KR20180128674A - 액추에이터 및 이를 구비한 카메라 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액추에이터 및 이를 구비한 카메라 모듈에 대한 것이다. 본 발명은, 하우징; 상기 하우징 내에 구비되며 렌즈 수용부를 구비한 캐리어; 상기 캐리어를 상기 렌즈 수용부에 수용되는 렌즈부의 광축 방향으로 구동하는 구동부; 및 상기 하우징의 일측 면에서 사선 방향으로 양측에 배치되어 상기 캐리어가 지지되는 제 1 지지부와 제 2 지지부;를 포함하는 액추에이터와 이를 포함하는 카메라 모듈을 제공한다.

Description

액추에이터 및 이를 구비한 카메라 모듈 {ACTUATOR AND CAMERA MODULE HAVING THE SAME}
본 발명은 액추에이터 및 이를 구비한 카메라 모듈에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 렌즈부를 수용하는 캐리어의 구동을 가이드하는 구조를 개선한 액추에이터 및 이를 구비한 카메라 모듈에 대한 것이다.
카메라 모듈은 렌즈를 통해 입사된 광신호를 CCD 또는 CMOS와 같은 이미지 센서를 이용하여 전기신호로 변환하는 부품이다. 카메라 모듈은 스마트폰과 같은 모바일 장치, 태블릿 PC, 및 노트북 등과 같은 장치에 두루 사용되고 있으며, 최근에는 스마트카 기술의 발전과 더불어 자동차 등 다양한 분야에서 내장 카메라로서 활용범위가 확대되고 있다.
일반적으로 카메라 모듈은 이미지 센서와 이미지 센서의 상부에 결합되는 액추에이터 및 액추에이터 내부에 구비되어 상하 구동되는 렌즈부를 포함한다. 모바일 장치에 사용되는 카메라 모듈은 다기능화, 소형화 및 경량화되고 있으며, 자동 초점(Auto Focusing, AF) 기능, OIS(Optical Image Stabilizer) 등의 기능을 구비한다.
카메라 모듈에서 AF, OIS 등의 기능을 수행하기 위해서는 액추에이터에 의해 렌즈부를 효과적으로 구동하여야 한다. 액추에이터는 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor), 피에조 방식 등에 의해 구동된다.
도 1은 종래 카메라 모듈의 액추에이터 구동 방식의 일례를 도시한다.
카메라 모듈에 포함되는 액추에이터(1)는 액추에이터(1)의 외부 하우징을 이루는 제 1 프레임(10)과 제 2 프레임(20), 및 렌즈부(40)를 수용하고 렌즈부(40)의 광축 방향을 따라 이동가능한 캐리어(30)를 포함한다. 제 2 프레임(20)의 내측에는 코일(22)과 요크(24)가 구비된다. 캐리어(30)의 일측에는 상기 코일(22)과 대향하여 배치된 마그네트(32)가 부착된다. 코일(22)은 전력을 공급받아 자력을 발생하여 마그네트(32)와의 상호 작용을 통해 캐리어(30)를 구동한다. 요크(24)는 코일(22)에 부착되어 자속의 누설을 방지하는 기능을 수행한다.
제 1 프레임(10)에는 V자형의 제 1 가이드부(12)와 U자형의 제 2 가이드부(14)가 형성되고, 제 1 가이드부(12)에는 제 1 가이드볼(16)이 구비되고 제 2 가이드부(14)에는 제 2 가이드볼(18)이 구비된다. 제 1 가이드볼(16)과 제 2 가이드볼(18)은 캐리어(30)의 상하 이동시 마찰을 감소시키는 기능을 수행한다.
종래 액추에이터(1)에 있어서, V자형의 제 1 가이드부(12)에서 제 1 가이드볼(16)은 2점 접촉된 상태이고 U자형의 제 2 가이드부(14)에서 제 2 가이드볼(18)은 1점 접촉된 상태이다. 제 1 가이드부(12)에서 제 1 가이드볼(16)이 2점 접촉됨에 따라 캐리어(30)의 수평 방향(도 1의 X축 방향) 이동이 제한된다.
그런데 종래 액추에이터(1) 구성에 있어서, 제 1 가이드부(12)에서의 2점 접촉된 구조만으로 캐리어(30)의 수평 방향 이동을 제한하는 것만으로는 캐리어(30)의 XY 평면에서의 효과적인 구속이 어렵다는 단점이 있다. 이에 따라 캐리어(30)의 상하 구동시에 캐리어(30)가 XY 평면 상에서의 위치가 틀어지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 종래 액추에이터(1) 구성에 있어서는 제 1 가이드부(12)에서 제 1 가이드볼(16)이 끼어서 움직임이 원활하지 않을 수 있는 문제점이 발생할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0044363호(2015.04.24. 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 캐리어의 효과적인 지지가 가능한 카메라 모듈의 액추에이터 및 이를 포함한 카메라 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 하우징; 상기 하우징 내에 구비되며 렌즈 수용부를 구비한 캐리어; 상기 캐리어를 상기 렌즈 수용부에 수용되는 렌즈부의 광축 방향으로 구동하는 구동부; 및 상기 하우징의 일측 면에서 사선 방향으로 양측에 배치되어 상기 캐리어가 지지되는 제 1 지지부와 제 2 지지부;를 포함하는 액추에이터를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 구동부는 상기 캐리어에 결합된 마그네트와 상기 하우징에 구비된 코일과 요크를 포함하는 VCM 방식으로 구성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 1 지지부는 상기 하우징의 제 1 가이드롤러 수용부에 수용된 제 1 가이드롤러와 상기 캐리어의 일측에 돌출 구비된 제 1 접촉부를 포함하고, 상기 제 2 지지부는 상기 하우징의 제 2 가이드롤러 수용부에 수용된 제 2 가이드롤러와 상기 캐리어의 타측에 돌출 구비된 제 2 접촉부를 포함한다.
상기 제 1 가이드롤러와 상기 제 2 가이드롤러는 그 회전축이 평면상에 배치되고 상기 제 1 접촉부와 상기 제 2 접촉부는 수직 방향(즉, 렌즈부의 구동 방향)을 따라 배치될 수 있다.
상기 제 1 가이드롤러의 회전축과 상기 제 2 가이드롤러의 회전축의 연장선을 동일한 XY 평면상에 위치시키면 0°보다 크고 180°보다 작은 각도를 이루도록 상기 제 1 가이드롤러와 상기 제 2 가이드롤러가 배치될 수 있다. 이러한 배치에 따라 제 1 가이드롤러와 제 2 가이드롤러에 의해 지지되는 캐리어의 X축 방향 움직임이 구속될 수 있다.
또한, 상기 제 1 지지부에 의해 상기 캐리어가 받는 힘의 X축 방향 분력과, 상기 제 2 지지부에 의해 상기 캐리어가 받는 힘의 X축 방향 분력은 서로 마주보도록 상기 제 1 가이드롤러와 상기 제 2 가이드롤러가 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 1 접촉부와 제 2 접촉부는 라운드 처리될 수 있다.
또한, 상기 제 1 접촉부와 제 2 접촉부는 길이 방향으로 돌출되어 각각 상기 제 1 가이드롤러와 상기 제 2 가이드롤러의 표면과 점 접촉할 수 있다.
또한, 상기 제 1 지지부와 상기 제 2 지지부 중 적어도 하나에는 복수의 가이드롤러가 구비될 수 있다.
또한, 상기 제 1 접촉부와 제 2 접촉부 중 적어도 하나는 복수의 접촉부를 구비할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 1 가이드롤러와 상기 제 2 가이드롤러의 양측에는 돌출 형성된 가이드돌기가 구비되고, 상기 가이드돌기가 상기 제 1 가이드롤러 수용부 및 상기 제 2 가이드롤러 수용부 각각에서 지지될 수 있다.
또한, 본 발명은, 이상에서 설명된 액추에이터 및 상기 캐리어의 렌즈 수용부에 수용되는 상기 렌즈부;를 포함하는 카메라 모듈을 제공한다.
본 발명에 따르면 캐리어의 양측에 대각선 방향으로 배치된 2개의 가이드롤러를 구비함에 따라 캐리어를 XY 평면상에서 효과적으로 지지하고 구동 저항을 저하시킬 수 있는 장점이 있다. 이에 따라 카메라 모듈의 액추에이터의 작동 정밀성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래 카메라 모듈의 액추에이터 구동 방식의 일례를 도시한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액추에이터 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액추에이터에 구비되는 캐리어의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 액추에이터 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 액추에이터에 구비되는 가이드 롤러의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액추에이터에서 캐리어에 가해지는 힘을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액추에이터 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액추에이터에 구비되는 캐리어의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액추에이터(100)는 카메라 모듈에 포함되며, 배럴 형태의 렌즈부(미도시)를 렌즈부의 광축 방향으로 구동하는 기능을 수행한다.
도 2를 참조하면, 액추에이터(100)는, 하우징(110, 120)과 상기 하우징(110, 120)에 내장되는 캐리어(130)를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 하우징(110, 120)은 제 1 프레임(110)과 상기 제 1 프레임(110)에 결합되는 제 2 프레임(120)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제 1 프레임(110)의 적어도 일부가 상기 제 2 프레임(120)의 내측에 위치하도록 제 1 프레임(110)과 제 2 프레임(120)이 결합될 수 있다. 다만, 본 발명의 실시에 있어서 하우징을 형성하는 제 1 프레임(110)과 제 2 프레임(120)은 다양한 형태로 변형 실시될 수 있으므로 도 2에 도시된 바에 그 구성이 한정되는 것은 아니다. 또한, 제 1 프레임(110)과 제 2 프레임(120)에 구비되도록 구성된 다른 구성요소들도 그 특징을 변형하지 않는 한도 내에서 다른 구성요소나 도 2에서 설명되지 않은 다른 요소에 구비되는 것도 가능할 수 있다.
캐리어(130)는 렌즈 수용부(134)를 구비한다. 렌즈 수용부(134)는 렌즈부(미도시)가 수용되고 캐리어(130)는 렌즈부의 광축 방향을 따라 상하 이동될 수 있다. 캐리어(130)의 적어도 일측면에는 마그네트(132)가 부착된다.
제 2 프레임(120)에는 코일(122)가 요크(124)가 구비된다. 캐리어(130)에 구비된 마그네트(132)는 상기 코일(122)과 대향하여 배치될 수 있다. 요크(124)는 코일(122)에 부착되어 자속의 누설을 방지하는 기능을 수행한다.
코일(122)에 공급되는 전력의 변화에 따라 코일(122)에서 발생하는 자속이 변화되고, 상기 코일(122)에서 발생되는 자속에 따라 마그네트(132)가 힘을 받는 방향이나 받는 힘의 크기가 변경된다. 코일(122)과 마그네트(132)의 상호작용에 따라 캐리어(130)가 구동된다.
본 발명에 따른 액추에이터(100)는 하우징(110, 120)에 대해 캐리어(130)의 구동을 지지하는 지지부(160, 170)에 그 특징이 있다. 캐리어(130)를 지지하는 지지부는 서로 사선 방향으로 배치된 제 1 지지부(160)와 제 2 지지부(170)를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 제 1 프레임(110)의 일측면 양측에 사선 방향으로 배치된 제 1 가이드롤러 수용부(112)와 제 2 가이드롤러 수용부(114)가 형성된다. 제 1 가이드롤러 수용부(112)와 제 2 가이드롤러 수용부(114)에는 가이드롤러(150)가 각각 구비된다. 가이드롤러(150)는 원기둥 형태로 구비될 수 있다. 제 1 가이드롤러 수용부(112)에는 제 1 가이드롤러(150a)가 수용되고, 제 2 가이드롤러 수용부(114)에는 제 2 가이드롤러(150b)가 수용된다.
이상적인 상태에서 제 1 가이드롤러(150a)와 제 2 가이드롤러(150b) 각각의 중심축은 XY 평면상에 위치한다. 다만, 실제 액추에이터(100)의 작동중에 상기 가이드롤러들(150)의 중심축은 XY 평면에서 벗어날 수도 있다.
이상적인 상태로 가정하여 설명하면, 제 1 가이드롤러 수용부(112)에 삽입된 제 1 가이드롤러(150a)의 중심축과 제 2 가이드롤러 수용부(114)에 삽입된 제 2 가이드롤러(150b)의 중심축을 각각 연장한 선인 L1과 L2는 소정 각도(θ)를 이룬다. L1과 L2는 캐리어(130)의 외측에서 접점을 형성한다. L1과 L2가 만나는 각도 θ는 180°보다 작고 0°보다는 크다. 캐리어(130)의 X축 방향 이동을 효과적으로 제한하기 위하여 상기 각도 θ는 165 ~ 15°, 150 ~ 30°, 135 ~ 45° 또는 120 ~ 60° 등의 각도를 이루도록 설정될 수 있다.
캐리어(130)의 일측면 양측에는 제 1 접촉부(136)와 제 2 접촉부(138)가 돌출 형성된다. 제 1 접촉부(136)와 제 2 접촉부(138)는 표면이 라운드 처리된 형태일 수 있다. 도 3을 참조하면, 제 1 접촉부(136)와 제 2 접촉부(138)는 소정 곡률을 갖는 원호를 높이 방향으로 연장한 형태로 구성될 수 있다.
제 1 접촉부(136)와 제 1 가이드롤러(150a)는 제 1 지지부(160)를 이루고, 제 2 접촉부(138)과 제 2 가이드롤러(150b)는 제 2 지지부(170)를 이룬다.
도 2와 도 3에 있어서, 제 1 접촉부(136)는 두 개의 접촉부를 갖도록 도시되고 제 2 접촉부(138)는 하나의 접촉부를 갖도록 도시되었다. 그러나 본 발명의 실시에 있어서 상기 제 1 접촉부(136)와 제 2 접촉부(138)는 각각 하나의 접촉부를 갖거나 둘 이상의 복수의 접촉부를 갖도록 구성되는 것도 가능할 수 있다.
또한, 제 1 가이드롤러 수용부(112)와 제 2 가이드롤러 수용부(114)에는 각각 하나의 가이드롤러(150)가 구비되거나, 높이 방향(XY평면에 수직인 방향)으로 둘 이상의 복수의 가이드롤러(150)가 구비될 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 액추에이터 구성을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 액추에이터에 구비되는 가이드롤러의 구성을 도시한 도면이다.
도 4와 도 5를 참조하면, 가이드롤러(150)는 원기둥 형태의 롤러 양측에 지름이 더 작은 가이드돌기(152a, 152b)를 구비한다. 가이드돌기(152a, 152b)가 제 1 가이드롤러 수용부(112)와 제 2 가이드롤러 수용부(114) 내측 양단에서 지지된 상태에서 가이드롤러(150)가 제 1 가이드롤러 수용부(112)와 제 2 가이드롤러 수용부(114) 내에 수용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액추에이터에서 캐리어에 가해지는 힘을 도시한 도면이다.
액추에이터 내에 도 6에 도시된 것 이외의 마그네트와 요크가 더 구비될 수도 있으나 도 6에서는 제 1 지지부(160)와 제 2 지지부(170)의 기능을 중점으로 설명하기 위하여 액추에이터의 구성을 간략히 도시하였다.
마그네트(132)와 자성체인 요크(124)의 사이에 인력(F1)이 발생하여 캐리어(130)는 요크(124) 방향으로 힘을 받는다.
한편, 캐리어(130)는 제 1 지지부(160)에서 제 1 가이드롤러(150a)의 표면에 수직한 방향으로 반력(F21)을 받는 동시에 제 2 지지부(170)에서 제 2 가이드롤러(150b)의 표면에 수직한 방향으로 반력(F22)를 받는다.
여기서 반력 F21과 F22의 X축 방향으로 분력(分力)에 의해 캐리어(130)의 X축 방향 움직임은 구속된다.
도 6에 도시된 구성을 도 1과 대비하면, 종래에는 V자형 제 1 가이드부(12)에서 제 1 가이드볼(16)이 2점 접촉 지지됨에 따라 캐리어(130)의 X축 방향 움직임이 구속되었다. 그러나, 본 발명에 따르면 캐리어(130)의 양측에서 제 1 지지부(160)와 제 2 지지부(170)에 의해 X축 방향 및 Y축 방향으로 지지되어 캐리어(130)의 움직임을 보다 효과적으로 구속할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 실시에 있어서, 상기 가이드롤러(150)에는 그리스(grease)와 같은 고체 윤활제가 도포될 수 있다.
또한, 이상의 설명에서, 캐리어(130)를 구동하는 구동부로서 마그네트(132)와 코일(122)을 이용한 보이스 코일 모터(VCM) 방식을 예시하였으나, 본 발명의 실시에 있어서 상기 구동부로는 스텝 모터나 피에조 방식 등 다른 구동 방식으로 대체할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 액추에이터
110 : 제 1 프레임
112 : 제 1 가이드롤러 수용부
114 : 제 2 가이드롤러 수용부
120 : 제 2 프레임
122 : 코일
124 : 요크
130 : 캐리어
132 : 마그네트
134 : 렌즈 수용부
136 : 제 1 접촉부
138 : 제 2 접촉부
150 : 가이드롤러

Claims (12)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내에 구비되며 렌즈 수용부를 구비한 캐리어;
    상기 캐리어를 상기 렌즈 수용부에 수용되는 렌즈부의 광축 방향으로 구동하는 구동부; 및
    상기 하우징의 일측 면에서 사선 방향으로 양측에 배치되어 상기 캐리어가 지지되는 제 1 지지부와 제 2 지지부;
    를 포함하는 액추에이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는, 상기 캐리어에 결합된 마그네트와 상기 하우징에 구비된 코일과 요크를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 지지부는 상기 하우징의 제 1 가이드롤러 수용부에 수용된 제 1 가이드롤러와 상기 캐리어의 일측에 돌출 구비된 제 1 접촉부를 포함하고,
    상기 제 2 지지부는 상기 하우징의 제 2 가이드롤러 수용부에 수용된 제 2 가이드롤러와 상기 캐리어의 타측에 돌출 구비된 제 2 접촉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 접촉부와 상기 제 2 접촉부는 상기 렌즈부의 구동 방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 가이드롤러의 회전축과 상기 제 2 가이드롤러의 회전축의 연장선을 동일한 XY 평면상에 위치시키면 0°보다 크고 180°보다 작은 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 지지부에 의해 상기 캐리어가 받는 힘의 X축 방향 분력과, 상기 제 2 지지부에 의해 상기 캐리어가 받는 힘의 X축 방향 분력은 서로 마주보는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 접촉부와 상기 제 2 접촉부는 라운드 처리된 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 접촉부와 제 2 접촉부는 길이 방향으로 돌출되어 각각 상기 제 1 가이드롤러와 상기 제 2 가이드롤러의 표면과 점 접촉하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 지지부와 상기 제 2 지지부 중 적어도 하나에는 복수의 가이드롤러가 구비된 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 접촉부와 상기 제 2 접촉부 중 적어도 하나는 복수의 접촉부를 구비하는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 가이드롤러와 상기 제 2 가이드롤러 각각의 양측에는 돌출 형성된 가이드돌기가 구비되고, 상기 가이드돌기가 상기 제 1 가이드롤러 수용부 및 상기 제 2 가이드롤러 수용부 각각에서 지지되는 것을 특징으로 하는 액추에이터.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 액추에이터; 및
    상기 렌즈 수용부에 수용되는 상기 렌즈부;
    를 포함하는 카메라 모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102555970B1 (ko) * 2023-04-17 2023-07-14 (주)세미광전 광학용 액추에이터에 적용되는 레일 조립체, 그 제조방법 및 그에 적용되는 인서트 레일 형성체

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