KR20210026212A - 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라 - Google Patents

Abstract

자동초점조절 및 줌 기능 구현을 위한 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라가 개시된다. 본 발명에 따른 카메라 액추에이터는, 대향되는 제1 측벽과 제2 측벽 사이의 공간이 격벽에 의해 2분할된 구성의 하우징과, 제1 측벽과 격벽 사이로 구획되는 제1 수용공간에 광축 방향을 따라 직선운동 가능하게 설치되는 광학유닛과, 제2 측벽과 격벽 사이로 구획되는 제2 수용공간에 광축 방향을 따라 직선운동 가능하게 설치되는 구동체와, 상기 제2 수용공간을 구획하는 벽면에 설치되는 구동 코일 및 상기 구동체의 측면부에 상기 구동 코일과 마주하도록 결합되는 구동 마그네트로 이루어진 자기회로부 및 상기 광학유닛과 구동체를 연동 가능하게 연결하는 회전링크를 포함하며, 회전링크는 격벽 상단에 힌지구조로 결합된 피봇 포인트를 중심으로 상기 구동체의 움직임에 따라 광축과 평행한 평면 상에서 회전운동을 하며, 피봇 포인트를 기준으로 회전링크의 일측이 상기 광학유닛의 일면에 캠 구조로 연결된 출력지점까지의 거리(D1)와 회전링크의 타측이 상기 구동체의 일면에 캠 구조로 연결된 입력지점까지의 거리(D2)가 서로 다르게 형성된 것을 요지로 한다.

Description

카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라{Camera actuator and Compact camera containing the same}

본 발명은 카메라 액추에이터에 관한 것으로, 특히 광학계를 포함하는 광학유닛을 광축 방향으로 이동시켜 줌(Zoom)이나 자동초점조절(Auto Focusing)을 구현하는 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라에 관한 것이다.

하드웨어 기술의 발전, 사용자 환경 등의 변화에 따라 스마트폰 등의 휴대 단말(모바일 단말)에는 통신을 위한 기본적인 기능 이외에 다양하고 복합적인 기능이 통합적으로 구현되고 있다. 그 대표적인 예로 오토포커스(AF, Auto Focus), 손떨림 보정(OIS, Optical Image Stabilization) 등의 기능이 구현된 카메라 모듈을 들 수 있다.

근래에는 인증이나 보안 등을 위한 음성 인식, 지문 인식, 홍채 인식 기능 등도 휴대 단말에 탑재되고 있으며, 피사체와의 초점 거리를 더욱 정교하고 세밀하게 가변적으로 조정할 수 있도록 복수 개 렌즈 그룹이 집합되어 있는 줌 렌즈의 장착도 시도되고 있다.

줌 렌즈의 경우 일반 렌즈와는 달리 광이 유입되는 방향인 광축 방향으로 복수 개 렌즈 또는 렌즈군들이 배열되는 구조적인 특징으로 일반 렌즈보다 광축 방향 길이가 길다. 때문에 줌 렌즈를 일반 렌즈와 같은 방식(기판에 수직방향으로 설치하는 방식)으로 휴대 단말에 실장할 경우 일반 렌즈와의 높이 차이에 상응하는 만큼의 공간이 더 필요하다.

따라서 종래 줌 렌즈를 장착한 소형 카메라는 휴대 단말이 지향하는 장치 소형화 및 경량화 요구를 충족시키기 어렵다는 문제가 있다. 또한 휴대 단말에 적용되는 종래 줌 렌즈를 포함한 소형 카메라는 대부분 줌 렌즈로 이루어진 광학계를 자기회로를 이용하여 직접 구동시키는 방식이기 때문에, 광학계의 구동 범위를 늘이는데 한계가 있다는 단점이 있다.

광학계의 구동 범위는 카메라의 줌 성능에 결정적인 영향을 미치는 핵심 요소 중 하나이다. 광학계의 구동 범위를 확장시키려면, 광학계가 움직일 수 있는 공간 확보와 더불어, 광학계를 광축 방향으로 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 부품, 일반적으로 코일과 마그네트로 구성되는 자기회로의 확장이 반드시 수반되어야 하기 때문이다.

한국등록특허 제10-1978946호(공고일 2019.05.15)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 자기회로 확장 없이도 광학계의 변위 폭(광학계의 광축 방향 스트로크 범위)를 충분히 늘일 수 있으며, 따라서 줌 성능의 획기적인 개선을 도모할 수 있는 새로운 구동방식의 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 줌 렌즈를 장착한 소형 카메라의 소형화 및 경량화 요구를 충족시킬 수 있는 구성의 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 소형 카메라를 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,

대향되는 제1 측벽과 제2 측벽 사이의 공간이 격벽에 의해 2분할된 구성의 하우징;

상기 제1 측벽과 격벽 사이로 구획되는 제1 수용공간에 광축 방향을 따라 직선운동 가능하게 설치되는 광학유닛;

상기 제2 측벽과 격벽 사이로 구획되는 제2 수용공간에 광축 방향을 따라 직선운동 가능하게 설치되는 구동체;

상기 제2 수용공간을 구획하는 벽면에 설치되는 구동 코일 및 상기 구동체의 측면부에 상기 구동 코일과 마주하도록 결합되는 구동 마그네트로 이루어진 자기회로부; 및

상기 광학유닛과 구동체를 연동 가능하게 연결하는 회전링크;를 포함하며,

상기 회전링크는 격벽 상단에 힌지구조로 결합된 피봇 포인트를 중심으로 상기 구동체의 움직임에 따라 광축과 평행한 평면 상에서 피봇 작동되며,

상기 피봇 포인트를 기준으로 회전링크의 일측이 상기 광학유닛의 일면에 캠 구조로 연결된 출력지점까지의 거리(D1)와 회전링크의 타측이 상기 구동체의 일면에 캠 구조로 연결된 입력지점까지의 거리(D2)가 서로 다른 카메라 액추에이터를 제공한다.

여기서, 상기 D1이 D2보다 커서, 자기회로부에 의해 구동체가 광축 방향으로 변위될 때 상기 광학유닛이 구동체보다 더 큰 폭으로 변위될 수 있다.

또한, 광학유닛이 제1 측벽에 밀착된 상태로 안정적으로 광축 방향을 따라 직선운동을 할 수 있도록, 상기 제1 측벽에 제1 요크가 설치되고, 상기 제1 측벽과 마주하는 광학유닛의 측면부에 제1 요크와 마주하도록 제1 마그네트가 설치될 수 있다.

또한, 상기 제1 요크 측에는 홀효과(Hall effect)를 이용하여 제1 마그네트의 위치를 검출하고 상응하는 신호를 발생시켜 출력하는 홀 센서가 광축 방향을 따라 균등 간격으로 적어도 둘 이상 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터는,

상기 광학유닛과 제1 측벽 사이에서 상기 하우징에 대한 광학유닛의 광축 방향 직선운동을 가이드하는 한 쌍의 제1 볼 구동부; 및

상기 구동체와 제2 측벽 사이에서 상기 하우징에 대한 구동체의 광축 방향 직선운동을 가이드하는 한 쌍의 제2 볼 구동부;를 더 포함할 수 있다.

여기서 상기 제1 볼 구동부는, 상기 제1 측벽 상부와 하부 각각에 광축 방향을 따라 길게 형성되는 제1 고정레일과, 상기 제1 고정레일과 대응되는 위치의 광학유닛 측면 상부와 하부에 광축 방향을 따라 길게 형성되는 제1 가동레일과, 상호 마주하도록 대응되는 제1 고정레일과 제1 가동레일 사이에 개재되는 하나 이상의 제1 볼로 구성될 수 있다.

그리고 제2 볼 구동부는 상기 제2 측벽 상부와 하부 각각에 광축 방향을 따라 길게 형성되는 제2 고정레일과, 상기 제2 고정레일과 대응되는 위치의 구동체 측면 상부와 하부에 광축 방향을 따라 길게 형성되는 제2 가동레일과, 상호 마주하도록 대응되는 제2 고정레일과 제2 가동레일 사이에 개재되는 하나 이상의 제2 볼로 구성될 수 있다.

또한, 상기 광학유닛은, 광축 방향으로 직선운동 가능하도록 상기 제1 수용공간에 설치되고 제1 측벽과 마주하는 측면부에 제1 마그네트가 결합되는 캐리어와, 상기 캐리어 중앙의 수용홀에 결합되고 복수의 렌즈들로 구성된 렌즈군을 수용하는 렌즈배럴로 구성될 수 있다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,

전술한 일 측면에 따른 카메라 액추에이터를 적어도 하나 이상 포함하는 줌 렌즈부;

개구를 통해 입사된 광의 경로를 바꿔 상기 줌 렌즈부의 광학유닛에 입사시키는 반사계; 및

광학유닛을 통과한 광을 수광하고, 수광된 광에 상응하는 이미지 정보를 출력하는 이미지센서 모듈;를 포함하는 소형 카메라를 제공한다.

여기서 상기 줌 렌즈부는, 구성이 동일한 두 개의 카메라 액추에이터가 광축 방향을 따라 직렬로 배치된 구성일 수 있다.

바람직하게는, 보다 정교하고 세밀한 자동초점조절 및 고배율의 줌 기능 구현을 위해, 상기 두 개의 카메라 액추에이터는 드라이브 칩의 개별 통제를 받아 개별 작동되도록 구성함이 바람직하다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 종래와 같이 자기회로가 광학유닛을 직접 구동시키는 방식이 아닌, 구동체의 움직임을 회전링크로 증폭시켜 광학유닛을 광축 방향으로 구동시키는 간접 구동 방식의 새로운 구동 방식이 적용됨으로써, 자기회로 확장 없이도 광학유닛의 구동 범위를 큰 폭으로 늘일 수 있어 카메라의 줌 성능을 획기적으로 개선할 수 있다.

또한, 자기회로가 구동체를 작동시킨 거리에 비해 더 큰 폭으로 광학유닛을 작동시키는 구조이므로, 구동 효율성이 높다는 장점이 있으며, 자기회로 확장 없이도 광학유닛의 구동 범위를 큰 폭으로 늘일 수 있는 구조이므로 카메라의 소형화 및 경량화는 물론, 기존의 직접 구동방식에 비해 소모 전력도 줄일 수 있어 에너지 효율 측면에서도 유리한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터의 분해 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 카메라 액추에이터에서 커버를 생략 도시한 결합 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 카메라 액추에이터의 평면도.
도 4는 도 2에 도시된 카메라 액추에이터를 광축 방향에서 바라본 정면도.
도 5는 도 3에 도시된 카메라 액추에이터를 A-A선 방향에서 바라본 절 단면도.
도 6의 (a)와 (b)는 도 5에 도시된 제1 볼 구동부와 제2 볼 구동부 각각을 확대 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터의 작동 개념도.
도 8은 전술한 일 측면에 따른 카메라 액추에이터를 포함하는 소형 카메라의 투시도.
도 9는 도 8에 도시된 소형 카메라의 작동 개념도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하 본 발명을 설명함에 있어 설명의 편의를 위해 3축 방향 좌표계를 사용하여 설명하기로 하되, 도면에서 X축은 광축 방향으로 정의하며, Z축은 광축 방향인 상기 X축과 수직인 방향이며, Y축은 동평면 상에서 상기 X축과 직교하는 방향으로 정의하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터의 분해 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 카메라 액추에이터에서 커버를 생략 도시한 결합 사시도이다. 그리고 도 3은 도 2에 도시된 카메라 액추에이터의 평면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 카메라 액추에이터를 광축 방향에서 바라본 정면도이다. 또한 도 5는 도 3에 도시된 카메라 액추에이터를 A-A선 방향에서 바라본 절 단면도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터(30)는 하우징(31)을 포함한다. 하우징(31)은 바닥부(316)와 바닥부(316) 양 단부에서 직각으로 연장되어 상호 대향되는 제1 측벽(310)과 제2 측벽(314)을 구비하며, 바닥부(316)와 수직이고 상기 제1 측벽(310)과 제2 측벽(314)과 평행한 격벽(312)에 의해 제1 측벽(310)과 제2 측벽(314) 사이의 공간이 2분할된 구성일 수 있다.

하우징(31)에는 상부에서 커버(32)가 결합된다. 이에 따라 하우징(31)과 커버(32) 사이에 상기 격벽(312)에 의해 두 개의 공간으로 구획되는 부품 수용공간이 형성되며, 두 개의 수용공간 중 상기 제1 측벽(310)과 격벽(312) 사이로 구획되는 제1 수용공간(311)에 광학유닛(33)이 설치되고, 나머지 수용공간인 제2 측벽(314)과 격벽(312) 사이로 구획되는 제2 수용공간(313)에 구동체(34)가 설치된다.

광학유닛(33) 및 상기 구동체(34)는 해당 수용공간에 소정의 범위 내에서 광축 방향을 따라 직선운동 가능하게 설치되며, 구동체(34)의 측면부에는 구동 마그네트(D/M)가 결합된다. 그리고 구동 마그네트(D/M)와 대응되도록 상기 제2 수용공간(313)을 구획하는 벽면에는 구동 코일(D/C)이 배치되고, 구동 코일(D/C)의 후방에 구동 요크(D/Y)가 설치된다.

구동 코일(D/C)은 바람직하게, 도 1 내지 도 5의 예시와 같이 구동체(34)의 측면부와 마주하는 상기 제2 측벽(314)에 설치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 도시하지는 않았으나 구동 코일(D/C)은 상기 격벽(313) 또는 바닥부(316)에 배치되도록 구성할 수도 있다.

격벽(313)에 구동 코일(D/C)을 배치한 경우 구동 마그네트(D/M)는 격벽(313)과 마주하는 구동체(34)의 측면부에 구성될 수 있으며, 바닥부(316)에 구동 코일(D/C)을 구성한 경우에는 이와 마주하는 구동체(34)의 하면에 구동 마그네트(D/M)가 설치될 수 있다.

서로 마주하도록 대응되는 구동 마그네트(D/M)와 코일은 줌(Zoom) 또는 자동초점조절(Auto Focus)을 위한 구동력을 발생시키는 하나의 자기회로부(35)를 구성한다. 바람직한 예로서, 구동 코일(D/C)은 제2 측벽(314)의 개구부에 배치되는 연성회로기판(FPCB)에 실장될 수 있으며, FPCB로부터 공급되는 전원으로 상기 구동 코일(D/C)이 발생시킨 전기장과 구동 마그네트(D/M)의 자기장 간 상호 작용으로 상기 구동력이 발생된다.

구동 마그네트(D/M)가 결합된 구동체(34)와 광학유닛(33)은 제1 수용공간(311)과 제2 수용공간(313) 각각에 광축 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 제1, 제2 수용공간(311, 313) 각각에 광축 방향으로 직선운동 가능하게 설치된 상기 광학유닛(33)과 구동체(34)는 회전링크(38)를 통해 서로 연동 가능하게 연결된다. 좀 더 구체적으로는, 회전링크(38)를 통해 서로 상반된 방향으로 직선운동을 할 수 있도록 연결된다.

이에 따라, 외부에서 인가된 전원으로 구동 코일(D/C)이 자기화되고 자기화된 구동 코일(D/C)과 구동 마그네트(D/M) 간 상호작용으로 구동력이 발생된다. 발생된 구동력에 의해 구동체(34)가 제2 수용공간(313)에서 전원이 인가된 방향과 크기에 상응하는 방향과 폭으로 직선운동을 하며, 구동체(34)에 회전링크(38)로 연결된 광학유닛(33)은 제1 수용공간(311)에서 상기 구동체(34)의 움직임과 반대 방향으로 직선운동을 한다.

제1 수용공간(311)에서의 위와 같은 광학유닛(33)의 움직임에 따라, 광축 방향을 따라 상기 광학유닛(33) 후방에 배치되는 후술하게 될 이미지센서 모듈(5, 도 9 참조)과 상기 광학유닛(33) 사이의 거리가 조절된다. 즉 가동체에 해당하는 광학유닛(33)이 고정체인 이미지센서 모듈(5)로부터 멀어지거나 반대로 이미지센서 모듈(5)에 근접하는 방향으로 이동됨으로써 줌 또는 자동초점조절이 구현된다.

광학유닛(33)은 캐리어(330)와 렌즈배럴(332)을 포함한다. 캐리어(330)는 제1 수용공간(311)에 광축 방향으로 이동 가능하게 배치되며, 일 측면부에 후술하는 제1 마그네트(M)가 결합되는 마그네트 장착부(부호 생략)를 구비한다. 그리고 렌즈배럴(332)은 캐리어(330) 중앙의 수용홀에 결합되고 복수의 렌즈들로 구성된 렌즈군을 수용한다. 이때 렌즈 각각은 동일하거나 상이한 초점 거리, 굴절률 등의 광학적 특성을 가질 수 있다.

광학유닛(33)을 통과한 광은 앞서도 언급했듯이, 광의 이동방향을 기준으로 광학유닛(33)의 후방에 배치되는 이미지센서 모듈(5)에 촬상된다. 이미지센서 모듈(5)은 기판과 기판(52, 도 9 참조) 상에 실장되는 이미지센서(50, 도 9 참조)를 포함하며, 여기서 이미지센서(50)는 상기 광학유닛(33)을 통과한 광으로부터 이미지 정보를 수집하며, 수집된 이미지 정보는 기판(52)을 통해 외부로 출력된다.

제1 측벽(310)의 개구에는 제1 요크(Y)가 설치될 수 있다. 또한 제1 측벽(310)과 마주하는 광학유닛(33)의 측면부에는 상기 제1 요크(Y)와 마주하도록 제1 마그네트(M)가 설치될 수 있다. 제1 요크(Y)와 제1 마그네트(M) 간에는 서로 당기는 힘인 인력(引力)이 작용하며, 이에 따라 광학유닛(33)은 하우징(31)의 제1 측벽(310) 측에 밀착된 상태로 흔들리거나 떨림 없이 광축 방향을 따라 안정적으로 직선운동을 할 수 있다.

홀 센서(H/S)는 제1 요크(Y)와의 사이에 배치되는 연성회로기판(FPCB)에 실장될 수 있다. 홀 센서(H/S)는 적어도 둘 이상이 광축 방향을 따라 균등 간격으로 실장될 수 있다. 이러한 홀 센서(H/S)는 홀효과(Hall effect)를 이용하여 제1 마그네트(M)의 위치를 검출하고 상응하는 신호를 발생시켜 출력하며, 미도시된 드라이브 칩은 홀 센서(H/S)의 신호로부터 광학유닛(33)의 광축 방향 위치를 인식하여 구동 코일(D/C)에 공급될 전원의 크기와 방향을 결정한다.

즉 광축 방향을 기준으로 광학유닛(33)의 정확한 위치를 상기 홀 센서(H/S)가 출력하는 신호로부터 드라이브 칩이 인식하고, 인식된 위치 정보를 바탕으로 구동 코일(D/C)에 인가되는 전원의 크기와 방향을 포함하는 제어값을 상기 드라이브 칩이 결정하며, 그 결정된 제어값으로 광학유닛(33)의 광축 방향 위치를 피드백(Feed Back) 제어함으로써 줌 및 자동초점 기능이 구현되는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터(30)는 또한, 광학유닛(33)과 제1 측벽(310) 사이에서 하우징(31)에 대한 광학유닛(33)의 광축 방향 직선운동이 안정적으로 구현될 수 있도록 가이드하는 제1 볼 구동부(36) 및 구동체(34)와 제2 측벽(314) 사이에서 하우징(31)에 대한 구동체(34)의 광축 방향 직선운동이 부드럽고 안정적으로 구현될 수 있도록 가이드하는 제2 볼 구동부(37)를 포함할 수 있다.

도 6의 (a)는 도 5에 도시된 제1 볼 구동부를 확대 도시한 도면이다.

제1 볼 구동부(36)는 제1 측벽(310) 상부와 하부에 광축 방향으로 길게 형성되며 단면 모양이 U자 또는 V자인 볼 홈을 갖는 제1 고정레일(360)과, 제1 고정레일(360)과 대응되는 위치의 광학유닛(33) 측면 상부와 하부에 광축 방향을 따라 길게 형성되며 단면 모양이 U자 또는 V자인 볼 홈을 갖는 제1 가동레일(364) 및 제1 가동레일(364)과 제1 고정레일(360) 사이에 개재되는 하나 이상의 제1 볼(362)로 구성될 수 있다.

여기서, 제1 볼(362)은 그 일부가 제1 고정레일(360)의 볼 홈에 수용되는 형태로 배치되고, 다른 일부는 제1 가동레일(364)의 볼 홈에 수용되는 형태로 배치될 수 있으며, 광학유닛(33)의 광축 방향 직선운동으로 제1 고정레일(360)에 대해 제1 가동레일(364)이 상대 운동을 할 때 이들 레일 사이에서 구름운동을 함으로써 하우징(31)에 대한 광학유닛(33)의 직선운동이 부드럽고 안정적으로 구현될 수 있다.

도 6의 (b)는 도 5에 도시된 제2 볼 구동부를 확대 도시한 도면이다.

제2 볼 구동부(37)는 제2 측벽(314) 상부와 하부에 광축 방향으로 길게 형성되며 단면 모양이 U자 또는 V자인 볼 홈을 갖는 제2 고정레일(370)과, 제2 고정레일(370)과 대응되는 위치의 구동체(34) 측면 상부와 하부에 광축 방향을 따라 길게 형성되며 단면 모양이 U자 또는 V자인 볼 홈을 갖는 제2 가동레일(374) 및 제2 가동레일(374)과 제2 고정레일(370) 사이에 개재되는 하나 이상의 제2 볼(372)로 구성될 수 있다.

여기서, 제2 볼(372) 역시 그 일부는 제2 고정레일(370)의 볼 홈에 수용되는 형태로 배치되고, 다른 일부는 제2 가동레일(374)의 볼 홈에 수용되는 형태로 배치될 수 있으며, 구동체(34)의 광축 방향 직선운동으로 제2 고정레일(370)에 대해 제2 가동레일(374)이 상대 운동을 할 때 이들 레일 사이에서 구름운동을 함으로써 하우징(31)에 대한 구동체(34)의 직선운동이 부드럽고 안정적으로 구현될 수 있다.

한편, 광학유닛(33)과 구동체(34)를 상호 연동 가능하게 연결하는 전술한 회전링크(38)는 Y축 방향으로 길게 뻗은 판상의 막대 구조로서, 길이 방향 중심을 기준으로 구동체(34) 측으로 편향된 임의 지점이 격벽(312) 상단에 힌지구조로 결합되며, 일측과 타측이 각각 광학유닛(33)의 일면, 바람직하게는 도 1을 기준으로 광학유닛(33)의 상면과 구동체(34)의 상면 각각에 캠축(380, 382)과 슬릿(335, 345)을 포함하는 캠 구조로 연결된다.

보다 바람직하게는, 슬릿(335, 345)은 상기 회전링크(38)가 피봇 포인트(P)를 중심으로 회전함에 따라, 구동체(34)와 광학유닛(33)을 광축 방향으로 원활하게 직선운동 시킬 수 있도록 광축 방향과 직교하는 방향, 즉 도 1의 Y축 방향으로 길게 형성된 장공일 수 있다.

이에 따라 도 7의 작동 개념도와 같이, 전술한 구동력에 의해 구동체(34)가 광축 방향으로 직선운동을 하면, 회전링크(38)는 격벽(312) 상단에 힌지구조로 결합된 피봇 포인트(P)를 중심으로 광축과 평행한 평면(도면 상 XY 평면) 상의 정해진 범위 안에서 시계/반시계 방향으로 회전운동을 하고, 회전링크(38) 타측에 캠 구조로 연결된 광학유닛(33)이 구동체(34)와 반대 방향으로 움직이게 된다.

본 발명의 실시 예에서 상기 피봇 포인트(P)를 기준으로, 회전링크(38)의 일측이 상기 광학유닛(33)의 상면에 캠 구조로 연결된 출력지점(H1)까지의 거리(D1)와, 회전링크(38)의 타측이 상기 구동체(34)의 상면에 캠 구조로 연결된 입력지점(H2)까지의 거리(D2)가 서로 다르게 형성된다. 바람직하게는, D1이 D2보다 크게 형성될 수 있다.

D1이 D2보다 크면, 자기회로부(35)에 의해 구동체(34)가 광축 방향으로 변위될 때 상기 광학유닛(33)은 구동체(34)보다 더 큰 폭으로 변위될 수 있다. 즉 D1이 D2보다 크면 구동체(34)의 움직임이 회전링크(38)에 의해 증폭되어 광학유닛(33)에 전달되므로, 구동체(34)가 광축 방향으로 움직인 거리에 비해 더 큰 폭으로 광학유닛(33)이 광축 방향으로 움직이게 된다.

예를 들어, D1이 D2보다 2배 클 경우(D1=2D2), 자기회로부(35)가 발생시킨 구동력에 의해 구동체(34)가 도 7의 작동 개념도에 도시된 화살표 방향으로 3mm 움직이면, 그 중심에서 구동체(34) 측으로 편심된 위치의 피봇 포인트(P)를 중심으로 하는 상기 회전링크(38)의 회전으로 광학유닛(33)은 상기 구동체(34)가 움직이는 방향과 반대 방향으로 대략 6mm 정도 움직이게 되는 것이다.

물론 이는 본 발명에 적용된 카메라 액추에이터(30)의 작동개념을 설명하기 위한 하나의 예일 뿐, D1이 D2보다 2배 큰 경우로 한정됨을 뜻하는 것은 아니다. 렌즈의 개수나 사양에 따라 줌 성능이 최적으로 발휘되는 광학유닛(33)의 최대 구동 폭(스트로크)이 달라질 수 있으므로, 광학유닛(33)의 사양이나 카메라의 전체적인 크기에 따라 D1, D2의 비율은 얼마든지 달라질 수 있다.

광학계를 자기회로가 발생시킨 구동력을 이용하여 직접 구동시키는 종래 카메라 액추에이터 방식은, 광학계의 구동 범위를 늘이는데 한계가 있다. 광학계가 구동 범위를 늘이려면, 그 만큼 자기회로 즉, 줌 렌즈를 광축 방향으로 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 코일과 마그네트의 사이즈를 키워야 하기 때문이다.

반면, 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 액추에이터(30)는, 종래와 같이 자기회로가 광학유닛(33)을 직접 구동시키는 방식이 아닌, 구동체(34)의 움직임을 회전링크(38)로 증폭시켜 광학유닛(33)을 광축 방향으로 구동시키는 간접 구동 방식으로서, 자기회로 확장 없이도 광학유닛(33)의 구동 범위를 큰 폭으로 늘일 수 있다.

또한, 자기회로가 구동체(34)를 작동시킨 거리에 비해 더 큰 폭으로 광학유닛(33)을 작동시키는 구조이므로, 구동 효율성이 높다는 장점이 있으며, 자기회로 확장 없이도 광학유닛(33)의 구동 범위를 큰 폭으로 늘일 수 있는 구조이므로 카메라의 소형화 및 경량화에 유리하고 기존의 직접 구동방식에 비해 전력 소모도 줄일 수 있어 에너지 효율 측면에서도 유리하다.

도 8은 전술한 일 측면에 따른 카메라 액추에이터를 포함하는 소형 카메라의 투시도이며, 도 9는 도 8에 도시된 소형 카메라의 작동 개념도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 측면에 따른 소형 카메라(1)는 크게, 반사계(2)와 줌 렌즈부(3), 그리고 이미지센서 모듈(5)로 구성된다. 줌 렌즈부(3)는 전술한 일 측면에 따른 카메라 액추에이터(30)를 적어도 하나 이상 포함하는 구성일 수 있으며, 반사계(2)는 케이스(C) 일측의 개구(320)를 통해 입사된 광의 경로를 바꿔 상기 줌 렌즈부(3)의 광학유닛(33)에 입사시킨다.

반사계(2)는 반사면(20)이 광이 유입되는 개구 측 평면에 대해 특정 각도, 바람직하게는 45도 각도로 기울어진 거울 또는 프리즘(Prism)일 수 있으며, 줌 렌즈부(3)는 구성이 같은 전술한 일 측면에 따른 카메라 액추에이터(30) 두 개가 광축 방향을 따라 연이어 배치된 구성, 즉 도면의 예시와 같이 두 개의 카메라 액추에이터(30-1, 30-2)가 광축 방향으로 직렬 배치된 구성일 수 있다.

두 개의 카메라 액추에이터(30-1, 30-2) 각각을 미도시된 드라이브 칩의 개별 통제를 받아 개별 작동되도록 구성하면, 보다 폭 넓은 범위에 걸쳐 줌 인(Zoom in) 및 줌 아웃(Zoom out)이 구현되므로 보다 정교하고 세밀하면서도 고배율의 줌 성능이 발휘될 수 있으며, 광학유닛(33)을 통과한 광은 광의 이동방향을 기준으로 광학유닛(33)의 후방에 배치되는 이미지센서 모듈(5)에 촬상된다

이미지센서 모듈(5)은 광학유닛(33)을 통과한 광을 수광하고, 수광된 광에 상응하는 이미지 정보를 출력한다. 이미지센서 모듈(5)은 기판(52)과 기판(52) 상에 실장되는 이미지센서(50)를 포함하며, 여기서 이미지센서(50)가 상기 광학유닛(33)을 통과한 광으로부터 이미지 정보를 수집하며, 수집된 이미지 정보는 상기 기판(52)을 통해 외부로 출력될 수 있다.

줌 렌즈부(3)와 이미지센서 모듈(5) 중간의 광경로 상에는 IR 필터(4)가 설치될 수 있다. IR 필터(4)는 입사광에 포함된 특정 파장, 바람직하게는 적외선 파장을 필터링하고, 적외선 파장이 필터링 된 광이 이미지센서 모듈(5)에 투영될 수 있도록 한다. 도면에는 줌 렌즈부(3)와 이미지센서 모듈(5) 사이에 IR 필터(4)가 배치된 것을 예를 들어 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.

반사계(2)로 광이 유입되는 상기 개구(320)에 설치되거나, 입사된 광을 줌 렌즈부(3) 측으로 반사시키는 상기 반사계(2)와 줌 렌즈부(3) 사이에 배치하는 것도 가능하므로, 이러한 변형 역시 본 발명의 범주에 포함될 수 있음을 밝혀 둔다.

카메라 액추에이터(30) 각각은, 광학유닛(33)의 정확한 광축 방향위치를 홀 센서(H/S)가 출력하는 신호로부터 드라이브 칩이 인식하고, 인식된 위치 정보를 바탕으로 구동 코일(D/C)에 인가되는 전원의 크기와 방향을 포함하는 제어값을 상기 드라이브 칩이 결정하며, 그 결정된 제어값으로 광학유닛(33)의 광축 방향 위치를 피드백 제어함으로써 줌 및 자동초점 기능이 구현될 수 있다.

종래 소형 카메라 대부분은, 자기회로가 발생시킨 구동력을 이용하여 광학계를 직접 구동시키는 방식을 채택하고 있다. 그러나 이러한 직접 구동방식은 광학계의 구동 범위를 늘이는데 한계가 있다. 광학계가 구동 범위를 늘이려면, 그 만큼 자기회로 즉, 줌 렌즈를 광축 방향으로 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 코일과 마그네트의 사이즈를 키워야 하기 때문이다.

반면, 본 발명의 실시 예에 따른 소형 카메라는, 종래와 같이 자기회로가 광학유닛을 직접 구동시키는 방식이 아닌, 구동체의 움직임을 회전링크로 증폭시켜 광학유닛을 광축 방향으로 구동시키는 새로운 구동 방식의 카메라 액추에이터를 채택함으로써, 자기회로의 확장 없이도 광학유닛의 구동 범위를 큰 폭으로 늘일 수 있다.

또한, 본 발명의 소형 카메라에 적용된 카메라 액추에이터는 자기회로가 구동체를 광축 방향으로 이동시킨 거리에 비해 더 큰 폭으로 광학유닛이 광축 방향으로 움직이는 구조이므로, 구동의 효율성을 높일 수 있으며, 자기회로 확장 없이도 광학유닛의 구동 범위를 큰 폭으로 늘일 수 있어서 카메라의 소형화 및 경량화를 달성할 수 있다.

또한, 도면의 예시와 같이 복수의 카메라 액추에이터 각각이 광축 방향을 기준으로 직렬로 배치되고, 각각은 미도시된 드라이브 칩의 개별 통제를 받아 개별 작동되도록 구성됨으로써, 보다 폭 넓은 범위에 걸쳐 줌 인(Zoom in) 및 줌 아웃(Zoom out)이 구현되므로 보다 정교하고 세밀하면서도 고배율의 줌 기능을 갖춘 고성능 카메라를 제공할 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 카메라 2 :반사계
3 : 줌 렌즈부 4 : IR 필터
5 : 이미지센서 모듈 20 : 반사면
30, 30-1, 30-2 : 카메라 액추에이터
50 : 기판 52 : 이미지센서
31 : 하우징 32 : 커버
33 : 광학유닛 34 : 구동체
35 : 자기회로부 36 : 제1 볼 구동부
37 : 제2 볼 구동부 38 : 회전링크
310 : 제1 측벽 311 : 제1 수용공간
312 : 격벽 313 : 제2 수용공간
314 : 제2 측벽 316 : 바닥부
320 : 개구 330 : 캐리어
332 : 렌즈배럴 380, 382 : 캠축
335, 345 : 슬릿 360 : 제1 고정레일
362 : 제1 볼 364 : 제1 가동레일
370 : 제2 고정레일 372 : 제2 볼
374 : 제2 가동레일 H1 : 출력지점
H2 : 입력지점 H/S : 홀 센서
M : 제1 마그네트 P : 피봇 포인트
Y : 제1 요크 D/C : 구동 코일
D/M : 구동 마그네트 D/Y : 구동 요크
D1 : P에서 H1 까지의 거리
D2 : P에서 H2 까지의 거리

Claims (11)

1. 대향되는 제1 측벽과 제2 측벽 사이의 공간이 격벽에 의해 2분할된 구성의 하우징;
   상기 제1 측벽과 격벽 사이로 구획되는 제1 수용공간에 광축 방향을 따라 직선운동 가능하게 설치되는 광학유닛;
   상기 제2 측벽과 격벽 사이로 구획되는 제2 수용공간에 광축 방향을 따라 직선운동 가능하게 설치되는 구동체;
   상기 제2 수용공간을 구획하는 벽면에 설치되는 구동 코일 및 상기 구동체의 측면부에 상기 구동 코일과 마주하도록 결합되는 구동 마그네트로 이루어진 자기회로부; 및
   상기 광학유닛과 구동체를 연동 가능하게 연결하는 회전링크;를 포함하며,
   상기 회전링크는 격벽 상단에 힌지구조로 결합된 피봇 포인트를 중심으로 상기 구동체의 움직임에 따라 광축과 평행한 평면 상에서 회전운동을 하며,
   상기 피봇 포인트를 기준으로 회전링크의 일측이 상기 광학유닛의 일면에 캠 구조로 연결된 출력지점까지의 거리(D1)와 회전링크의 타측이 상기 구동체의 일면에 캠 구조로 연결된 입력지점까지의 거리(D2)가 서로 다른 카메라 액추에이터.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 D1이 D2보다 커서, 자기회로부에 의해 구동체가 광축 방향으로 변위될 때 상기 광학유닛이 구동체보다 더 큰 폭으로 변위되는 카메라 액추에이터.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 측벽에 제1 요크가 설치되고,
   상기 제1 측벽과 마주하는 광학유닛의 측면부에 제1 요크와 마주하도록 제1 마그네트가 설치되는 카메라 액추에이터.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 요크 측에는 홀효과(Hall effect)를 이용하여 제1 마그네트의 위치를 검출하고 상응하는 신호를 발생시켜 출력하는 홀 센서가 광축 방향을 따라 균등 간격으로 적어도 둘 이상 구비되는 카메라 액추에이터.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 광학유닛과 제1 측벽 사이에서 상기 하우징에 대한 광학유닛의 광축 방향 직선운동을 가이드하는 한 쌍의 제1 볼 구동부; 및
   상기 구동체와 제2 측벽 사이에서 상기 하우징에 대한 구동체의 광축 방향 직선운동을 가이드하는 한 쌍의 제2 볼 구동부;를 더 포함하는 카메라 액추에이터.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1 볼 구동부는,
   상기 제1 측벽 상부와 하부 각각에 광축 방향을 따라 길게 형성되는 제1 고정레일과,
   상기 제1 고정레일과 대응되는 위치의 광학유닛 측면 상부와 하부에 광축 방향을 따라 길게 형성되는 제1 가동레일과,
   상호 마주하도록 대응되는 제1 고정레일과 제1 가동레일 사이에 개재되는 하나 이상의 제1 볼로 구성되는 카메라 액추에이터.
   
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 제2 볼 구동부는,
   상기 제2 측벽 상부와 하부 각각에 광축 방향을 따라 길게 형성되는 제2 고정레일과,
   상기 제2 고정레일과 대응되는 위치의 구동체 측면 상부와 하부에 광축 방향을 따라 길게 형성되는 제2 가동레일과,
   상호 마주하도록 대응되는 제2 고정레일과 제2 가동레일 사이에 개재되는 하나 이상의 제2 볼로 구성되는 카메라 액추에이터.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 광학유닛은,
   광축 방향으로 직선운동 가능하도록 상기 제1 수용공간에 설치되고 제1 측벽과 마주하는 측면부에 제1 마그네트가 결합되는 캐리어와,
   상기 캐리어 중앙의 수용홀에 결합되고 복수의 렌즈들로 구성된 렌즈군을 수용하는 렌즈배럴로 구성되는 카메라 액추에이터.
   
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 항에 기재된 카메라 액추에이터를 적어도 하나 이상 포함하는 줌 렌즈부;
   개구를 통해 입사된 광의 경로를 바꿔 상기 줌 렌즈부의 광학유닛에 입사시키는 반사계; 및
   광학유닛을 통과한 광을 수광하고, 수광된 광에 상응하는 이미지 정보를 출력하는 이미지센서 모듈;를 포함하는 소형 카메라.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 줌 렌즈부는,
    구성이 동일한 두 개의 카메라 액추에이터가 광축 방향을 따라 직렬로 배치된 구성인 소형 카메라.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 두 개의 카메라 액추에이터가 개별 작동되는 소형 카메라.

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