펜션부(230)가 힌지부(210a,210b,220a,220b)를 포함하는 실시예에서 휨 변형되는 구체적 요소는 힌지부(210a,210b,220a,220b)이다.
제1 링크(231a) 및 제2 링크(231b)는 힌지부(210a,210b,220a,220b)에 비하여 충분한 강성을 가지므로, 앞에서 설명한 고정부(220) 및 이동부(210)와 함께 평행사변형을 형성하여 이동부(210)의 틸팅각(θ)을 일정하게 유지하는데 기여한다.
또한, 제1 링크(231a) 및 제2 링크(231b)는 동일한 길이만큼 연장되고, 코일(500) 및 마그네트(400) 사이에 작용하는 전자기력에 의하여 제1 링크(231a) 및 제2 링크(231b)가 동일 각도만큼 회동되는 구조로 되어 있다. 따라서, 이동부(210)는 광축(C0)에 대한 틸팅각(θ)을 일정하게 유지하며 이동되는 장점이 있다.
본 발명과 비교를 위한 가상의 실시예로서, 제1 링크(231a) 및 제2 링크(231b)의 단면적을 힌지부(210a,210b,220a,220b)와 동일한 정도로 감소시켜 서스펜션부(230)의 전체를 균일한 단면적으로 하는 경우, 휨 변형을 포함한 탄성 변형이 광범위한 길이에 걸쳐 발생될 것이 예측되므로 이동부(210)의 일정한 틸팅각(θ) 유지가 어려워짐은 물론 이동부(210)의 위치 응답이 비선형 특성을 갖게 될 염려가 있다.
따라서, 본 발명은 제1 링크(231a) 및 제2 링크(231b)는 단면적을 크게 하여 실질적으로 강체로 작용할 수 있게 하고, 휨 변형을 포함한 탄성 변형 영역은 국부적인 힌지부(210a,210b,220a,220b)의 영역으로 제한한다.
그 결과, 보빈 유니트(200)의 제조 및 품질 관리가 간편하게 되고, 탄성 특성과 관련된 품질 관리 영역이 힌지부(210a,210b,220a,220b)로 제한되므로 탄성 계수의 편차 관리가 용이해지며, 제1 링크(231a) 및 제2 링크(231b)의 강성에 의하여 일정한 틸팅각(θ) 유지가 가능해지는 장점이 있다.
한편, 코일(500)에 전원을 인가하는 단자부(102)가 마련된다. 단자부(102)는 외측 연장부(102a)와 내측 연장부(102b)를 포함한다. 외측 연장부(102a)는 베이스(100)의 외측으로 연장되며 코일(500)의 단부가 납땜되는 부분이다. 내측 연장부(102b)는 베이스(100)의 내측으로 연장되며 이동부(210)에 부착된 마그네트(400)를 베이스(100) 방향으로 끌어당긴다. 이에 따라, 이동부(210)는 초기 위치에 고정된 상태에서 동작을 개시한다.
따라서, 코일(500)에 전원 미인가시 또는 카메라 모듈가 동작 정지 상태에 있을 때, 또는 카메라 모듈에 충격이나 진동이 가해질 때, 베이스(100) 또는 커버(300)에 대한 이동부(210)의 내충격성을 강화시킬 수 있고, 카메라 모듈의 동작시 이동부(210)가 초기 위치에서 이동 개시되도록 할 수 있어 위치 제어가 용이한 장점이 있다.
도 5를 참조하여 이동부(210)의 동작을 한번 더 설명하면, 참조 부호 P0 및 실선으로 표시된 것은 이동부(210)가 중립 위치에 있을 때이다. 참조 부호 P2 및 이점 쇄선으로 표시된 것은 이동부(210)가 베이스(100) 방향으로 끌어 당겨져 초기 위치에 있을 때이다. 참조 부호 P1 및 일점 쇄선으로 표시된 것은 이동부(210)가 상승하여 초점 또는 배율 제어 동작 중에 있을 때이다.
고정부(220)에 대면되는 이동부(210)의 단부와 고정부(220) 사이의 간극은 P0 위치에서 D0 이지만, P1 위치에서는 D1 으로 감소된다. 상기 간극의 최대값인 D0는 이동부(210)가 중립 위치 P0에 있을 때이며, 이동부(210)가 상승 또는 하강함에 따라 간극이 감소된다. 따라서, 이동부(210)의 단부와 고정부(220) 사이의 간극은 이동부(210)의 상승 또는 하강 가능 높이를 고려하여 설정된다.
도 5에 잘 도시된 것과 같이 이동부(210)의 이동에 불구하고 광축(C0)에 대한 틸팅각(θ)은 일정하게 유지되는 것을 볼 수 있다. 이때, 도 6에서 광축이 C0에서 C1으로 x축 방향을 따라 시프트되는 현상이 관찰되지만, 이와 같은 광축(C0)의 시프트 현상은 렌즈와 이미지 센서(600)의 틸팅각(θ)을 왜곡시키는 것이 아니기 때문에, 촬영되는 이미지의 품질에 아무런 영향을 주지 않는다.
현재 휴대용 단말기에 설치된 카메라의 화소 수는 디지털 카메라 수준까지 올라가 있으며, 다수의 휴대폰은 300만 화소 이상이 주종을 이루고 있다. 향후에도 화소수는 계속 상승하여 500만 화소수 이상의 휴대폰들이 점차 늘어날 것으로 생각된다. 화소수가 증가되면 카메라 모듈의 제어 정밀도가 더욱 민감해진다는 것이고, 특히 틸트각에 민감하다. 종래의 경우 매우 얇은 금속성의 판 스프링을 사용하므로 렌즈의 상하 구동시 틸트 관련 성능이 불안해지는 요인도 발생하였다.
본 발명은 렌즈의 상하 구동에 관련된 서스펜션부(230)의 품질 관리 요인을 완화시켜주고, 종래의 판 스프링 조립 공정이 불필요하게 되어 틸팅 불량을 크게 줄일 수 있다.
렌즈가 조립되는 이동부(210)의 광축(C0)에 대한 경사각인 틸트(Tilt)각이 정해진 범위를 벗어나면 실제 촬영한 이미지가 기울어지는 현상이 발생한다.
즉, 도 6에서 이미지 센서(600)의 서로 다른 위치를 나타내는 참조 부호 A,B,C,D,E 위치에서 렌즈까지의 거리가 달라지므로 각 위치별로 초점이나 배율이 일치하지 않거나, 이미지 센서(600)와 렌즈의 각도가 틀어져 이미지가 왜곡되는 현상이 발생한다.
이와 같은 틸트 불량은 카메라 모듈와 같이 정밀성이 요구되는 장치에 있어서는, 장치의 작동 불량을 결정할 수 있는 중요한 요소가 된다.
틸트각 불량은 각 부품의 단품 공차에 기인한 경우도 있지만, 다이나믹 틸트(Dynamic Tilt)라 불리우는 불량 유형은 각 부품의 단품 공차에는 이상이 없지만 여러 개의 부품이 조립될 때 조립 공차에 기인한 것으로, 도 1에서 종래의 보빈(10), 이를 둘러싼 코일(30), 코일(30)의 주변을 둘러싼 다수의 마그네트(54), 여러 장의 판 스프링(40) 등의 조립 공차에 기인하며, 많은 수의 부품이 설치될수록 전자기력이 균형을 이루지 못하고, 조립 공차가 누적되는 것은 당연한 결과였다.
한편, 종래의 카메라 모듈 또는 본 발명의 카메라 모듈을 구성하는 코일은 와이어을 감은 소위 권선 코일로 구성될 수 있다. 권선 코일로 인해 다음과 같은 문제가 발생된다.
첫째, 와이어를 권선하는 과정에서 와이어를 초기 설계치의 규격에 따라 정밀하게 제조하기 어렵다. 이에 따라 도 7과 같이 코일이 휘는 등의 코일 산포가 발생한다. 이러한 코일의 산포로 인하여 초기 설계된 전자기력이 생성되지 않으므로 보빈 유니트가 소망하는데로 이동하지 않는 문제가 있다. 이러한 문제는 보빈 유니트를 정밀하게 이동시킬 필요가 있는 경우에 더욱 두드러지게 나타난다.
둘째, 카메라 모듈에는 코일의 양단에 연결되어 코일에 전원을 공급하는 터미널(108)이 마련되는데, 권선 코일의 양단을 터미널(108)에 연결시키기가 어렵다. 와이어의 단부가 코일의 양단부를 형성하므로 와이어의 단부를 터미널(108)에 납땜하는 등의 연결 공정이 추가로 요구된다.
셋째, 납땜 등을 통해 코일과 터미널(108)이 연결되므로 유지보수가 어렵다. 코일에 이상이 발생된 경우 코일을 터미널(108)로부터 이탈시키기 위해 솔더링된 납에 열을 가하면서 코일을 떼어내야 한다. 카메라 모듈이 소형화되는 추세에 따라 이러한 유지보수 공정의 난이도가 증가하고 있다. 이러한 현상은 코일과 터미널(108)을 연결하는 공정에도 그대로 나타난다.
넷째, 권선의 특성상 권선 코일은 직사각형과 같은 형상으로 제조되기 힘들다. 권선 코일은 도 8과 같이 원형 또는 타원형으로 제조되는 것이 일반적이다. 이러한 권선 코일의 형태에 따르면 베이스 기둥(105)의 코일 안착면(106)에 코일을 신뢰성 있게 설치하기 힘들다. 물론, 코일 안착면(106)에 부합되는 별도의 가이드를 마련하고, 코일이 설치된 가이드를 코일 안착면(106)에 장착시킬 수 있으나 별도의 가이드가 요구된다.
이상의 문제를 해소하기 위해 본 발명의 다른 카메라 모듈은 위 코일(500)로서, 기판(520)에 코일 패턴(530)이 형성된 PCB 코일을 이용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 카메라 모듈을 나타낸 개략도이다.
도 9에 도시된 카메라 모듈의 코일(500)은 평면 기판(520)에 코일 패턴(530)이 형성된 PCB 코일일 수 있다.
PCB 코일은 평면 기판(520)을 기초로 하여 형성되므로 코일 산포의 발생을 근본적으로 방지할 수 있다.
PCB 코일은 PCB 기판 상에 코일 패턴(530)이 형성된 것이거나, 기판(520) 자체가 코일 패턴(530)의 형상으로 형성된 것일 수 있다.
도 10은 베이스(100)에 PCB 코일이 조립되는 공정을 나타낸 개략도이다.
살펴보면, 베이스(100)에 PCB 코일의 양 단자에 연결되는 터미널(108)이 마련되고 있다. 터미널(108)에 대응하여 PCB 코일에는 리드부(510)가 마련될 수 있다. PCB 코일이 베이스(100), 구체적으로 베이스(100)로부터 돌출된 베이스 기둥(105)에 장착되면 리드부(510)는 터미널(108)에 전기적으로 연결될 수 있다. PCB 코일을 구성하는 기판(520)에 리드부(510)를 마련하면 되므로, 용이하게 리드부(510)를 형성할 수 있다. 리드부(510)에 PCB 코일, 구체적으로 코일 패턴(530)의 양 단자를 형성하면 PCB 코일의 양 단자는 자연스럽게 터미널(108)에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, PCB 코일은 기판(520)의 형상을 조절하는 것으로 베이스 기둥(105) 또는 코일 안착면(106)에 매칭될 수 있다. 따라서, PCB 코일을 베이스(100)에 장착하는 것이 용이해지며, 유지보수 또한 용이하다. 또한, 별도의 솔더링 작업을 요구하지 않고도 PCB 코일의 양 단자를 베이스(100)에 마련된 터미널(108)에 연결시킬 수 있다.
많은 권선이 이루어진 권선 코일과 유사한 효과를 발현시키기 위해 PCB 코일의 코일 패턴(530)은 많은 회수로 감겨진 나선형 형상을 갖는 것이 좋다. 그러나, PCB 코일에 따르면 한정된 기판(520)의 면적 내에 코일 패턴(530)이 형성되어야 하므로, 권선 코일과 유사한 효과를 발현시키기 어렵다.
가능한 코일 패턴(530)의 권선 회수를 증가시키기 위해 코일 패턴(530)의 형상은 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이 PCB 코일의 평면 형상과 동일한 것이 좋다. PCB 코일의 평면 형상은 PCB 코일을 구성하는 기판(520)의 형상에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 코일 패턴(530)의 형상은 기판(520)의 평면 형상과 동일한 것이 유리하다.
이러한 구성에 따르면 기판(520)의 면적을 최대한 활용할 수 있으므로, 코일 패턴(530)의 권선 회수를 증가시킬 수 있다.
코일 패턴(530)의 권선 회수를 증가시키기 위해 PCB 코일은 코일 패턴(530)이 형성된 기판(520)이 복수로 적층된 것일 수 있다. 기판(520)이 복수로 적층된 경우 각 기판(520)에 형성된 코일 패턴(530)이 이웃한 다른 기판(520)에 형성된 코일 패턴(530)과 협력하여 하나의 권선 코일과 같은 효과를 발현해야 한다.
일예로 도 11과 같이 PCB 코일은 제1 나선형 방향의 제1 코일 패턴(580)이 형성된 제1 기판과, 제2 나선형 방향의 제2 코일 패턴(590)이 형성된 제2 기판이 교대로 적층된 것일 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 카메라 모듈을 구성하는 PCB 코일의 일실시예를 나타낸 개략도이다.
도 11에 도시된 PCB 코일은 제1 기판, 제2 기판이 교대로 총 4장이 적층되고 있다. 도 11에서 제1 나선형 방향은 나선형의 중심으로부터 시계 방향으로 회전 연장되는 방향이고, 제2 나선형 방향은 나선형의 중심으로부터 반시게 방향으로 회전 연장되는 방향으로 제1 난선형 방향과 반대 방향이다. 물론, 제1 나선형 방향과 제2 나선형의 방향은 반대로 설정되어도 무방하다.
참고로, 각 코일 패턴(530)에서 나선형의 중심을 시작단으로 칭하고, 시작단으로부터 나선형으로 회전 연장되는 회로 패턴의 다른 단부를 끝단으로 칭하기로 한다.
이때, 평면상으로 제1 코일 패턴(580)의 시작단(581)과 제2 코일 패턴(590)의 시작단(591)은 동일 위치에 형성될 수 있다. 제1 코일 패턴(580)의 끝단(582)과 제2 코일 패턴(590)의 끝단(592)이 동일 위치에 형성될 수 있다.
이 상태에서 각 코일 패턴(530)의 시작단(581, 591)을 연결시키는 제1 연결부(571)와 각 코일 패턴(530)의 끝단(582, 592)을 연결시키는 제2 연결부(572)가 마련될 수 있다.
제1 코일 패턴(580)의 시작단(581)과 제2 코일 패턴(590)의 시작단(591)이 동일 위치에 배치되고, 제1 코일 패턴(580)의 끝단(582)과 제2 코일 패턴(590)의 끝단(592)이 동일 위치에 배치됨으로써, 제1 코일 패턴(580)과 제2 코일 패턴(590)이 복수로 적층되더라도 적층 방향을 따라 형성된 제1 연결부(571) 또는 제2 연결부(572)로 용이하게 각 코일 패턴(530)의 시작단(581, 591)끼리 또는 끝단(582, 592)끼리 연결시킬 수 있다.
제1 연결부(571)에 의해 제1 코일 패턴(580)의 시작단과 제2 코일 패턴(590)의 시작단이 전기적으로 연결되거나, 제2 연결부(572)에 의해 제1 코일 패턴(580)의 끝단과 제2 코일 패턴(590)의 끝단이 전기적으로 연결되면 제1 코일 패턴(580) 및 제2 코일 패턴(590)은 개수와 상관없이 하나의 권선 코일과 같이 기능할 수 있다.
예를 들어, 제1 코일 패턴(580)의 시작단과 제2 코일 패턴(590)의 시작단의 전기적 연결을 제1 연결이라 하고, 제1 코일 패턴(580)의 끝단과 제2 코일 패턴(590)의 끝단의 제2 연결을 제2 연결이라 할 때, 기판(520)의 적층 방향을 따라 제1 연결과 제2 연결이 교대로 이루어질 수 있다.
구체적으로 제1 기판의 개수와 상기 제2 기판의 개수의 총 합이 m(여기서, m은 자연수이다)일 때, 제n 번째 제1 코일 패턴(580)의 시작단은 제n-1 번째 제2 코일 패턴(590)의 시작단에 전기적으로 연결되고(여기서, 1≤n≤m이다), 제n-1 번째 제2 코일 패턴(590)의 끝단은 제n-2 번째 제1 코일 패턴(580)의 끝단에 전기적으로 연결될 수 있다.
도면에는 제4 번째 제1 코일 패턴(580)의 시작단이 제3 번째 제2 코일 패턴(590)의 시작단에 연결되고 있다. 또한, 제3 번째 제2 코일 패턴(590)의 끝단이 제2 번째 제1 코일의 끝단에 연결되고 있다. 제2 번째 제1 코일 패턴(580)의 시작단이 제1 번째 제2 코일 패턴(590)의 시작단에 연결되고 있다. 이 상태에 따르면 제4 번째 제1 코일 패턴(580)의 끝단으로 유입된 전류는 제4 내지 제1 번째 코일 패턴(530)을 거치는 동안 지속적으로 반시계방향으로 회전하는 상태가 된다. 즉, 반시계방향으로 권선된 하나의 권선 코일로 기능할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 카메라 모듈을 구성하는 PCB 코일의 실제 설계도를 나타낸 개략도이다.
PCB 코일은 다양하게 형성될 수 있다. 도 12의 (a)에는 평면상으로 기판의 형상과 동일한 코일 패턴이 기판에 거의 가득차게 1개 형성된 경우가 개시된다.
이와 달리 도 12의 (b)에는 복수의 코일 패턴이 하나의 기판에 형성된 경우가 개시된다.
도 13은 도 12의 (a)에 개시된 PCB 코일의 생산 공정을 나타낸 흐름도이다.
(a) 먼저 양면에 제1 전도막(531)이 형성된 제a 기판(521)을 마련한다.
(b) 제a 기판(521)에 제1 통공(529)을 형성한다.
(c) 제1 통공(529) 내면에 제2 전도막(532)을 형성한다.
(d) 에칭 등을 이용하여 제1 전도막(531)에 패턴을 형성한다.
(e) 패턴이 형성된 제a 기판(521)의 양면에 제b 기판(522)을 적층하고, 제b 기판(522) 상에 제3 전도막(533)을 적층한다.
(f) 제a 기판(521), 제b 기판(522), 제3 전도막(533)이 적층된 상태에서 제2 통공(528)을 형성한다. 제2 통공은 절단선으로 기능하여 제2 통공에 둘러싸인 내부 부재를 하나의 PCB 코일로 구분하거나, 도 12의 (b)와 같이 평면상으로 인접한 다른 코일 패턴과 구분하기 위한 영역으로 사용될 수 있다.
(g) 제a 기판(521)에 형성된 패턴의 중심에 대응하는 부위의 제b 기판(522)과 제3 전도막(533)을 에칭하여 제a 기판(521)에 형성된 패턴의 중심을 외부로 노출시킨다.
(h) (g) 공정에서 에칭이 이루어진 부위에 제4 전도막(534)를 형성한다. 이와 함께 (f) 공정에서 형성된 제2 통공(528)의 내면에 제5 전도막(535)를 형성할 수 있다.
(i) 에칭 등을 이용하여 제3 전도막(533)에 패턴을 형성한다.
(j) 제3 전도막 상에 납, 금, 은, 구리 등 다른 전도체(560)를 부착시킨다.
이상의 공정에 의해 생산된 PCB 기판을 살펴보면, 상층의 제3 전도막(533)이 도 11의 제1 번째에 배치되는 제1 코일 패턴이 되고, 상층의 제1 전도막(531)이 제2 번째에 배치되는 제2 코일 패턴이 된다. 이때, 상층의 제4 전도막(534)는 제1 번째 제1 코일 패턴의 시작단과 제2 번째 제2 코일 패턴의 시작단을 연결하는 제1 연결부(571)가 된다.
하층의 제1 전도막(531)은 제3 번째에 배치되는 제1 코일 패턴이 된다. 이때, 제2 전도막(532)은 제2 번째 제2 코일 패턴의 끝단과 제3 번째 제1 코일 패턴의 끝단을 연결하는 제2 연결부(572)가 된다.
하층의 제3 전도막(533)은 제4 번째에 배치되는 제2 코일 패턴이 된다. 이때, 하층의 제4 전도막(534)는 제3 번째 제1 코일 패턴의 시작단과 제4 번째 제2 코일 패턴의 시작단을 연결하는 제1 연결부(571)가 된다.
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...베이스 102...단자부
102a...외측 연장부 102b...내측 연장부
104...후크 105...베이스 기둥
106...코일 안착면 109...고정부 결합봉
200...보빈 유니트 206...마그네트 안착면
210...이동부 216...렌즈 안착면
210a,210b,220a,220b...힌지부 220...고정부
225...고정부 기둥 229...고정부 결합 구멍
230...서스펜션부 231a...제1 링크
231b...제2 링크 234...두께 감소부
300...커버 304...후크 홈
305...가이드 홈 400...마그네트
500...코일 510...리드부
520...기판 521...제a 기판
522..제b 기판 528...제2 통공
529...제1 통공 530...코일 패턴
531...제1 전도막 532...제2 전도막
533...제3 전도막 534...제4 전도막
560...전도체 571...제1 연결부
572...제2 연결부 580...제1 코일 패턴
581, 591...시작단 582, 592...끝단
590...제2 코일 패턴 600...이미지 센서
C0,C1...광축 θ...틸팅각

Claims (10)

  1. 렌즈가 장착된 보빈 유니트;
    상기 보빈 유니트가 이동 가능하게 삽입되는 베이스;
    상기 보빈 유니트의 이동 동력을 제공하는 코일 및 마그네트;를 포함하고,
    상기 코일 또는 상기 마그네트는 상기 보빈 유니트의 측면에 설치되는 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일 및 상기 마그네트는 서로 대면되는 것으로 상기 렌즈를 광축 방향으로 이동시키는 전자기력을 생성하고,
    상기 보빈 유니트의 측면에는 상기 마그네트가 부착되고,
    상기 베이스에는 상기 마그네트에 대면하도록 상기 코일이 부착되는 카메라 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코일은 평면 기판에 코일 패턴이 형성된 PCB 코일인 카메라 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 베이스에는 상기 PCB 코일의 양 단자에 연결되는 터미널이 마련되고,
    상기 PCB 코일은 상기 베이스로부터 돌출된 베이스 기둥에 착탈되며,
    상기 PCB 코일이 상기 베이스 기둥에 장착되면 상기 PCB 코일의 양 단자는 상기 터미널에 연결되는 카메라 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 코일 패턴의 형상은 상기 PCB 코일의 평면 형상과 동일한 카메라 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코일은 코일 패턴이 형성된 기판이 복수로 적층된 PCB 코일인 카메라 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코일은 제1 나선형 방향의 제1 코일 패턴과 제2 나선형 방향의 제2 코일 패턴이 교대로 적층된 PCB 코일인 카메라 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    평면상으로 상기 제1 코일 패턴의 시작단과 상기 제2 코일 패턴의 시작단은 동일 위치에 형성되고, 상기 제1 코일 패턴의 끝단과 상기 제2 코일 패턴의 끝단이 동일 위치에 형성되는 카메라 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 코일 패턴의 시작단과 상기 제2 코일 패턴의 시작단이 전기적으로 연결되거나 상기 제1 코일 패턴의 끝단과 상기 제2 코일 패턴의 끝단이 전기적으로 연결되는 카메라 모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 코일 패턴의 시작단과 상기 제2 코일 패턴의 시작단의 제1 연결, 상기 제1 코일 패턴의 끝단과 상기 제2 코일 패턴의 끝단의 제2 연결이 상기 각 기판의 적층 방향을 따라 교대로 이루어지는 카메라 모듈.
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