KR20240003555A - 카메라 모듈용 액추에이터 - Google Patents

Abstract

카메라 모듈 액추에이터가 개시된다. 본 발명에 따른 카메라 모듈 액추에이터는, 제1 방향을 따라 배열되는 복수의 렌즈를 수용하고 외면부에 마그네트가 실장된 가동체 및 가동체의 마그네트와 대면하는 코일과 가동체에 대해 자기 흡인력을 발생시키는 요크를 구비하는 고정체를 포함하며, 고정체를 구성하는 요크는 마그네트와 마주하는 몸통부와, 몸통부에서 제1 방향 양측으로 돌출되는 한 쌍의 수직 날개부와, 몸통부에서 제1 방향과 수직한 제2 방향 양측으로 돌출되는 한 쌍의 수평 날개부를 포함하는 것을 요지로 한다.

Description

카메라 모듈용 액추에이터{Actuator for Camera module}

본 발명은 카메라 모듈용 액추에이터에 관한 것으로, 특히 전류 인가에 따라 자기화된 코일과 마그네트 간 상호작용으로 발생한 힘을 이용하여 복수의 렌즈를 포함하는 가동체를 광축 방향으로 이동시킴으로써 광학 줌 및 자동초점조절을 구현하는 카메라 모듈용 액추에이터에 관한 것이다.

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

근래에는 인증이나 보안 등을 위한 음성 인식, 지문 인식, 홍채 인식 기능 등도 휴대 단말에 탑재되고 있으며, 초점거리(focal length)를 더욱 정교하고 세밀하게 가변적으로 조정함으로써 고배율의 광학 줌을 구현하고 더욱 향상된 해상도를 제공할 수 있도록 복수 개의 렌즈 그룹으로 이루어진 줌 렌즈의 장착도 시도되고 있다.

줌 렌즈의 경우 일반 렌즈와는 달리 광이 유입되는 방향인 광축 방향으로 복수의 렌즈 또는 렌즈군들이 배열되는 구조이므로 일반 렌즈보다 길고 무겁다. 따라서 줌 렌즈가 적용된 카메라 모듈은 렌즈 조립체를 목표 위치로 이동시킴에 있어 더 큰 힘(구동력)을 필요로 하고, 목표 위치에서 원래의 위치(이하, '초기 위치'라 함)로 복귀시킴에 있어서도 보다 큰 힘(복귀력)이 요구된다.

또한, 전원이 인가되지 않는 비구동 초기 상태에서 렌즈 조립체를 초기 위치에 고정시켜 주는 힘도 더 크게 요구된다. 전원이 인가되지 않는 초기 상태에서 렌즈 조립체를 고정시켜 주는 힘이 충분하지 않으면, 카메라 모듈이 외부 물리력에 의해 특정 방향(광축 방향)으로 흔들릴 때 이상 소음(가동체인 렌즈 조립체가 고정체인 하우징에 부딪침으로써 발생하는 기계적인 충격음)이 발생될 수 있기 때문이다.

참고로, 렌즈 조립체를 광축 방향으로 이동시켜 자동초점조절을 구현하는 일반적인 카메라 모듈 구동 방식에서 렌즈 조립체를 초기 위치로 복귀시키거나, 초기 위치에 고정시켜 주는 힘은 카메라 모듈 액추에이터의 구동부(자기회로)를 구성하는 마그네트 및 이와 거리를 두고 배치되는 코일 요크(자성체) 간 자기 흡인력(Magnetic attractive force)에 의해 발생된다.

줌 렌즈의 적용으로 무거워진 렌즈 조립체의 무게에 대응하여 자기 흡인력을 키우는 방안 중 하나가 상기 마그네트와 코일 요크의 면적이나 두께를 키우는 방안이다. 그러나 이 방식은 마그네트와 코일 요크의 면적이나 두께가 증가되는 만큼 카메라 모듈의 전체적인 크기도 커져야 하기 때문에 시장의 소형화 요구를 만족시키기 어렵다는 단점이 있다.

이에 대한 대안으로서 도 1에 도시한 바와 같이, 기존의 코일 요크와는 별도로 카메라 모듈 액추에이터의 고정체를 구성하는 코일(200)의 공심부(210)에 별도의 자계 요소, 예컨대 금속 자성체(Metal Piece, 300)를 배치하여 가동체 측 마그네트(미도시)와의 갭(gap)을 줄임으로써 자기 흡인력을 키우는 기술이 제안된 바 있다.

그러나 이처럼 별도의 금속 자성체를 부가하여 고정체와 가동체 사이의 자기 흡인력을 키우는 방식은, 금속 자성체를 코일 공심부의 정해진 위치에 정확하게 실장시키기 위해 정밀한 조립공차 관리가 요구되고, 별도의 금속 자성체 및 이를 공심부에 실장하기 위한 별도의 SMP(Surface Mounting Technology) 공정이 요구되므로 비용 상승이 수반되고 제품의 양산성이 떨어지는 문제가 있다.

한국공개특허 제10-2018-0116965호(공개일 2018.10.26)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 메탈 피스(Metal Piece)와 같은 별도의 자성체를 사용하지 않고도 고정체와 가동체 사이의 자기 흡인력(Magnetic attractive force)을 충분히 확보하여 외부 물리력으로 인한 이상 소음(이하, '이음'이라 함)을 방지 내지 최소화하면서도, 액추에이터 구동 시 증가된 자기 흡인력이 구동 부하로 작용되어 구동력이 저하되는 문제도 최소화할 수 있는 카메라 모듈용 액추에이터를 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명에 따르면,

제1 방향을 따라 배열되는 복수의 렌즈를 수용하고 외면부에 마그네트가 실장된 가동체; 및

상기 가동체의 마그네트와 대면하는 코일과, 상기 가동체에 대해 자기 흡인력을 발생시키는 요크를 구비하는 고정체;를 포함하며,

상기 요크는,

상기 마그네트와 마주하는 몸통부와,

상기 몸통부에서 제1 방향 양측으로 돌출되는 한 쌍의 수직 날개부와,

상기 몸통부에서 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향 양측으로 돌출되는 한 쌍의 수평 날개부를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈용 액추에이터를 제공한다.

바람직하게는, 상기 수직 날개부의 길이가 상기 수평 날개부의 길이와 같거나 수평 날개부의 길이보다 짧게 형성될 수 있다.

또한 본 발명은, 상기 몸통부의 중심을 지나는 요크의 제2 방향 중심선을 기준으로 상기 한 쌍의 수직 날개부가 상하 대칭적으로 형성되며, 상기 몸통부의 중심을 지나는 요크의 제1 방향 중심선을 기준으로 상기 한 쌍의 수평 날개부가 좌우 대칭적으로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 몸통부는 상기 고정체에 대한 상기 가동체의 제1 방향 위치가 달라지더라도 몸통부의 전부가 상기 마그네트와 항상 마주하는 구성일 수 있다. 즉 몸통부는 전부가 상기 마그네트와 액추에이터 구동 전 과정에 걸쳐 항상 마주하도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 수평 날개부는 상기 마그네트와 마주하는 제1 영역과 제1 영역 외측의 제2 영역으로 구분되고, 상기 고정체에 대해 상기 가동체가 제1 방향으로 이동을 해도 상기 제1 영역의 면적은 변하지 않는 구성일 수 있다.

또한, 상기 한 쌍의 수직 날개부 중 상부 수직 날개부는 상기 가동체가 초기 위치에 있을 때 일부만 상기 마그네트와 마주하고, 상기 한 쌍의 수직 날개부 중 하부 수직 날개부는 상기 가동체가 초기 위치에 있을 때 전부 또는 일부가 상기 마그네트와 마주하는 구성일 수 있다.

이때, 상기 고정체에 상기 가동체가 제1 방향에 대해 최대 높이로 상승 시 상기 상부 수직 날개부는 전부 또는 일부가 상기 마그네트와 마주하고, 상기 하부 수직 날개부는 일부만 상기 마그네트와 마주하도록 구성될 수 있다.

또한 본 발명은, 상기 가동체가 초기 위치에 있을 때 상기 요크의 중심이 상기 마그네트의 중심보다 위쪽에 위치하도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 요크의 중심과 마그네트 중심 사이의 거리가 상기 고정체에 대한 가동체의 제1 방향 최대 스트로크의 절반 또는 그 이하일 수 있다.

반면 본 발명의 실시 예에 따르면, 메탈 피스(Metal Piece)와 같은 별도의 금속 자성체를 사용하여 자기 흡인력 증대 요구에 대응했던 종래 기술과 비교하여, 별도의 금속 자성체를 사용하지 않고도 가동체가 고정체 측에 고정되는 힘(자기 흡인력)을 증대시킬 수 있으며, 그 결과 외부 물리력으로 인한 이음 발생이 효과적으로 억제 또는 저감될 수 있다.

또한, 별도의 자성체를 사용하지 않는 만큼 이를 실장하기 위한 별도의 SMP(Surface Mounting Technology) 공정도 생략되므로 공정의 간소화를 기할 수 있고, 공정이 간소해진 만큼 생산 비용도 줄고 양산성은 향상될 수 있으며, 공간을 차지하던 별도의 금속 자성체(Metal Piece)가 삭제된 만큼 여유 공간이 확보되므로 설계 자유도 측면에서도 유리하다는 효과가 있다.

도 1은 종래 렌즈 구동용 기판 유닛의 일례를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈용 액추에이터의 부분 분해 사시도.
도 3은 도 2에서 고정체를 구성하는 기판유닛의 사시도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 적용된 요크의 바람직한 일 실시 예를 도시한 도면으로서, 전류가 인가되지 않은 초기 상태의 요크와 마그네트 사이 배치관계를 보여주기 위해 요크 측에서 마그네트를 바라본 투시도.
도 5는 도 4와 같은 초기 상태에서 최대 전류 인가로 허용된 범위 내에서 고정체에 대하여 가동체가 최대 높이로 상승했을 때 요크와 마그네트 사이의 배치관계를 나타내는 도면.
도 6은 도 4와 같은 형태로 요크를 구성했을 경우 가동체의 제1 방향 위치별 이음 상수 K를 종래의 구성(요크를 사각의 단순 평판 형태로 구성한 경우와 사각의 평판 형태의 요크에 금속 자성체(Metal Piece)를 부착시킨 경우)과 비교한 실험 데이터.
도 7은 요크의 바람직한 다른 실시 예를 도시한 도면으로서, 전류가 인가되지 않은 초기 상태에서 요크와 마그네트 사이의 배치관계를 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 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.

그리고 이후 사용되는 방향 용어 중 제1 방향(도면의 x축 방향)은 가동체의 렌즈를 향하여 빛이 입사되는 방향(광축 방향) 및 이와 평행한 방향을 가리키며, 제2 방향(도면의 y축 방향)은 상기 제1 방향과 수직인 방향을 가리킨다. 그리고 제3 방향(도면의 z축 방향)은 상기 제2 방향과 동일 평면 상에서 직교하면서 상기 제1 방향과는 수직을 이루는 방향을 가리킨다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 모듈용 액추에이터의 부분 분해 사시도이며, 도 3은 도 2에서 고정체를 구성하는 기판유닛의 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈용 액추에이터(1)는 크게, 가동체(2)와 고정체(3)로 구성될 수 있다. 여기서 가동체(2)와 고정체(3)는 서로 상대적인 개념으로서, 가동체(2)는 상기 고정체(3)에 대해 제1 방향으로 움직이는 부분을 의미하고, 고정체(3)는 상기 가동체(2)의 제1 방향 움직임에 대하여 고정되어 있는 부분을 의미한다.

가동체(2)는 제1 방향으로 배열되는 복수의 렌즈들로 구성된 렌즈군을 수용하는 렌즈배럴(20) 및 이를 탑재하는 AF 캐리어(Auto Focusing Carrier, 22)를 포함할 수 있다. 렌즈군을 구성하는 렌즈 각각은 동일 또는 상이한 초점 거리, 굴절률 등의 광학적 특성을 가지며, 가동체(2)를 통과한 빛은 그 하부에 광축 정렬되는 이미지센서(미도시)에 투영됨으로써 피사체에 대한 화상정보가 획득될 수 있다.

가동체(2)의 AF 캐리어(22)의 외면부에는 AF 구동(또는 Zoom 구동)을 위한 마그네트(24)가 실장되고, 고정체(3)에는 상기 마그네트(24)와 대면하는 코일(34)과 상기 가동체(2)에 대해 자기 흡인력을 발생시키는 요크(36)를 구비한다.

코일(34)은 기판(33)으로부터 인가된 전류에 의해 자화되며, 자화된 코일(34)과 상기 마그네트(24) 사이의 상호 작용에 의하여 상기 가동체(2)가 고정체(3)에 대하여 제1 방향으로 움직일 수 있다.

고정체(3)는 제1 방향에 대해 상기 가동체(2)를 이동 가능하게 수용하는 하우징(30)을 포함한다. 하우징(30)은 평면 방향에 봤을 때 전체적인 모양이 직사각형이면서 그 내부에 수용공간(AF 캐리어(22)가 이동 가능하게 수용되는 부분)이 소정의 크기로 형성된 구성일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 쉴드 캔(5)과 결합하여 카메라 모듈을 구성하게 된다.

하우징(30)의 측벽 중 적어도 하나에는 개구가 형성되고 개구에 기판 유닛(32)이 배치된다. 기판 유닛(32)은 기판(33)과 코일(34), 그리고 요크(36)를 포함할 수 있다. 기판(33)은 경질의 PCB 또는 유연한 FPCB 일 수 있으며, 구동력(가동체(2)를 제1 방향으로 구동시키는 힘)을 제어하는 하나 이상의 제어 요소 및 제어 요소 간 통전 및 정보 전달을 위한 소정의 회로 패턴을 포함할 수 있다.

코일(34)은 상기 가동체(2)의 외면부에 실장되는 마그네트(24)와 거리를 두고 마주하도록 기판(33)의 일면(마그네트(24)와 마주하는 면)에 실장될 수 있다. 코일(34)은 공심형 코일(34)일 수 있고, 상기 기판(33)을 통해 인가된 전류에 의해 자화됨으로써 마그네트(24)와 상호작용을 일으킨다. 그 결과 가동체(2)를 광이 유입되는 방향인 제1 방향으로 구동시키는 힘이 발생된다.

코일(34)에 대한 전류 인가 및 차단, 공급되는 전류의 세기, 전류 인가 방향 등을 상기 기판(33)에 실장되는 제어 요소, 예컨대 구동칩(Drive IC, 부호 생략)이 제어한다. 구동칩은 기판(33) 적소에 실장되는 홀 센서(Hall sensor)의 출력을 바탕으로 가동체(2)의 현재 위치(제1 방향 위치)를 인식하며, 인식된 위치 값을 기반으로 코일(34)에 인가될 전류의 세기와 방향을 결정한다.

요크(36)는 상기 코일(34) 반대편의 기판(33)의 이면에 배치될 수 있다. 요크(36)는 가동체(2)의 외면부에 실장된 상기 마그네트(24)의 자력을 코일(34) 측으로 집중시켜 자력 손실을 최소화함으로써 상기 구동력을 증대시키는 중요한 역할을 수행한다. 이러한 요크(36)는 소정의 두께를 갖는 금속 자성체로서, 그 형상은 도면(도 2 및 도 3)의 도시와 같은 십자(+) 모양일 수 있다.

본 발명의 핵심 구성인 상기 요크(36)의 형상적인 부분에 대해서는 이후 도 4를 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 2에서 도면부호 4은 볼 구동부(4)를 가리킨다. 볼 구동부(4)는 코일(34)과 마그네트(24)에 의한 구동력으로 가동체(2)가 고정체(3)에 대하여 제1 방향으로 움직일 때, 고정체(3)와 가동체(2) 사이의 마찰을 최소화하고 틸팅이나 요동 없는 가동체(2)의 제1 방향 움직임을 안내하는 수단으로서, 고정체(3)와 가동체(2)에 형성되는 볼홈(40, 44)과 마주하는 두 볼홈(40, 44) 사이에 개재되는 볼(42)들로 구성될 수 있다.

이처럼 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈용 액추에이터(1)는, 기판(33)에 실장되는 구동칩의 통제에 따라 코일(34)에 소정의 세기로 전류가 인가되고 코일(34)이 자화된다. 자화된 코일(34)과 상기 마그네트(24)의 상호작용으로 구동력이 발생하며, 이로 인해 가동체(2)가 고정체(3)에 대해 제1 방향으로 이동을 하게 됨으로써 광학 줌 또는 자동초점조절이 구현될 수 있다.

여기서, 마그네트(24)를 실장한 가동체(2)가 움직일 때, 홀 센서가 마그네트(24)의 위치 변동에 따른 자기장의 변화로부터 상대부품(가동체)의 제1 방향 위치를 감지하며, 구동칩이 상기 홀 센서가 감지한 위치 정보를 기반으로 코일(34)에 인가되는 전류의 세기와 방향을 결정하여 가동체(2)의 위치를 피드백 제어함으로써 정밀도 높은 광학 줌 및 자동초점조절이 구현되는 것이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 적용된 요크의 바람직한 일 실시 예를 도시한 도면으로서, 전류가 인가되지 않은 초기 상태의 요크와 마그네트 사이의 배치관계를 보여주기 위해 요크 측에서 마그네트를 바라본 투시도이다.

도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 요크(36)는 십자(+) 모양으로 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 요크(36)는, 마그네트(24)와 마주하는 사각형 모양의 몸통부(360)를 기반으로, 상기 몸통부(360)에서 제1 방향 양측으로 돌출되는 한 쌍의 수직 날개부(362A, 362B)와, 상기 몸통부(360)에서 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향 양측으로 돌출되는 한 쌍의 수평 날개부(364L, 364R)를 포함한다.

몸통부(360)는 마그네트(24)에 비해 작은 크기로 형성되어 도 3과 같은 가동체(2) 초기 위치(전류가 인가되지 않은 정지 상태에서의 가동체 위치)에서 마그네트(24)와 완전히 중첩(Overlap)되며, 수직 날개부(362A, 362B)의 길이는 상기 수평 날개부(364L, 364R)의 길이와 같거나 수평 날개부(364L, 364R)의 길이보다 짧게 형성됨으로써 마그네트(24)와의 사이에 발생하는 자기 흡인력이 몸통부(360)의 대략 중앙에 집중될 수 있다.

수직 날개부(362A, 362B)의 길이가 상대적으로 길면, 제1 방향에 걸쳐 집중되는 자기 흡인력이 오히려 구동 부하로 작용하여 구동력이 저하될 수 있으며, 수평 날개부(364L, 364R)의 길이가 상대적으로 짧으면, 제2 방향으로 분포하는 자기 흡인력이 상대적으로 적어져 볼 구동부(4)를 매개로 상호 밀착되는 가동체(2)와 고정체(3) 간 밀착력이 떨어져 가동체(2)의 이동 중에 틸트(Tilt) 현상이 발생될 수 있다.

몸통부(360)의 상부와 하부로 연장되는 한 쌍의 수직 날개부(362A, 362B)는 바람직하게, 상기 몸통부(360)의 중심을 지나는 요크(36)의 제2 방향 중심선(YC2)을 기준으로 상하 대칭되는 형태로 형성될 수 있으며, 몸통부(360)의 좌측과 우측으로 연장되는 한 쌍의 수평 날개부(364L, 364R)는 상기 몸통부(360)의 중심을 지나는 요크(36)의 제1 방향 중심선(YC1)을 기준으로 좌우 대칭되는 형태로 형성될 수 있다.

수평 날개부(364L, 364R)는 상기 마그네트(24)와 마주하는 제1 영역(364-1, 도 3과 같이 요크(36) 측에서 보았을 때 마그네트와 중첩되는 부분) 및 제1 영역(364-1) 외측의 제2 영역(364-2, 마그네트와 중첩되지 않는 부분)으로 구분될 수 있으며, 가동체(2)가 제1 방향에 대해 어떤 위치로 이동을 하더라도 상기 제1 영역(364-1)의 면적은 변하지 않고 항상 동일한 구성일 수 있다.

즉 코일(34)과 마그네트(24) 간 상호작용에 의한 구동력으로 고정체(3)에 대하여 상기 가동체(2)가 초기 위치에서 허용된 범위에서 제1 방향으로 최대 높이까지 상승하더라도, 수평 날개부(364L, 364R)의 상기 제1 영역(364-1)은 어느 한 부분도 마그네트(24) 바깥쪽으로 튀어나오지 않고 항상 마그네트(24)와 마주하는, 다시 말해 도 4와 같이 요크(36) 방향에서 보았을 때 마그네트(24)와 항상 중첩되는 크기로 형성될 수 있다.

도 4의 도시와 같은 가동체(2)의 초기 위치에서 상기 요크(36)의 중심(CP1)이 마그네트의 중심(CP22)보다 위쪽에 위치(가동체인 마그네트의 중심이 고정체의 요크의 중심보다 아래쪽에 위치)하도록 구성하면, 중심을 서로 일치시킬 때에 비해 가동체(2)를 아래쪽으로 당겨주는 힘이 상대적으로 세져 외부의 물리력(흔들림)에 의한 이음의 억제 효과가 증대될 수 있다.

요크의 중심(CP1)과 마그네트의 중심(CP2) 사이의 거리(D)는 고정체(3)에 대해 허용된 가동체(2)의 제1 방향 최대 스트로크의 절반 또는 그 이하가 바람직하다. 가동체(2)의 제1 방향 최대 스트로크의 절반을 초과하면, 가동체(2)를 아래쪽으로 당겨주는 힘이 더욱 세져 가동체(2)의 복귀력은 상승하지만 증가된 복귀력만큼 상대적으로 구동력은 감소되어 구동에 문제가 생기거나 소모 전력이 증가될 수 있다.

도 5는 앞선 도 4와 같은 초기 상태에서 최대 전류 인가로 허용된 범위 내에서 고정체에 대하여 가동체가 최대 높이로 상승했을 때 요크와 마그네트 사이의 배치관계를 나타내는 도면이다.

도 5를 앞선 도 4와 함께 참조하면, 요크(36)의 몸통부(360)는 상기 고정체(3)에 대한 상기 가동체(2)의 제1 방향 위치가 달라지더라도 몸통부(360)의 전부가 상기 마그네트(24)와 항상 마주할 수 있는 크기로 형성될 수 있다. 즉 도 4나 도 5를 통해 보이는 방향을 기준으로 몸통부(360)는 가동체(2)의 제1 방향 위치에 상관 없이 전부가 마그네트(24)와 중첩(Overlap)될 수 있는 크기로 형성될 수 있다.

이와는 달리, 한 쌍의 수직 날개부(362A, 362B) 중 상부 수직 날개부(362A)는 가동체(2)가 초기 위치에 있을 때 일부만 상기 마그네트(24)와 마주하고, 하부 수직 날개부(362B)는 전부 또는 일부가 상기 마그네트(24)와 마주하며(도 4 참조), 가동체(2)가 최대 높이로 상승했을 때 상부 수직 날개부(362A)는 전부 또는 일부가 마그네트(24)와 마주하고, 하부 수직 날개부(362B)는 일부만 마그네트(24)와 마주할 수 있는 길이로 형성될 수 있다.

도 6은 앞선 도 4와 같이 십자(+) 모양으로 요크를 구성했을 경우 가동체의 제1 방향 위치별 이음 상수 K를 종래의 구성(요크를 사각의 단순 평판 형태로 구성한 경우와 사각의 평판 형태의 요크에 금속 자성체(Metal Piece)를 부착시킨 경우)과 비교한 실험 데이터이다.

도 6에 표시된 [가동체 위치] 항목에서 '0'은 고정체에 대하여 허용된 가동체의 제1 방향 스트로크의 중간 지점(가동체가 제1 방향으로 최대로 상승했을 때 위치와 최대로 하강했을 때 위치의 중간 지점)을 의미한다.

또한, [가동체 위치] 항목에서 음의 부호(-)가 붙은 값은 상기 '0' 위치를 기준으로 가동체가 제1 방향에 대해 아래쪽으로 해당 거리(단위는 mm)만큼 하강했을 때의 위치를 의미하며, 양의 부호(+)가 붙은 값은 반대로 상기 '0' 위치를 기준으로 가동체가 제1 방향에 대해 위쪽으로 해당 거리만큼 상승했을 때의 위치를 의미한다.

그리고 이음 상수 K는 하기 수식을 통해 구해지는 값으로서 그 값이 클수록 이음 억제 효과가 좋다.

K = (가동체의 제1 방향 위치에 따른 초기 위치 복귀력 - 0 위치에서의 복귀력)÷102 ÷가동체의 제1 방향 위치÷0.001

여기서, 102는 gf에서 뉴턴(N)으로 바꾸기 위해 적용되는 값이며, 0.001은 N은 mN으로 바꾸기 위한 값이다.

도 6을 보면, 요크를 단순히 사각 평판 형태로 구성한 것에 비해 사각의 평판 형태의 요크에 금속 자성체(Metal Piece)를 덧댄 구성의 K 값이 전 영역에 걸쳐 큰 것을 알 수 있으며, 본 발명처럼 요크를 십자 형태로 구성한 경우의 K 값은 금속 자성체를 덧댔을 때와 비교하여 비슷한 수준으로 유지되는 것을 알 수 있다.

즉 본 발명처럼 요크를 십자 형태로 구성한 경우 사각의 평판 형태의 요크에 별도의 메탈 피스를 부착했을 때만큼 이음 저감에 분명한 효과가 있음을 도 6의 실험 데이터가 뒷받침한다.

한편, 도 7은 요크의 바람직한 다른 실시 예를 도시한 도면으로서, 전류가 인가되지 않은 초기 상태에서 요크와 마그네트 사이의 배치관계를 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 요크는 앞선 도 4와 같은 십자 형태의 구성뿐 아니라, 도 4와 같은 십자형 구성에서 서로 이웃하는 수직 날개부(362A, 362B)와 수평 날개부(364L, 364R)의 모서리를 최단 거리로 잇는 가상의 선분과 이웃하는 수직 날개부와 수평 날개부의 두 이웃하는 변(S1, S2)에 의해 구획되는 삼각형 모양 모서리 영역까지도 자성체(보조 날개부, 366)로 이루어진 구성일 수 있다.

즉 본 발명의 다른 실시 예에 따른 요크(36-1)는, 도 7과 같이 전체적으로 수평 방향(도면의 y 방향) 길이가 수직 방향(도면의 x 방향) 높이에 비해 상대적으로 긴 좌우로 불룩한 8각형 모양으로도 형성될 수 있다.

줌 렌즈의 적용으로 무거워진 렌즈 조립체의 무게만큼 자기 흡인력을 키우는 방안으로서, 렌즈 구동용 기판 유닛을 구성하는 코일의 공심부에 별도의 자계 요소, 예컨대 금속 자성체(Metal Piece)를 배치(도 1 참조)하여 렌즈 어셈블리 측 마그네트와의 갭(gap)을 줄임으로써 자기 흡인력을 키우는 방안이 알려져 있다.

그런데 이러한 방식은 별도의 금속 자성체를 코일 공심부의 정해진 위치에 정확하게 실장시키기 위한 엄격한 위치 관리가 요구되고, 금속 자성체를 공심부에 실장하기 위한 별도의 SMP(Surface Mounting Technology) 공정이 요구되므로, 공정이 복잡해지고 비용이 상승하는 문제와 더불어, 제품의 양산성 측면에서도 불리하다는 단점이 있다.

반면 본 발명의 실시 예에 따르면, 메탈 피스(Metal Piece)와 같은 별도의 금속 자성체를 사용하여 자기 흡인력 증대 요구에 대응했던 종래 기술과 비교하여, 별도의 금속 자성체를 사용하지 않고도 가동체가 고정체 측에 고정되는 힘(자기 흡인력)을 증대시킬 수 있으며, 그 결과 외부 물리력으로 인한 이음 발생이 효과적으로 억제 또는 저감될 수 있다.

또한, 별도의 자성체를 사용하지 않는 만큼 이를 실장하기 위한 별도의 SMP(Surface Mounting Technology) 공정도 생략되므로 공정의 간소화를 기할 수 있고, 공정이 간소해진 만큼 생산 비용도 줄고 양산성은 향상될 수 있으며, 공간을 차지하던 별도의 자성체가 생략된 만큼 여유 공간이 확보되므로 설계 자유도 측면에서도 유리하다는 효과가 있다.

이상에서 살펴본 본 발명에 따른 카메라 모듈용 액추에이터는 자동초점조절을 조절을 위한 AF 액추에이터(AF Actuator)로서 주요하게 적용되지만, 일반적인 광학 줌 기능을 위한 광학 줌 액추에이터(Zoom Actuator)에도 동일하게 적용될 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 모듈용 액추에이터
2 : 가동체
3 : 고정체
4 : 볼 구동부
20 : 렌즈배럴
22 : AF 캐리어
24 : 마그네트
30 : 하우징
32 : 기판 유닛
33 : 기판
34 : 코일
36 : 요크
360 : 몸통부
362A, 362B : 수직 날개부
364L, 364R : 수평 날개부
364-1 : 제1 영역(마그네트와 마주하는 수평 날개부의 영역)
364-2: 제2 영역(마그네트와 마주하지 않는 수평 날개부의 영역)
YC1 : 요크의 제1 방향 중심선
YC2 : 요크의 제2 방향 중심선

Claims (9)

1. 제1 방향을 따라 배열되는 복수의 렌즈를 수용하고 외면부에 마그네트가 실장된 가동체; 및
   상기 가동체의 마그네트와 대면하는 코일과, 상기 가동체에 대해 자기 흡인력을 발생시키는 요크를 구비하는 고정체;를 포함하며,
   상기 요크는,
   상기 마그네트와 마주하는 몸통부와,
   상기 몸통부에서 제1 방향 양측으로 돌출되는 한 쌍의 수직 날개부와,
   상기 몸통부에서 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향 양측으로 돌출되는 한 쌍의 수평 날개부를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈용 액추에이터.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 수직 날개부의 길이가 상기 수평 날개부의 길이와 같거나 수평 날개부의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 카메라 모듈용 액추에이터.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 몸통부의 중심을 지나는 요크의 제2 방향 중심선을 기준으로 상기 한 쌍의 수직 날개부가 상하 대칭적으로 형성되며,
   상기 몸통부의 중심을 지나는 요크의 제1 방향 중심선을 기준으로 상기 한 쌍의 수평 날개부가 좌우 대칭적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈용 액추에이터.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 몸통부는 전부가 상기 마그네트와 액추에이터 구동 전 과정에 걸쳐 항상 마주하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈용 액추에이터.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 수평 날개부는 상기 마그네트와 마주하는 제1 영역과 제1 영역 외측의 제2 영역으로 구분되고,
   상기 고정체에 대해 상기 가동체가 제1 방향으로 이동하더라도 상기 제1 영역의 면적은 변하지 않는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈용 액추에이터.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 한 쌍의 수직 날개부 중 상부 수직 날개부는 상기 가동체가 초기 위치에 있을 때 일부만 상기 마그네트와 마주하고,
   상기 한 쌍의 수직 날개부 중 하부 수직 날개부는 상기 가동체가 초기 위치에 있을 때 전부 또는 일부가 상기 마그네트와 마주하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈용 액추에이터.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 고정체에 대해 상기 가동체가 제1 방향에 대해 최대 높이로 상승 시 상기 상부 수직 날개부는 전부 또는 일부가 상기 마그네트와 마주하고, 상기 하부 수직 날개부는 일부만 상기 마그네트와 마주하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈용 액추에이터.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 가동체의 초기 위치에서 상기 요크의 중심은 상기 마그네트의 중심보다 위쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈용 액추에이터.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 요크의 중심과 마그네트 중심 사이의 거리가 상기 고정체에 대한 가동체의 제1 방향 최대 스트로크의 절반 또는 그 이하인 것을 특징으로 하는 카메라 모듈용 액추에이터.
   

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