KR20170018136A - 광학 손떨림 보정 가능한 카메라 렌즈 모듈 - Google Patents

Abstract

맴돌이 전류(eddy current) 현상을 응용하여 OIS 코일에 입력되는 전류로 인한 OIS 캐리어의 공진을 완화하는, 광학 손떨림 보정 가능한 카메라 렌즈 모듈을 제공한다. 개시된 카메라 렌즈 모듈은, 하우징(housing), 적어도 하나의 렌즈가 고정 지지되는 것으로, 상기 적어도 하나의 렌즈의 광축(光軸)에 평행한 방향으로 승강 가능하게 상기 하우징 내부에 배치된 렌즈 캐리어(lens carrier), 상기 렌즈 캐리어를 지지하는 것으로, 상기 광축에 교차하는 방향으로 이동 가능하게 상기 하우징 내부에 배치된 OIS 캐리어, 상기 OIS 캐리어에 고정 탑재된 영구 자석(permanent magnet), 상기 하우징의 측벽 내측면에 지지되고, 상기 영구 자석과 마주보는 위치에 권선된 OIS 코일(optical image stabilization coil), 상기 하우징 내부에서 상기 영구 자석에 인접하여 위치 고정된 도체로서, 상기 OIS 캐리어 및 그에 탑재된 상기 영구 자석의 이동에 의해 내부에 맴돌이 전류(eddy current)가 발생하는 컨덕터(conductor)를 구비한다.

Description

광학 손떨림 보정 가능한 카메라 렌즈 모듈{Camera lens module capable of optical image stabilization with the same}

본 발명은 손떨림으로 인한 이미지의 흔들림을 광학적으로 보정하는 기능을 갖는 카메라 렌즈 모듈에 관한 것이다.

근래에는 포터블 카메라뿐만 아니라 예컨대, 스마트폰, 태블릿 PC와 같은 휴대용 단말기에도 고성능의 카메라 렌즈 모듈이 탑재되고 있다. 휴대용 단말기에 탑재되는 고성능 카메라 렌즈 모듈은 일반적으로, 오토 포커싱(auto focusing) 기능, 및 광학 손떨림 보정(OIS: optical image stabilization) 기능을 포함한다. 광학 손떨림 보정(OIS) 기능은 외부 진동이나 사용자의 손떨림으로 인한 사진의 흔들림을 줄여주는 기능이다. 광학 손떨림 보정 기능은 렌즈의 광축에 교차하는 방향으로 렌즈를 이동시키는 렌즈 시프트 방식(lens shift type)과, 렌즈의 광축에 교차하는 방향으로 이미지 센서(image sensor)를 이동시키는 이미지 센서 시프트 방식(image sensor shift type)으로 구분되며, 휴대용 단말기에는 일반적으로 렌즈 시프트 방식의 광학 손떨림 보정 기능을 갖는 카메라 렌즈 모듈이 탑재된다.

일반적으로, 렌즈 시프트 방식으로 광학 손떨림을 보정하는 기능을 갖는 카메라 렌즈 모듈은, 홀 센서(hall sensor)에 의해 광축에 대한 OIS 캐리어(carrier)의 편향을 감지하고, OIS 코일(coil)에 전류를 입력하여 전자기력에 의해 OIS 캐리어를 광축에 편향되지 않은 원위치로 이동시킨다.

그런데, 상기 카메라 렌즈 모듈은 OIS 코일에 입력되는 전류가 특정 주파수를 가질 때 공진이 발생하여 OIS 캐리어의 움직임을 제어할 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 종래에는 이와 같은 공진으로 인한 손떨림 보정 불량을 개선하기 위하여, 상기 카메라 렌즈 모듈에서 FPCB에서 AF 코일로 전류를 인가해주는 부품인 서스펜션 와이어(suspension wire)에 완충제(damper bond)를 도포하거나, 서스펜션 와이어의 형상과 구조를 특이하게 변형하였다. 또한, 서스펜션 와이어가 없는 카메라 렌즈 모듈의 경우에는 카메라 렌즈 모듈의 특정 부분의 형태를 변형하거나, 마찰이 있는 부분에 구리스(grease)를 도포하는 방법이 적용되었다.

그러나, 상기한 방법들은 자동화된 조립 라인(assembly line) 상에서 소위 톱다운(top-down) 방식으로 부품을 적층하여 조립하는 공정에 포함시키기 어렵다. 또한, 완충제나 구리스를 도포하는 방법도 공정을 자동화하기 어려우며, 도포 지점 및 도포량에 따라 공진 특성이 카메라 렌즈 모듈마다 달라질 수 있어 주파수 특성 편차가 커질 수 있다. 따라서, 카메라 렌즈 모듈의 조립 불량율이 높아지고, 생산성이 저하되는 문제가 남는다.

대한민국 등록특허공보 제10-1200711호

본 발명은, 맴돌이 전류(eddy current) 현상을 응용하여 공진 주파수를 이동시킴으로써 OIS 코일에 입력되는 전류의 주파수로 인한 공진 현상을 완화하는 카메라 렌즈 모듈을 제공한다.

본 발명은, 서스펜션 와이어를 구비하지 않으면서도 AF 코일에 전류 공급이 가능하고, 공진 주파수를 이동시킴으로써 OIS 코일에 입력되는 전류의 주파수로 인한 공진 현상을 완화하는 카메라 렌즈 모듈을 제공한다.

본 발명은, 하우징(housing), 적어도 하나의 렌즈가 고정 지지되는 것으로, 상기 적어도 하나의 렌즈의 광축(光軸)에 평행한 방향으로 승강 가능하게 상기 하우징 내부에 배치된 렌즈 캐리어(lens carrier), 상기 렌즈 캐리어를 지지하는 것으로, 상기 광축에 교차하는 방향으로 이동 가능하게 상기 하우징 내부에 배치된 OIS 캐리어, 상기 OIS 캐리어에 고정 탑재된 영구 자석(permanent magnet), 상기 하우징의 측벽 내측면에 지지되고, 상기 영구 자석과 마주보는 위치에 권선된 OIS 코일(optical image stabilization coil), 상기 하우징 내부에서 상기 영구 자석에 인접하여 위치 고정된 도체로서, 상기 OIS 캐리어 및 그에 탑재된 상기 영구 자석의 이동에 의해 내부에 맴돌이 전류(eddy current)가 발생하는 컨덕터(conductor)를 구비한 것을 특징으로 하는, 광학 손떨림 보정 가능한 카메라 렌즈 모듈을 제공한다.

상기 OIS 코일의 외주면은 절연되어 있고, 상기 컨덕터는 상기 영구 자석과 마주보는 상기 OIS 코일의 측면 또는 그 반대 측면에 상기 OIS 코일과 통전되지 않게 부착된 금속 박막일 수 있다.

상기 OIS 코일은 링(ring) 형상을 형성하도록 권선되고, 상기 컨덕터는 상기 권선된 OIS 코일의 링 형상에 겹쳐지는 링(ring) 형상의 금속 박막일 수 있다.

상기 컨덕터는 비자성체(non-magnetic substance)로 이루어질 수 있다.

상기 컨덕터는 구리(Cu) 또는 구리를 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다.

상기 컨덕터의 두께는 0.02 내지 0.1 mm 일 수 있다.

본 발명에 따른 광학 손떨림 보정 가능한 카메라 렌즈 모듈은, 상기 렌즈 캐리어의 외주면에 권선된 AF 코일(coil), 상기 하우징의 측벽 내측면에 지지되고, 상기 AF 코일 및 상기 OIS 코일에 전력을 공급하기 위한 FPCB(flexible printed circuit board), 및 상기 하우징 내부에서 상기 OIS 캐리어 상측에 배치되는 상부 판 스프링을 더 구비하고, 상기 FPCB와, 상기 상부 판 스프링과, 상기 AF 코일이 통전(通電) 가능하게 연결되어 상기 FPCB로부터 상기 AF 코일로 전력이 공급될 수 있다.

또한 본 발명은, 렌즈 캐리어(lens carrier)를 수납하는 하우징, 및 상기 렌즈 캐리어를 지지하면서 손떨림을 방지하도록 상기 렌즈 캐리어의 이동 방향과 교차하는 방향으로 이동 가능한 OIS 캐리어를 구비하는 것으로, 상기 하우징과 OIS 캐리어 중 하나에는 영구 자석이 고정되고, 다른 하나에는 상기 영구 자석과 마주보는 위치에 OIS 코일(optical image stabilization coil)이 고정되고, 상기 OIS 코일의 일 측면 및 타 측면 중 적어도 한 측면에는, 상기 OIS 코일과 통전되지 않게 컨덕터(conductor)가 부착되며, 상기 컨덕터는 비자성체(non-magnetic substance) 금속 박막으로 이루어진, 광학 손떨림 보정 가능한 카메라 렌즈 모듈을 제공한다.

상기 OIS 코일은 링(ring) 형상을 형성하도록 권선되고, 상기 OIS 코일의 외주면은 절연될 수 있다.

상기 컨덕터는 상기 권선된 OIS 코일의 링 형상에 겹쳐지는 링(ring) 형상의 금속 박막일 수 있다.

상기 컨덕터는 구리(Cu) 또는 구리를 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다.

상기 컨덕터의 두께는 0.02 내지 0.1 mm 일 수 있다.

본 발명에 따르면, OIS 캐리어를 손떨림 보정되는 위치로 이동시키고자 OIS 코일에 전류가 입력될 때, OIS 캐리어에 고정된 영구 자석이 이동함에 따라 자기장이 변화되고, 컨덕터에 맴돌이 전류가 발생하여 OIS 캐리어에 맴돌이 전류 완충력(eddy current damping force)이 가해진다. 이에 따라, OIS 캐리어의 이동 속도를 변경하기 위하여 OIS 코일에 입력되는 전류의 주파수를 변경하더라도 전류의 특정 주파수에서 OIS 캐리어의 공진이 발생하지 않아 광학 손떨림 보정 기능을 위한 OIS 캐리어 움직임의 신뢰성있는 제어가 가능하다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 카메라 렌즈 모듈은, 서스펜션 와이어를 구비하지 않고 상부 판 스프링을 통하여 AF 코일에 전류 공급을 하도록 구성되고, 컨덕터를 적용하므로, 완충제나 구리스를 도포하지 않고도 공진 주파수를 이동시킴으로써 OIS 코일에 입력되는 전류의 주파수로 인한 공진 현상이 완화된다. 이에 따라, 본 발명의 카메라 렌즈 모듈은 부품을 적층하여 조립하는, 소위 톱다운(top-down) 방식으로 생산할 수 있어, 조립 생산성이 향상되고, 조립 불량율이 낮아진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 렌즈 모듈을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 렌즈 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 일 부분을 확대 도시한 분해 사시도로서, 도 3은 위에서 본 모습을, 도 4는 아래에서 본 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 도 2의 상부 판 스프링을 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 렌즈 모듈의 내부를 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 카메라 렌즈 모듈의 내부를 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9 및 도 10은 종래의 카메라 렌즈 모듈과 본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈의 특성을 비교하여 나타낸 그래프로서, 도 9는 히스테리시스(hysteresis) 특성을 나타낸 그래프이고, 도 10은 무빙 틸트(moving tilt) 특성을 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광학 손떨림 보정 가능한 카메라 렌즈 모듈을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 렌즈 모듈을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 렌즈 모듈을 도시한 분해 사시도이고, 도 3 및 도 4는 도 2의 일 부분을 확대 도시한 분해 사시도로서, 도 3은 위에서 본 모습을, 도 4는 아래에서 본 모습을 도시한 도면이고, 도 5는 도 2의 상부 판 스프링을 도시한 평면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 렌즈 모듈의 내부를 도시한 평면도이며, 도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 카메라 렌즈 모듈의 내부를 도시한 평면도이다.

도 1 내지 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 렌즈 모듈(10A)은 예컨대, 스마트폰, 태블릿 PC와 같은 휴대용 단말기에 탑재 가능하고, 오토 포커싱(AF: auto focusing) 기능과 광학 손떨림 보정(OIS: optical image stabilization) 기능을 구비한다. 카메라 렌즈 모듈(10A)은, 하우징(11)과, 렌즈 캐리어(30)와, OIS 캐리어(40)와, 영구 자석(50)과, AF 코일(39)과, OIS 코일(52)과, FPCB(55)와, 스페이서(130)와, 하부 스토퍼(57)와, 하부 AF 스프링(61)과, 베어링 볼(bearing ball)(65)과, 상부 판 스프링(70)을 구비한다.

하우징(11)은 베이스(12)와, 베이스(12)에 결합되는 커버(20)를 구비한다. 베이스(12)는 평면에서 볼 때 대략 사각형인 부재로서, 중앙에 개구(13)가 형성된 사각 창틀 형상의 바닥(17)과, 상기 바닥(17)의 4 곳의 코너(corner)에서 위로 돌출된 4개의 기둥(15)을 구비한다. 상기 4개의 기둥(15)의 상단에는 스페이서(130)에 체결되는 체결 돌기(16)가 돌출 형성된다.

커버(20)는 사각형의 상부 벽(25)과, 사각형 상부 벽(25)의 4 모서리에서 아래로 절곡되어 연장되는 4개의 측벽(23)을 구비한다. 상부 벽(25)의 중앙에는 개구(21)가 형성된다. 빛은 커버(20)의 개구(21) 중심과 베이스(12)의 개구(13) 중심을 관통하는 렌즈(미도시)의 광축(AL)을 따라 하우징(11)을 관통하여 이미지 센서(image sensor)(미도시)에 수광(受光)된다.

렌즈 캐리어(30)는 중앙에 상하 방향으로 개방된 통공(31)이 형성된 링(ring) 형상의 부재로서 하우징(11) 내부에서 상기 광축(AL)에 평행한 방향으로 승강 가능하게 배치된다. 렌즈 캐리어(30)의 내주면(32)에는 적어도 하나의 렌즈(lens)(미도시)를 고정 지지하는 렌즈 경통(미도시)이 삽입되어 고정 장착된다. 렌즈 캐리어(30)의 외주면(32)에는 AF 코일(coil)(39)이 권선된다.

OIS 캐리어(40)는 렌즈 캐리어(30)를 에워싸는 사각 창틀 형상의 부재로서, 사각형의 4곳의 코너(corner)에서 아래로 돌출된 4개의 다리(41)를 구비한다. OIS 캐리어(40)는 렌즈 캐리어(30)를 광축(AL)에 평행한 방향으로 승강 가능하게 안내하며 지지한다. OIS 캐리어(40)는 광축(AL)에 교차하는 방향, 부연하면 XY 평면과 평행한 방향으로 이동 가능하게 하우징(11) 내부에 배치된다.

하부 스토퍼(57)는 중앙에 광축(AL)이 관통하는 개구(58)가 형성된 사각형의 부재로서, 베이스(12)의 바닥(17)과 렌즈 캐리어(30) 사이에 개재되며, 렌즈 캐리어(30)가 Z축과 평행하게 하강할 때 그 하강 범위를 제한한다. 하부 스토퍼(57)는 베이스(12)의 바닥(17)에 지지된다. OIS 캐리어(40)의 4개의 다리(41) 하단에서 아래로 돌출된 체결 돌기(46)가 하부 스토퍼(57)의 4곳의 코너에 형성된 돌기 체결 홈(59)에 삽입 체결되어 하부 스토퍼(57)가 OIS 캐리어(40)에 고정 체결된다.

4개의 영구 자석(50)은 OIS 캐리어(40)의 인접한 한 쌍의 다리(41) 사이에 끼워져 OIS 캐리어(40)에 고정 탑재된다. 4개의 영구 자석(50)은 하우징(11) 내부에서 커버(20)의 4개의 측벽(23) 내측면과 마주보도록 배치된다. 4개의 권선된 OIS 코일(52)은 커버(20)의 4개의 측벽(23) 내측면에 지지되어 4개의 영구 자석(50)과 마주보는 위치에 배치된다. 구체적으로, FPCB(55)가 상기 측벽(23) 내측면에 고정 지지되고, 상기 FPCB(55)에 4개의 권선된 OIS 코일(52)이 FPCB(55)에 지지된다. OIS 코일(52)은 FPCB(55)와 통전(通電) 가능하게 연결된다.

OIS 코일(52)은 구리(Cu) 또는 구리를 포함하는 합금으로 이루어진 전선(電線)으로, 외주면은 절연 물질 코팅(coating)으로 절연되며, XY 평면과 평행한 방향으로 길고 Z축과 평행한 방향으로는 짧은 링(ring) 형상을 형성하도록 권선되어 있다. FPCB(55)에는 OIS 캐리어(40)와 렌즈(미도시)의 위치를 측정하기 위한 한 쌍의 홀 센서(hall sensor)(54)가 탑재되는데, 상기 한 쌍의 홀 센서(54)는 상기 권선된 OIS 코일(52)에 의해 형성된 링 형상의 중앙부 빈 공간에 배치된다.

카메라 렌즈 모듈(10A)은 하우징(11) 내부에 4개의 영구 자석(50)에 일대일로 인접하여 위치 고정된 4개의 컨덕터(53A)를 구비한다. 상기 컨덕터(53A)는 도체인 금속 소재로 이루어진 금속 박막으로, 4개의 권선된 OIS 코일(52)의 FPCB(55)를 마주보는 측면에 하나씩 부착된다(도 6 참조). 상술한 바와 같이 OIS 코일(52)의 외주면이 절연되어 있으므로 OIS 코일(52)과 컨덕터(53A)는 통전(通電)되거나 합선(short circuit)되지 않는다.

컨덕터(53A)는 권선된 OIS 코일(52)의 링(ring) 형상에 겹쳐지는 링(ring) 형상의 금속 박막으로, 예컨대, OIS 코일(52)과 마찬가지로 구리(Cu) 또는 구리를 포함하는 합금으로 이루어지며, 그 두께는 0.02 내지 0.1 mm 일 수 있다. 다만, 상기 컨덕터(53A)의 재질은 반드시 구리(Cu) 또는 구리를 포함하는 합금에 한정되는 것은 아니며, 이와 다른 종류의 비자성체(non-magnetic substance) 금속일 수도 있다.

OIS 코일(52)에 전류가 입력되어 영구 자석(50)에 의한 자기장 내에서 전자기력이 발생하고 그에 의해 OIS 캐리어(40)와 그에 고정 지지된 영구 자석(50)이 이동하면 상기 컨덕터(53A)에는 영구 자석(50)의 이동을 방해하는 방향의 힘이 발생하도록 맴돌이 전류(eddy current)가 발생한다. 상기와 같이 맴돌이 전류에 의해 자석과 도체 간의 상대적 이동이 억제되는 현상을 맴돌이 전류 완충(eddy current damping) 또는 맴돌이 전류 브레이크(eddy current brake)라고 하며, 상기 맴돌이 전류 완충력(eddy current damping force)(F)은 자속 밀도(B)와 자석과 도체 간의 상대 속도(v)의 곱과 같으며, 아래 수식으로 표현된다.

F = B × v

컨덕터(53A)에 발생하는 맴돌이 전류의 크기는 미약하기 때문에 컨덕터(53A)의 면적이나 두께가 크지 않아도 된다. 따라서, 컨덕터(53A)는 가공하기 용이하고 파손을 피할 수 있으며, 카메라 렌즈 모듈(10A)의 크기를 콤팩트(compact)하게 유지할 수 있도록 가능한 한 작은 면적이나 두께로 제조된다. 또한, 컨덕터(53A)는 OIS 코일(52)의 측면에 견고하게 부착 지지될 수 있고, 링(ring) 형상으로 권선된 OIS 코일(52) 중앙부의 빈 공간에 배치된 홀 센서(54)의 감지 성능에 영향을 주지 않도록 상기 권선된 OIS 코일(52)의 링 형상에 대응되는 링 형상으로 가공된다.

한편 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 카메라 렌즈 모듈(10B)은 4개의 권선된 OIS 코일(52)의 영구 자석(50)을 마주보는 측면에 4개의 컨덕터(53B)가 하나씩 부착된다. 상기 컨덕터(53B)는, 그 소재, 형상, 크기, 및 두께에서는 모두 도 2 내지 도 4에 도시된 컨덕터(53A)와 동일하나, 부착되는 위치만 다르다. 도 7에 도시된 컨덕터(53B)의 경우에도 OIS 코일(52)에 전류가 입력되어 OIS 캐리어(40)와 영구 자석(50)이 이동하면 컨덕터(53B)에 맴돌이 전류가 유도되고 그로 인한 완충 효과가 발생한다.

도 1 내지 도 4를 다시 참조하면, FPCB(55)는 일 측 하단부가 하우징(11) 외부로 노출되어 하우징(11) 외부의 전력 공급선(미도시)과 연결된다. 상부 판 스프링(70)은 금속과 같은 도전성(導電性) 재료로 이루어질 수 있다. 또는, 상부 판 스프링(70)은 전극과 도전층이 내부에 형성되거나 전선이 배선(配線)된 비금속성 탄성 소재로 이루어질 수 있다. 상부 판 스프링(70)의 하우징 탑재부(72, 102)는 FPCB(55)와 통전(通電) 가능하게 연결되고, 상부 판 스프링(70)의 AF 스프링부(86, 116)의 말단은 AF 코일(39)의 말단과 통전 가능하게 연결된다. 이와 같은 구성으로, 하우징(11)의 외부로부터 FPCB(55)를 통해 OIS 코일(52)에 전력이 공급될 수 있고, FPCB(55)와 상부 판 스프링(70)을 통해 AF 코일(39)로 전력이 공급될 수 있다.

부연하면, 카메라 렌즈 모듈(10A)은, 렌즈 캐리어(30), OIS 캐리어(40), 및 상부 판 스프링(70)을 순차적으로 쌓아 올려 조립할 수 있고, 상부 판 스프링(70)을 통해 AF 코일(39)에 전력을 공급하도록 구성되므로, 카메라 렌즈 모듈(10A)의 조립 지체를 유발하는 예컨대, 서스펜션 와이어(suspension wire) 등의 배선용 부품을 제거할 수 있다. 이로 인해 카메라 렌즈 모듈(10A)의 조립이 용이해지고 생산성이 향상된다.

스페이서(130)는 중앙에 광축(AL)이 관통하는 개구(131)가 형성된 사각 창틀 형상의 부재로서, 커버(20)의 상부 벽(25) 내측면과 상부 판 스프링(70) 사이에 개재된다. 스페이서(130)의 4곳의 코너 하측면에는 베이스 체결 홈(133)이 형성되어 있고, 베이스(12)의 4개의 기둥(15) 상단의 체결 돌기(16)가 상기 4개의 체결 홈(133)에 끼워져 체결됨에 의해 스페이서(130)가 베이스(12)에 고정 지지된다. 스페이서(130)에는 자성체(磁性體)로 이루어진 요크(yoke)(135)가 결합된다. OIS 캐리어(40)에 장착된 자석(50)에 의해 요크(135)에 인력(引力)이 작용한다. 이로 인해 스페이서(130)와 OIS 캐리어(40)가 베어링 볼(65)을 사이에 두고 서로 밀착된다.

도 3 내지 도 5를 함께 참조하면, 상부 판 스프링(70)은, 하우징(11)(도 1 참조) 내부에서 스페이서(130)의 아래 및 OIS 캐리어(40) 상측에 배치되는 것으로, 렌즈 광축(AL)에 대해 대칭되며 분리된 제1 및 제2 판 스프링(71, 101)을 구비한다. 제1 및 제2 판 스프링(71, 101)은 각각, 하우징(11)에 탑재되는 하우징 탑재부(72, 102), OIS 캐리어(40)에 탑재되는 OIS 캐리어 탑재부(78, 108), 렌즈 캐리어(30)를 광축(AL)에 평행한 방향으로 탄성 가압하도록 OIS 캐리어 탑재부(78, 108)에서 연장된 AF 스프링부(86, 116), 및 하우징 탑재부(72, 102)와 OIS 캐리어 탑재부(78, 108)를 연결하는 연결 스프링부(90, 120)를 구비한다.

하우징 탑재부(72, 102)는 베이스(12)에 고정 체결되고 서로 이격된 제1 및 제2 외측 단부(73, 75, 103, 105)와, 제1 및 제2 외측 단부(73, 75, 103, 105)를 연결하는 외측 단부 연결 빔(beam)(77, 107)을 구비한다. OIS 캐리어 탑재부(78, 108)는 OIS 캐리어(40)에 고정 체결되고 서로 이격된 제1 및 제2 내측 단부(79, 82, 109, 112)와, 제1 및 제2 내측 단부(79, 82, 109, 112)를 연결하는 내측 단부 연결 빔(85, 115)을 구비한다.

구체적으로, 제1 외측 단부(73, 103)와 제2 외측 단부(75, 105)에는 체결 통공(74, 76, 104, 106)이 형성되고, 베이스 기둥(15)(도 2 참조) 상단의 체결 돌기(16)(도 2 참조)가 체결 통공(74, 76, 104, 106)에 끼워진 채 스페이서(130)의 체결 홈(133)에 삽입 체결됨으로써 제1 외측 단부(73, 103)와 제2 외측 단부(75, 105)가 베이스(12)(도 2 참조)에 체결 고정된다. 또한, 제1 내측 단부(79, 109)와 제2 내측 단부(82, 112)에는 한 쌍씩 체결 통공(80, 83, 110, 113)이 형성되고, OIS 캐리어(40)의 4개의 다리(41)에 각각 한 쌍씩 형성된 체결 돌기(45)가 상기 내측 단부 체결 통공(80, 83, 110, 113)에도 끼워짐으로써 OIS 캐리어(40) 상단부에 제1 내측 단부(79, 109)와 제2 내측 단부(82, 112)가 체결 고정된다.

연결 스프링부(90, 120)는 외측 단부 연결 빔(77, 107)과 내측 단부 연결 빔(85, 115) 사이에 배치된다. 연결 스프링부(90, 120)는 지그재그(zigzag)로 연장된 지그재그 스프링부(93, 123)와, 외측 단부 연결 빔(77, 107)의 길이 방향과 평행하게 연장되며 일 측단이 외측 단부 연결 빔(77, 107)에 연결되고 타 측단이 지그재그 스프링부(93, 123)의 일 측단에 연결된 제1 직선 스프링부(91, 121)와, 내측 단부 연결 빔(85, 115)의 길이 방향과 평행하게 연장되며 일 측단이 내측 단부 연결 빔(85, 115)에 연결되고 타 측단이 지그재그 스프링부(93, 123)의 타 측단에 연결된 제2 직선 스프링부(92, 122)를 구비한다.

도 5에 도시된 것처럼, 제1 직선 스프링부(91, 121)와 겹쳐지는 지그재그 스프링부(93, 123)의 일 측 부분은 내측 단부 연결 빔(85, 115)에 치우쳐 배치되고, 제2 직선 스프링부(92, 122)와 겹쳐지는 지그재그 스프링부(93, 123)의 타 측 부분은 외측 단부 연결 빔(77, 107)에 치우쳐 배치된다. 이와 같은 구조로 연결 스프링부(90, 120)가 외측 단부 연결 빔(77, 107)과 내측 단부 연결 빔(85, 115) 사이에서 최소한의 공간을 차지하며 콤팩트(compact)하게 배치된다.

지그재그 스프링부(93, 123)는 도 5에 도시된 바와 같이, 외측 단부 연결 빔(77, 107)과 내측 단부 연결 빔(85, 115)의 길이 방향과 직교하는 방향으로 지그재그로 확장되고 외측 단부 연결 빔(77, 107)과 내측 단부 연결 빔(85, 115)의 길이 방향과 평행한 방향으로 연장될 수도 있으나, 이와 반대로 외측 단부 연결 빔(77, 107)과 내측 단부 연결 빔(85, 115)의 길이 방향과 평행하는 방향으로 지그재그로 확장되고 외측 단부 연결 빔(77, 107)과 내측 단부 연결 빔(85, 115)의 길이 방향과 직교하는 방향으로 연장될 수도 있다.

연결 스프링부(90, 120)는 OIS 캐리어(40)가 광축(AL)에 교차하는 방향으로 이동할 때 그 이동 경로를 가이드(guide)하고 이동 범위를 제한한다. 또한, OIS 캐리어(40)가 광축(AL)에 교차하는 방향으로 이동하여 기준 위치(default position)에서 벗어나면 연결 스프링부(90, 120)가 OIS 캐리어(40)를 탄성 가압하여 OIS 캐리어(40)가 상기 기준 위치로 복귀하도록 돕는다.

AF 스프링부(86, 116)는 렌즈 캐리어(30) 상단부에 체결되는 말단부(87, 117)와, OIS 캐리어 탑재부(78, 108)의 내측 단부(82, 109)와 상기 말단부(87, 117)를 연결하는 내측 단부 연결 빔(beam)(88, 118)을 구비한다. 또한, 렌즈 캐리어(30)의 상단부에는 상향 돌출된 복수의 체결 돌기(33)가 형성된다. AF 스프링부(86, 116)의 말단부(87, 117)가 상기 복수의 체결 돌기(33) 중 두 개에 끼워지면, 상기 말단부(87, 117)가 체결 돌기(33)의 주변을 내리 누르도록 탄성 가압하게 된다.

한편, 하부 AF 스프링(61)은 하우징(11)(도 1 참조) 내부에서 하부 스토퍼(57)의 위 및 렌즈 캐리어(30)의 아래에 배치되어 렌즈 캐리어(30)를 위로 탄성 가압한다. OIS 캐리어(40)의 4개의 다리(41) 하단에서 아래로 돌출된 4개의 체결 돌기(46)는, 하부 AF 스프링(61)의 4곳의 코너에 형성된 돌기 관통공(62)을 관통하여 하부 스토퍼(57)의 4개의 돌기 체결 홈(59)에 삽입 체결된다.

AF 코일(39)에 전류가 입력되어 발생하는 전자기력에 의해 렌즈 캐리어(30)가 광축과 평행하게 오토 포커싱(auto focusing)되는 위치 또는 원위치로 이동하는 경우에, 하부 AF 스프링(61)는 렌즈 캐리어(30)가 위로 탄성 바이어스되도록 가압하고 AF 스프링부(80)는 렌즈 캐리어(30)가 아래로 탄성 바이어스되도록 가압하여 상기 렌즈 캐리어(30)의 이동을 돕는다.

4개의 베어링 볼(65)은 OIS 캐리어(40)와 스페이서(130) 사이에 개재되어 OIS 캐리어(40)가 광축(AL)에 교차하는 방향으로 이동할 때 마찰을 줄여준다. 4개의 베어링 볼(65)이 정해진 위치에서 이탈되지 않도록, OIS 캐리어(40)의 4곳의 코너의 상측면에는 4개의 베어링 볼(65)의 하단이 하나씩 안착되는 4개의 볼 하단 안착 홈(43)이 형성된다. 또한, 스페이서(130)의 4곳의 코너 하측면에는 4개의 베어링 볼(65)의 상단이 하나씩 안착되는 4개의 볼 상단 안착 홈(132)이 형성된다. 베어링 볼(65)이 볼 상단 안착 홈(132)에 안착된 채 광축(AL)에 직교하는 방향으로 구름(rolling) 이동할 수 있도록 상기 볼 상단 안착 홈(132)의 내경은 베어링 볼(65)의 직경보다 크다.

볼 하단 안착 홈(43)과 볼 상단 안착 홈(132)은 각각, 폭에 비해 길이가 길어지게 일 방향으로 연장되지 않으며, 서로 직교하는 방향으로 연장되지도 않는다. 따라서, OIS 코일(52)(도 2 참조)에 전류가 인가되어 OIS 캐리어(40)에 전자기력이 작용하여 광축(AL)에 교차하는 방향으로 이동할 때, OIS 캐리어(40)가 특정 방향으로 우회하여 목적 지점까지 이동하지 않고, 목적 지점까지 최단 경로를 따라 빠르게 이동할 수 있다.

한편, 상부 판 스프링(70)에는 4개의 베어링 볼(65)이 상부 판 스프링(70)을 관통하여 OIS 캐리어(40)의 볼 하단 안착 홈(43)에 안착되도록 개방된, 베어링 볼(65)의 개수와 같은 개수의 볼 수용 공간(81, 84, 111, 114)이 형성된다.

도 1 내지 도 5를 함께 참조하면, 오토 포커싱 기능 구현을 위한 카메라 렌즈 모듈(10A)의 동작은 다음과 같다. AF 코일(39)에 전류가 흐르면 영구 자석(50)과 AF 코일(39) 사이의 전자기력에 의해 렌즈 캐리어(30)가 하우징(11) 내에서 기준 높이(default level)에서 OIS 캐리어(40)에 지지된 상태로 상승 또는 하강하여 렌즈 초점이 맞춰지는 높이로 이동한다. 렌즈 초점이 맞춰진 렌즈 캐리어(30)의 높이는 AF 코일(39)이 권선된 렌즈 캐리어(30)에 가해지는 전자기력과 AF 스프링부(86, 116)와 하부 AF 스프링(61)의 탄성력이 평형을 이루는 위치이다. 한편, 사진 촬영 후 또는 카메라 기능 오프(off) 후에는 AF 코일(39)의 전류가 감소하면서 렌즈 캐리어(30)는 AF 스프링부(86, 116)와 하부 AF 스프링(61)의 탄성력의 도움을 받아 기준 높이로 복귀한다.

손떨림 보정 기능 구현을 위한 카메라 렌즈 모듈(10A)의 동작은 다음과 같다. 카메라 렌즈 모듈(10A)이 장착된 휴대용 단말기(미도시)의 자이로 센서(gyro sensor)를 통해 손떨림에 의한 휴대용 단말기의 흔들림이 감지되면 OIS 코일(52)에 전류가 흐르고, 영구 자석(50)과 OIS 코일(52) 사이의 전자기력에 의해 OIS 캐리어(40)와 이에 지지된 렌즈 캐리어(30)가 하우징(11) 내에서 기준 위치(default position)에서 광축(AL)과 교차하는 방향, 즉 XY 평면과 평행하게 이동하여 이미지 센서(미도시)에 맺히는 화상의 흔들림이 감소되는 위치로 이동한다. 이 변경된 위치는 OIS 캐리어(40)에 가해지는 전자기력과 연결 스프링부(90, 120)의 탄성력이 평형을 이루는 위치이다. 한편, 손떨림에 의한 휴대용 단말기의 흔들림이 제거되면 OIS 코일(52)에 흐르던 전류가 감소하면서 OIS 캐리어(40) 및 이에 지지된 렌즈 캐리어(30)는 연결 스프링부(90, 120)의 탄성력의 도움을 받아 기준 위치로 복귀한다. 홀 센서(54)에 의해 OIS 캐리어(40)의 XY 평면상의 위치가 감지되고, 상기 OIS 캐리어(40)가 상기 화상의 흔들림이 감소되는 위치 또는 기준 위치로 복귀 이동하도록 OIS 코일(52)에 적절한 전류가 흘러 OIS 캐리어(40)의 기준 위치 복귀를 도울 수도 있다.

손떨림 보정 동작에 의해 OIS 캐리어(40)가 기준 위치에서 벗어나면, OIS 캐리어(40)에 체결된 OIS 캐리어 탑재부(78, 108)는 OIS 캐리어(40)와 함께 XY 평면과 평행하게 이동하고, 연결 스프링부(90, 120)는 탄성 복원 가능하게 변형된다. 이후에 손떨림이 없어지거나 촬상(撮像)이 완료되면, 연결 스프링부(90, 120)가 원래 형태로 탄성 복원되어 OIS 캐리어 탑재부(78, 108)와 이에 체결된 OIS 캐리어(40)가 기준 위치로 복귀한다.

도 8은 본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈의 효과를 설명하기 위한 그래프이고, 도 9 및 도 10은 종래의 카메라 렌즈 모듈과 본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈의 특성을 비교하여 나타낸 그래프로서, 도 9는 히스테리시스(hysteresis) 특성을 나타낸 그래프이고, 도 10은 무빙 틸트(moving tilt) 특성을 나타낸 그래프이다.

도 6 내지 도 8을 함께 참조하면, 영구 자석(50)이 고정된 OIS 캐리어(40)를 손떨림 보정이 되는 위치로 이동시키기 위하여 OIS 코일(52)에 전류를 입력할 때 손떨림에 의한 진동의 주파수가 클수록 이를 상쇄하기 위해 OIS 코일(52)에 입력되는 전류의 주파수가 커지게 되며, OIS 코일(52)에 입력되는 전류의 주파수는 FR1 내지 FR2 범위의 주파수를 사용하게 된다. 예를 들어, 하한 주파수 FR1은 1Hz이고, 상한 주파수 FR2는 10㎑ 일 수 있다.

그런데, 컨덕터(53A, 53B)가 없는 카메라 렌즈 모듈의 경우에 상기 하한 주파수(FR1)와 상한 주파수(FR2) 범위 내의 특정 주파수 지점에서 OIS 캐리어(40)의 진동이 급격히 커지는 1차 공진(RE1)과 2차 공진(RE2)이 발생할 수 있다. 이와 같이 1차 공진(RE1) 및/또는 2차 공진(RE2)이 발생하면 손떨림 보정을 위한 OIS 캐리어(40)의 동작 제어가 불가능할 수 있다. 그러나, 컨덕터(53A, 53B)가 구비된 본 발명의 카메라 렌즈 모듈(10A, 10B)의 경우에는, 맴돌이 전류 완충 효과에 의해 공진점이 이동하여 상기 하한 주파수(FR1)와 상한 주파수(FR2) 범위 내에서 OIS 캐리어(40)의 공진 현상이 발생하지 않게 되므로 손떨림 보정을 위한 OIS 캐리어(40) 동작의 신뢰성 있고 안정적인 제어가 가능하다.

도 9 및 도 10은 카메라 렌즈 모듈에 대한 테스트(test) 결과를 나타낸 그래프로서, SPL1은 컨덕터를 구비하지 않은 카메라 렌즈 모듈의 결과이고, SPL2는 도 6에 도시된 것과 같이 컨덕터(53A)가 OIS 코일(52)과 FPCB(55) 사이에 배치된 카메라 렌즈 모듈(10A)의 결과이며, SPL3는 도 7에 도시된 것과 같이 컨덕터(53B)가 영구 자석(50)과 OIS 코일(52) 사이에 배치된 카메라 렌즈 모듈(10B)의 결과이다.

도 9의 결과에서 나타내는 히스테리시스(hysteresis)란, OIS 코일의 전류 입력을 증가시킴에 따라 나타나는 OIS 캐리어의 변위와, 반대로 OIS 코일의 전류 입력을 감소시킴에 따라 나타나는 OIS 캐리어의 변위 사이의 차이 중에서 최대값을 나타낸 것이다. 여기서, OIS X axis는 X축과 평행한 방향의 변위 차이를 나타내고, OIS Y axis는 Y축과 평행한 방향의 변위 차이를 나타낸다. 도 9에 도시된 바와 같이 컨덕터를 구비하지 않은 경우보다 컨덕터(53A, 53B)를 구비한 경우의 카메라 렌즈 모듈(10A, 10B)의 히스테리시스 값이 월등하게 크며, 이는 컨덕터(53A, 53B)로 인한 맴돌이 전류 댐핑 효과에 기인한다고 볼 수 있다. 따라서, OIS 코일에 입력되는 전류의 주파수로 인한 공진 현상이 완화되며, 손떨림 보정을 위한 OIS 캐리어의 동작을 신뢰성 있게 제어할 수 있다.

도 10의 결과에서 나타내는 무빙 틸트(moving tilt)란, OIS 코일에 입력되는 전류로 인해 OIS 캐리어가 기울어지는 각도를 나타내는 것이며, 단위는 분(min)으로서, 1분이 1/60°이다. 여기서, OIS X axis는 X축과 평행한 축을 중심으로 회전하여 기울어지는 각도를 나타내고, OIS Y axis는 Y축과 평행한 축을 중심으로 회전하여 기울어지는 각도를 나타낸다. 도 10에 도시된 바와 같이 컨덕터를 구비하지 않은 경우보다 컨덕터(53A, 53B)를 구비한 경우의 카메라 렌즈 모듈(10A, 10B)의 무빙 틸트 값이 월등하게 작다. 이는 OIS 캐리어에 전류가 입력되었을 때 OIS 캐리어의 흔들림과 기울어짐이 작다는 것이며, OIS 코일에 입력되는 전류에 따라 OIS 캐리어가 신뢰성 있게 동작할 수 있음을 보여준다.

한편, 본 발명은 도면을 참조하여 설명한 실시예에만 한정되지 않는다. 예를 들어, OIS 코일이 OIS 캐리어에 고정되고, 영구 자석이 하우징의 내측면에 고정 지지될 수도 있다. 또한, 컨덕터가 OIS 코일의 일 측면과 타 측면에 모두 부착 지지될 수도 있다. 또한, 컨덕터가 OIS 코일의 측면에 부착되지 않고, OIS 코일과 약간의 간격을 두고 이격되어 배치될 수도 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10A, 10B: 카메라 렌즈 모듈 12: 베이스
20: 커버 30: 렌즈 캐리어
39: AF 코일 40: OIS 캐리어
50: 영구 자석 52: OIS 코일
53A, 53B: 컨덕터 55: FPCB
61: 하부 AF 스프링 70: 상부 판 스프링
86, 116: AF 스프링부 90, 120: 연결 스프링부

Claims (12)

1. 하우징(housing); 적어도 하나의 렌즈가 고정 지지되는 것으로, 상기 적어도 하나의 렌즈의 광축(光軸)에 평행한 방향으로 승강 가능하게 상기 하우징 내부에 배치된 렌즈 캐리어(lens carrier); 상기 렌즈 캐리어를 지지하는 것으로, 상기 광축에 교차하는 방향으로 이동 가능하게 상기 하우징 내부에 배치된 OIS 캐리어; 상기 OIS 캐리어에 고정 탑재된 영구 자석(permanent magnet); 상기 하우징의 측벽 내측면에 지지되고, 상기 영구 자석과 마주보는 위치에 권선된 OIS 코일(optical image stabilization coil); 상기 하우징 내부에서 상기 영구 자석에 인접하여 위치 고정된 도체로서, 상기 OIS 캐리어 및 그에 탑재된 상기 영구 자석의 이동에 의해 내부에 맴돌이 전류(eddy current)가 발생하는 컨덕터(conductor);를 구비한 것을 특징으로 하는, 광학 손떨림 보정 가능한 카메라 렌즈 모듈.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 OIS 코일의 외주면은 절연되어 있고,
   상기 컨덕터는 상기 영구 자석과 마주보는 상기 OIS 코일의 측면 또는 그 반대 측면에 상기 OIS 코일과 통전되지 않게 부착된 금속 박막인 것을 특징으로 하는, 광학 손떨림 보정 가능한 카메라 렌즈 모듈.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 OIS 코일은 링(ring) 형상을 형성하도록 권선되고, 상기 컨덕터는 상기 권선된 OIS 코일의 링 형상에 겹쳐지는 링(ring) 형상의 금속 박막인 것을 특징으로 하는, 광학 손떨림 보정 가능한 카메라 렌즈 모듈.
4. 제2 항에 있어서,
   상기 컨덕터는 비자성체(non-magnetic substance)로 이루어진 것을 특징으로 하는, 광학 손떨림 가능한 카메라 렌즈 모듈.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 컨덕터는 구리(Cu) 또는 구리를 포함하는 합금으로 이루어진 것을 특징을 하는, 광학 손떨림 보정 가능한 카메라 렌즈 모듈.
6. 제2 항에 있어서,
   상기 컨덕터의 두께는 0.02 내지 0.1 mm 인 것을 특징으로 하는, 광학 손떨림 보정 가능한 카메라 렌즈 모듈.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 렌즈 캐리어의 외주면에 권선된 AF 코일(coil); 상기 하우징의 측벽 내측면에 지지되고, 상기 AF 코일 및 상기 OIS 코일에 전력을 공급하기 위한 FPCB(flexible printed circuit board); 및, 상기 하우징 내부에서 상기 OIS 캐리어 상측에 배치되는 상부 판 스프링;을 더 구비하고,
   상기 FPCB와, 상기 상부 판 스프링과, 상기 AF 코일이 통전(通電) 가능하게 연결되어 상기 FPCB로부터 상기 AF 코일로 전력이 공급되는 것을 특징으로 하는, 광학 손떨림 보정 가능한 카메라 렌즈 모듈.
8. 렌즈 캐리어(lens carrier)를 수납하는 하우징; 및, 상기 렌즈 캐리어를 지지하면서 손떨림을 방지하도록 상기 렌즈 캐리어의 이동 방향과 교차하는 방향으로 이동 가능한 OIS 캐리어;를 구비하는 것으로,
   상기 하우징과 OIS 캐리어 중 하나에는 영구 자석이 고정되고, 다른 하나에는 상기 영구 자석과 마주보는 위치에 OIS 코일(optical image stabilization coil)이 고정되고,
   상기 OIS 코일의 일 측면 및 타 측면 중 적어도 한 측면에는, 상기 OIS 코일과 통전되지 않게 컨덕터(conductor)가 부착되며,
   상기 컨덕터는 비자성체(non-magnetic substance) 금속 박막으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 광학 손떨림 보정 가능한 카메라 렌즈 모듈.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 OIS 코일은 링(ring) 형상을 형성하도록 권선되고, 상기 OIS 코일의 외주면은 절연된 것을 특징으로 하는, 광학 손떨림 보정 가능한 카메라 렌즈 모듈.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 컨덕터는 상기 권선된 OIS 코일의 링 형상에 겹쳐지는 링(ring) 형상의 금속 박막인 것을 특징으로 하는, 광학 손떨림 보정 가능한 카메라 렌즈 모듈.
11. 제8 항에 있어서,
    상기 컨덕터는 구리(Cu) 또는 구리를 포함하는 합금으로 이루어진 것을 특징을 하는, 광학 손떨림 보정 가능한 카메라 렌즈 모듈.
12. 제8 항에 있어서,
    상기 컨덕터의 두께는 0.02 내지 0.1 mm 인 것을 특징으로 하는, 광학 손떨림 보정 가능한 카메라 렌즈 모듈.

Images