KR20200010547A - 보이스 코일 모터 및 이의 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

보이스 코일 모터는 베이스; 상부판과, 상기 상부판으로부터 연장되고 상기 베이스와 결합되는 측면판을 포함하는 커버; 상기 커버 내에 배치되는 고정자; 상기 고정자 내에 배치되는 보빈; 상기 고정자에 배치되는 제1구동부; 상기 보빈에 배치되고 상기 제1구동부에 대향하는 제2구동부; 상기 보빈에 결합되는 탄성 부재; 및 상기 고정자에 배치되는 위치 센서를 포함하며, 상기 보빈은 상기 베이스와 멀어지는 제1방향으로 이동되거나, 상기 베이스와 가까워지는 제2방향으로 이동하고, 상기 위치센서는 상기 보빈이 이동되더라도 상기 베이스의 상면까지의 거리가 고정되고, 상기 위치센서는 상기 제2구동부와 상기 커버의 상기 측면판 사이에 배치된다.

Description

보이스 코일 모터 및 이의 구동 방법{VOICE COIL MOTOR AND METHOD FOR DRIVING THEREOF}
본 발명은 보이스 코일 모터 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 초소형 디지털 카메라가 내장된 휴대폰 등이 개발되고 있다.
종래 휴대폰 등에 적용되는 초소형 디지털 카메라의 경우, 외부광을 디지털 이미지 또는 디지털 영상으로 변경하는 이미지 센서 및 렌즈 사이의 간격을 조절할 수 없었으나, 최근 이미지 센서와 렌즈 사이의 간격을 조절하는 보이스 코일 모터와 같은 렌즈 구동 장치가 개발되어 초소형 디지털 카메라에서 보다 개선된 디지털 이미지 또는 디지털 영상을 얻을 수 있게 되었다.
일반적으로 보이스 코일 모터는 내부에 렌즈가 장착되며 베이스의 상면에 배치된 보빈이 베이스로부터 상부로 이동하여 렌즈 및 베이스의 후면에 배치된 이미지 센서 사이의 간격을 조절한다.
또한, 보이스 코일 모터의 보빈에는 판 스프링이 결합되어 보이스 코일 모터가 작동하지 않을 때 보빈은 판 스프링의 탄성력에 의하여 항상 베이스와 접촉된다. 즉, 종래 보이스 코일 모터의 보빈은 베이스에 대하여 상부를 향해 일방향으로 구동된다.
종래 보이스 코일 모터가 일방향으로만 구동됨으로써 보이스 코일 모터를 구동하기 위해서는 보빈의 자중 및 판 스프링의 탄성력 보다 큰 구동력을 필요로 하고, 이로 인해 보이스 코일 모터의 소비 전력이 크게 증가 되는 문제점을 갖는다.
또한, 보이스 코일 모터를 구동하기 위해서는 보빈의 자중 및 판 스프링의 탄성력 보다 큰 구동력을 필요로 하기 때문에 마그네트 또는 보빈에 권선된 코일의 사이즈가 증가 되어 보이스 코일 모터의 전체적인 사이즈가 증가되는 문제점을 갖는다.
또한, 판 스프링의 형상이 변형될 경우, 렌즈 및 이미지 센서 사이의 포커스가 정확하게 이루어지지 않아 이미지 품질이 크게 낮아지는 문제점을 갖는다.
한편, 보이스 코일 모터 중 렌즈가 장착된 보빈을 베이스와 이격시켜 소비전력을 감소시킬 경우, 베이스로부터 이격된 보빈의 위치가 가변되어 포커스를 정밀하게 조절하기 힘들고 연속적으로 포커스를 맞추기 어려우며 보빈의 위치 변경에 따라 불필요한 소비 전력이 소모되는 문제점을 갖는다.
미국 특허출원공개공보 US 2007/0047942호 (2007. 03. 01. 공개)
본 발명은 구동 신호가 인가되지 않을 때 렌즈가 장착된 가동자를 베이스의 상면으로부터 이격시켜 구동 신호에 의하여 렌즈 및 이미지 센서 사이의 간격을 조절함으로써 저전력 구동이 가능하며 가동자의 위치를 센싱하여 포커스를 정밀하게 조절, 연속적으로 포커스 조절이 가능하며 불필요한 소비 전력의 소모를 방지한 보이스 코일 모터를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일실시예로서, 보이스 코일 모터는 베이스; 상부판과, 상기 상부판으로부터 연장되고 상기 베이스와 결합되는 측면판을 포함하는 커버; 상기 커버 내에 배치되는 고정자; 상기 고정자 내에 배치되는 보빈; 상기 고정자에 배치되는 제1구동부; 상기 보빈에 배치되고 상기 제1구동부에 대향하는 제2구동부; 상기 보빈에 결합되는 탄성 부재; 및 상기 고정자에 배치되는 위치 센서를 포함하며, 상기 보빈은 상기 베이스와 멀어지는 제1방향으로 이동되거나, 상기 베이스와 가까워지는 제2방향으로 이동하고, 상기 위치센서는 상기 보빈이 이동되더라도 상기 베이스의 상면까지의 거리가 고정되고, 상기 위치센서는 상기 제2구동부와 상기 커버의 상기 측면판 사이에 배치된다.
본 발명에 따른 보이스 코일 모터 및 이의 구동 방법에 의하면, 고정자 또는 고정자에 대하여 가동되는 가동자 중 적어도 하나에 고정자에 대한 가동자의 변위를 센싱 하는 위치 센서를 장착하여 가동자의 현재 위치를 정확하게 판단함으로써 가동자를 구동하여 포커싱 기능을 보다 빠른 시간에 구현할 수 있으며, 가동자의 불필요한 구동 구간을 제거하여 소비전력을 크게 감소시킬 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 보이스 코일 모터의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보이스 코일 모터의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보이스 코일 모터의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 보이스 코일 모터의 구동 방법을 도시한 순서도이다.
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 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 보이스 코일 모터의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 보이스 코일 모터(100)는 베이스(110), 고정자(120), 가동자(130), 탄성 부재(140) 및 위치 센서(150)를 포함한다.
베이스(110)는 고정자(120) 및 가동자(130)를 서포트하는 역할을 한다.
*
*베이스(110)에는 베이스(110)의 상면 및 하면을 관통하는 개구가 형성되며, 개구는 후술 될 가동자(130)의 렌즈(132)와 대응하는 위치에 형성된다. 베이스(110)의 후면 또는 후방에는 개구를 통해 입사된 광에 대응하는 디지털 이미지 또는 동영상을 생성하는 이미지 센서(115)가 배치될 수 있다.
고정자(120)는 베이스(110) 상에 배치되며 고정자(120)는 구동되지 않는다.
고정된 고정자(120)는 후술 될 가동자(130)를 구동하기 위한 제1 구동부(125)를 포함하며, 제1 구동부(125)는 제1 자기장을 발생시킨다. 본 발명의 일실시예에서, 제1 구동부(125)는 복수개의 마그네트들을 포함할 수 있다.
가동자(130)는 고정자(120)의 내부에 배치되며, 가동자(130)는 렌즈(132), 보빈(134) 및 제2 구동부(136)를 포함한다.
가동자(130)의 보빈(134)은, 예를 들어, 상하면이 개구된 원통 형상으로 형성되고, 렌즈(132)는 보빈(134)의 내측면에 결합 된다. 예를 들어, 렌즈(132)는 보빈(134)의 내측면에 나사 방식에 의하여 결합 될 수 있다.
제2 구동부(136)는 보빈(134)의 외측면에 배치된다. 본 발명의 일실시예에서, 제2 구동부(136)는 코일 블럭을 포함할 수 있다. 코일 블럭은 절연 수지에 의하여 절연 또는 코팅된 긴 전선을 권선하여 형성된다.
코일 블럭은 통 형상으로 권선되어 보빈(134)의 외측면에 배치되거나 보빈(134)의 외측면에 직접 권선될 수 있다.
코일 블럭을 포함하는 제2 구동부(136)는 전류와 같은 구동 신호에 의하여 제1 자기장과 반응하여 인력 또는 척력을 발생시키는 제2 자기장을 발생시킨다.
탄성 부재(140)는 고정자(120) 및 가동자(130)에 결합 되어 가동자(130)를 탄력적으로 지지하는 역할을 한다.
본 발명의 일실시예에서, 탄성 부재(140)는, 예를 들어, 판 스프링을 포함할 수 있고, 탄성 부재(140)는 가동자(130)의 보빈(134)의 하부 및 상부에 각각 결합될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 탄성 부재(140)에 탄력적으로 결합된 가동자(130)는 코일 블럭을 포함하는 제2 구동부(136)에 구동 신호가 인가되지 않았을 때, 베이스(110)의 상면으로부터 소정 간격 이격 된다.
베이스(110)의 상면으로부터 가동자(130)가 이격될 경우, 가동자(130)는 제2 구동부(136)에 인가된 구동 신호인 전류의 방향에 따라서 베이스(110)의 상면으로부터 멀어지는 방향 또는 베이스(110)의 상면과 가까워지는 방향으로 양방향 구동이 가능하며, 이로 인해 보이스 코일 모터(100)는 저 전류 구동 및 소비 전력을 크게 감소시킬 수 있다.
한편, 가동자(130)가 베이스(110)의 상면으로부터 이격되어 즉 가동자(130)가 베이스(110)의 상면으로부터 플로팅 될 경우, 가동자(130)의 기준 위치 또는 가동자(130)의 현재 위치를 제어부가 판단하기 어려우며 이로 인해 가동자(130)가 불필요하게 구동됨으로써 불필요한 소비 전력이 발생될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는, 마그네트를 포함하는 제1 구동부(125)와 마주하며 코일 블럭을 포함하는 제2 구동부(136) 상에는 위치 센서(150)가 배치된다.
위치 센서(150)는 가동자(130)의 기준 위치 및/또는 현재 위치에 대한 센싱 신호를 제어부(미도시)로 출력하고, 제어부는 위치 센서(150)로부터 출력된 센싱 신호에 대응하여 코일 블럭을 포함하는 제2 구동부(136)에 적합한 구동 신호를 제공한다.
본 발명의 일실시예에서, 위치 센서(150)는 자기장의 변화에 따라 가동자(130)의 위치를 센싱 하기에 적합한 마그네트 센서의 하나인 홀 센서(hall sensor), 홀 센서에 연결되어 구동 전원을 인가 및 센싱 신호를 출력하는 전선을 포함하며, 전선은 구동 신호를 생성하기 위해 베이스(110)의 후면에 배치된 회로 기판에 전기적으로 연결될 수 있다.
위치 센서(150)는 생산 코스트를 감안하여 제2 구동부(136)에 하나가 배치될 수 있으나, 이와 다르게 위치 센서(150)는 제2 구동부(136)에 복수개가 등 간격으로 배치되어도 무방하다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보이스 코일 모터의 개념도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 보이스 코일 모터는 제1 및 제2 구동부 및 위치 센서의 배치를 제외하면 앞서 도 1에서 설명된 보이스 코일 모터와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 동일한 구성 요소에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 동일한 구성에 대해서는 동일한 명칭 및 동일한 참조 부호를 부여하기로 한다.
도 2를 참조하면, 보이스 코일 모터(100)는 베이스(110), 고정자(120), 가동자(130), 탄성 부재(140) 및 위치 센서(160)를 포함한다.
고정자(120)는 제1 자기장을 발생시키는 제1 구동부(127)를 포함하며, 본 발명의 일실시예에서, 제1 구동부(127)는 절연 수지에 의하여 절연된 긴 전선을 통 형상으로 권선한 코일 블럭을 포함할 수 있다.
또한, 고정자(120)의 내부에 배치된 가동자(130)의 보빈(134)의 외주면에는 제1 자기장과 반응하여 인력 또는 척력을 발생시키는 제2 자기장을 발생시키는 제2 구동부(138)가 배치된다.
본 발명의 일실시예에서, 코일 블럭을 포함하는 제1 구동부(127)와 마주하는 제2 구동부(138)는 복수개의 마그네트들을 포함할 수 있다.
위치 센서(160)는, 예를 들어, 홀 센서일 수 있고, 위치 센서(160)는 제2 구동부(138)와 마주하며 코일 블럭을 포함하는 제1 구동부(127)의 내측면에 배치될 수 있다.
위치 센서(160)는 가동자(130)의 움직임에 따라 제2 구동부(138)로부터 발생되는 제2 자기장의 변화를 센싱 하여 가동자(130)의 현재 위치와 대응하는 센싱 신호를 출력한다.
위치 센서(160)는 가동자(130)의 기준 위치 및/또는 현재 위치에 대한 센싱 신호를 제어부(미도시)로 출력하고, 제어부는 위치 센서(160)로부터 출력된 센싱 신호에 대응하여 코일 블럭을 포함하는 제1 구동부(127)에 적합한 구동 신호를 제공한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보이스 코일 모터의 개념도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 보이스 코일 모터는 탄성 부재 및 가동자의 배치를 제외하면 앞서 도 1에서 설명된 보이스 코일 모터와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 동일한 구성 요소에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하며, 동일한 구성에 대해서는 동일한 명칭 및 동일한 참조 부호를 부여하기로 한다.
도 3을 참조하면, 보이스 코일 모터(100)는 베이스(110), 고정자(120), 가동자(130), 탄성 부재(145) 및 위치 센서(150)를 포함한다.
고정자(120)는 제1 구동부(125)를 포함하며, 제1 구동부(125)는 제1 자기장을 발생시키는 적어도 하나의 마그네트를 포함한다.
가동자(130)는 고정자(120)의 내부에 배치되며, 가동자(130)는 제1 구동부(125)와 마주하는 제2 구동부(136)를 포함한다. 제2 구동부(136)는 절연된 긴 전선을 권선한 코일 블럭을 포함하며, 제2 구동부(136)는 제1 자기장과 작용하여 인력 또는 척력을 발생시키는 제2 자기장을 발생시킨다.
탄성 부재(145)는 가동자(130) 및 고정자(120)에 결합 되며, 가동자(130)는 탄성 부재(145)에 의하여 탄력적으로 결합 된다.
본 발명의 일실시예에서, 탄성 부재(145)에 결합 된 가동자(130)는 제2 구동부(136)에 구동 신호가 인가되지 않았을 때 베이스(110)의 상면에 접촉되고, 가동자(130)는 제2 구동부(136)에 구동 신호가 인가되었을 때 베이스(110)의 상면으로부터 이격 된다.
위치 센서(150)는, 예를 들어, 제2 구동부(136)에 배치되며, 위치 센서(150)는 가동자(130)가 베이스(110)의 상면으로부터 이격 됨에 따라 발생 되는 자기장의 변화를 센싱 하여 센싱 신호를 출력한다.
위치 센서(150)는 가동자(130)의 기준 위치 및/또는 현재 위치에 대한 센싱 신호를 제어부(미도시)로 출력하고, 제어부는 위치 센서(150)로부터 출력된 센싱 신호에 대응하여 코일 블럭을 포함하는 제2 구동부(136)에 적합한 구동 신호를 제공한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 보이스 코일 모터의 구동 방법을 도시한 순서도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 보이스 코일 모터(100)를 구동하기 위해서는 먼저 렌즈(132)를 갖는 가동자(130)의 기준 위치 또는 현재 위치를 위치 센서(150)를 통해 센싱하는 단계가 수행된다.(단계 S10)
구체적으로, 위치 센서(150)는 베이스(110) 상에 배치되며 제1 구동부(125)를 갖는 고정자(120) 및 고정자(120)에 대하여 업-다운 되며 제2 구동부(136)를 갖는 가동자(130) 중 어느 하나에 배치된다.
예를 들어, 제1 구동부(125)가 마그네트를 포함하고, 제2 구동부(136)가 코일 블럭을 포함할 경우, 홀 센서(hall sensor)와 같은 위치 센서(150)는 제1 구동부(125)와 마주하는 제2 구동부(136)에 배치된다.
반대로, 제1 구동부(125)가 코일 블럭을 포함하고, 제2 구동부(136)가 마그네트를 포함할 경우, 위치 센서(150)는 제2 구동부(136)와 마주하는 제1 구동부(125)에 배치된다.
이때, 제1 및 제2 구동부(125,136)들에 구동 신호가 인가되지 않았을 때, 가동자(130)는 베이스(110)의 상기 상면으로부터 이격 되어 플로팅 된 상태일 수 있다.
이와 다르게, 제1 및 제2 구동부(125,136)들에 구동 신호가 인가되지 않았을 때, 가동자(130)는 베이스(110)의 상기 상면에 배치 된 상태일 수 있다.
이어서, 위치 센서(150)로부터 발생된 센싱 신호는 제어부로 인가되고, 제어부는 위치 센서(150)로부터 발생된 센싱 신호에 대응하여 가동자(130)의 현재 위치를 판단한다.(단계 S20)
이어서, 제어부는 위치 센서(150)로부터 발생된 센싱 신호에 근거하여 가동자(130)에 포함된 렌즈 및 이미지 센서 사이의 간격을 조절하기 위한 구동 신호의 레벨을 결정한다.(단계 S30)
이어서, 제어부는 제1 및 제2 구동부(125,136)들 중 어느 하나에 구동 신호를 인가하여 상기 렌즈 및 상기 이미지 센서 사이의 간격을 조절한다.(단계 S40)
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 고정자 또는 고정자에 대하여 가동되는 가동자 중 적어도 하나에 고정자에 대한 가동자의 변위를 센싱 하는 위치 센서를 장착하여 가동자의 현재 위치를 정확하게 판단함으로써 가동자를 구동하여 포커싱 기능을 보다 빠른 시간에 구현할 수 있으며, 가동자의 불필요한 구동 구간을 제거하여 소비전력을 크게 감소시킬 수 있는 효과를 갖는다.
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...보이스 코일 모터 110...베이스
120...고정자 130...가동자
140...탄성 부재 150,160...위치 센서

Claims (12)

  1. 베이스;
    상부판과, 상기 상부판으로부터 연장되고 상기 베이스와 결합되는 측면판을 포함하는 커버;
    상기 커버 내에 배치되는 고정자;
    상기 고정자 내에 배치되는 보빈;
    상기 고정자에 배치되는 제1구동부;
    상기 보빈에 배치되고 상기 제1구동부에 대향하는 제2구동부;
    상기 보빈에 결합되는 탄성 부재; 및
    상기 고정자에 배치되는 위치 센서를 포함하며,
    상기 보빈은 상기 베이스와 멀어지는 제1방향으로 이동되거나, 상기 베이스와 가까워지는 제2방향으로 이동하고,
    상기 위치센서는 상기 보빈이 이동되더라도 상기 베이스의 상면까지의 거리가 고정되고,
    상기 위치센서는 상기 제2구동부와 상기 커버의 상기 측면판 사이에 배치되는 보이스 코일 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1구동부는 코일을 포함하고,
    상기 제2구동부는 마그네트를 포함하는 보이스 코일 모터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1구동부는 마그네트를 포함하고,
    상기 제2구동부는 코일을 포함하는 보이스 코일 모터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위치 센서는 자기장의 변화를 감지하는 홀 센서와, 상기 홀 센서에 연결되어 외부전원이 공급되도록 상기 베이스의 하면에 배치된 회로기판에 전기적으로 연결된 전선을 포함하는 보이스 코일 모터.
  5. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보빈의 제1방향으로의 이동 시 상기 코일에 인가되는 전류 방향과, 상기 보빈의 제2방향으로의 이동 시 상기 코일에 인가되는 전류 방향은 서로 반대되는 보이스 코일 모터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부재는 상기 보빈의 상부와 상기 고정자 사이에 배치되어 상기 보빈을 지지하는 제1탄성부재와, 상기 보빈의 하부와 상기 고정자 사이에 상기 제1탄성부재와 대칭으로 배치되어 상기 보빈을 지지하는 제2탄성부재를 포함하는 보이스 코일 모터.
  7. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 센서의 센싱 신호에 대응하여 상기 코일에 구동신호를 제공하는 제어부를 더 포함하는 보이스 코일 모터.
  8. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 센서는 상기 코일의 표면에 복수개가 등간격으로 배치된 보이스 코일 모터.
  9. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    코일에 전류가 인가되지 않는 초기 위치에서, 상기 보빈은 상기 탄성부재에 탄력적으로 지지되면서 상기 베이스와 상기 커버 사이에 배치되는 보이스 코일 모터.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 코일은 상기 고정자의 내측면에 통 형상으로 권선되면서 코일블럭을 형성하고, 상기 코일블럭은 상부면과 내부면 및 하부면을 갖고, 상기 코일의 하부면은 상기 베이스와 마주보게 배치되고, 상기 코일블럭의 상부면은 상기 커버와 마주보게 배치되는 보이스 코일 모터.
  11. 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성부재는 상기 코일에 전류가 인가되지 않는 초기 위치에서 상기 베이스와 상기 보빈 사이에 제1갭 및 상기 보빈과 상기 커버 사이에 제2갭을 각각 형성하는 보이스 코일 모터.
  12. 베이스;
    상부판과, 상기 상부판으로부터 연장되고 상기 베이스와 결합되는 측면판을 포함하는 커버;
    상기 커버 내에 배치되는 고정자;
    상기 고정자 내에 배치되는 보빈;
    상기 고정자에 배치되는 제1구동부;
    상기 보빈에 배치되고 상기 제1구동부에 대향하는 제2구동부;
    상기 보빈에 결합되는 탄성 부재; 및
    상기 고정자에 배치되는 위치 센서를 포함하는 보이스 코일 모터.





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