KR20220030723A

KR20220030723A - 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 카메라 모듈

Info

Publication number: KR20220030723A
Application number: KR1020200112388A
Authority: KR
Inventors: 고재용; 이병철; 이경용
Original assignee: 자화전자(주)
Priority date: 2020-09-03
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2022-03-11
Also published as: WO2022050619A1

Abstract

카메라 모듈의 슬림화를 달성할 수 있는 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 카메라 모듈이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 액추에이터는, 상부 베이스 및 상부 베이스와 결합하여 내부에 실장공간을 형성시키는 하부 베이스로 구성된 고정부 및 실장공간 내에서 광축과 수직인 2축 방향으로 평면운동 및 상기 광축을 중심으로 회전운동을 하는 가동부를 포함하며, 가동부는 일면에 복수의 구동 코일을 실장한 기판 및 기판을 탑재하는 캐리어로 구성되며, 상부 베이스에는 복수의 구동 코일과 하나씩 대면하도록 복수의 구동 마그네트가 실장되고, 캐리어와 상부 베이스 사이에는 상기 고정부에 대한 가동부의 2차원 평면운동 및 상기 회전운동을 지지하는 복수의 볼이 개재되는 것을 특징으로 한다.

Description

카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 카메라 모듈{Camera actuator and Camera module containing the same}

본 발명은 카메라 모듈에 탑재되는 카메라 액추에이터에 관한 것으로, 특히 불안정한 고정장치 혹은 사용자의 파지에 기인한 기기의 움직임으로 이 흔들리는 것을 방지 혹은 보정하는 떨림 보정용 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 카메라 모듈에 관한 것이다.

최근의 스마트 폰과 같은 휴대용 단말기(이하, '모바일' 이라 함)는 그 기술의 고도화에 발맞춰 기존의 단순 전화 기능에서 벗어나, 음악, 영화, TV, 게임 등 다양한 기능을 실행할 수 있는 멀티 컨버젼스로 진화하고 있으며, 멀티 컨버젼스로의 전개를 이끌어 가는 요소 중의 하나가 바로 카메라 렌즈 모듈(Camera Lens Module)이다.

모바일에 탑재되는 카메라 렌즈 모듈은, 사용자 요구에 의한 고화소 및 고기능 중심으로의 최근 트랜드에 부합하기 위해 자동 초점(Auto Focus) 기능과 광학 줌(Optical zoom) 기능 등과 같이 다양한 부가 기능을 갖춘 구조로 변화되고 있다. 특히 떨림 보정(Optical Image Stabilizer) 기술을 모바일 크기에 구현하려는 시도가 최근 다각도로 진행되고 있다.

떨림 보정 기술은 불안정한 고정장치 혹은 파지에 기인한 기기의 움직임으로 이 흔들리는 것을 방지 혹은 보정하는 기술로서, 광학 렌즈의 초점을 떨림에 대항하는 방향으로 움직여 촬상 이미지의 해상도를 최적으로 유지시키는 기술이다. 이러한 떨림 보정 기술을 구현하기 위해 모바일, 캠코더 등에 적용되는 카메라 모듈에는 떨림 보정용 액추에이터가 탑재된다.

떨림 보정 액추에이터로서 자기장과 전기장의 상호작용을 이용하는 VCM(Voice Coil Motor) 타입이 잘 알려져 있다. VCM 타입은 일반적으로, 대면 배치되는 코일과 마그네트로 자기회로를 구성하고, 자기회로가 발생시키는 전자기력으로 렌즈를 실장한 광학 유니트를 광축과 수직인 평면 상에서 2축 방향으로 이동시켜 떨림에 대응하도록 구성된다.

떨림 보정 기능의 기본적인 원리는, 광학 렌즈를 실장한 광학 유니트를 떨림에 의해 발생된 구동 변위의 상대적인 방향으로 이동시켜 광축과 이미지센서에 수신되는 광의 입사 경로를 일치시키는 것이다. 이를 위해서는 렌즈를 실장한 광학 유니트가 광축과 수직한 평면 상에서 2축 방향으로 평면운동을 할 수 있도록 가이드하는 구성이 필요하다.

종래의 카메라 모듈에서 광학 유니트를 광축과 수직한 평면 상에서 평면운동을 할 수 있도록 가이드하는 구성 중 하나가 미들 가이드(Middle guide)이다. 미들 가이드는 일반적으로 광학 유니트가 하우징(또는 베이스)에 대해 2축 방향으로 평면운동을 할 수 있도록 상기 광학 유니트와 이를 수용하는 하우징 사이에 볼을 매개로 개재된다.

도 1은 미들 가이드가 적용된 종래 카메라 액추에이터의 분리 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 카메라 액추에이터의 결합 단면을 개략 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 카메라 액추에이터에 적용되는 미들 가이드(70)는, 하우징(60)에 대해 광축과 직교하는 제1 방향을 따라 직선운동을 할 수 있도록 하우징(60)의 바닥부 위에 탑재되며, 미들 가이드(70) 위에는 광학계를 구성하는 광학 유니트(80)가 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 직선운동을 할 수 있도록 구성된다.

하우징(60)에 대하여 미들 가이드(70)가 제1 방향을 따라 직선운동을 할 수 있도록 하우징(60)과 미들 가이드(70)에는 대응되어 쌍을 이루도록 복수의 제1 방향 볼레일(74)이 형성되며, 미들 가이드(70)에 대하여 광학 유니트(80)가 제2 방향을 따라 직선운동을 할 수 있도록 미들 가이드(70)와 광학 유니트(80)에는 서로 대응되어 쌍을 이루도록 복수의 제2 방향 볼레일(72)이 형성된다.

하우징(60) 및 미들 가이드(70)의 하부면에 서로 쌍을 이루도록 구비되는 복수의 제1 방향 볼레일(74)에는 볼 홈(부호 생략)이 형성되며, 미들 가이드(70)와 광학 유니트(80)에 서로 쌍을 이루도록 구비되는 복수의 제2 방향 볼레일(72)에도 볼 홈(부호 생략)이 형성된다. 그리고 제1 방향 볼레일들(74)과 제2 방향 볼레일들(72) 사이에 볼(B)이 하나씩 개재된다.

볼(B)은 하우징(60)에 대한 미들 가이드(70)의 제1 방향 병진운동 또는 미들 가이드(70)에 대한 광학 유니트(80)의 제2 방향 병진운동 시 해당 볼레일(72 또는 74)의 볼 홈을 따라 구름운동을 하면서 안정적인 선형적 거동이 일어나도록 유도하며, 해당 볼레일(72 또는 74) 사이에서 하우징(60)에 대한 광학 유니트(80)의 수평방향 회전을 억제하는 역할도 한다.

이와 같은 구성의 종래 떨림 보정용 카메라 액추에이터는, 제1 방향 자기회로(미도시)가 발생시키는 제1 방향 구동력과 제2 방향 자기회로(부호 생략)가 발생시키는 제2 방향 구동력 중 적어도 하나의 구동력에 의하여, 광학 유니트(80)가 하우징(60) 내에서 제1 방향 또는 제2 방향으로 변위되거나, 제1 방향 및 제2 방향으로 변위됨으로써 떨림에 대응되는 보정을 한다.

그러나 하우징 내에서 광학 유니트의 2축 방향 움직임을 구현하기 위해 미들 가이드를 사용하는 도 1과 같은 종래의 구성은, 미들 가이드 부피만큼의 공간확보가 필요하므로 카메라 모듈의 높이를 축소시키는데 한계가 있으며, 이에 따라 카메라 모듈을 보다 소형화하고 슬림화하는 추세에서 구조적으로 보다 슬림하고 콤팩트한 크기로 제품을 구현해내는데 어려움이 있다.

한국공개특허 제10-2018-0116965호(공개일 2018.10.26)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 미들 가이드 없이도 가동부의 2축 방향 평면운동을 구현할 수 있는 구조로, 미들 가이드의 삭제로 종래 미들 가이드가 차지하던 공간만큼 카메라 모듈의 전체적인 높이를 낮출 수 있는 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 고정부에 대한 가동부의 평면운동뿐 아니라, 가동부를 고정부에 대해 광축을 중심으로 회전시킬 수 있는 구조로서, 광축과 수직한 평면에 대한 일반적인 2축 방향 떨림은 물론, 광축을 중심으로 회전방향으로 작용하는 떨림에도 대응이 가능한 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단의 바람직한 일 실시 예로서 본 발명의 일 측면에 따르면,

상부 베이스 및 상부 베이스와 결합하여 내부에 실장공간을 형성시키는 하부 베이스로 구성된 고정부; 및

상기 실장공간 내에서 광축과 수직인 2축 방향으로 평면운동 및 상기 광축을 중심으로 회전운동을 하는 가동부;를 포함하며,

상기 가동부는 일면에 복수의 구동 코일을 실장한 기판 및 상기 기판을 탑재하는 캐리어로 구성되며,

상기 상부 베이스에는 상기 복수의 구동 코일과 하나씩 대면하도록 복수의 구동 마그네트가 실장되고,

상기 캐리어와 상부 베이스 사이에는 상기 고정부에 대한 가동부의 2차원 평면운동 및 상기 회전운동을 지지하는 복수의 볼이 개재되는 카메라 액추에이터를 제공한다.

과제의 해결 수단의 다른 실시 예로서 본 발명의 일 측면에 따르면,

상기 가동부는 복수의 구동 마그네트 및 이를 실장한 캐리어로 구성되며

상기 상부 베이스에는 일면에 상기 복수의 구동 마그네트와 하나씩 대면하도록 복수의 구동 코일을 실장한 기판이 결합되고,

여기서, 상기 기판의 이면에 상기 구동 코일 각각에 대응하여 코일 요크가 배치될 수 있다.

또한, 상기 구동 코일 각각의 공심부에 대응되는 구동 마그네트의 자력 변화를 감지하는 홀 센서가 하나씩 실장될 수 있다.

또한, 상기 구동 코일 및 구동 마그네트가 4개씩 구성될 수 있다.

이때, 상기 구동 코일과 구동 마그네트가 가동부와 고정부의 모서리 영역에 하나씩 배치될 수 있다.

이 경우 사선 방향으로 서로 대향되는 구동 마그네트끼리는 자극 경계의 방향이 같고 자극의 위치는 반대이며, 이웃하는 구동 마그네트끼리는 자극 경계의 방향이 직교하도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 상부 베이스와 캐리어에는 서로 대응되며 상기 복수의 볼 각각의 일부를 수용하는 볼 홈이 형성될 수 있다.

상기 일 실시 예에서는, 상기 상부 베이스에 금속 재질의 자성체인 마그네트 백요크가 인서트되되, 상기 마그네트 백요크의 일부가 상기 상부 베이스에 형성되는 볼 홈의 홈면을 구성하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 다른 실시 예에서는, 상기 캐리어에 금속 재질의 자성체인 마그네트 백요크가 인서트되되, 상기 마그네트 백요크의 일부가 상기 캐리어에 형성되는 볼 홈의 홈면을 구성하도록 구성될 수 있다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,

상기 일 측면에 따른 카메라 액추에이터;

상기 카메라 액추에이터의 상부 베이스에 결합되거나 별도의 광축 방향 가동요소에 결합되는 광학 유니트; 및

상기 카메라 액추에이터의 캐리어 하면에 부착되는 이미지센서 유니트;를 포함하는 카메라 모듈을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 미들 가이드 없이도 가동부의 2축 방향 평면운동을 구현할 수 있는 구조로서, 미들 가이드의 삭제로 종래 미들 가이드가 차지하던 공간만큼 카메라 모듈의 전체적인 높이를 낮추는 것이 가능하며, 따라서 카메라 모듈을 보다 소형화하고 슬림화하는 추세에 맞춰 시장의 요구를 충족시킬 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 액추에이터는, 고정부에 대한 가동부의 2축 방향 평면이동뿐 아니라, 가동부를 고정부에 대해 광축을 중심으로 회전시킬 수 있는 구조이어서, 광축과 수직한 평면에 대한 일반적인 2축 방향 떨림은 물론, 광축을 중심으로 회전방향으로 작용하는 떨림까지도 상쇄시킬 수 있는 등 다방향 떨림 보정이 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 미들 가이드가 적용된 종래 카메라 액추에이터의 분리 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 카메라 액추에이터의 결합 단면을 개략 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 액추에이터의 분해 사시도.
도 4는 도 3의 카메라 액추에이터를 저면에서 바라본 저면 분해 사시도.
도 5는 도 3에 도시된 카메라 액추에이터의 결합 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 카메라 액추에이터를 A-A선 방향에서 바라본 종 단면도.
도 7은 상부 베이스를 제거한 도 5의 카메라 액추에이터를 평면에서 바라본 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 카메라 액추에이터의 분해 사시도.
도 9는 도 8의 카메라 액추에이터를 저면에서 바라본 저면 분해 사시도.
도 10은 도 8에 도시된 카메라 액추에이터의 결합 사시도.
도 11은 도 10에 도시된 카메라 액추에이터를 B-B선 방향에서 바라본 종 단면도.
도 12는 상부 베이스를 제거한 도 10의 카메라 액추에이터를 평면에서 바라본 도면.
도 13은 도 3 또는 도 8에 도시된 카메라 액추에이터를 포함하는 카메라 모듈의 개략도.

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.

이후 설명될 실시 예는 "휴대 가능한 사용자 기기"의 "카메라"에 적용되는 것으로, 휴대 단말기는 휴대 가능한 사용자 기기를 지칭한다. 그러나 이는 단지 일반적인 용어이며, 본 실시 예는 이동 전화기, 손바닥 크기(palm sized) 개인용 컴퓨터(PC), 개인용 통신 시스템(PCS: Personal Communication System), 개인용 디지털 어시스턴트(PDA: Personal Digital Assistant), 휴대용 PC(HPC: Hand-held PC), 스마트 폰(smart phone), 무선 LAN(Local Area Network) 단말기, 랩탑 컴퓨터, 넷북(netbook), 태블릿 피씨(tablet personal computer), 모바일 외 게임기, VR 기기(Virtual Reality), 차량 등 중 다양한 기기 또는 분야에 적용 가능함을 밝혀 둔다.

따라서 "휴대 가능한 사용자 기기"라는 용어를 이용하는 것은 본 실시 예의 적용을 특정 유형의 장치로 한정하는데 이용되어서는 안 된다.

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 있어서는 설명의 편의를 위해 3축 방향 좌표계를 사용하여 설명하기로 한다. 도면에서 Z축은 카메라 액추에이터의 높이 방향으로서 외부에서 유입된 광이 통과하는 방향, 즉 광축 방향을 가리키며, X축(제1 방향)은 광축 방향인 상기 Z축과 수직인 방향을 가리킨다. 그리고 Y축(제2 방향)은 Z축에 수직한 평면 상에서 상기 X축과 직교하는 방향을 가리킨다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 액추에이터의 분해 사시도이며, 도 4는 도 3의 카메라 액추에이터를 저면에서 바라본 저면 분해 사시도이다. 그리고 도 5는 도 3에 도시된 카메라 액추에이터의 결합 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 카메라 액추에이터를 A-A선 방향에서 바라본 종 단면도이며, 도 7은 상부 베이스를 제거한 도 5의 카메라 액추에이터를 평면에서 바라본 도면이다.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 액추에이터(2)는 크게, 고정부(20)와 가동부(26), 그리고 이들 사이에 개재되는 복수의 볼(24)로 구성된다. 여기서 고정부(20)와 가동부(26)는 서로 상대적인 개념으로서, 고정부(20)는 가동부(26)에 대해 고정되는 부분을 의미하고, 가동부(26)는 고정부(20)에 대해서 광축과 수직한 평면을 따라 변위되거나 광축을 중심으로 회전 변위되는 부분을 의미한다.

일 실시 예에서 상기 고정부(20)는 상부 베이스(21) 및 이와 결합하여 내부에 실장공간을 형성시키는 하부 베이스(22)로 구성될 수 있다. 상부 베이스(21) 및 하부 베이스(22)는 중앙이 일정 면적으로 개구된 구성일 수 있으며, 상기 가동부(26)는 일면(고정부(20)의 상기 상부 베이스(21)와 마주하는 면)에 복수의 구동 코일(C)을 실장한 기판(27) 및 상기 기판(27)을 탑재하는 캐리어(28)로 구성될 수 있다.

기판(27) 상의 상기 구동 코일(C) 각각에 대응되는 위치의 상부 베이스(21)에는, 상기 복수의 구동 코일(C)과 하나씩 매칭되어 대면하는 구조로 복수의 구동 마그네트(M)가 실장된다. 이때 서로 대면하는 구동 코일(C)과 구동 마그네트(M)가 하나의 자기회로를 구성하며, 이처럼 구성된 자기회로들에 의해 이 흔들리는 것을 방지 혹은 보정하는 구동력이 발생된다.

복수의 구동 마그네트(M)는 도면(도 3)의 예시와 같이, 평면이 광축과 수직하도록 수평방향으로 배치되고, 이처럼 수평방향으로 배치되는 구동 마그네트(M)와 하나씩 대응되어 대면하도록 상기 구동 코일(C)이 배치될 수 있다.

자기회로들이 발생시킨 떨림 보정 구동력으로 상기 가동부(26)가 상기 실장공간 내에서 광축과 수직인 2축 방향으로 평면운동 및 상기 광축을 중심으로 회전운동을 하면서 떨림을 상쇄시키며, 이때 상기 캐리어(28)와 상부 베이스(21) 사이에 개재되는 복수 의 볼(24)에 의해 상기 고정부(20)에 대한 가동부(26)의 2차원 평면운동 및 상기 회전운동이 큰 마찰 없이 원활하게 구현될 수 있다.

가동부(26)를 구성하는 상기 기판(27)의 이면에는 자성체인 코일 요크(CY)가 부착된다. 코일 요크(CY)는 바람직하게, 도면의 예시와 같이 기판(27)의 일면(도면상 기판(27)의 상면)에 실장된 상기 구동 코일(C) 각각에 하나씩 대응되어 광축 방향(도면의 높이 방향)으로 각 구동 코일(C)과 동일 선상에 위치하도록 기판(27)의 이면(도면상 기판(27)의 하면)에 부착 또는 실장될 수 있다.

코일 요크(CY)는 구동 코일(C)과 대면하는 구동 마그네트(M)의 자력을 구동 코일(C) 측으로 집중시키는 역할을 한다. 또한 구동 마그네트(M)와의 사이에 인력(引力)을 발생시켜 가동부(26)가 고정부(20) 측에 밀착될 수 있도록 기능함으로써, 캐리어(28)와 기판(27)로 구성된 가동부(26)는 상기 상부 베이스(21) 측에 밀착된 상태로 그 사이의 볼(24)을 매개로 안정적인 평면운동 또는 회전운동을 할 수 있다.

코일 요크(CY)에 의해 구동 마그네트(M)와의 사이에 발생되는 인력(引力)은 또한, 전류 차단 시 가동부(26)를 원위치로 복귀시키는 복원력으로 작용한다. 즉 고정부(20)에 대한 가동부(26)의 2축 방향 평면운동 또는 후술하게 될 광축을 중심으로 하는 회전운동에 대한 복원력으로 작용함으로써, 센터링(Centering, 고정부와 가동부를 광축 방향 동일 선상에 정렬시키는 것)이 구현될 수 있다.

고정부(20)와 가동부(26) 각각에는 그 사이에 배치되는 복수의 볼(24)이 이탈 없이 정해진 구간 안에서 구름운동을 하면서 고정부(20)에 대한 가동부(26)의 움직임을 지지할 수 있도록 복수의 볼 홈(210, 280)이 형성될 수 있다. 바람직하게, 볼 홈(210, 280)은 상부 베이스(21)와 캐리어(28) 각각에 서로 대응되며 상기 복수의 볼(24) 각각의 일부를 수용할 수 있는 구조로 형성될 수 있다.

볼 홈(210, 280)의 직경이 이에 수용되는 볼(24)의 직경보다 크게 형성됨으로써, 볼(24)은 볼 홈(210, 280)에 의해 구획된 정해진 공간 안에서 자유롭게 구름운동을 할 수 있으며, 이에 따라 상기 인력(구동 마그네트(M)와 코일 요크(CY) 사이의 인력)에 의해 가동부(26)RK 상부 베이스(21) 측에 밀착된 상태로 그 사이에 개재되는 볼(24)들에 의해 안정적인 평면운동 또는 회전운동을 하게 된다.

상부 베이스(21)에는 금속 재질의 자성체인 마그네트 백요크(BY)가 설치될 수 있다. 이러한 마그네트 백요크(BY)에 의해 코일이 발생시킨 전기장이 마그네트 측으로 집중될 수 있으며, 이로 인해 자기회로의 전자기력 손실이 최소화될 수 있다. 즉 마그네트 백요크(BY)에 의해 코일이 발생시킨 전기장이 마그네트 측에 집중됨으로써, 떨림 보정을 위한 구동력 손실이 최소화 된다.

마그네트 백요크(BY)는 바람직하게, 도 6의 도시와 같이 인서트 성형을 통해 상기 상부 베이스(21)에 인서트될 수 있다. 이 경우 상기 금속 재질의 마그네트 백요크(BY)의 일부가 상부 베이스(21)에 형성되는 볼 홈(210, 280)의 접촉면(볼(24)이 접촉하는 면)을 이루도록 구성하면, 외부 충격에 의한 볼(24) 찍힘이 방지되므로 볼(24) 찍힘으로 인한 문제(구동 불량, 제어의 부정확성, 영상 품질 저하 등)도 해소될 수 있다.

구동 코일(C)과 구동 마그네트(M)는 4개씩 총 4쌍의 자기회로를 구성하도록 배치될 수 있다. 바람직하게는, 가동부(26)와 고정부(20) 각각의 모서리 영역에 구동 코일(C)과 구동 마그네트(M)가 하나씩 배치되되, 사선 방향으로 대향되는 구동 마그네트(M)끼리는 자극 경계의 방향이 같고 자극의 위치는 반대이며, 이웃하는 구동 마그네트(M)끼리는 자극 경계의 방향이 직교하도록 배치될 수 있다.

이처럼 가동부(26)와 고정부(20) 각각의 모서리 영역에 구동 코일(C)과 구동 마그네트(M)가 하나씩 배치되되, 사선 방향으로 대향되는 구동 마그네트(M)끼리는 자극 경계의 방향이 같고 자극의 위치는 반대이며, 이웃하는 구동 마그네트(M)끼리는 자극 경계의 방향이 직교하도록 배치된 구성에서 각각의 구동 코일(C)은, 기판(27) 상의 드라이브 IC(도시 생략)를 통해 개별적으로 제어될 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 도 7을 기준으로 예컨대 2번과 4번 코일에 전원이 인가(크기는 같고 방향이 반대인 전류 인가)될 경우 가동부(26)는 제1 방향(X축 방향)을 따라 직선운동을 하게 되고, 1번과 3번 코일에 전원이 인가(크기는 같고 방향이 반대인 전류 인가)될 경우 가동부(26)는 제2 방향(Y축 방향)을 따라 직선운동을 할 수 있다.

물론, 1번 내지 4번 코일 각각의 전류 인가 방향 및 그에 따라 발생되는 구동력 방향의 조합에 따라, 가동부(26)는 X-Y 평면 상에서 대각선 방향으로도 움직일 수 있으며(제1 방향 구동력과 제2 방향 구동력의 크기와 방향에 따라 가동부(26)의 움직임 방향과 변위량이 결정됨), 시계 또는 반시계 방향으로 회전하면서 광축에 대해 회전방향으로 작용하는 떨림까지도 상쇄시킬 수 있다.

구동 코일(C) 각각은 도면의 예시와 같이 공심 코일 형태로 구성될 수 있다. 이때 각 구동 코일(C) 중앙의 공심부에는 대응되는 구동 마그네트(M)의 자력 변화를 센싱하도록 홀 센서(Hall sensor, HS)가 하나씩 실장될 수 있다. 홀 센서(HS)의 센싱 정보(구동 마그네트(M)의 상대적인 위치 변화)는 드라이브 IC에 제공되며, 제공받은 센싱 정보를 바탕으로 드라이브 IC가 코일을 피드백 제어할 수 있다.

즉 드라이브 IC는 홀 센서(HS)들이 제공하는 센싱 정보(구동 마그네트의 위치 변화)를 바탕으로 고정부(20)에 대한 가동부(26)의 상대적인 위치 변화를 실시간으로 인식하며, 초기 위치 대비 인식된 위치 값에 기초해 각 구동 코일(C)을 피드백 제어하는 것이며, 이에 따라 고정부(20)에 대한 가동부(26)의 상대적인 위치 제어, 다시 말해 떨림 보정이 정확하고 정밀하게 구현될 수 있는 것이다.

도 8 내지 도 12는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예를 도시한 도면으로서, 기본적인 구조나 작동원리(고정부(20)에 대해 가동부(26)가 광축과 수직인 2축 방향으로 평면운동을 하거나 상기 광축을 중심으로 가동부(26)가 회전운동을 함)는 전술한 일 실시 예와 동일하다. 다만 구동 코일(C')과 구동 마그네트(M')가 전술한 일 실시 예와는 반대로, 고정부(20)와 가동부(26) 측에 각각 구성되는 점에 차이가 있다.

본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 카메라 액추에이터에 대해 좀 더 구체적으로 살펴보기로 하되, 전술한 일 실시 예에 따른 카메라 액추에이터와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하여 설명하기로 한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 카메라 액추에이터의 분해 사시도이며, 도 9는 도 8의 카메라 액추에이터를 저면에서 바라본 저면 분해 사시도이다. 그리고 도 10은 도 8에 도시된 카메라 액추에이터의 결합 사시도이고, 도 11은 도 10에 도시된 카메라 액추에이터를 B-B선 방향에서 바라본 종 단면도이며, 도 12는 상부 베이스를 제거한 도 10의 카메라 액추에이터를 평면에서 바라본 도면이다.

도 8 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 카메라 액추에이터(2') 역시, 고정부(20)와 가동부(26), 그리고 이들 사이에 개재되는 복수의 볼(24)로 구성된다. 여기서 고정부(20)와 가동부(26)는 서로 상대적인 개념으로서, 고정부(20)는 가동부(26)에 대해 고정되는 부분이며, 가동부(26)는 고정부(20)에 대해서 광축과 수직한 평면을 따라 변위되거나 광축을 중심으로 회전 변위되는 부분을 의미한다.

다른 실시 예에서 상기 고정부(20) 역시 상부 베이스(21) 및 이와 결합하여 내부에 실장공간을 형성시키는 하부 베이스(22)로 구성될 수 있다. 상부 베이스(21) 및 하부 베이스(22)는 중앙이 일정 면적으로 개구된 구성일 수 있으며, 상기 가동부(26)는 일면(고정부(20)의 상기 상부 베이스(21)와 마주하는 면)에 복수의 구동 마그네트(M')가 실장된 캐리어(28')로 구성될 수 있다.

상부 베이스(21)에는 기판(27')이 결합된다. 기판(27')의 일면(캐리어(28)와 마주하는 면)에는 상기 복수의 구동 마그네트(M')와 하나씩 매칭되어 대면하는 구조로 복수의 구동 코일(C')이 실장된다. 이때에도 서로 대면하는 구동 코일(C')과 구동 마그네트(M')가 하나의 자기회로를 구성하며, 이처럼 구성된 자기회로들에 의해 이 흔들리는 것을 방지 혹은 보정하는 구동력이 발생된다.

본 실시 예 역시 상기 복수의 구동 마그네트(M')는 도면(도 8)의 예시와 같이, 평면이 광축과 수직하도록 수평방향으로 배치되고, 이처럼 수평방향으로 배치되는 구동 마그네트(M')와 하나씩 대응되어 대면하도록 상기 구동 코일(C')이 배치될 수 있다.

자기회로들이 발생시킨 떨림 보정 구동력으로 상기 가동부(26)가 상기 실장공간 내에서 광축과 수직인 2축 방향으로 평면운동 및 상기 광축을 중심으로 회전운동을 하면서 떨림을 상쇄시키며, 이때 캐리어(28')와 상부 베이스(21) 사이에서 복수의 볼(24)이 구름운동을 함으로써 상기 고정부(20)에 대한 가동부(26)의 2차원 평면운동 및 상기 회전운동이 큰 마찰 없이 원활하게 구현될 수 있다.

상부 베이스(21)에 결합되는 상기 기판(27')의 이면에는 자성체인 코일 요크(CY')가 부착된다. 코일 요크(CY')는 바람직하게, 도면의 예시와 같이 기판(27')의 일면(도면상 기판(27)의 하면)에 실장된 상기 구동 코일(C) 각각에 하나씩 대응되어 광축 방향(도면의 높이 방향)으로 각 구동 코일(C)과 동일 선상에 위치하도록 기판(27')의 이면(도면상 기판(27')의 상면)에 부착 또는 실장될 수 있다.

코일 요크(CY')는 구동 코일(C')과 대면하는 구동 마그네트(M')의 자력을 구동 코일(C') 측으로 집중시키는 역할을 한다. 또한 구동 마그네트(M')와의 사이에 인력(引力)을 발생시켜 가동부(26)가 고정부(20) 측에 밀착될 수 있도록 기능함으로써, 구동 마그네트(M')와 캐리어(28')로 구성된 가동부(26)는 상부 베이스(21) 측에 밀착된 상태로 그 사이의 볼(24)을 매개로 안정적인 평면운동 또는 회전운동을 할 수 있다.

코일 요크(CY')에 의해 구동 마그네트(M')와의 사이에 발생되는 인력(引力)은 또한, 전류 차단 시 가동부(26)를 원위치로 복귀시키는 복원력으로 작용한다. 즉 고정부(20)에 대한 가동부(26)의 2축 방향 평면운동 또는 후술하게 될 광축을 중심으로 하는 회전운동에 대한 복원력으로 작용함으로써, 센터링(Centering, 고정부(20)와 가동부(26)를 광축 방향으로 동일 선상에 정렬시키는 것)이 구현될 수 있다.

볼 홈(210, 280)의 직경이 이에 수용되는 볼(24)의 직경보다 크게 형성됨으로써, 볼(24)은 볼 홈(210, 280)에 의해 구획된 정해진 공간 안에서 자유롭게 구름운동을 할 수 있으며, 이에 따라 인력(구동 마그네트(M')와 코일 요크(CY') 사이의 인력)에 의해 가동부(26)는 상부 베이스(21) 측에 밀착된 상태로 그 사이에 개재되는 상기 볼(24)들에 의해 안정적인 평면운동 또는 회전운동을 하게 된다.

가동부(26)를 구성하는 상기 캐리어(28')에는 금속 재질의 자성체인 마그네트 백요크(BY')가 설치될 수 있다. 이러한 마그네트 백요크(BY')에 의해 고정부(20)의 코일(C')이 발생시킨 전기장이 구동 마그네트(M') 측으로 집중될 수 있으며, 이로 인해 자기회로의 전자기력 손실이 최소화될 수 있다. 즉 마그네트 백요크(BY')에 의해 코일(C')이 발생시킨 전기장이 마그네트(M') 측에 집중됨으로써, 떨림 보정을 위한 구동력 손실이 최소화되는 것이다.

마그네트 백요크(BY')는 바람직하게, 도 11의 도시와 같이 인서트 성형을 통해 상기 캐리어(28')에 인서트될 수 있다. 이 경우 상기 금속 재질의 마그네트 백요크(BY')의 일부가 캐리어(28)에 형성되는 볼 홈(210, 280)의 접촉면(볼(24)이 접촉하는 면)을 이루도록 구성하면, 외부 충격에 의한 볼(24) 찍힘이 방지되므로 볼(24) 찍힘으로 인한 문제(구동 불량, 제어의 부정확성, 영상 품질 저하 등)도 해소될 수 있다.

구동 코일(C')과 구동 마그네트(M')는 4개씩 총 4쌍의 자기회로를 구성하도록 배치될 수 있다. 바람직하게는, 가동부(26)와 고정부(20) 각각의 모서리 영역에 구동 마그네트(M')와 구동 코일(C')이 하나씩 배치되되, 사선 방향으로 대향되는 구동 마그네트(M')끼리는 자극 경계의 방향이 같고 자극의 위치는 반대이며, 이웃하는 구동 마그네트(M')끼리는 자극 경계의 방향이 직교하도록 배치될 수 있다.

이처럼 고정부(20)와 가동부(26) 각각의 모서리 영역에 구동 코일(C')과 구동 마그네트(M')가 하나씩 배치되되, 사선 방향으로 대향되는 구동 마그네트(M')끼리는 자극 경계의 방향이 같고 자극의 위치는 반대이며, 이웃하는 구동 마그네트(M')끼리는 자극 경계의 방향이 직교하도록 배치된 구성에서 각각의 구동 코일(C')은, 기판(27) 상의 드라이브 IC(도시 생략)를 통해 개별적으로 제어될 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 도 12를 기준으로 예컨대 2번과 4번 코일에 전원이 인가(크기는 같고 방향이 반대인 전류 인가)될 경우 가동부(26)는 제1 방향(X축 방향)을 따라 직선운동을 하게 되고, 1번과 3번 코일에 전원이 인가(크기는 같고 방향이 반대인 전류 인가)될 경우 가동부(26)는 제2 방향(Y축 방향)을 따라 직선운동을 할 수 있다.

물론, 1번 내지 4번 코일 각각의 전류 인가 방향 및 그에 따라 발생되는 구동력 방향의 조합에 따라, 가동부(26)는 대각선 방향으로도 움직일 수 있으며(제1 방향 구동력과 제2 방향 구동력의 크기와 방향에 따라 가동부(26)의 움직임 방향과 변위량이 결정됨), 시계 또는 반시계 방향으로 회전하면서 광축에 대해 회전방향으로 작용하는 떨림까지도 상쇄시킬 수 있다.

구동 코일(C') 각각은 도면의 예시와 같이 공심 코일 형태로 구성될 수 있다. 이때 각 구동 코일(C') 중앙의 공심부에는 대응되는 구동 마그네트(M')의 자력 변화를 센싱하도록 홀 센서(Hall sensor, HS')가 하나씩 실장될 수 있다. 홀 센서(HS)의 센싱 정보(구동 마그네트(M')의 위치 변화)는 드라이브 IC에 제공되며, 제공받은 센싱 정보를 바탕으로 드라이브 IC가 코일을 피드백 제어할 수 있다.

즉 드라이브 IC는 홀 센서(HS')들이 제공하는 센싱 정보(구동 마그네트의 위치 변화)를 바탕으로 고정부(20)에 대한 가동부(26)의 상대적인 위치 변화를 실시간으로 인식하며, 초기 위치 대비 인식된 위치 값에 기초해 각 구동 코일(C')을 피드백 제어하는 것이며, 이에 따라 고정부(20)에 대한 가동부(26)의 상대적인 위치 제어, 다시 말해 떨림 보정이 정확하고 정밀하게 구현될 수 있는 것이다.

하우징(고정부) 내에서 광학 유니트(가동부)의 2축 방향 움직임을 구현하기 위해 미들 가이드를 사용하는 종래의 기술은, 미들 가이드 부피만큼의 공간확보가 필요하므로 카메라 모듈의 높이를 축소시키는데 한계가 있으며, 이에 따라 카메라 모듈을 보다 소형화하고 슬림화하는 추세에서 구조적으로 보다 슬림하고 콤팩트한 크기로 제품을 구현해내기 어렵다는 문제가 있다.

반면 발명의 실시 예에 따른 카메라 액추에이터는, 미들 가이드 없이도 가동부의 2축 방향 평면운동을 구현할 수 있는 구조로서, 미들 가이드의 삭제로 종래 미들 가이드가 차지하던 공간만큼 카메라 모듈의 전체적인 높이를 낮출 수 있다. 즉 카메라 모듈을 보다 소형화하고 슬림화하는 추세에서 구조적으로 제품(카메라 모듈) 소형화에 유리한 구조이다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 액추에이터는, 고정부에 대한 가동부의 2축 방향 평면이동뿐 아니라, 가동부를 고정부에 대해 광축을 중심으로 회전시킬 수 있는 구조이어서, 광축과 수직한 평면에 대한 일반적인 2축 방향 떨림은 물론, 광축을 중심으로 회전방향으로 작용하는 떨림까지도 상쇄시킬 수 있는 등 다방향 떨림 보정이 가능하다.

도 13은 전술한 본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터를 포함하는 카메라 모듈의 개략도이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 측면에 따른 카메라 모듈(1)는 크게, 전술한 일 측면에 따른 카메라 액추에이터(2), 광학 유니트(4), 이미지센서 유니트(5)로 구성된다. 여기서 상기 카메라 액추에이터(2)는 앞서 설명한 일 측면에 따른 카메라 액추에이터(2 또는 2')와 동일하다. 따라서 이에 대한 중복된 설명은 이하 생략한다.

광학 유니트(4)는 렌즈배럴(부호 생략)을 포함한다. 렌즈배럴은 피사체에 반사되어 입사되는 광을 수광하며, 수광된 광을 광축 방향으로 통과시킬 수 있도록 정렬된다. 렌즈배럴에는 복수의 렌즈들로 구성된 렌즈군이 수용되며, 이때 렌즈 각은 동일하거나 상이한 초점 거리, 굴절률 등의 광학적 특성을 가질 수 있다.

광학 유니트(4)는 전술한 카메라 액추에이터(2)의 상부 베이스(21)에 결합되거나 별도의 광축 방향 가동요소, 예컨대 AF 캐리어에 결합될 수 있으며, 이미지센서 유니트(5)는 광의 이동방향을 기준으로 광학 유니트(4)의 후방에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 카메라 액추에이터(2)의 캐리어(28 또는 28') 하면에 부착될 수 있다.

이미지센서 유니트(5)는 상기 광학 유니트(4)를 통과한 광을 수광하고 수광된 광으로부터 이미지 정보를 수집한다. 이를 위해 이미지센서 유니트(5)는 하드 기판(52)과 하드 기판(52) 상에 실장되는 이미지센서(50)를 포함한다. 이때 이미지센서(50)가 상기 광학 유니(4)를 통과한 광으로부터 이미지 정보를 수집하며, 수집된 이미지 정보는 상기 하드 기판(52)을 통해 외부로 출력된다.

도시하지는 않았으나, 광학 유니트(4)와 이미지센서 유니트(5) 중간의 광 경로 상에는 IR 필터가 설치될 수 있다. 이 경우 IR 필터는 입사광(광학 유니트를 통과한 광)에 포함된 특정 파장, 바람직하게는 적외선 파장을 필터링하고, 적외선 파장이 필터링 된 광이 이미지센서 유니트(5)에 투영될 수 있도록 한다.

이와 같은 카메라 모듈은, 미들가이드가 필요 없는 전술한 카메라 액추에이터를 포함하므로 전체적인 높이 축소가 가능해 모듈의 소형화와 슬림화, 그리고 경량화를 달성할 수 있다.

또한, 고정부에 대해 2축 방향으로 평면 이동이 가능하면서도 광축을 중심으로 고정부에 대해 회전 가능한 가동부에 이미지센서 유니트가 결합됨으로써, 광축과 수직한 평면에 대한 일반적인 2축 방향 떨림은 물론, 광축을 중심으로 회전방향으로 작용하는 떨림까지도 상쇄시킬 수 있는 등 다방향 떨림 보정이 가능하다는 장점이 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 모듈
2 : 카메라 액추에이터
4 : 광학 유니트
5 : 이미지센서 유니트
20 : 고정부
21 : 상부 베이스
22 : 하부 베이스
24 : 볼
26 가동부
27, 27' : 기판
28, 28' : 캐리어
50 : 이미지센서
52 : 하드 기판
210 : 볼 홈
BY, BY' : 마그네트 백요크
C, C' : 구동 코일
HS, HS' : 홀 센서
CY, CY' : 코일 요크
M, M' : 구동 마그네트

Claims

상부 베이스 및 상부 베이스와 결합하여 내부에 실장공간을 형성시키는 하부 베이스로 구성된 고정부; 및
상기 실장공간 내에서 광축과 수직인 2축 방향으로 평면운동 및 상기 광축을 중심으로 회전운동을 하는 가동부;를 포함하며,
상기 가동부는 일면에 복수의 구동 코일을 실장한 기판 및 상기 기판을 탑재하는 캐리어로 구성되며,
상기 상부 베이스에는 상기 복수의 구동 코일과 하나씩 대면하도록 복수의 구동 마그네트가 실장되고,
상기 캐리어와 상부 베이스 사이에는 상기 고정부에 대한 가동부의 2차원 평면운동 및 상기 회전운동을 지지하는 복수의 볼이 개재되는 카메라 액추에이터.
상부 베이스 및 상부 베이스와 결합하여 내부에 실장공간을 형성시키는 하부 베이스로 구성된 고정부; 및
상기 실장공간 내에서 광축과 수직인 2축 방향으로 평면운동 및 상기 광축을 중심으로 회전운동을 하는 가동부;를 포함하며,
상기 가동부는 복수의 구동 마그네트 및 이를 실장한 캐리어로 구성되며
상기 상부 베이스에는 일면에 상기 복수의 구동 마그네트와 하나씩 대면하도록 복수의 구동 코일을 실장한 기판이 결합되고,
상기 캐리어와 상부 베이스 사이에는 상기 고정부에 대한 가동부의 2차원 평면운동 및 상기 회전운동을 지지하는 복수의 볼이 개재되는 카메라 액추에이터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 기판의 이면에 상기 구동 코일 각각에 대응하여 코일 요크가 배치되는 카메라 액추에이터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 구동 코일 각각의 공심부에 대응되는 구동 마그네트의 자력 변화를 감지하는 홀 센서가 하나씩 실장된 카메라 액추에이터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 구동 코일 및 구동 마그네트가 4개씩 구성된 카메라 액추에이터.
제 5 항에 있어서,
상기 구동 코일과 구동 마그네트가 가동부와 고정부의 모서리 영역에 하나씩 배치된 카메라 액추에이터.
제 6 항에 있어서,
사선 방향으로 서로 대향되는 구동 마그네트끼리는 자극 경계의 방향이 같고 자극의 위치는 반대이며,
이웃하는 구동 마그네트끼리는 자극 경계의 방향이 직교하는 카메라 액추에이터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 상부 베이스와 캐리어에는 서로 대응되며 상기 복수의 볼 각각의 일부를 수용하는 볼 홈이 형성된 카메라 액추에이터.
제 1 항에 있어서,
상기 상부 베이스에 금속 재질의 자성체인 마그네트 백요크가 인서트되되,
상기 마그네트 백요크의 일부가 상기 상부 베이스에 형성되는 볼 홈의 홈면을 구성하는 카메라 액추에이터.
제 2 항에 있어서,
상기 캐리어에 금속 재질의 자성체인 마그네트 백요크가 인서트되되,
상기 마그네트 백요크의 일부가 상기 캐리어에 형성되는 볼 홈의 홈면을 구성하는 카메라 액추에이터.
제 1 항 또는 제 2 항의 카메라 액추에이터;
상기 카메라 액추에이터의 상부 베이스에 결합되거나 별도의 광축 방향 가동요소에 결합되는 광학 유니트; 및
상기 카메라 액추에이터의 캐리어 하면에 부착되는 이미지센서 유니트;를 포함하는 카메라 모듈.