WO2021246708A1 - 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터 및 이를 포함하는 카메라 모듈 - Google Patents

광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터 및 이를 포함하는 카메라 모듈 Download PDF

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WO2021246708A1
WO2021246708A1 PCT/KR2021/006570 KR2021006570W WO2021246708A1 WO 2021246708 A1 WO2021246708 A1 WO 2021246708A1 KR 2021006570 W KR2021006570 W KR 2021006570W WO 2021246708 A1 WO2021246708 A1 WO 2021246708A1
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WO
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movable member
tilting
camera module
actuator
fixing member
Prior art date
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PCT/KR2021/006570
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English (en)
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신두식
이환휘
이병철
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자화전자(주)
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G03B2205/0007—Movement of one or more optical elements for control of motion blur
    • G03B2205/0023—Movement of one or more optical elements for control of motion blur by tilting or inclining one or more optical elements with respect to the optical axis

Definitions

  • the present invention relates to an actuator for a camera module, and more particularly, to an actuator for an optical refractive camera module applied for optical image stabilizer to a folded zoom camera module, and a camera module including the same will be.
  • 'mobile' portable terminals such as smart phones
  • 'mobile' portable terminals
  • functions such as music, movies, TV, and games.
  • the camera module mounted on the mobile is changed to a structure with various additional functions, such as an auto focus function and an optical zoom function, in order to meet the recent trend toward high-pixel and high-functionality based on user needs. are doing In particular, attempts to implement optical image stabilizer (image stabilization prevention) technology in a mobile size have been recently progressing from various angles.
  • Shake compensation technology is a technology that maintains the optimal resolution of the captured image by automatically controlling the focus of the lens assembly constituting the camera module to move in the direction against the shake.
  • a camera module applied to a mobile device, a camcorder, etc. is equipped with an actuator for compensation for vibration.
  • the VCM (Voice Coil Motor) type is a method that uses the interaction of a magnetic field and an electric field.
  • the VCM type usually includes a magnetic circuit composed of a face-to-face coil and a magnetic material, and uses the electromagnetic force generated by the magnetic circuit to move a lens-mounted drive part in a plane to compensate for vibration.
  • VCM Vehicle Coil Motor
  • close loop type that automatically adjusts the lifting position of the lens assembly through feedback control based on the position value recognized by the sensor.
  • VCM and closed loop type can be clearly distinguished in terms of structure and control.
  • the VCM type is advantageous in terms of cost compared to the closed loop type, but has a disadvantage in that the driving precision is relatively low.
  • the closed-loop type has disadvantages in terms of cost, such as an increase in manufacturing cost as parts such as sensors are required, but it has a mechanism that operates based on the position value confirmed by the sensor, so the driving precision is very high. There is this.
  • this optical refraction camera module adopts a periscope structure to realize high magnification optical zoom without increasing the overall height.
  • this optical refraction camera module since it has a periscope structure, it has the advantage of being very advantageous in terms of slimming compared to the existing method.
  • Anti-shake technology is also applied to such a light refraction camera module.
  • a lens or an imaging device is installed by moving the reflective member based on two axes parallel to the plane of the reflective member, or by coupling the reflective member to a fixed structure and rotating the reflective member in a specific direction.
  • Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2018-0095420 'Reflecting module for hand shake correction and camera module including the same' corresponds to a technology for realizing shake compensation by moving an electronic reflective member
  • Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2018-0125989 The 'rotating ball-guided voice coil motor' disclosed through 'Corresponds to the technique of realizing vibration compensation by rotating the latter reflective member.
  • Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2018-0095420 'Reflecting module for hand shake correction and camera module including the same' and 'Rotary ball-guide voice coil motor' of Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2018-0125989 are specific reflective members for stabilizing vibration.
  • the ball-guide method has in common that the ball moves or rotates while the ball rolls or slides along the rail.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2018-0095420 (published on August 27, 2018)
  • Patent Document 2 Korean Patent Publication No. 10-2018-0125989 (published on November 26, 2018)
  • the technical problem to be solved by the present invention is a method that responds to vibration by rotating the reflective member in two directions while the tilting protrusion rolls along the arc-shaped groove rather than the ball-guide method, and there is no concern of ball dents. It is intended to provide an actuator that is applied to a light refraction camera module in which the behavior characteristics of the reflective member are stable.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is that it can exhibit improved driving performance with a simple configuration compared to the conventional ball-guide method, and does not require a separate lubrication work because it does not use a ball, reducing costs and improving mass productivity of products It is to provide an actuator for an optical refractive camera module that can achieve this.
  • a reflective member for reflecting or refracting incident light from the subject toward the image conversion unit
  • the movable member or the fixed member has an arc-shaped tilting protrusion
  • a tilting guide portion accommodating the tilting protrusion and having a radius of curvature larger than that of the tilting protrusion is formed in the fixing member or the movable member, the tilting guide portion having an arc-shaped groove;
  • the movable member is
  • the tilting protrusion rolls on the groove, it provides an optical refractive camera module actuator that is tilted with respect to the fixing member about a first direction axis or a second direction axis orthogonal to the first direction axis.
  • the optical refractive camera module actuator is preferably,
  • a reflective member for reflecting or refracting incident light from the subject toward the image conversion unit
  • the second movable member or the fixed member is provided with a first tilting protrusion having an arc shape in the center
  • a first tilting guide portion accommodating the first tilting protrusion and having a radius of curvature larger than that of the first tilting protrusion is formed in the fixing member or the second movable member, the first tilting guide having a first groove in the shape of an arc,
  • the first tilting protrusion rolls on the first groove, it may be configured to tilt with respect to the fixing member about an axis in the first direction.
  • the second movable member or the first movable member is provided with arc-shaped second tilting protrusions on both sides, the first movable member or the second movable member accommodates the second tilting protrusions, and the radius of curvature is the second
  • the first movable member is configured such that, when the second tilting protrusion rolls over the second groove, the second movable member moves with respect to the second movable member. It may be tilted about a second direction axis orthogonal to the first direction axis.
  • optical refractive camera module actuator according to an aspect of the present invention is also provided.
  • a first tilt driving unit for generating a driving force so that the second movable member can be tilted with respect to the fixing member about the axis in the first direction
  • It may further include; a second tilt driving unit for generating a driving force so that the first movable member can be tilted with respect to the second movable member about the axis in the second direction.
  • the first tilt driving unit is mounted and fixed to a pair of first magnets coupled together with a magnet yoke to one side wall portion and the opposite side wall portion of the second movable member, and an FPCB partially enclosing the fixing member. It may be configured to include a pair of first coils disposed to face each of the pair of first magnets through a first opening formed in both sidewalls of the member.
  • the second tilt driving unit is mounted on a second magnet coupled with a magnet yoke to the lower surface of the first movable member, and the FPCB partially enclosing the fixing member, a second opening formed in the bottom plate of the fixing member It may be configured to include a second coil disposed to face the second magnet through the second coil, and a second coil yoke attached to the FPCB opposite to the surface on which the second coil is mounted.
  • a portion of the bottom plate of the second movable member may be opened so that the second magnet coupled to the first movable member and the second coil disposed in the second opening directly face each other.
  • first movable member may be in close contact with the second movable member and the second movable member may be in close contact with the fixed member by the attractive force acting between the second magnet and the second coil yoke.
  • the first direction is a direction perpendicular to the incident light and is a direction in which the light reflected from the reflective member travels (optical axis direction), and the second direction is a direction perpendicular to the first direction on a plane perpendicular to the direction of the incident light.
  • the direction may be orthogonal.
  • an optical system arranged in a first direction (optical axis direction) so that the light reflected through the reflective member of the actuator passes;
  • An image conversion unit disposed behind the optical system based on the movement direction of the reflected light, receiving the light passing through the optical system, and outputting image information corresponding to the received light; do.
  • the actuator for a light refraction camera module responds to vibration by rotating (tilting) the reflective member in the two-axis direction while the tilting protrusion rolls along the arc-shaped groove, not the ball-guide method. Since it is a method, there is no risk of ball dents as in the prior art. That is, it is possible to provide a highly reliable product with excellent durability of the device and stable behavioral characteristics of the reflective member.
  • FIG. 1 is a completely exploded perspective view of an actuator for an optical refractive camera module according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a partially exploded perspective view of the actuator shown in Fig. 1;
  • Figure 3 is a perspective view of the actuator shown in Figure 1 coupled.
  • FIG. 4 is a partial detailed view of the present invention showing a state in which the first movable member is coupled to the second movable member shown in FIG. 1 or FIG. 2 .
  • FIG. 5 is a view of the configuration in which the first movable member is coupled to the second movable member as viewed in the direction of the arrow of FIG.
  • Figure 6 is a partial detailed view of the present invention showing a state in which the second movable member is coupled to the fixing member shown in Figure 1 or Figure 2;
  • FIG. 7 is a view in which the second movable member is coupled to the fixed member as viewed from the arrow direction of FIG. 6 .
  • FIG. 8 is a cut-away cross-sectional view of the actuator of FIG. 3 viewed from the line A-A.
  • FIG. 9 is a cutaway cross-sectional view of the actuator of FIG. 3 viewed from the line B-B.
  • FIG. 10 is a cut-away cross-sectional view of the actuator of FIG. 3 viewed along the line C-C.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a camera module including an actuator for a light refractive camera module according to an embodiment of the present invention.
  • the present embodiments are applied to “portable user equipment”, and mobile refers to portable user equipment.
  • mobile refers to portable user equipment.
  • the present embodiment includes a mobile phone, a palm sized personal computer (PC), a personal communication system (PCS), a personal digital assistant (PDA), and a portable PC.
  • PC palm sized personal computer
  • PCS personal communication system
  • PDA personal digital assistant
  • HPC Hand-held PC
  • smart phone wireless LAN (Local Area Network) terminal
  • laptop computer netbook
  • tablet personal computer non-mobile game console
  • VR device Virtual Reality
  • vehicles etc.
  • the first direction is a direction perpendicular to the light (incident light) incident on the reflective member, and indicates the direction in which the light reflected from the reflective member travels (optical axis direction), and the second direction is On a plane perpendicular to the direction of the incident light, a direction orthogonal to the first direction and a third direction indicate a traveling direction of the incident light, that is, a direction in which light is introduced (incident) from the outside to the reflective member.
  • FIG. 1 is a completely exploded perspective view of an actuator for an optical refractive camera module according to an aspect of the present invention
  • FIG. 2 is a partially exploded perspective view of the actuator shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a coupled state of the actuator shown in FIG. 1 .
  • FIG. 4 is a partial detailed view of the present invention showing a state in which the first movable member is coupled to the second movable member shown in FIG. 1 or 2
  • FIG. 5 is a first movable member coupled to the second movable member It is a view viewed from the direction of the arrow in FIG.
  • FIG. 6 is a partial detailed view of the present invention showing a state in which the second movable member is coupled to the fixing member shown in FIG. 1 or 2
  • FIG. 7 is a configuration in which the second movable member is coupled to the fixing member. 6 is a view viewed from the arrow direction.
  • the actuator for a photorefraction camera module does not directly flow into the optical system, and the path of light is changed (refracted or reflected) through the reflective member into the optical system. It is an actuator applied for optical image stabilizer to the incoming light refraction camera module (Folded zoom camera module).
  • the actuator 2 for an optical refraction camera module includes a reflective member 20 and a first movable member 22 for fixing the reflective member 20 .
  • the reflective member 20 reflects incident light from the subject toward the image conversion unit 5 (refer to FIG. 11 ), and the first movable member 22 exposes a portion of the reflective member 20 to be mounted. .
  • the reflective member 20 is a mirror or prism that reflects the incident light at an angle of 45 degrees with respect to the plane perpendicular to the third direction, which is the direction in which the reflective surface 200 refracts the incident light, is inclined at an angle of 90 degrees.
  • the first movable member 22 is the reflective member ( It is composed of both side wall portions 224 defining a space in which the 20) is to be mounted.
  • the actuator (2) according to the present invention also includes a second movable member (24) for accommodating the first movable member (22).
  • the second movable member 24 is mounted on a fixing member 26 to be described later and is configured to receive the first movable member 22 in a state in which the reflective member 20 is fixed.
  • it may be composed of a bottom plate 242 having an opening 243 of a predetermined size, and side wall portions 244 disposed upright at both ends of the bottom plate 242 in the first direction.
  • Second tilting protrusions 226 are formed on the outer surfaces of both sidewalls 224 of the first movable member 22 .
  • second tilting guide portions 246 are formed on the upper ends of both side wall portions 244 of the second movable member 24 accommodating the first movable member 22 to correspond to the second tilting protrusions 226 .
  • the second tilting guide part 246 has an arc-shaped second groove 247 concave to a size capable of accommodating all or part of the second tilting protrusion 226 .
  • the radius of curvature R1 of the second groove 247 is greater than the radius of curvature R2 of at least the circumference of the second tilting protrusion 226 . Accordingly, the second tilting protrusion 226 rolls along the groove surface of the second groove 247 by a drive force generated by the second tilt driving unit 27 to be described later, and thus a relatively fixed chain
  • the first movable member 22 is tilted in a clockwise or counterclockwise direction with respect to the second tilting guide part 246 in a counterclockwise or clockwise direction about the second direction axis. cancels out the tremors.
  • the second movable member 24 in which the first movable member 22 is accommodated is mounted on the fixed member 26 .
  • the fixing member 26 is disposed upright at both ends of the bottom plate 262 and the bottom plate 262 in the second direction to face a pair of side wall portions 264 , and is perpendicular to the bottom plate 242 and is a pair
  • the side wall portion 264 of the rear plate 266 is formed to interconnect one end, and as shown in the figure, the upper surface portion and one side portion may be completely open.
  • a first opening 265 is formed in one side wall portion and the other side wall portion 264 of the fixing member 26 facing each other, and a second opening 263 is formed in the bottom plate 262 of the fixing member 26 . ) is formed.
  • a first coil 284 of a first tilt driving unit 28 to be described later is disposed in the first opening 265
  • a second coil ( 284 ) of a second tilt driving unit 27 to be described later is disposed in the second opening 263 . 274) is placed.
  • a first tilting protrusion 248 is formed in the center of the lower surface of the second movable member 24 in the second direction in the first direction. And in the center of the second direction of the upper surface of the bottom plate 242 of the fixing member 26 on which the second movable member 24 is mounted, a first tilting guide part 268 corresponding to the first tilting protrusion 248 is provided. is formed At this time, an arc-shaped first groove 269 having a size capable of accommodating all or part of the first tilting protrusion 248 is concavely formed in the first tilting guide part 268 .
  • the radius of curvature R3 of the first groove 269 is greater than the radius of curvature R4 of at least the circumference of the first tilting protrusion 248 . Accordingly, the first tilting protrusion 248 rolls along the groove surface of the first groove 269 with a drive force generated by the first tilt driving unit 28 to be described later, and, accordingly, the fixing member 26 As the second movable member 24 is tilted in a clockwise or counterclockwise direction with respect to the first tilting guide part 268, the vibration generated in the counterclockwise or clockwise direction about the first direction axis is offset.
  • the clockwise or counterclockwise tilting of the first movable member 22 with respect to the second movable member 24 with respect to the second tilting guide part 246 is caused by the aforementioned second tilt driving part 27 It is implemented in the drive force.
  • the clockwise or counterclockwise tilting of the second movable member 24 with respect to the fixing member 26 with respect to the first tilting guide part 268 is a drive force generated by the first tilt driving part 28 . ) is implemented by
  • first tilt driving unit 28 and the second tilt driving unit 27 will be described in more detail.
  • the first tilt driving unit 28 includes a pair of first magnets 280 coupled with the magnet yoke 282 to the magnet mounting units 249 of both sidewalls 244 of the second movable member 24 .
  • the pair of first magnets 280 are mounted on the FPCB 29 partially surrounding the fixing member 26 and through the first openings 265 formed in both sidewalls 264 of the fixing member 26 . ) and a pair of first coils 284 disposed to face each other.
  • An air core may be formed in the center of each of the first coils 284, and the Hall sensor H3 may be mounted in the air core of any one of the first coils 284 to form an electrical connection with the FPCB 29.
  • the Hall sensor H3 senses the magnetic force of the facing first magnet 280 and provides the sensed information to the driving element, and the driving element is a pair of second magnets based on the actuator driving command and Hall sensor H3 information. 1 coil 284 is controlled.
  • the intensity and direction of the current supplied to the pair of first coils 284 are simultaneously adjusted according to the control of the driving element, and as long as it corresponds to the electric field generated by the application of the current to the pair of first coils 284
  • the interaction between the magnetic fields of the pair of first magnets 280 causes the second movable member 24 to move in a clockwise or counterclockwise direction with respect to the fixing member 26 based on a drive force (first tilting guide part 268). tilting force) is generated.
  • a driving device may apply currents having the same strength but opposite flow directions to the pair of first coils 284 based on the actuator driving command and Hall sensor H information. Accordingly, as in the example of FIG. 7 , a force (Drive force, see arrow) having the same magnitude but opposite direction is generated in the right drive system and the left drive system, and as a result, the first tilting protrusion 248 is rotated clockwise or counterclockwise torque is generated.
  • a force Drive force, see arrow
  • the first tilting protrusion 248 rolls along the groove surface of the first groove 269 in the direction and displacement corresponding to the direction and strength of the current applied to each of the pair of first coils 284 by this torque. and the second movable member 24 with respect to the fixed member 26 by the rotation of the first tilting protrusion 248 according to the rolling motion clockwise or counterclockwise with respect to the first tilting guide part 268. By tilting to the , the vibration generated in the counterclockwise or clockwise direction around the first direction axis is canceled.
  • the second tilt driving unit 27 includes a second magnet 270 coupled together with the magnet yoke 272 to the magnet mounting unit (refer to the partial enlarged view of FIG. 1 , 228) of the lower surface of the first movable member 22. .
  • a second coil mounted on the FPCB 29 partially surrounding the fixing member 26 and disposed to face the second magnet 270 through the second opening 263 of the bottom plate 242 of the fixing member 26 .
  • the receptor is bound in a structure that is in close contact with the receptor, which is a relative concept.
  • the first movable member 22 receives a force to adhere to the second movable member 24 in the third direction, and the fixed member ( 26), the second movable member 24 receives a force to adhere in the third direction.
  • the first and second tilting protrusions 248 and 226 receive a force in a direction in close contact with the groove surfaces of the corresponding first and second grooves 269 and 247.
  • the actuator 2 does not operate or the actuator
  • the first and second curved points of the first and second tilting protrusions 226 and 248 are in line contact with the curved points of the first and second grooves 269 and 247, respectively. (20) can automatically align or return to a neutral position after movement.
  • the second coil 274 may have an annular shape in which an air core is formed in the center, and Hall sensors H1 and H2 may be mounted in the air core to form an electrical connection with the FPCB 29 .
  • the Hall sensors H1 and H2 sense the magnetic force of the second magnet 270 and generate a corresponding signal to output it to the driving device, and the driving device includes an external input signal (actuator driving command) and Hall sensors H1 and H2.
  • the second coil 274 is controlled based on the signal.
  • the intensity and direction of the current supplied to the second coil 274 are adjusted according to the control of the driving element, and as the current is applied to the second coil 274, the electric field generated by the second coil 274 and the second By the interaction between the magnetic fields of the magnet 270 , the first movable member 22 is tilted clockwise or counterclockwise with respect to the second movable member 24 based on a drive force (the second tilting guide part 246 ). force) is generated.
  • the second tilting protrusion 226 rolls along the groove surface of the second groove 247 in the direction and displacement corresponding to the direction and strength of the current applied to the second coil 274, Due to the rotation of the second tilting protrusion 226 according to the rolling motion, the first movable member 22 is tilted with respect to the second movable member 24 in a clockwise or counterclockwise direction with respect to the second tilting guide part 246 . Accordingly, the vibration generated in the counterclockwise or clockwise direction around the second direction axis is canceled.
  • reference numeral 21 denotes a shield can made of a magnetic material.
  • the first movable member 22 on which the reflective member 20 is mounted is assembled to the second movable member 24
  • the second movable member 24 is assembled to the fixed member 26 .
  • it by being coupled to the fixing member 26 so as to cover the edge of the opening on the upper side of the fixing member 26, it functions as a finishing material to prevent separation of the parts mounted on the fixing member 26 and for magnetic shielding.
  • FIG. 8 and 9 are views for explaining the operation of the present invention by the second tilt driving unit, and FIG. 8 is a cut-away cross-sectional view of the actuator of FIG. 3 as viewed in the AA direction, and FIG. 9 is the actuator of FIG. is a cross-sectional view viewed from the BB line.
  • an attractive force that is a pulling force acts between the second magnet 270 coupled to the first movable member 22 and the second coil yoke 276 on the side of the fixing member 26 . Accordingly, in a state in which power is not applied to the second tilt driving unit 27, the second tilting protrusion 226 receives a force in a direction in which it closely adheres to the groove surface of the corresponding second groove 247 due to the attractive force. .
  • the curved point of the second groove 247 and the curved point of the second tilting protrusion 226 are in line contact with each other. And the reflective member 20 mounted thereon is maintained in an accurately aligned state in a neutral position without being tilted (or rotated) in either clockwise or counterclockwise direction with respect to the second tilting guide part 246 .
  • a current is applied to the second coil 274 through the FPCB 29 under the control of a driving element (not shown). More specifically, depending on whether the direction in which the shaking is sensed is counterclockwise or clockwise based on the second tilting guide part 246 of FIG. 9 , the driving element is +/- to the second coil 274 . Apply a current or, conversely, apply a -/+ current.
  • the second coil 274 When +/- or -/+ current is applied to the second coil 274 as above by controlling the driving element according to the sense of vibration, the second coil 274 is magnetized according to the applied current to generate an electric field in a specific direction.
  • the interaction between the generated electric field and the magnetic field of the second magnet 270 causes the first movable member 22 to be moved to the second movable member 24 based on a drive force (second tilting guide part 246). force to rotate clockwise or counterclockwise) is generated.
  • the second tilting protrusion 226 rolls along the groove surface of the second groove 247 in the direction and displacement corresponding to the direction and strength of the current applied to the second coil 274, Due to this, the first movable member 22 is tilted clockwise or counterclockwise with respect to the second movable member 24 with respect to the second tilting guide part 246, thereby counterclockwise or clockwise about the first axis. This will cancel out the directional vibration.
  • the Hall sensors H1 and H2 disposed in the air core of the second coil 274 sense a change in the distance of the second magnet 270 , and the driving element is the corresponding Hall sensors H1 and H2 ), the position of the first movable member 22 is recognized in real time based on the output information. Further, by feedback-controlling the second tilt driver 27 based on the recognized position value compared to the initial position, vibration correction in the second direction may be accurately implemented.
  • the force for tilting the first movable member 22 mounted with the reflective member 20 in a clockwise or counterclockwise direction with respect to the second tilting guide part 246 after this vibration compensation (driving force of the second tilt driving part) When this is removed, the reflective member 20 and the reflective member 20 and the The mounted first movable member 22 naturally returns to its original neutral position on the second movable member 24 .
  • FIG. 10 is a view for explaining the operation of the present invention by the first tilt driving unit, and is a cut-away cross-sectional view of the actuator of FIG. 3 previously attached as viewed from the line C-C.
  • the second movable member 24 is positioned between the first movable member 22 and the fixing member 26 and the second magnet 270 and the fixing member coupled to the first movable member 22 ( 26)
  • An attractive force acts between the second coil yokes 276 on the side. Therefore, in a state in which power is not applied to the first tilt driver 28 , the first tilting protrusion 248 receives a force in a direction in close contact with the groove surface of the corresponding first groove 269 .
  • the curved point of the first groove 269 and the curved point of the first tilting protrusion 248 are in line contact with each other. is precisely aligned in a neutral position on the fixing member 26 without being tilted (or rotated) in either clockwise or counterclockwise direction based on the first tilting guide part 268 formed on the fixing member 26. maintain.
  • the driving element is one side of the pair of first coils 284
  • the +/- current is applied to the first coil 284R of
  • a +/- current is applied to the first coil 284L on the other side.
  • the first tilting protrusion 248 rolls along the groove surface of the first groove 269 in the direction and displacement corresponding to the direction and strength of the current applied to the two first coils 284.
  • the second movable member 24 is tilted clockwise or counterclockwise with respect to the fixed member 26, which is a fixed body, based on the first tilting guide part 268, thereby counterclockwise about the first direction axis. Or it will cancel the clockwise tremor.
  • the Hall sensor H3 disposed in the air-core portion of the first coil 284 on one side senses a change in the distance of the first magnet 280 disposed face to face, and the driving element is the corresponding Hall sensor H3 ), the position of the second movable member 24 is recognized in real time based on the output information. Further, by feedback-controlling the first tilt driver 28 based on the recognized position value compared to the initial position, vibration correction in the second direction may be accurately implemented.
  • the force (the first tilt driving unit (1) tilting the second movable member 24 mounted with the first movable member 22 clockwise or counterclockwise with respect to the first tilting guide part 268 ). 28) is removed, the second magnet 270 coupled to the first movable member 22 and the second coil yoke 276 on the fixing member 26 side by the attractive force The movable member 24 naturally returns to its original neutral position on the stationary member 26 .
  • the movement of the second movable member 24 with respect to the second movable member 24 may have an influence in recognizing the exact position of the first movable member 22 with respect to the second movable member 24 .
  • the Hall sensor of the second tilt driving unit 27 should detect only a change in the position of the first movable member 22 with respect to the second movable member 24. 26), as the second magnet 270 is also tilted clockwise or counterclockwise about the first direction axis by the movement of the second movable member 24 (see FIG. 10), the actual second tilt driving unit
  • the Hall value of (27) includes not only a change in the position of the first movable member 22 with respect to the second movable member 24, but also a change in the position of the second movable member 24 with respect to the fixed member 26. information is also included.
  • the two Hall sensors H, 1 H2 are disposed in the air-core part of the corresponding coil (second coil 274) to form a symmetrical arrangement with respect to the center line of the second coil 274 in the first direction (FIG. 2). ), only the output value when the outputs of the two hall sensors H1 and H2 change in the same direction at the same time is recognized as the movement of the first movable member 22, and the outputs of the two hall sensors H1 and H2 are simultaneously output from each other It is preferable to configure the control algorithm so that the output can be ignored only when the output is in the opposite direction.
  • the two Hall sensors In the direction in which the output of one Hall sensor H1 among the two Hall sensors H1 and H2 is -value and output as the output + value of the other Hall sensor (H2) on the opposite side of the opposite side, the two Hall sensors ( By configuring the control algorithm so that the outputs of H1 and H2 can cancel each other out, the change in the position of the second magnet 270 according to the change in the position of the second movable member 24 with respect to the fixed member 26 is negligible.
  • the ball-guide method generally applied for moving the reflective member is a drop test that applies a direct impact to the ball rail or the impact applied by a ceramic ball to a ball rail made of synthetic resin during actual fall.
  • the state of the captured image is deteriorated due to the occurrence of ball dents on the ball rail, which deteriorates the behavioral characteristics of the reflective member.
  • the reflective member is rotated (tilted) in the two-axis direction while the tilting protrusion is rolling along the arc-shaped groove, not the ball-guide method, to reduce vibration. Since it is a corresponding method, there is no risk of ball dents as in the prior art. That is, it is possible to provide a highly reliable product with excellent durability of the device and stable behavioral characteristics of the reflective member.
  • the embodiment of the present invention since it has a simpler configuration compared to the conventional ball-guide method, and the tilting protrusion is a method that responds to vibration while rolling, the friction force between the relative moving parts is greatly reduced, and the driving efficiency can be increased. It has advantages in terms of cost reduction and mass productivity of products as it does not require a separate lubrication work as it does not use
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a camera module including an actuator for a light refractive camera module according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the optical refraction camera module 1 is largely composed of an actuator 2 for the optical refraction camera module, an optical system O, and an image conversion unit 5 .
  • the actuator 2 for the camera module is the same as the actuator for the camera module described above. Therefore, a redundant description thereof will be omitted below.
  • the optical system O includes a lens barrel (symbol omitted).
  • the lens barrel is reflected by the subject, is incident in the third direction, receives the reflected light through the reflective member of the actuator 2, and is aligned in the optical axis direction to pass the received light in the second direction.
  • the lens barrel accommodates a lens group composed of a plurality of lenses, and each of the lenses may have the same or different optical characteristics such as focal length and refractive index.
  • the image conversion unit 5 disposed behind the optical system O based on the moving direction of the light receives the light passing through the optical system O.
  • the image conversion unit 5 includes a substrate 52 and an image sensor 50 mounted on the substrate 52 .
  • the image sensor 50 collects image information from the light passing through the optical system O, and the collected image information is output through the substrate 52 to the outside.
  • An IR filter 4 may be installed on an optical path between the optical system O and the image conversion unit 5 .
  • the IR filter 4 filters a specific wavelength, preferably an infrared wavelength, included in the incident light, and allows the infrared wavelength filtered light to be projected to the image conversion unit 5 .
  • the figure shows, for example, that the IR filter 4 is disposed between the optical system and the image conversion unit 5, the present invention is not limited thereto.
  • first tilting protrusion and the second tilting protrusion are respectively formed on the second movable member and the first movable member, and the first tilting guide part and the second tilting guide part are respectively formed on the fixed member and the second movable member.
  • first tilting guide portion and the second tilting guide portion are formed on the second movable member and the first movable member, and the first tilting projection portion and the second tilting projection portion are formed on the fixed member and the second movable member.
  • Camera module 2 Actuator for camera module
  • first movable member 24 second movable member
  • mounting portion 224 side wall portion of the second movable member
  • magnet mounting portion 262 bottom plate of the fixing member
  • first tilting guide part 269 first groove
  • first magnet 282 magnet yoke

Landscapes

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Abstract

유입된 광을 90도로 반사시켜 광학계에 전달하는 반사부재가 포함된 광 굴절식 카메라 모듈(Folded Zoom camera module)에 적용되는 액추에이터 및 이를 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈이 개시된다. 본 발명에 따른 광 굴절식 카메라 모듈 액추에이터는, 피사체로부터의 입사광을 이미지 변환부 측으로 반사시키는 반사부재와, 반사부재를 탑재하는 가동부재와, 가동부재를 지지하는 고정부재를 포함하며, 가동부재 또는 고정부재에 원호 형상의 틸팅 돌출부가 형성되고, 고정부재 또는 가동부재에는 상기 제1 틸팅 돌출부를 수용하는 원호 형상의 그루브를 갖는 틸팅 가이드부가 형성되되, 그루브의 곡률반경이 틸팅 돌출부의 곡률반경보다 커서, 그루브 상에서 틸팅 돌출부의 구름운동으로 가동부재가 이미지 변환부에 대해 특정 방향 축선을 중심으로 틸팅되는 것을 특징으로 한다.

Description

광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터 및 이를 포함하는 카메라 모듈
본 발명은 카메라 모듈용 액추에이터에 관한 것으로, 특히 광 굴절식 카메라 모듈(Folded zoom camera module)에 떨림 보정(Optical Image Stabilizer)을 위해 적용되는 광 굴절식 카메라 모듈용 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 모듈(Camera Module)이다.
모바일에 탑재되는 카메라 모듈은, 사용자 요구에 의한 고화소 및 고기능 중심으로의 최근 트랜드에 부합하기 위해 자동초점조절(Auto Focus) 기능과 광학 줌(Optical zoom) 기능 등과 같이 다양한 부가 기능을 갖춘 구조로 변화하고 있다. 특히 떨림 보정(Optical Image Stabilizer, 영상 흔들림 방지) 기술을 모바일 크기에 구현하려는 시도가 최근 다각도로 진행되고 있다.
떨림 보정 기술은 카메라 모듈 구성하는 렌즈 조립체의 초점을 흔들림에 대항하는 방향으로 움직이도록 자동 제어하여 촬상 이미지의 해상도를 최적으로 유지시키는 기술이다. 이러한 떨림 보정 기술을 구현하기 위해 모바일, 캠코더 등에 적용되는 카메라 모듈에는 떨림 보정을 위한 떨림 보정용 액추에이터가 탑재된다.
떨림 보정용 액추에이터로 잘 알려진 VCM(Voice Coil Motor) 타입은 자기장과 전기장의 상호작용을 이용한 방식이다. VCM 타입은 보통, 대면 배치되는 코일과 자성체로 구성한 자기회로를 포함하며, 자기회로가 발생시키는 전자기력으로 렌즈가 실장된 구동파트(mover)를 평면 이동시켜 떨림에 대응하는 보정을 수행한다.
일반적으로는 X, Y 2축 방향으로 구동파트를 움직여 떨림 보정이 행해질 수 있도록, 2축 방향으로 대면하는 두 쌍, 총 네 개의 자기회로를 적용하는 방식이 채택되고 있다. 그러나 네 개의 자기회로를 적용하는 방식은 큰 수용공간이 요구되므로, 제품의 사이즈가 커지고 장치 구성이 복잡해져 콤팩트한 크기로 제품을 구현해내기 어려운 단점이 있다.
떨림 보정 기능과 함께 제공되는 자동초점조절 기능 역시 자기장과 전기장의 상호 작용 원리를 이용한 VCM(Voice Coil Motor) 타입이 있다. 또한 센서가 인식한 위치 값에 기초한 피드백 제어를 통해 렌즈 조립체의 승강 위치를 자동으로 조절하는 클로즈 루프(Close loop) 타입이 있다. VCM과 클로즈 루프 타입은 구조 및 제어의 관점에서 명확히 구분될 수 있다.
VCM 타입은 클로즈 루프 타입에 비해 비용 측면에서 유리하지만 구동 정밀도가 상대적으로 떨어지는 단점이 있다. 반면, 클로즈 루프 타입은 센서와 같은 부품이 요구됨에 따라 제작단가가 상승하는 등 비용 측면에서 불리한 단점은 있으나 센서에 의해 확인된 위치 값에 기반하여 작동되는 매커니즘을 가짐에 따라 구동 정밀도가 매우 높다는 장점이 있다.
한편 종래 모바일에 탑재되는 카메라 모듈 대부분은, 복수의 렌즈들로 구성된 광학계를 광이 유입되는 방향인 광축 방향으로 이동시켜 자동초점조절을 구현한다. 이때 광학계의 이동방향은 카메라 모듈을 모바일에 실장했을 때 모바일의 두께방향이 된다. 때문에 종래에는 모바일 두께방향으로 카메라 모듈의 광학계가 움직일 수 있는 최소한의 공간 확보가 필요하다.
즉 모바일의 두께방향으로 광학계가 움직이는 구성의 종래 대부분의 카메라 모듈은, 모바일에 실장 시 이를 실장할 수 있을 만큼의 최소한의 공간을 모바일의 두께방향으로 확보해야만 하는 구조이다. 때문에 모바일의 두께를 더욱 얇게 구현하려는 최근의 슬림화 추세에서 시장의 요구를 충족시키기 어렵다는 구조적인 문제가 있다.
종래 이러한 문제를 해결하기 위하여 렌즈의 각도, 크기, 이격된 간격, 초점 거리 등을 조정하여 광학계 자체의 크기를 축소시키는 방법이 있으나, 이러한 방법은 줌 렌즈 내지 줌 렌즈 배럴의 크기를 물리적으로 줄이는 방법이므로 슬림화 달성에 한계가 있고, 줌 렌즈의 본질적인 특성을 저하시킬 수 있다는 문제가 있다.
이에 유입된 광을 90도로 굴절시키는 반사부재를 장착하고, 반사부재에서 굴절된 광을 통과시키는 광학계를 모바일의 폭 또는 길이 방향으로 눕혀 광학계를 이루는 렌즈들 사이의 간격을 충분히 확보함으로써, 고배율의 광학줌을 구현하고 슬림화를 달성할 수 있는 광 굴절식 카메라 모듈(Folded zoom camera module)이 제안되었다.
이러한 광 굴절식 카메라 모듈은 센서(CCD, CMOS 등의 촬상 소자)와 렌즈들을 세로로 쌓는 기존 방식과 달리 잠망경 구조를 채택함으로써 전체적인 높이 증가 없이도 고배율의 광학줌을 구현할 수 있다. 또한 렌즈들을 세로로 쌓는 기존 방식과 달리 잠망경 구조이기 때문에 기존 방식에 비해 슬림화 측면에서도 매우 유리하다는 장점이 있다.
이와 같은 광 굴절식 카메라 모듈에도 떨림 방지 기술이 적용된다. 광 굴절식 카메라 모듈의 떨림 보정 방안에는 반사부재의 평면과 평행한 두 축을 기준으로 반사부재를 이동시키거나, 반사부재를 고정 구조물에 축 결합시키고 반사부재를 특정 방향으로 회전시킴으로써 렌즈 또는 촬상 소자를 기준으로 촬상 이미지의 흔들림을 보정하는 방안 등이 있다.
한국공개특허 제10-2018-0095420호의 '손떨림 보정 반사 모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈'이 전자인 반사부재를 이동시켜 떨림 보정을 구현하는 기술에 해당되며, 한국공개특허 제10-2018-0125989호를 통해 개시된 '회전식 볼-가이드 음성 코일 모터'가 후자인 반사부재를 회전시켜 떨림 보정 구현하는 기술에 해당된다.
한국공개특허 제10-2018-0095420호의 '손떨림 보정 반사 모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈'과 한국공개특허 제10-2018-0125989호의 '회전식 볼-가이드 음성 코일 모터'는 떨림 보정을 위한 구체적인 반사부재의 구동 매커니즘이 다르지만, 볼-가이드 방식, 즉 볼이 레일를 따라 구름이나 미끄럼 운동을 하면서 반사부재의 이동 또는 회전을 구현한다는 공통점이 있다.
그러나 볼-가이드 방식은 볼 레일에 직접적인 충격을 가하는 낙하 시험 또는 실제 낙하 시 세라믹(Ceramic) 재질의 볼이 합성수지(Resin)로 구성된 볼 레일에 가하는 충격으로 인하여 볼 레일에 미세 패임(볼 찍힘)이 발생하고, 그로 인해 반사부재의 거동 특성이 나빠짐으로써 촬상 이미지의 상태가 불량해지는 문제가 있다.
볼의 크기를 키워 볼 찍힘을 줄이는 방안도 있으나 볼의 크기를 키우면 그만큼 전체적인 카메라 모듈의 사이즈가 커지게 되며, 카메라 모듈의 사이즈를 고려해 볼을 작게 구성하면 모듈이 특정 주파수로 진동할 때 공진이 발생하는 문제와 더불어, 볼 레일의 미세한 변화에도 떨림이 쉽게 발생하여 구동 성능이 저하되는 단점이 있다.
또한 볼-가이드 방식의 경우, 매우 작은 크기의 볼을 레일이나 홈에 실장함에 있어 상당한 제조 정밀도가 요구되므로 제조에 많은 시간이 소요되고 비용 상승이 수반될 수 밖에 없다. 다시 말해 작업의 정밀도를 요하는 만큼 많은 시간과 비용이 소요되므로 가격 경쟁력을 확보하기 어렵고, 제품의 양산성 측면에서도 불리한 단점이 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 한국공개특허 제10-2018-0095420호(공개일 2018.08.27.)
(특허문헌 2) 한국공개특허 제10-2018-0125989호(공개일 2018.11.26.)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 볼-가이드 방식이 아닌 원호형의 그루브를 따라 틸팅 돌출부이 구름운동을 하면서 반사부재를 2축 방향으로 회전시켜 떨림에 대응하는 방식으로서, 볼 찍힘의 우려가 전혀 없으며 반사부재의 거동 특성이 안정적인 광 굴절식 카메라 모듈에 적용되는 액추에이터를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 기존 볼-가이드 방식에 비해 단순한 구성이면서도 향상된 구동 성능을 발휘할 수 있으며, 볼을 사용하지 않으므로 별도의 윤활 작업도 필요 없으며, 비용 절감 및 제품의 양산성 향상을 도모할 수 있는 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터를 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,
피사체로부터의 입사광을 이미지 변환부 측으로 반사 또는 굴절시키는 반사부재;
상기 반사부재를 탑재하는 가동부재; 및
상기 가동부재를 지지하는 고정부재;를 포함하며,
상기 가동부재 또는 고정부재는 원호 형상의 틸팅 돌출부를 구비하고,
상기 고정부재 또는 가동부재에는 상기 틸팅 돌출부을 수용하며 곡률반경이 상기 틸팅 돌출부보다 큰 원호 형상의 그루브를 갖는 틸팅 가이드부가 형성되며,
상기 가동부재는,
상기 틸팅 돌출부가 상기 그루브 상에서 구름 운동하면, 상기 고정부재에 대해 제1 방향 축선 또는 상기 제1 방향 축선과 직교하는 제2 방향 축선을 중심으로 틸팅되는 광 굴절식 카메라 모듈 액추에이터를 제공한다.
상기 광 굴절식 카메라 모듈 액추에이터는 바람직하게,
피사체로부터의 입사광을 이미지 변환부 측으로 반사 또는 굴절시키는 반사부재;
상기 반사부재를 탑재하는 제1 가동부재;
상기 제1 가동부재와 결합되는 제2 가동부재; 및
상기 제2가동부재를 지지하는 고정부재;를 포함하며,
상기 제2 가동부재 또는 고정부재는 중앙에 원호 형상의 제1 틸팅 돌출부를 구비하고,
상기 고정부재 또는 제2 가동부재에는 상기 제1 틸팅 돌출부를 수용하며 곡률반경이 상기 제1 틸팅 돌출부보다 큰 원호 형상의 제1 그루브를 갖는 제1 틸팅 가이드부가 형성되며,
상기 제2 가동부재는,
상기 제1 틸팅 돌출부가 상기 제1 그루브 상에서 구름 운동하면, 상기 고정부재에 대해 제1 방향 축선을 중심으로 틸팅되는 구성일 수 있다.
또한, 상기 제2 가동부재 또는 제1 가동부재는 양측에 원호 형상의 제2 틸팅 돌출부를 구비하고, 상기 제1 가동부재 또는 제2 가동부재에는 상기 제2 틸팅 돌출부를 수용하며 곡률반경이 상기 제2 틸팅 돌출부보다 큰 원호 형상의 제2 그루브를 갖는 제2 틸팅 가이드부가 형성되며, 상기 제1 가동부재는, 상기 제2 틸팅 돌출부가 상기 제2 그루브 상에서 구름 운동하면, 제2 가동부재에 대해 상기 제1 방향 축선과 직교하는 제2 방향 축선을 중심으로 틸팅될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 광 굴절식 카메라 모듈 액추에이터는 또한,
상기 제2 가동부재가 상기 고정부재에 대해 상기 제1 방향 축선을 중심으로 틸팅될 수 있도록 구동력을 발생시키는 제1 틸트 구동부; 및
상기 제1 가동부재가 상기 제2 가동부재에 대해 상기 제2 방향 축선을 중심으로 틸팅될 수 있도록 구동력을 발생시키는 제2 틸트 구동부;를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 제1 틸트 구동부는, 상기 제2 가동부재의 일 측벽부 및 대향부 타측벽부에 마그네트 요크와 함께 결합되는 한 쌍의 제1 마그네트와, 상기 고정부재를 부분적으로 에워싸는 FPCB에 실장되어 고정부재 양 측벽부에 형성된 제1 개구를 통해 상기 한 쌍의 제1 마그네트 각각에 대면하도록 배치되는 한 쌍의 제1 코일을 포함하는 구성일 수 있다.
또한 상기 제2 틸트 구동부는, 상기 제1 가동부재의 하면부에 마그네트 요크와 함께 결합되는 제2 마그네트와, 상기 고정부재를 부분적으로 에워싸는 FPCB에 실장되어 고정부재의 바닥판에 형성되는 제2 개구를 통해 상기 제2 마그네트와 대면 배치되는 제2 코일과,상기 제2 코일이 실장된 면 반대편의 FPCB에 부착되는 제2 코일요크를 포함하는 구성일 수 있다.
이때, 상기 제1 가동부재에 결합되는 제2 마그네트와 상기 제2 개구에 배치되는 제2 코일이 직접 대면하도록 제2 가동부재의 바닥판 일부가 개구될 수 있다.
또한, 상기 제2 마그네트와 제2 코일요크 사이에 작용하는 인력에 의하여 상기 제1 가동부재가 제2 가동부재에 밀착되고 제2 가동부재는 고정부재에 밀착될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 방향은 상기 입사광과 수직한 방향으로서 반사부재에서 반사된 광이 진행하는 방향(광축 방향)이며, 제2 방향은 상기 입사광의 방향과 수직한 평면 상에서 상기 제1 방향과 직교하는 방향일 수 있다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,
전술한 일 측면에 따른 카메라 모듈용 액추에이터;
상기 액추에이터의 반사부재를 통해 반사된 광이 통과하도록 제1 방향(광축 방향)으로 정렬된 광학계; 및
상기 반사된 광의 이동방향을 기준으로 상기 광학계 후방에 배치되며, 상기 광학계를 통과한 광을 수광하고 수광된 광에 상응하는 이미지 정보를 출력하는 이미지 변환부;를 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터는, 볼-가이드 방식이 아닌 원호형의 그루브를 따라 틸팅 돌출부이 구름운동을 하면서 반사부재를 2축 방향으로 회전(틸팅)시켜 떨림에 대응하는 방식이므로, 종래 기술과 같은 볼 찍힘의 우려가 전혀 없다. 즉 장치의 내구성이 우수하며 반사부재의 거동 특성이 안정적인 신뢰도 높은 제품을 제공할 수 있다.
또한, 기존 볼-가이드 방식에 비해 단순한 구성이면서도 틸팅 돌출부이 구름운동을 하면서 떨림에 대응하는 방식이므로, 상대 운동하는 부품 간 마찰력이 크게 줄어 구동 효율을 높일 수 있으며, 볼을 사용하지 않는 만큼 별도의 윤활 작업도 필요 없어 비용 절감 및 제품의 양산성 측면에서도 유리하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터의 완전 분해 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 액추에이터의 부분 분해 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 액추에이터의 결합 사시도.
도 4는 도 1 또는 도 2에 도시된 제2 가동부재에 제1 가동부재가 결합된 상태를 도시한 본 발명의 부분 상세도.
도 5는 제2 가동부재에 제1 가동부재가 결합된 구성을 도 4의 화살표 방향에서 바라본 도면.
도 6은 도 1 또는 도 2에 도시된 고정부재에 제2 가동부재가 결합된 상태를 도시한 본 발명의 부분 상세도.
도 7은 고정부재에 제2 가동부재가 결합된 구성을 도 6의 화살표 방향에서 바라본 도면.
도 8은 도 3의 액추에이터를 A-A선 방향에서 바라본 절개 단면도.
도 9는 도 3의 액추에이터를 B-B선 방향에서 바라본 절개 단면도.
도 10은 도 3의 액추에이터를 C-C선 방향에서 바라본 절개 단면도.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터를 포함하는 카메라 모듈의 개략 구성도.
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.
이후 설명될 본 실시 예들은 "휴대 가능한 사용자 기기"에 적용되는 것으로, 모바일은 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.
이하에서는 설명의 편의를 위해 3차원 좌표계를 도면에서 사용하여 설명하기로 한다.
도면에 표시된 3차원 좌표계에 표시된 방향 중 제1 방향은 반사부재로 입사되는 광(입사광)과 수직한 방향으로서, 반사부재에서 반사된 광이 진행하는 방향(광축 방향)을 가리키며, 제2 방향은 상기 입사광의 방향과 수직한 평면 상에서 상기 제1 방향과 직교하는 방향을, 그리고 제3 방향은 상기 입사광의 진행 방향, 즉 외부에서 반사부재로 광이 유입(입사)되는 방향을 가리킨다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터의 완전 분해 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 액추에이터의 부분 분해 사시도이다. 그리고 도 3은 도 1에 도시된 액추에이터의 결합 상태를 도시한 사시도이다.
또한 도 4는 도 1 또는 도 2에 도시된 제2 가동부재에 제1 가동부재가 결합된 상태를 도시한 본 발명의 부분 상세도이며, 도 5는 제2 가동부재에 제1 가동부재가 결합된 구성을 도 4의 화살표 방향에서 바라본 도면이다. 그리고 도 6은 도 1 또는 도 2에 도시된 고정부재에 제2 가동부재가 결합된 상태를 도시한 본 발명의 부분 상세도이며, 도 7은 고정부재에 제2 가동부재가 결합된 구성을 도 6의 화살표 방향에서 바라본 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터는, 피사체에서 반사된 광(light)이 바로 광학계로 유입되지 않고 반사부재를 통해 빛의 경로가 변경(굴절 또는 반사)된 채로 광학계로 유입되는 광 굴절식 카메라 모듈(Folded zoom camera module)에 떨림 보정(Optical Image Stabilizer)을 위해 적용되는 액추에이터이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터(2)는, 반사부재(20) 및 이를 고정하는 제1 가동부재(22)를 포함한다. 반사부재(20)는 피사체로부터 입사광을 이미지 변환부(5, 도 11 참조) 측으로 반사시키고, 제1 가동부재(22)는 반사부재(20)의 일부를 노출시켜 탑재할 수 있는 구조로 형성된다.
반사부재(20)는 입사광을 굴절시키는 반사면(200)이 광이 입사되는 방향인 제3 방향과 수직한 평면에 대해 45도 각도로 기울어져 입사된 광을 90도 반사시키는 거울 또는 프리즘(Prism)일 수 있으며, 제1 가동부재(22)는 상기 반사면(200)에 대응하여 45도 각도로 경사진 탑재면을 형성한 실장부(222) 및 실장부(222)와 함께 상기 반사부재(20)가 탑재될 공간을 구획하는 양 측벽부(224)로 구성된다.
본 발명에 따른 상기 액추에이터(2)는 또한, 제1 가동부재(22)를 수용하는 제2 가동부재(24)를 포함한다. 제2 가동부재(24)는 후술하게 될 고정부재(26)에 실장되고 반사부재(20)를 고정한 상태의 상기 제1 가동부재(22)를 수용하도록 구성된다. 바람직하게는, 소정 크기의 개구(243)를 갖는 바닥판(242)과 바닥판(242)의 제1 방향 양단에 직립 배치되는 측벽부(244)로 구성될 수 있다.
제1 가동부재(22)의 양 측벽부(224)의 외면에는 제2 틸팅 돌출부(226)가 형성된다. 그리고 제1 가동부재(22)를 수용하는 상기 제2 가동부재(24)의 양 측벽부(244) 상단에는 상기 제2 틸팅 돌출부(226)에 대응하여 제2 틸팅 가이드부(246)가 형성된다. 이때 제2 틸팅 가이드부(246)에는 제2 틸팅 돌출부(226)을 전부 또는 일부 수용할 수 있는 크기로 원호형의 제2 그루브(247)가 요입 형성된다.
제2 그루브(247)의 곡률반경(R1)은 적어도 제2 틸팅 돌출부(226) 둘레의 곡률반경(R2)보다 크다. 따라서 후술할 제2 틸트 구동부(27)가 발생시킨 힘(Drive force)에 의해 제2 틸팅 돌출부(226)은 제2 그루브(247)의 그루브 면을 따라 구름운동을 하고, 이에 따라 상대적으로 고정체인 제2 가동부재(24)에 대해 제1 가동부재(22)가 제2 틸팅 가이드부(246)를 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 틸팅되면서 제2 방향 축선을 중심으로 반시계 또는 시계 방향으로 발생되는 떨림을 상쇄시킨다.
제1 가동부재(22)가 수용되는 상기 제2 가동부재(24)는 고정부재(26)에 실장된다. 고정부재(26)는 바닥판(262)과 바닥판(262)의 제2 방향 양단에 직립 배치되어 서로 대향되는 한 쌍의 측벽부(264), 그리고 상기 바닥판(242)과 수직이며 한 쌍의 측벽부(264) 일단을 상호 연결하도록 배면판(266)으로 이루어져, 도면의 예시와 같이 상면부 및 일 측면부가 완전히 개방된 구성일 수 있다.
서로 마주하도록 대향되는 고정부재(26)의 일 측벽부와 타 측벽부(264)에는 제1 개구(265)가 형성되며, 고정부재(26)의 상기 바닥판(262)에는 제2 개구(263)가 형성된다. 제1 개구(265)에는 후술하게 될 제1 틸트 구동부(28)의 제1 코일(284)이 배치되며, 제2 개구(263)에는 후술하게 될 제2 틸트 구동부(27)의 제2 코일(274)이 배치된다.
제2 가동부재(24)의 하면의 제2 방향 중앙에는 제1 틸팅 돌출부(248)가 제1 방향으로 형성된다. 그리고 제2 가동부재(24)가 실장되는 상기 고정부재(26)의 바닥판(242) 상면의 제2 방향 중앙에는 상기 제1 틸팅 돌출부(248)에 대응하여 제1 틸팅 가이드부(268)가 형성된다. 이때 제1 틸팅 가이드부(268)에는 제1 틸팅 돌출부(248)을 전부 또는 일부 수용할 수 있는 크기로 원호형의 제1 그루브(269)가 요입 형성된다.
제1 그루브(269)의 곡률반경(R3)은 적어도 제1 틸팅 돌출부(248) 둘레의 곡률반경(R4)보다 크다. 따라서 후술할 제1 틸트 구동부(28)가 발생시킨 힘(Drive force)으로 제1 틸팅 돌출부(248)는 제1 그루브(269)의 그루브 면을 따라 구름운동을 하며, 이에 따라 고정부재(26)에 대해 제2 가동부재(24)가 제1 틸팅 가이드부(268)를 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 틸팅되면서 제1 방향 축선을 중심으로 반시계 또는 시계 방향으로 발생되는 떨림을 상쇄시킨다.
제2 틸팅 가이드부(246)를 기준으로 하는 제1 가동부재(22)의 상기 제2 가동부재(24)에 대한 시계 또는 반시계 방향 틸팅은 앞서 언급한 제2 틸트 구동부(27)가 발생시키는 힘(Drive force)에 구현된다. 그리고 제1 틸팅 가이드부(268)를 기준으로 하는 제2 가동부재(24)의 상기 고정부재(26)에 대한 시계 또는 반시계 방향 틸팅은 제1 틸트 구동부(28)가 발생시키는 힘(Drive force)에 의해 구현된다.
이하 제1 틸트 구동부(28)와 제2 틸트 구동부(27)에 대해 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.
먼저 제1 틸트 구동부(28)의 구성부터 살펴보기로 한다.
제1 틸트 구동부(28)는 제2 가동부재(24) 양 측벽부(244)의 마그네트 장착부(249)에 마그네트 요크(282)와 함께 결합되는 한 쌍의 제1 마그네트(280)를 포함한다. 또한 고정부재(26)를 부분적으로 에워싸는 상기 FPCB(29)에 실장되어 고정부재(26)의 양 측벽부(264)에 형성되는 제1 개구(265)를 통해 상기 한 쌍의 제1 마그네트(280) 각각에 대면 배치되는 한 쌍의 제1 코일(284)을 구비한다.
제1 코일(284) 각각의 중심에는 공심부가 형성될 수 있으며, 둘 중 어느 한 제1 코일(284)의 공심부에는 상기 FPCB(29)와 전기적인 연결을 이루도록 홀 센서(H3)가 실장될 수 있다. 이때 홀 센서(H3)는 대면하는 제1 마그네트(280)의 자력을 감지하고 감지된 정보를 구동소자에 제공하며, 구동소자는 액추에이터 구동 명령 및 홀 센서(H3) 정보를 바탕으로 한 쌍의 제1 코일(284)을 제어한다.
구동소자의 제어에 따라 한 쌍의 제1 코일(284)에 공급되는 전류의 세기와 방향이 동시에 조절되며, 한 쌍의 제1 코일(284)에 전류가 인가됨에 따라 발생된 전기장과 대응되는 한 쌍의 제1 마그네트(280)의 자기장 간 상호 작용으로 힘(Drive force, 제1 틸팅 가이드부(268)를 기준으로 제2 가동부재(24)를 고정부재(26)에 대해 시계 또는 반시계 방향 틸팅시키는 힘)이 발생된다.
구동소자(미도시)는 액추에이터 구동 명령 및 홀 센서(H) 정보를 바탕으로 한 쌍의 제1 코일(284)에 세기는 같지만 흐름 방향이 반대인 전류를 인가할 수 있다. 이에 따라 도 7의 예시와 같이 우측 구동계와 좌측 구동계에 크기는 같지만 방향이 반대인 힘(Drive force, 화살표 참조)이 발생하고, 그 결과 제1 틸팅 돌출부(248)를 시계 또는 반시계 방향으로 회전시키는 토크가 발생된다.
이러한 토크에 의해 한 쌍의 제1 코일(284) 각각에 인가된 전류의 방향과 세기에 상응하는 방향과 변위로 제1 틸팅 돌출부(248)가 제1 그루브(269)의 그루브 면을 따라 구름운동을 하게 되고, 이러한 구름운동에 따른 제1 틸팅 돌출부(248)의 회전으로 고정부재(26)에 대해 제2 가동부재(24)가 제1 틸팅 가이드부(268)를 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 틸팅됨으로써 제1 방향 축선을 중심으로 반시계 또는 시계 방향으로 발생되는 떨림을 상쇄시키게 되는 것이다.
다음 제2 틸트 구동부(27)의 구성을 살펴보기로 한다.
제2 틸트 구동부(27)는 상기 제1 가동부재(22) 하면의 마그네트 장착부(도 1의 부분 확대도 참조, 228)에 마그네트 요크(272)와 함께 결합되는 제2 마그네트(270)를 포함한다. 또한 고정부재(26)를 부분적으로 에워싸는 FPCB(29)에 실장되어 고정부재(26) 바닥판(242)의 제2 개구(263)를 통해 상기 제2 마그네트(270)와 대면 배치되는 제2 코일(274) 및 제2 코일(274)이 실장된 면 반대편의 상기 FPCB(29)에 부착되는 제2 코일요크(276)를 구비한다.
제1 가동부재(22) 하면의 상기 마그네트 장착부(228)에 결합되는 제2 마그네트(270)와 상기 고정부재(26) 바닥판(242)의 제2 개구(263)에 위치하는 제2 코일(274)은 전술한 바와 같이 제2 가동부재(24)의 바닥판(242) 일부가 개구됨에 따라 직접적으로 대면하며, 이로 인한 제2 마그네트(270)와 제2 코일요크(276) 사이의 인력에 의해 피수용체가 상대적 개념인 수용체에 밀착되는 구조로 결합된다.
즉 제2 마그네트(270)와 상기 제2 코일요크(276) 사이의 인력에 의하여 제1 가동부재(22)가 제2 가동부재(24)에 제3 방향으로 밀착되려는 힘을 받고, 고정부재(26)에 대해서는 상기 제2 가동부재(24)가 제3 방향으로 밀착되려는 힘을 받는다. 그 결과 제1, 제2 틸팅 돌출부(248, 226)는 대응되는 제1, 제2 그루브(269, 247)의 그루브 면에 긴밀히 밀착되는 방향으로 힘을 받게 된다.
제1, 제2 틸팅 돌출부(248, 226)가 제1, 제2 그루브(269, 247)의 그루브 면에 긴밀히 밀착되는 방향으로 힘을 받음에 따라, 액추에이터(2)가 작동하지 않는 상태 또는 액추에이터에 전원 인가 후 인가된 전원이 차단되면, 제1, 제2 그루브(269, 247)의 만곡점에 제1, 제2 틸팅 돌출부(226, 248)의 만곡점이 각각 선접촉되는 중립 위치에 반사부재(20)가 자동 정렬되거나 이동 후 중립 위치로 복귀할 수 있다.
제2 코일(274)은 중심에 공심부가 형성된 환형으로 구성될 수 있으며, 해당 공심부에는 상기 FPCB(29)와 전기적인 연결을 이루도록 홀 센서(H1, H2)가 실장될 수 있다. 홀 센서(H1, H2)는 제2 마그네트(270)의 자력을 감지하고 상응하는 신호를 발생시켜 구동소자에 출력하고, 구동소자는 외부 입력신호(액추에이터 구동 명령) 및 홀 센서(H1, H2) 신호를 바탕으로 제2 코일(274)을 제어한다.
구동소자의 제어에 따라 상기 제2 코일(274)에 공급되는 전류의 세기와 방향이 조절되며, 제2 코일(274)에 전류가 인가됨에 따라 제2 코일(274)이 발생시킨 전기장과 제2 마그네트(270)의 자기장 간 상호 작용으로 힘(Drive force, 제2 틸팅 가이드부(246)를 기준으로 제1 가동부재(22)를 제2 가동부재(24)에 대해 시계 또는 반시계 방향 틸팅시키는 힘)이 발생된다.
이러한 힘에 의해 제2 코일(274)에 인가된 전류의 방향과 세기에 상응하는 방향과 변위로 제2 틸팅 돌출부(226)가 제2 그루브(247)의 그루브 면을 따라 구름운동을 하게 되고, 이러한 구름운동에 따른 제2 틸팅 돌출부(226)의 회전으로 제2 가동부재(24)에 대해 제1 가동부재(22)가 제2 틸팅 가이드부(246)를 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 틸팅됨으로써 제2 방향 축선을 중심으로 반시계 또는 시계 방향으로 발생되는 떨림을 상쇄시키게 되는 것이다.
도 1 내지 도 3에서 도면부호 21은 자성 재질의 쉴드 캔을 가리킨다. 쉴드 캔(21)은 반사부재(20)를 탑재한 제1 가동부재(22)가 제2 가동부재(24)에 조립되고, 이러한 제2 가동부재(24)가 고정부재(26)에 조립된 상태에서 상기 고정부재(26) 상측의 개방부 가장자리 부분을 덮도록 고정부재(26)와 결합됨으로써 고정부재(26)에 실장된 부품들의 이탈을 막는 마감재 역할과 함께 자기 차폐를 위해 기능한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터의 작동을 첨부도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.
먼저 제2 틸트 구동부에 의한 떨림 보정(제2 방향 축선을 중심으로 하는 시계 또는 반시계 방향 떨림에 대한 보정)부터 먼저 살펴보기로 한다.
도 8 및 도 9는 제2 틸트 구동부에 의한 본 발명의 작동을 설명하기 위한 도면으로서, 도 8은 앞서 첨부된 도 3의 액추에이터를 A-A선 방향에서 바라본 절개 단면도이며, 도 9는 도 3의 액추에이터를 B-B선 방향에서 바라본 절개 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제1 가동부재(22)에 결합된 제2 마그네트(270)와 고정부재(26) 측의 제2 코일요크(276) 사이에는 서로 당기는 힘인 인력이 작용한다. 이에 따라 제2 틸트 구동부(27)에 전원이 인가되지 않은 상태에서는 상기 인력으로 인하여 제2 틸팅 돌출부(226)이 대응되는 제2 그루브(247)의 그루브 면에 긴밀히 밀착되는 방향으로 힘을 받게 된다.
이로 인해 제2 그루브(247)의 만곡점과 제2 틸팅 돌출부(226)의 만곡점이 서로 선접촉되며, 따라서 제2 틸트 구동부(27)에 전원이 인가되지 않은 상태에서 제1 가동부재(22) 및 이에 탑재된 반사부재(20)는 제2 틸팅 가이드부(246)를 기준으로 시계 또는 반시계 방향 어느 한쪽으로도 틸팅(또는 회전)되지 않은 채 중립 위치에 정확하게 정렬된 상태로 유지된다.
이 상태에서 제2 방향 축선을 중심으로 하는 반시계 또는 시계 방향 떨림이 감지되면, 구동소자(미도시)의 통제에 따라 FPCB(29)를 통해 제2 코일(274)에 전류가 인가된다. 좀 더 구체적으로는, 도 9의 제2 틸팅 가이드부(246)를 기준으로 떨림이 감지된 방향이 반시계 방향인지 시계 방향인지에 따라서, 구동소자는 상기 제2 코일(274)에 +/- 전류를 인가하거나 반대로 -/+ 전류를 인가한다.
떨림 감지에 따른 구동소자의 통제로 위와 같이 제2 코일(274)에 +/- 또는 -/+전류가 인가되면, 그 인가된 전류에 따라 제2 코일(274)이 자화되어 특정 방향 전기장이 발생되며, 발생된 전기장과 제2 마그네트(270)의 자기장 사이의 상호작용으로 힘(Drive force, 제2 틸팅 가이드부(246)를 기준으로 제1 가동부재(22)를 제2 가동부재(24)에 대해 시계 또는 반시계 방향 회전시키려는 힘)이 발생된다.
이러한 힘에 의해 제2 코일(274)에 인가된 전류의 방향과 세기에 상응하는 방향과 변위로 제2 틸팅 돌출부(226)이 제2 그루브(247)의 그루브 면을 따라 구름운동을 하게 되며, 이로 인해 제2 가동부재(24)에 대해 제1 가동부재(22)가 제2 틸팅 가이드부(246)를 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 틸팅됨으로써 제1 방향 축선을 중심으로 하는 반시계 또는 시계 방향 떨림을 상쇄시키게 된다.
이와 같은 떨림 보정에 있어서, 제2 코일(274)의 공심부에 배치된 홀 센서(H1, H2)가 제2 마그네트(270)의 거리 변화를 센싱하며, 구동소자는 해당 홀 센서(H1, H2)의 출력 정보를 바탕으로 제1 가동부재(22)의 위치를 실시간으로 인식한다. 그리고 초기 위치 대비 인식된 위치 값에 기초해 제2 틸트 구동부(27)를 피드백 제어함으로써 제2 방향에 대한 떨림 보정이 정확하게 구현될 수 있다.
한편, 이러한 떨림 보정 후 반사부재(20)를 실장한 제1 가동부재(22)를 제2 틸팅 가이드부(246)를 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 틸팅시키는 힘(제2 틸트 구동부의 구동력)이 제거되면, 제1 가동부재(22)에 결합된 제2 마그네트(270)와 고정부재(26) 측의 제2 코일요크(276) 사이에 작용하는 힘인 인력에 의하여 반사부재(20) 및 이를 탑재한 제1 가동부재(22)는 제2 가동부재(24) 상에서의 원래 중립 위치로 자연스럽게 복귀하게 된다.
다음 제1 틸트 구동부에 의한 떨림 보정(제1 방향 축선을 중심으로 하는 시계 또는 반시계 방향 떨림에 대한 보정)에 대해 살펴보기로 한다.
도 10은 제1 틸트 구동부에 의한 본 발명의 작동을 설명하기 위한 도면으로서, 앞서 첨부된 도 3의 액추에이터를 C-C선 방향에서 바라본 절개 단면도이다.
도 10을 참조하면, 제2 가동부재(24)는 제1 가동부재(22)와 고정부재(26) 사이에 위치하고 제1 가동부재(22)에 결합된 제2 마그네트(270)와 고정부재(26) 측의 제2 코일요크(276) 사이에는 인력이 작용한다. 때문에 제1 틸트 구동부(28)에 전원이 인가되지 않은 상태에서는 제1 틸팅 돌출부(248)은 대응되는 제1 그루브(269)의 그루브 면에 긴밀히 밀착되는 방향으로 힘을 받게 된다.
이로 인해 제1 그루브(269)의 만곡점과 제1 틸팅 돌출부(248)의 만곡점이 서로 선접촉되며, 따라서 제1 틸트 구동부(28)에 전원이 인가되지 않은 상태에서 제2 가동부재(24)는 고정부재(26)에 형성된 제1 틸팅 가이드부(268)를 기준으로 시계 또는 반시계 방향 어느 한쪽으로도 틸팅(또는 회전)되지 않은 채 고정부재(26) 상의 중립 위치에 정확하게 정렬된 상태로 유지된다.
이 상태에서 제2 방향 축선을 중심으로 하는 반시계 또는 시계 방향 떨림이 감지되면, 떨림 정보에 기초한 구동소자의 통제로 FPCB(29)를 통해 제1 방향으로 대향 배치된 두 개의 제1 코일(284)에 동시에 전류가 인가된다.
좀 더 구체적으로는, 도 10의 제1 틸팅 가이드부(268)를 기준으로 떨림이 감지된 방향이 반시계 방향인지 시계 방향인지에 따라서, 구동소자는 한 쌍의 제1 코일(284)중 일측의 제1 코일(284R)에는 +/- 전류를 인가하는 동시에 타측의 제1 코일(284L)에는 -/+ 전류를 인가하거나, 반대로 일측의 제1 코일(284R)에 -/+ 전류를 인가하는 동시에 타측의 제1 코일(284L)에는 +/- 전류를 인가한다.
떨림 감지에 따른 구동소자의 통제로 위와 같이 두 개의 제1 코일(284L, 284R)에 서로 반대 방향으로 전류가 인가되면, 그 인가된 전류에 의해 한 쌍의 제1 코일(284L, 284R)이 자화되어 전기장이 발생되되, 도 10을 기준으로 좌측에 위치한 제1 코일(284L)과 우측의 제1 코일(284R)에 크기는 같지만 방향이 서로 반대인 전기장이 발생하게 된다.
이에 따라 좌측의 제1 코일(284L)이 발생시킨 전기장과 제1 마그네트(280L)의 자기장 사이의 상호작용 및 우측의 제1 코일(28R4)이 발생시킨 전기장과 제1 마그네트(280R)의 자기장 사이의 상호작용으로, 좌측 구동계와 우측 구동계에 크기는 같지만 방향이 반대인 힘(Drive force, 전자기력)이 발생된다. 그 결과 제1 틸팅 돌출부(248)를 시계 또는 반시계 방향으로 회전시키는 토크가 발생된다.
이러한 토크에 의해 두 개의 제1 코일(284)에 인가된 전류의 방향과 세기에 상응하는 방향과 변위로 제1 틸팅 돌출부(248)이 제1 그루브(269)의 그루브 면을 따라 구름운동을 하게 되고, 이로 인해 고정체인 고정부재(26)에 대해 제2 가동부재(24)가 제1 틸팅 가이드부(268)를 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 틸팅됨으로써 제1 방향 축선을 중심으로 하는 반시계 또는 시계 방향 떨림을 상쇄시키게 된다.
이와 같은 떨림 보정에 있어서, 일측의 제1 코일(284) 공심부에 배치된 홀 센서(H3)가 대면 배치된 제1 마그네트(280)의 거리 변화를 센싱하며, 구동소자는 해당 홀 센서(H3)의 출력 정보를 바탕으로 제2 가동부재(24)의 위치를 실시간으로 인식한다. 그리고 초기 위치 대비 인식된 위치 값에 기초해 제1 틸트 구동부(28)를 피드백 제어함으로써 제2 방향에 대한 떨림 보정이 정확하게 구현될 수 있다.
한편, 이러한 떨림 보정 후 제1 가동부재(22)를 탑재한 제2 가동부재(24)가 제1 틸팅 가이드부(268)를 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 틸팅시키는 힘(제1 틸트 구동부(28)의 구동력)이 제거되면, 제1 가동부재(22)에 결합된 제2 마그네트(270)와 고정부재(26) 측의 제2 코일요크(276) 사이에 작용하는 힘인 인력에 의하여 제2 가동부재(24)는 고정부재(26) 상에서의 원래 중립 위치로 자연스럽게 복귀하게 된다.
다른 한편, 제1 방향 축선을 중심으로 하는 시계 방향 또는 반시계 방향 떨림에 대한 보정과 제2 방향 축선을 중심으로 하는 시계 또는 반시계 방향 떨림에 대한 보정이 동시에 행해질 경우, 구조적으로 고정부재(26)에 대한 제2 가동부재(24)의 움직임이 제2 가동부재(24)에 대한 제1 가동부재(22)의 정확한 위치를 인식함에 있어 영항을 미칠 수 있다.
즉 제2 틸트 구동부(27)의 홀 센서는 제2 가동부재(24)에 대한 제1 가동부재(22)의 위치 변화만 감지해야 하는데, 2축 방향에 대한 떨림 보정이 동시에 행해질 경우 고정부재(26)에 대한 제2 가동부재(24)의 움직임에 의해 제2 마그네트(270)가 제1 방향 축선을 중심으로 시계 또는 반시계 방향으로도 틸팅됨에 따라(도 10 참조), 실제 제2 틸트 구동부(27)의 홀(Hall) 값에는 제2 가동부재(24)에 대한 제1 가동부재(22)의 위치 변화뿐 아니라, 고정부재(26)에 대한 제2 가동부재(24)의 위치 변화에 관한 정보도 포함된다.
이처럼 실제 제2 틸트 구동부(27)의 홀(Hall) 값에 제2 가동부재(24)에 대한 제1 가동부재(22)의 위치 변화뿐 아니라, 고정부재(26)에 대한 제2 가동부재(24)의 위치 변화에 관한 정보까지 포함되면, 제1 가동부재(22)에 대한 부정확한 위치 인식으로 제2 틸트 구동부(27)에 의한 떨림 보정(제2 방향 축선을 중심으로 하는 시계 또는 반시계 방향 떨림에 대한 보정) 시 제어 정밀도가 떨어질 수 있다
따라서 제2 코일(274)의 제1 방향 중심선을 기준으로 대칭적인 배치를 이루도록 해당 코일(제2 코일(274))의 공심부에 두 개의 홀 센서(H,1 H2)를 배치하되(도 2 참조), 두 홀 센서(H1, H2)의 출력이 동시에 같은 방향으로 변화할 때의 출력값만 제1 가동부재(22)의 움직임으로 인식하고, 두 홀 센서(H1, H2)의 출력이 동시에 서로 상반되는 방향으로 출력되는 경우에 한해서는 그 출력을 무시할 수 있도록 제어 알고리즘을 구성함이 바람직하다.
예를 들어, 두 홀 센서(H1, H2) 중 일측의 홀 센서(H1)의 출력이 -값이고 대향부 타측의 다른 홀 센서(H2)의 출력 +값으로 출력되는 방향에 대해서는 두 홀 센서(H1, H2)의 출력이 서로 상쇄될 수 있도록 제어 알고리즘을 구성함으로써, 고정부재(26)에 대한 제2 가동부재(24)의 위치 변화에 따른 제2 마그네트(270)의 위치 변화는 무시할 수 있도록 하는 것이다.
종래 광 굴절식 카메라 모듈에서 반사부재 이동을 위해 일반적으로 적용되는 볼-가이드 방식은, 볼 레일에 직접적인 충격을 가하는 낙하 시험 또는 실제 낙하 시 세라믹 재질의 볼이 합성수지로 구성된 볼 레일에 가하는 충격으로 인하여 볼 레일에 볼 찍힘이 발생하고, 그로 인해 반사부재의 거동 특성이 나빠짐으로써 촬상 이미지의 상태가 불량해지는 문제가 있다.
반면, 본 발명의 실시 예에 따른 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터는, 볼-가이드 방식이 아닌 원호형의 그루브를 따라 틸팅 돌출부이 구름운동을 하면서 반사부재를 2축 방향으로 회전(틸팅)시켜 떨림에 대응하는 방식이므로, 종래 기술과 같은 볼 찍힘의 우려가 전혀 없다. 즉 장치의 내구성이 우수하며 반사부재의 거동 특성이 안정적인 신뢰도 높은 제품을 제공할 수 있다.
또한 종래 볼-가이드 방식의 경우, 매우 작은 크기의 볼을 레일이나 홈에 실장함에 있어 상당한 제조 정밀도가 요구되므로 제조에 많은 시간이 소요되고 비용 상승이 수반될 수 밖에 없었다. 다시 말해 작업의 정밀도를 요하는 만큼 많은 시간과 비용이 소요되므로 가격 경쟁력을 확보하기 어렵고, 제품의 양산성 측면에서도 불리한 단점이 있다.
이에 반해 본 발명의 실시 예에 따르면, 기존 볼-가이드 방식에 비해 단순한 구성이면서도 틸팅 돌출부이 구름운동을 하면서 떨림에 대응하는 방식이므로, 상대 운동하는 부품 간 마찰력이 크게 줄어 구동 효율을 높일 수 있으며, 볼을 사용하지 않는 만큼 별도의 윤활 작업도 필요 없어 비용 절감 및 제품의 양산성 측면에서도 유리하다는 장점이 있다.
도 11은 전술한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터를 포함하는 카메라 모듈의 개략도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 측면에 따른 광 굴절식 카메라 모듈(1)는 크게, 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터(2), 광학계(O), 이미지 변환부(5)로 구성된다. 여기서 상기 카메라 모듈용 액추에이터(2)는 앞서 설명한 카메라 모듈용 액추에이터와 동일하다. 따라서 이에 대한 중복된 설명은 이하 생략한다.
광학계(O)는 렌즈배럴(부호 생략)을 포함한다. 렌즈배럴은 피사체에 반사되어 제3 방향으로 입사되고 상기 액추에이터(2)의 반사부재를 통해 반사된 광을 수광하며, 수광된 광을 제2 방향으로 통과시킬 수 있도록 광축 방향으로 정렬된다. 이때 렌즈배럴은 복수의 렌즈들로 구성된 렌즈군을 수용하며, 렌즈 각각은 동일하거나 상이한 초점 거리, 굴절률 등의 광학적 특성을 가질 수 있다.
광의 이동방향을 기준으로 광학계(O) 후방에 배치되는 이미지 변환부(5)이 상기 광학계(O)를 통과한 광을 수광한다. 이미지 변환부(5)은 기판(52)과 이러한 기판(52) 상에 실장되는 이미지센서(50)를 포함한다. 이미지센서(50)는 상기 광학계(O)를 통과한 광으로부터 이미지 정보를 수집하며, 수집된 이미지 정보는 기판(52)을 통해 외부로 출력된다.
광학계(O)와 이미지 변환부(5) 중간의 광 경로 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 이미지 변환부(5)에 투영될 수 있도록 한다. 도면에는 광학계와 이미지 변환부(5) 사이에 IR 필터(4)가 배치된 것을 예를 들어 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이상에서는 제2 가동부재와 제1 가동부재에 제1 틸팅 돌출부와 제2 틸팅 돌출부가 각각 형성되고, 고정부재와 제2 가동부재에 제1 틸팅 가이드부와 제2 틸팅 가이드부가 각각 형성된 구성을 예시하고 설명하였으나, 반대로 제2 가동부재와 제1 가동부재에 제1 틸팅 가이드부와 제2 틸팅 가이드부가 형성되고 고정부재와 제2 가동부재에 제1 틸팅 돌출부와 제2 틸팅 돌출부가 형성되어도 무방하므로, 그러한 변형 역시 본 발명의 범주에 포함될 수 있음을 밝혀 둔다.
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.
[부호의 설명]
1 : 카메라 모듈 2 : 카메라 모듈용 액추에이터
4 : IR 필터 5 : 이미지 변환부
20 : 반사부재 21 : 쉴드 캔
22 : 제1 가동부재 24 : 제2 가동부재
26 : 고정부재 27 : 제2 틸트 구동부
28 : 제1 틸트 구동부 29 : FPCB
50 : 이미지센서 52 : 기판
222 : 실장부 224 : 제2 가동부재의 측벽부
226 : 제2 틸팅 돌출부 228 : 마그네트 장착부
242 : 제2 가동부재의 바닥판 243 : 개구
244 : 제2 가동부재의 측벽부 246 : 제2 틸팅 가이드부
247 : 제2 그루브 248 : 제1 틸팅 돌출부
249 : 마그네트 장착부 262 : 고정부재의 바닥판
263 : 제2 개구 264 : 고정부재의 측벽부
265 : 제1 개구 266 : 고정부재의 배면판
268 : 제1 틸팅 가이드부 269 : 제1 그루브
270 : 제2 마그네트 272 : 마그네트 요크
274 : 제2 코일 276 : 제2 코일요크
280 : 제1 마그네트 282 : 마그네트 요크
284 : 제1 코일 H1, H2, H3 : 홀센서
O : 광학계

Claims (10)

  1. 피사체로부터의 입사광을 이미지 변환부 측으로 반사 또는 굴절시키는 반사부재;
    상기 반사부재를 탑재하는 가동부재; 및
    상기 가동부재를 지지하는 고정부재;를 포함하며,
    상기 가동부재 또는 고정부재는 원호 형상의 틸팅 돌출부를 구비하고,
    상기 고정부재 또는 가동부재에는 상기 틸팅 돌출부을 수용하며 곡률반경이 상기 틸팅 돌출부보다 큰 원호 형상의 그루브를 갖는 틸팅 가이드부가 형성되며,
    상기 가동부재는,
    상기 틸팅 돌출부가 상기 그루브 상에서 구름 운동하면, 상기 고정부재에 대해 제1 방향 축선 또는 상기 제1 방향 축선과 직교하는 제2 방향 축선을 중심으로 틸팅되는 광 굴절식 카메라 모듈 액추에이터.
  2. 피사체로부터의 입사광을 이미지 변환부 측으로 반사 또는 굴절시키는 반사부재;
    상기 반사부재를 탑재하는 제1 가동부재;
    상기 제1 가동부재와 결합되는 제2 가동부재; 및
    상기 제2가동부재를 지지하는 고정부재;를 포함하며,
    상기 제2 가동부재 또는 고정부재는 중앙에 원호 형상의 제1 틸팅 돌출부를 구비하고,
    상기 고정부재 또는 제2 가동부재에는 상기 제1 틸팅 돌출부를 수용하며 곡률반경이 상기 제1 틸팅 돌출부보다 큰 원호 형상의 제1 그루브를 갖는 제1 틸팅 가이드부가 형성되며,
    상기 제2 가동부재는,
    상기 제1 틸팅 돌출부가 상기 제1 그루브 상에서 구름 운동하면, 상기 고정부재에 대해 제1 방향 축선을 중심으로 틸팅되는 광 굴절식 카메라 모듈 액추에이터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 가동부재 또는 제1 가동부재는 양측에 원호 형상의 제2 틸팅 돌출부를 구비하고,
    상기 제1 가동부재 또는 제2 가동부재에는 상기 제2 틸팅 돌출부를 수용하며 곡률반경이 상기 제2 틸팅 돌출부보다 큰 원호 형상의 제2 그루브를 갖는 제2 틸팅 가이드부가 형성되며,
    상기 제1 가동부재는,
    상기 제2 틸팅 돌출부가 상기 제2 그루브 상에서 구름 운동하면, 제2 가동부재에 대해 상기 제1 방향 축선과 직교하는 제2 방향 축선을 중심으로 틸팅되는 광 굴절식 카메라 모듈 액추에이터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 가동부재가 상기 고정부재에 대해 상기 제1 방향 축선을 중심으로 틸팅될 수 있도록 구동력을 발생시키는 제1 틸트 구동부; 및
    상기 제1 가동부재가 상기 제2 가동부재에 대해 상기 제2 방향 축선을 중심으로 틸팅될 수 있도록 구동력을 발생시키는 제2 틸트 구동부;를 더 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 틸트 구동부는,
    상기 제2 가동부재의 일 측벽부 및 대향부 타측벽부에 마그네트 요크와 함께 결합되는 한 쌍의 제1 마그네트와,
    상기 고정부재를 부분적으로 에워싸는 FPCB에 실장되어 고정부재 양 측벽부에 형성된 제1 개구를 통해 상기 한 쌍의 제1 마그네트 각각에 대면하도록 배치되는 한 쌍의 제1 코일을 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 틸트 구동부는,
    상기 제1 가동부재의 하면부에 마그네트 요크와 함께 결합되는 제2 마그네트와,
    상기 고정부재를 부분적으로 에워싸는 FPCB에 실장되어 고정부재의 바닥판에 형성되는 제2 개구를 통해 상기 제2 마그네트와 대면 배치되는 제2 코일과,
    상기 제2 코일이 실장된 면 반대편의 FPCB에 부착되는 제2 코일요크를 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 가동부재에 결합되는 제2 마그네트와 상기 제2 개구에 배치되는 제2 코일이 직접 대면하도록 제2 가동부재의 바닥판 일부가 개구된 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 마그네트와 제2 코일요크 사이에 작용하는 인력에 의하여 상기 제1 가동부재가 제2 가동부재에 밀착되고 제2 가동부재는 고정부재에 밀착되는 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 방향은 상기 입사광과 수직한 방향(광축 방향)이며,
    상기 제2 방향은 상기 입사광의 방향과 수직한 평면 상에서 상기 제1 방향과 직교하는 방향인 광 굴절식 카메라 모듈용 액추에이터.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나의 항에 기재된 카메라 모듈용 액추에이터;
    상기 액추에이터의 반사부재를 통해 반사된 광이 통과하도록 제1 방향(광축 방향)으로 정렬된 광학계; 및
    상기 반사된 광의 이동방향을 기준으로 상기 광학계 후방에 배치되며, 상기 광학계를 통과한 광을 수광하고 수광된 광에 상응하는 이미지 정보를 출력하는 이미지 변환부;를 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈.
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