WO2022071663A1 - 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈 - Google Patents

카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈 Download PDF

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WO2022071663A1
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WO
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movable part
housing
groove
camera actuator
protrusion
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PCT/KR2021/011248
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신두식
김인수
김희승
이규민
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자화전자(주)
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    • G03B2205/0007—Movement of one or more optical elements for control of motion blur

Definitions

  • the present invention relates to a camera actuator, and in particular, a camera actuator applied to a folded zoom camera module to implement high-magnification zoom and auto-focusing, and light refraction comprising the same It relates to the expression camera module.
  • a reflector that reflects the light introduced from the outside is mounted at 90 degrees, and the optical system that passes the light refracted by the reflector is laid down in the width or length direction of the mobile to secure a sufficient distance between the lenses constituting the optical system.
  • a folded zoom camera module has been proposed to realize high magnification optical zoom and achieve slimming.
  • the optical refraction camera module adopts a periscope structure unlike the conventional method of vertically stacking sensors (imaging devices such as CCD and CMOS) and lenses to achieve high magnification optical zoom without increasing the overall height.
  • the periscope structure is very advantageous in terms of slimness of the module compared to the existing method.
  • the key factors that have a decisive influence on the zoom performance of a camera include not only the specifications of lenses constituting the optical system, but also the driving range of the optical system. As the driving range of the optical system increases, improved zoom performance may be exhibited.
  • a stepping motor method is mainly used as a driving mechanism for increasing the driving range of an optical system.
  • the conventional stepping motor method has a problem in that the overall volume of the small camera increases due to the size of the stepping motor. In other words, since the volume of the stepping motor itself is large, it is necessary to secure enough space to mount it.
  • the stepping motor method applied as an optical system driving device to the conventional optical refraction camera module has a disadvantage in that it is disadvantageous to device miniaturization.
  • a piezo method using a piezoelectric element has recently been in the spotlight.
  • the piezoelectric method consists of a principle of using vibrations generated when a high-frequency pulse voltage is applied to a piezoelectric element to drive an optical system.
  • the piezoelectric method uses a piezoelectric element that is much smaller in size than the conventional stepping method, it is advantageous for miniaturization of the camera module compared to the above-described stepping method.
  • the piezoelectric element that generates the driving force is much lighter than the conventional stepping motor, the overall weight of the camera module can be reduced. That is, weight reduction of the product can also be achieved.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a piezo-type optical system driving device applied to a camera module.
  • the conventional piezoelectric optical system driving device 8 includes a piezoelectric element 80 and an oscillation shaft 82 fixed to one side thereof.
  • a friction member 70 is integrally formed on the side surface of the lens barrel 7 constituting the optical system, and the friction member 70 is coupled in a structure that surrounds a portion of the outer surface of the vibration shaft 82 in the circumferential direction. It is fixed on the oscillation shaft 82 by frictional force with 82 , and when the oscillation shaft 82 vibrates, it moves along the oscillation shaft 82 .
  • the vibration axis 82 In the conventional piezo-type optical system driving device 8 , when the piezoelectric element 80 rapidly vibrates in the first direction with a high-frequency pulse voltage applied from the outside, the vibration axis 82 also moves in the first direction (axial direction of the vibration axis). ), rapidly repeating extension and contraction, and vibrates. At this time, if the vibration shaft 82 moves rapidly in the extending direction and the movement in the contracting direction is slow, the friction member 70 and the lens barrel 7 move in the direction in which the vibration shaft 82 contracts.
  • the friction member 70 and the lens barrel 7 do not move because of the property of the lens barrel 7 to maintain a stationary state (stationary inertia), but the vibration is relatively slow. With respect to the contraction direction of the shaft, the friction member 70 and the lens barrel 7 move together in the direction in which the vibration shaft 82 is contracted by the frictional force acting between the friction member 70 and the vibration shaft 82. am.
  • the driving device 8 including the piezoelectric element 80 and the vibration shaft 82 serves only to simply move the lens barrel 7 in the first direction.
  • one or more guide pins 9 are required for optical axis alignment of the lens barrel with respect to the rear image sensor (not shown).
  • the guide pin 9 also serves to guide the linear motion of the lens barrel in the first direction along with the optical axis alignment and suppress tilting.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 2008-0085571 (published on September 24, 2008)
  • the technical problem to be solved by the present invention is that the piezoelectric method is advantageous for miniaturization and weight reduction compared to the conventional stepping motor method, but the alignment of the vibration axis in the optical axis direction is slightly distorted or the bending of the vibration axis during vibration does not affect the mobility of the optical system.
  • An object of the present invention is to provide a camera actuator and an optical refractive camera module including the same.
  • At least two driving units mounted on the housing and having a piezoelectric element for driving each of the movable units in a first direction;
  • the piezoelectric element is disposed opposite to each other in a diagonal direction with respect to a first axis line passing through the center of the movable part,
  • It provides a camera actuator having a ball guide that supports the movable part to roll in the first direction.
  • a friction moving unit moving in a first direction along an oscillation axis connected to the piezoelectric element
  • It may further include; a connecting part for interconnecting the friction moving part and the movable part,
  • connection part may include a protrusion or groove formed on a side surface of the friction moving part facing the movable part, and a groove or protrusion formed on a side surface of the movable part to engage the protrusion or groove.
  • the camera actuator according to one aspect of the present invention is preferably,
  • a driving unit mounted on the housing and comprising a vibration shaft extending in a first direction and a vibration generator applying vibration to the vibration shaft in a first direction;
  • a movable part provided corresponding to each of the driving parts and moved in a first direction in the housing by the driving force generated by the driving part;
  • connection part The connection part,
  • It may be composed of a groove or protrusion formed on the side surface of the movable part to engage the protrusion or groove.
  • the protrusion may be a magnet, and one side of the groove has a groove formed therein to suppress movement of the protrusion in a first direction and allow movement in a second direction orthogonal to the first direction.
  • a thin plate made of a magnetic material for generating an attractive force between the protrusion and the magnet may be attached.
  • the protrusion is made of a magnetic material, and by generating an attractive force with the protrusion of the magnetic material on one side of the groove, the first direction movement of the protrusion is suppressed and orthogonal to the first direction in the section where the groove is formed.
  • a thin plate magnet may be attached to allow movement in the second direction.
  • the first direction of movement of the projection is suppressed and the elasticity that is elastically closely adhered to the projection to allow movement in the second direction orthogonal to the first direction Means may be installed.
  • the elastic means may be a plate spring or a ball plunger composed of a ball and a spring that applies an elastic force to the protrusion so that one side of the protrusion is in close contact with the other side of the groove facing it.
  • the driving unit applied to the present invention may be composed of two or more plural, and the movable unit may be composed of two or more plural so as to correspond to each of two or more of the plurality of driving units.
  • the driving unit includes: a first driving unit mounted on the housing adjacent to a first sidewall of the housing and comprising a vibration shaft extending in a first direction and a vibration generator applying vibration to the vibration shaft in a first direction; , mounted on the housing adjacent to a second sidewall opposite to the first sidewall, and may include a second driving unit having the same configuration as the first driving unit and opposite to the position of the vibration generator, wherein the movable unit includes: A first movable part that translates in a first direction in the housing by the driving force generated by the first driving part, and the first movable part and the first movable part in the housing are arranged in series in a first direction, It may be composed of a second movable part that translates in a first direction in the housing by a driving force.
  • two or more movable parts may be independently driven in the first direction by a driving part configured to correspond to each.
  • At least two Hall sensors are arranged at a distance in a first direction on each of the first sidewall and the opposite second sidewall of the housing, and a side surface of the first movable part facing the first sidewall and the second sidewall
  • a hall magnet may be mounted on a side surface of the second movable part facing the hall sensor to correspond to the hall sensor.
  • the movable part may include a carrier and a lens barrel mounted on the carrier and accommodating a lens group composed of a plurality of lenses.
  • the vibration generator of the driving unit may be a piezo motor including a piezoelectric element.
  • the friction moving part is coupled to a lower friction block having a groove having an arc-shaped or square cross-sectional shape, and the upper friction block with the vibration shaft interposed therebetween, and has the same cross-sectional shape as the groove shape and is vertically symmetrical with the groove It may consist of an upper friction clip.
  • the camera actuator according to an aspect of the present invention may further include a ball guide for guiding the translational movement of the movable part in the first direction with respect to the housing between the housing and the movable part.
  • the ball guide preferably includes a pair of ball rails extending along the first direction and having first ball grooves continuous in the first direction on the upper surface of the bottom of the housing, and to correspond to the first ball grooves. It may include a second ball groove formed on one side of the lower surface of the movable part and the other side of the opposite part, and balls interposed between the corresponding first ball groove and the second ball groove to face each other.
  • the second ball groove may be a pocket type, and at least two or more may be formed in an independent space form on one side of the lower surface of the movable part and the other side of the opposite part.
  • One ball may be interposed in each of the second ball grooves formed in the form of an independent space.
  • the housing may be made of a magnetic material, and a magnet may be mounted on a lower surface of the movable part facing the upper surface of the bottom of the housing.
  • a reflectometer disposed in front of the camera actuator based on the traveling direction of light and reflecting light incident from the outside in the direction of the camera actuator;
  • An image sensor unit disposed behind the camera actuator based on the traveling direction of light, receiving the light passing through the camera actuator, and generating and outputting image information corresponding to the received light; a light refraction camera module comprising a to provide.
  • the alignment state of the first direction of the vibrating shaft (or movable part) is slightly misaligned in the assembly process, or bending occurs in the process of vibrating the vibrating shaft vibrating, and frictional movement with the movable part Even if there is a change in the spacing between the parts, it is possible to respond to the change in the spacing by the connecting part, so that the movable part can be smoothly moved in the first direction without being affected at all.
  • the piezoelectric method is advantageous for miniaturization and weight reduction, and the structure is simple and assembling is as easy as the simple structure, so there is an advantage in terms of mass production of the product.
  • a separate guide pin is not required for optical axis alignment by performing smooth and stable linear motion through the ball guide in close contact with the negative side.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a camera actuator according to an aspect of the present invention
  • Figure 2 is a combined perspective view of a camera actuator according to an aspect of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view of the camera actuator shown in FIG. 2 as viewed from above;
  • FIG. 4 is a perspective view of a driving unit coupled to a friction moving unit
  • FIG. 5 is a view showing a preferred embodiment of a portion (connection portion) where the friction moving part and the movable part are connected.
  • FIG. 6 is a view showing some other preferred embodiments of the friction moving part and the movable part connected (connection part).
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the camera actuator shown in FIG. 3 as viewed from the line A-A.
  • FIG. 8 is a perspective view of a carrier constituting a movable part as viewed from the bottom;
  • FIG. 9 is a schematic diagram of an optical refractive camera module according to another aspect of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a conventional piezoelectric optical system driving device.
  • the X axis indicates the direction in which light (light) passes through the actuator of the present invention, that is, the optical axis direction. decide to use
  • the Z axis indicates a direction perpendicular to the X axis
  • the Y axis is a direction orthogonal to the X axis on a plane perpendicular to the Z axis. to use terminology.
  • a movable part including a lens barrel (optical system) an arbitrary distance in the optical axis direction using vibration generated by a piezoelectric element with a high-frequency pulse voltage applied from the outside, zoom in and a piezo-type camera actuator that implements zoom out and auto focusing.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a camera actuator according to an aspect of the present invention
  • FIG. 2 is a combined perspective view of a camera actuator according to an aspect of the present invention
  • FIG. 3 is a plan view of the camera actuator shown in FIG. 2 as viewed from above.
  • the camera actuator 3 includes a housing 30 .
  • the housing 30 has an accommodating space (symbol omitted) formed therein, and one side and the other side of the opposite part are open based on the moving direction of light (first direction), , it may have a configuration in which both sidewalls 302 and 304 in the second direction have slit-shaped openings 303 and 305 that are elongated in the first direction, respectively.
  • a ball rail 380 of a ball guide 38 to be described later is formed on the upper surface of the inner bottom of the housing 30 .
  • an arc-shaped groove is provided on the upper surface of the bottom part.
  • at least one support 309 is provided one by one, and the vibration shaft 320, which will be described later, is seated on the support 309 .
  • An upper cover (not shown) is coupled from the upper side of the housing 30 , and the inside of the housing 30 is driven along the first direction in the housing 30 by the driving unit 32 and the driving force generated by the driving unit 32 .
  • a movable part 34 to be moved is installed.
  • the driving unit 32 includes a vibration shaft 320 extending in the first direction.
  • a vibration generator 322 for applying vibration to the vibration shaft 320 in a first direction is provided.
  • the vibration shaft 320 of the driving unit 32 is disposed in the housing 30 in the first direction, and is supported in a floating state from the bottom of the housing 30 through the aforementioned support member 309 .
  • the vibrating shaft 320 is preferably a round bar having a circular cross-sectional shape, but a rod-shaped structure having a rectangular cross-sectional shape does not matter, and the shape of the groove of the support member 309 may vary depending on the cross-sectional shape of the vibration shaft 320 . Therefore, it is not limited to the illustrated arc shape.
  • a portion of the outer surface of the vibration shaft 320 is seated in the groove of the support member 309 in a circumferential direction so as not to be separated from the support member 309 when the vibration shaft 320 vibrates (vibration).
  • the shaft 320 and the support 309) may be coupled to each other with an adhesive.
  • the adhesive a soft epoxy having enough elasticity to allow the piezoelectric behavior of the vibration shaft 320 that is extended and contracted in the first direction by the vibration generator 322 may be used.
  • the driving part 32 may also be configured in two.
  • a movable part positioned relatively earlier with respect to the moving direction of light among the two movable parts 34 is referred to as a 'first movable part 34a'
  • a movable part positioned relatively behind with respect to the light movement direction is referred to as a 'second movable part 34b'.
  • a driving part corresponding to each of the first movable part 34a and the second movable part 34b will be divided into a 'first driving part 32a' and a 'second driving part 32b'.
  • the first driving unit 32a may be installed inside the housing 30 adjacent to the first sidewall 302 of the housing 30 .
  • the first driving unit 32a may include a vibration shaft 320 extending in a first direction and a vibration generator 322 that applies vibration to the vibration shaft 320 in the first direction.
  • the second driving unit 32b is installed in the interior of the housing 30 adjacent to the second side wall 304, and has the same configuration as the first driving unit 32a and the position of the vibration generator 322 may be opposite. .
  • the vibration generator 322 of each of the first driving part 32a and the second driving part 32b is, as shown in the plan view of FIG. 3 , a first direction axis passing through the center of the two movable parts 34a and 34b as a reference. They may be disposed to face each other in a diagonal direction. As such, when the vibration generator 322 of each of the first driving unit 32a and the second driving unit 32b is arranged to be diagonally opposed, the relative separation distance between the first driving unit 32a and the second driving unit 32b is limited in a limited space. It can be secured to the maximum within.
  • the vibration generator 322 of the first driving unit 32a and the second driving unit 32b includes a piezoelectric element that rapidly vibrates in a first direction by a high-frequency pulse voltage applied from the outside. motor), and may be installed one at a time at one corner of the housing 30 and at the other corner in a diagonal direction.
  • the two vibration axes 320 may be parallel to each other, and may have a configuration in which at least a portion overlaps when viewed in the second direction.
  • the first movable part 34a makes a translational motion in the first direction along the ball rail 380 in the housing 30 by the driving force generated by the first driving part 32a
  • the second movable part 34b is the housing.
  • the housing (30) is spaced apart from the first movable part 34a at a predetermined distance in the first direction, and is similarly along the ball rail 380 by the driving force generated by the second driving part 32b. 30) Make a translational motion in the first direction.
  • the first driving part 32a and the first movable part 34a, and the second driving part 32b and the second movable part 34b are the corresponding driving parts 32 through the friction moving part 36 and the connecting part 37, which will be described later. and the movable part 34 are interconnected to each other, and the first driving part 32a and the second driving part 32b are independently driven by individual signals output by a control unit, for example, a drive IC (not shown). Accordingly, the first movable part 34a and the second movable part 34b may also be independently driven in the first direction by the corresponding driving part 32 .
  • Each of the first movable part 34a and the second movable part 34b includes a carrier 340 .
  • a lens barrel 342 for accommodating a lens group composed of a plurality of lenses is provided.
  • the lens barrel 342 is mounted on the carrier 340 and moves together with the carrier 340 , but in some cases, the carrier 340 may be integrally formed with the lens barrel 342 .
  • each of the lenses constituting the lens barrel 342 may have the same or different optical properties such as focal length and refractive index.
  • the aforementioned friction moving unit 36 is configured to move in the first direction along the corresponding vibration axis 320 on the respective vibration shafts 320 of the first driving unit 32 and the second driving unit 32b. And the friction moving part 36 is connected to the corresponding movable part 34 through the connecting part 37 . Accordingly, when the vibration shaft 320 vibrates, the friction moving part 36 moves along the corresponding vibration shaft 320 , and as a result, the movable part 34 connected to the friction moving part 36 through the connecting part 37 is move in the first direction.
  • the vibration generator 322 of the first driving unit 32a rapidly vibrates in the first direction with a high-frequency pulse voltage applied from the outside
  • the corresponding vibration axis 320 also moves in the first direction (the vibration axis 320).
  • axial direction rapidly repeating extension and contraction, and vibrates.
  • the vibration shaft 320 moves rapidly in the extending direction and the movement in the contracting direction is slow
  • the friction moving part 36 and the first movable part 34a move in the contracting direction of the vibration shaft 320 .
  • the vibration shaft 320 When the vibration shaft 320 is rapidly extended, the friction moving part 36 and the first movable part 34a do not move because of the property of maintaining a stationary state (stationary inertia), but the vibration shaft 320 moves relatively slowly. With respect to the contraction direction of the friction moving part 36 and the first movable part 34a connected thereto by the frictional force acting between the friction moving part 36 and the oscillation shaft 320, the oscillation shaft 320 is contracted. This is because it moves together with the vibration shaft 320 .
  • FIG. 4 is a view illustrating a driving unit to which a friction moving unit is coupled.
  • the vibration shaft 320 of the driving unit 32 may be a round bar having a circular cross-sectional shape as mentioned above, but is not limited thereto, and the friction moving unit 36 has an arc or square cross-section.
  • the lower friction block 360 having the groove 362 and the lower friction block 360 with the vibration shaft 320 interposed therebetween are coupled with the groove 362 having the same cross-sectional shape as the shape of the groove 362 . ) and may be composed of an upper friction clip 364 symmetrical up and down.
  • the shape of the groove 362 and the upper friction clip 364 may be any shape as long as it has a cross-sectional shape capable of providing a friction surface in contact with a portion of the outer surface of the vibration shaft 320 .
  • the groove and the upper friction clip 364 may have a quadrangular cross-sectional shape to form a total of four friction surfaces.
  • the vibration shaft 320 may be in contact with all four friction surfaces, or may be in contact with three surfaces, two surfaces, or only one surface.
  • connection portion is a view showing a preferred embodiment of a portion (connection portion) connected to the friction moving part and the movable part.
  • connection part 37 includes a protrusion 370 formed on the side surface of the friction moving part 36 facing the movable part 34 and a groove 372 formed on the side surface of the movable part 34 to engage the protrusion 370 .
  • it may be composed of a groove formed in the friction moving unit 36 and a protrusion formed in the movable unit 34 .
  • the protrusion 370 constituting the connection part 37 may preferably be a magnet, and a thin plate 371 made of a magnetic material may be attached to one side (a side parallel to the second direction) of the groove 372 . there is.
  • the protrusion 370 is a magnet and the thin plate 371 is a magnetic material, an attractive force acts between the two, so the protrusion 370 is inserted into the groove 372 in the first direction of the protrusion 370 . Movement is suppressed, and movement is permitted in a second direction orthogonal to the first direction.
  • the alignment state of the first direction of the vibration shaft 320 or the movable part is slightly distorted, or the vibration shaft 320 is bent ( Even if there is a change in the distance between the movable part 34 and the friction moving part 36 due to bending), the connecting part 37 is moved in the second direction to respond to the change in the gap, so that the movable part 34 is not at all It can move smoothly in the first direction without being affected.
  • the protrusion 370 is made of a magnetic material, and the protrusion 370 of the magnetic material and the attractive force are formed on one side (a side parallel to the second direction) of the groove 372 .
  • Attaching a thin plate magnet (magnet, not shown) to suppress the movement in the first direction of the protrusion 370 within the section where the groove 372 is formed and allow movement in the second direction orthogonal to the first direction may also be variations.
  • FIG. 6 is a view showing some other preferred embodiments of the friction moving part and the movable part connected (connection part).
  • one side (a side parallel to the second direction) of the groove 372 constituting the connection part 37 elastically adheres to the protrusion 370 inserted into the groove 372 .
  • An elastic means 374 may be installed.
  • the surface of the protrusion 370 located on the opposite side of the surface in contact with the elastic means 374 due to the elasticity of the elastic means 374 is maintained in close contact with the other side of the groove 372, so that the Movement in one direction is suppressed and only movement in the second direction is allowed.
  • the elastic means 374 is preferably in the groove 372 so that one side of the projection 370 is in close contact with the other side of the groove 372 that faces it, as illustrated in (a) of FIG. 6 . It may be a leaf spring 374a that applies an elastic force to the 370 . In some cases, as shown in Figure 6 (b), the elastic means 374 may be provided in the form of a ball plunger (Ball Plunger, 374b) consisting of a ball and a spring.
  • At least two Hall sensors 308 may be arranged at a distance in the first direction in the openings 303 and 305 of each of the aforementioned first and second sidewalls 302 and 304 . And on the side of the first movable part 34a facing the first sidewall 302 and the side of the second movable part 34b facing the second sidewall 304, Hall magnets corresponding to the Hall sensors 308 ( 344) may be mounted (refer to FIGS. 1 to 2).
  • the Hall sensors 308 detect the position of the Hall magnet 344 using the Hall effect, generate a corresponding signal and output it to a drive IC (not shown), and the drive IC is the Hall sensor 308 .
  • the first direction positions of the first movable part 34a and the second movable part 34b in the housing 30 are recognized from the signal of .
  • control values for the first driving unit 32a and the second driving unit 32b are determined from the recognized position values.
  • the drive IC recognizes the precise first directional positions of the first movable part 34a and the second movable part 34b from the signals output from the hall sensors 308, and based on the recognized location information, the first driving part 32a ) and the control values of the second driving unit 32b are determined, and based on the determined control values, the first and second movable units 34a and 34b through the first and second driving units 32a and 32b.
  • Zoom and auto-focus control are implemented by independently controlling the position of the first direction by feedback (Feed Back).
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the camera actuator shown in FIG. 3 as viewed from the line A-A.
  • the ball guide 38 may be installed between the housing 30 and the first movable part 34a and the second movable part 34b.
  • the ball guide 38 serves to align the optical axis of the first movable part 34a and the second movable part 34b, and is mounted on the housing 30 between the housing 30 and the first and second movable parts 34a and 34b. It guides so that the first direction independent linear motion (translational motion) of the first and second movable parts 34a and 34b can be stably implemented.
  • the ball guide 38 is preferably a pair of parallel ball rails disposed on the upper surface of the bottom of the housing 30 along the first direction and having first ball grooves 382 continuous in the first direction on the upper surface of the ball rail. (380) and the first and second movable parts (34a, 34b) to correspond to the first ball groove (382), respectively, a second ball groove (384) formed on one side of the lower surface and the other side of the opposite part, and corresponding to each other It may be composed of balls 383 interposed between the first ball groove 382 and the second ball groove 384 .
  • the second ball groove 384 is a movable part 34, and more specifically, as shown in FIG. 8 when the carrier 340 is viewed from the bottom, the first and second movable parts 34a, 34b are each of the carrier ( 340), at least two or more may be formed in the form of independent spaces on one side and the other side of the opposing part, respectively. As the balls are interposed one by one in each of the second ball grooves 384 formed in the form of independent spaces, interference or friction between the neighboring balls 383 when the movable part 34 is moved can be prevented.
  • one of the pair of parallel ball rails 380 moves in the first direction in consideration of the assembly and drivability according to the manufacturing tolerance between the movable part 34 , specifically the carrier 340 and the housing 30 .
  • the continuous first ball groove 382 is configured as a V-groove, and the other first ball groove 382 is configured as a U-groove.
  • Each of the balls 383 may be arranged in such a way that a part is accommodated in the first ball groove 382 , and the other part is arranged in a form accommodated in the second ball groove 384 .
  • the second ball groove 384 moves relative to the first ball groove 382 in one-direction linear motion, the ball rolls between the ball grooves 382 and 384, so that the movable part 34 in the housing 30 moves.
  • the linear motion in the first direction can be made smoothly and stably.
  • a magnet 341 is mounted on each of the lower surfaces of the first and second movable parts 34a and 34b facing the upper surface of the bottom of the housing 30, and the housing 30 ) may be wholly or partially (bottom) composed of a magnetic material.
  • the first and second movable parts 34a and 34b move in close contact with the bottom of the housing 30 with the ball guide 38 interposed therebetween by the attractive force between the bottom of the housing 30 and the magnet. , the lifting or tilting of the movable part 34 during movement is prevented.
  • Unexplained reference numeral 39 denotes a fixed optical unit (see FIGS. 1 to 3 ).
  • the fixed optical unit 39 may be disposed in an opening on one side of the housing 30 through which light is introduced, as illustrated in the drawings ( FIGS. 1 to 3 ), and a lens accommodating a lens group composed of a plurality of lenses. It may include a barrel. In this case, each of the lenses may have the same or different optical properties such as focal length and refractive index.
  • the alignment state of the first direction of the vibrating shaft (or movable part) is slightly misaligned in the assembly process, or bending occurs in the process of the vibrating shaft vibrating, and friction with the movable part Even if there is a change in the distance between the moving parts, the connection part can respond to the change in the gap, so that the movable part can be smoothly moved in the first direction without being affected at all.
  • the piezoelectric method is advantageous for miniaturization and weight reduction, and the structure is simple and assembling is as easy as the simple structure, so there is an advantage in terms of mass production of the product.
  • a separate guide pin for aligning the optical axis is not required by performing smooth and stable linear motion through the ball guide in close contact with the negative side.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of a light refraction type camera module including a camera actuator according to an aspect described above.
  • the optical refractive camera module is largely composed of a reflectometer 2 , a camera actuator 3 , and an image sensor unit 5 .
  • the camera actuator 3 may be the camera actuator 3 according to the above-described aspect, and the reflectometer 2 is disposed in front of the camera actuator with respect to the traveling direction of the light and transmits the light incident from the outside to the camera actuator ( 3) It reflects in the direction.
  • the reflectometer 2 may be a mirror or a prism in which the reflective surface 20 that reflects externally incident light is inclined at a specific angle, preferably a 45-degree angle, and the camera actuator 3
  • the two or more movable parts constituting the plurality of movable parts 34a and 34b may be configured to be individually operated in the first direction by a driving part configured to correspond to each.
  • the image sensor unit 5 receives the light passing through the movable part of the camera actuator 3 and outputs image information corresponding to the received light.
  • This image sensor unit 5 is composed of a substrate 52 and an image sensor 50 mounted on the substrate 52, wherein the image sensor 50 receives an image from the light passing through the movable parts 34a and 34b. Information is collected, and the collected image information may be output to the outside through the substrate 52 .
  • An IR filter 4 may be installed on an optical path between the camera actuator 3 and the image sensor unit 5 .
  • the IR filter 4 filters a specific wavelength, preferably an infrared wavelength, included in the incident light, and functions so that the infrared wavelength filtered light can be projected onto the image sensor module 5 .
  • the figure illustrates that the IR filter 4 is disposed between the camera actuator 3 and the image sensor module 5, it is not limited thereto.
  • image sensor unit 20 reflective surface
  • movable part 34a first movable part
  • connection part 38 ball guide
  • vibration generator 340 carrier

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Abstract

자동초점조절 및 줌 기능을 구현하기 위한 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈이 개시된다. 본 발명에 따른 카메라 액추에이터는, 하우징과, 하우징에 실장되며 제1 방향으로 연장되는 진동축 및 진동축에 제1 방향으로 진동을 가하는 진동 발생기로 구성된 구동부와, 구동부에 대응하여 구비되며 구동부 발생시킨 구동력으로 하우징 내에서 제1 방향으로 이동되는 가동부와, 진동축 상에서 제1 방향으로 이동되는 마찰 이동부 및 서로 대응되는 마찰 이동부와 가동부를 상호 연결하는 연결부를 포함하며, 연결부는 가동부와 마주하는 마찰 이동부의 측면부에 형성되는 돌기 또는 홈과, 돌기 또는 홈에 맞물리도록 가동부의 측면부에 형성되는 홈 또는 돌기로 구성되는 것을 요지로 한다.

Description

카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈
본 발명은 카메라 액추에이터에 관한 것으로, 특히 고배율의 줌(Zoom) 및 자동초점조절(Auto Focusing)을 구현하기 위해 광 굴절식 카메라 모듈(Folded zoom camera module)에 적용되는 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈에 관한 것이다.
종래 모바일에 탑재되는 카메라 모듈 대부분은, 복수의 렌즈들로 구성된 광학계를 광이 유입되는 방향인 광축 방향으로 이동시켜 줌 및 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 하기 때문에, 모바일의 두께를 더욱 얇게 구현하려는 최근의 슬림화 추세에서 시장의 요구를 충족시키기 어렵다는 구조적인 한계가 있다.
종래 이러한 문제를 해결하고자 렌즈의 각도, 크기, 이격된 간격, 초점 거리 등을 조정하여 광학계 자체의 크기를 축소시키려는 시도도 있었다. 그러나 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 외부에서 유입된 광을 90도로 반사시키는 반사계를 장착하고, 반사계에서 굴절된 광을 통과시키는 광학계를 모바일의 폭 또는 길이 방향으로 눕혀 광학계를 이루는 렌즈들 사이의 간격을 충분히 확보하며, 이를 통해 고배율의 광학줌을 구현하고 슬림화를 달성하기 위한 광 굴절식 카메라 모듈(Folded zoom camera module)이 제안되었다.
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 달성할 수 있다. 또한 렌즈들을 세로로 쌓는 기존 방식과 달리 잠망경 구조이기 때문에 기존 방식에 비해 모듈의 슬림화 측면에서도 매우 유리하다.
카메라의 줌 성능에 결정적인 영향을 미치는 핵심 요소에는 광학계를 구성하는 렌즈의 사양뿐 아니라, 광학계의 구동 범위도 포함된다. 광학계의 구동 범위가 클수록 향상된 줌 성능이 발휘될 수 있다. 종래 줌 렌즈가 탑재된 소형 카메라는 광학계의 구동 범위를 늘이기 위한 구동 매커니즘으로써 스탭핑 모터(Stepping Motor) 방식이 주로 사용된다.
그러나 종래 스탭핑 모터(Stepping Motor) 방식은 스탭핑 모터의 크기 때문에 소형 카메라의 전체적인 볼륨(Volume)이 커지는 문제가 있다. 다시 말해 스탭핑 모터의 자체 볼륨이 커서 이를 실장할 수 있을 만큼의 충분한 공간 확보가 필요한데, 이를 위해서는 소형 카메라의 전체적인 볼륨(Volume)을 키울 수 밖에 없기 때문이다.
이처럼 종래 광 굴절식 카메라 모듈에 광학계 구동장치로서 적용되는 스탭핑 모터 방식은 장치 소형화에 불리하다는 단점이 있다. 이에 종래 스탭핑 모터 방식의 대안으로서 최근 압전소자를 이용한 피에조(Piezo) 방식이 각광을 받고 있다. 피에조 방식은 압전소자에 고주파 펄스 전압을 가했을 때 발생되는 진동을 광학계 구동에 이용하는 원리로 이루어진다.
이러한 피에조 방식은 기존 스탭핑 방식의 모터에 비해 크기가 훨씬 작은 압전소자를 이용하므로, 전술한 스탭핑 방식에 비해 카메라 모듈의 소형화에 유리하다는 장점이 있다. 또한 구동력을 발생시키는 압전소자가 기존 스탭핑 방식의 모터에 비해 훨씬 가볍기 때문에 카메라 모듈의 전체적인 무게도 경감시킬 수 있다. 즉 제품의 경량화도 달성할 수 있다.
도 10은 카메라 모듈에 적용되는 피에조 방식 광학계 구동장치의 개략도이다.
도 10을 참조하면, 종래 피에조 방식의 광학계 구동장치(8)는, 압전소자(80) 및 그 일측에 고정되는 진동축(82)을 포함한다. 광학계를 구성하는 렌즈배럴(7)의 측면부에는 마찰부재(70)가 일체로 구성되되, 마찰부재(70)는 상기 진동축(82)의 외면 일부를 둘레 방향으로 감싸는 구조로 결합됨으로써, 진동축(82)과의 마찰력으로 진동축(82) 상에 고정되고, 진동축(82)이 진동하면 진동축(82)을 따라 이동한다.
이와 같은 종래 피에조 방식의 광학계 구동장치(8)는, 외부에서 인가된 고주파 펄스 전압으로 압전소자(80)가 빠르게 제1 방향으로 진동하면, 진동축(82) 역시 제1 방향(진동축의 축방향)으로 빠르게 신장과 수축을 반복하며 진동한다. 이때 진동축(82)이 신장하는 방향으로 빠르게 움직이고 수축하는 방향으로의 움직임이 느리면, 마찰부재(70) 및 렌즈배럴(7)은 진동축(82)이 수축하는 방향으로 움직인다.
진동축(82)이 빠르게 신장할 때에는 렌즈배럴(7)이 정지 상태를 계속 유지하려는 성질(정지 관성) 때문에 마찰부재(70) 및 렌즈배럴(7)은 이동하지 않지만, 상대적으로 움직임이 느린 진동축의 수축방향에 대해서는 마찰부재(70)와 진동축(82) 사이에 작용하는 마찰력에 의하여 마찰부재(70) 및 렌즈배럴(7)이 상기 진동축(82)이 수축되는 방향으로 함께 움직이기 때문이다.
이와 같은 구성에서 압전소자(80) 및 진동축(82)으로 이루어진 구동장치(8)는, 렌즈배럴(7)을 단순히 제1 방향으로 이동시키는 역할만을 수행한다. 때문에 후방의 이미지 센서(미도시)에 대한 렌즈배럴의 광축 정렬(Optical axis alignment)을 위해 하나 이상의 가이드 핀(9)이 요구된다. 이때 가이드 핀(9)은 광축 정렬과 함께 렌즈배럴의 제1 방향 선형 운동을 가이드하고 틸팅을 억제하는 역할도 한다.
그러나 가이드 핀(9)의 적용으로 구조가 복잡해지고, 복잡한 구조만큼이나 조립이 어려워 양산성이 떨어지는 문제가 있다. 특히 제품 제작에 있어 공차 관리가 엄격하게 요구되는 단점이 있다. 가이드 핀(9)과 진동축(82)의 평행 상태가 조금이라도 틀어지거나 진동축(82)이 휠 경우, 렌즈배럴(7)이 그 사이에 끼어 이동이 원활하지 못하거나 이동 불능 상태가 될 수 있기 때문이다.
특히나, 종래의 피에조 방식 광학계 구동장치는 모바일의 두께 방향으로 광학계를 움직이는 종래 카메라 액추에이터에 주로 적용이 검토되었을 뿐, 광 굴절식 카메라 모듈에서는 적용 사례가 거의 없어, 광 굴절식 카메라 모듈의 특성에 맞는 피에조 방식의 구동장치의 개발이 필요한 실정이다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 한국공개특허 제2008-0085571호(공개일 2008.09.24)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 종래 스탭핑 모터 방식에 비해 소형화 및 경량화에 유리한 피에조 방식이면서도, 진동축의 광축 방향 정렬 상태가 다소 틀어지거나 진동 시 진동축의 휨이 광학계의 이동성에 영향을 미치지 않는 카메라 액추에이터 및 이를 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈을 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,
하우징;
상기 하우징에 실장되며, 제1 방향을 따라 서로 독립적으로 구동되어 줌 및 자동초점조절을 구현하는 둘 이상의 가동부; 및
상기 하우징에 실장되며, 상기 가동부 각각을 제1 방향으로 구동시키기 위한 압전소자(Piezoelectric element)를 갖는 둘 이상의 구동부;를 포함하며,
상기 압전소자는 상기 가동부의 중심을 지나는 제1 방향 축선을 기준으로 대각선 방향으로 서로 대향 배치되고,
상기 제1 방향에 대해 상기 가동부가 구름운동을 할 수 있도록 지지하는 볼 가이드를 갖는 카메라 액추에이터를 제공한다.
또한, 상기 카메라 액추에이터는,
상기 압전소자와 연결된 진동축을 따라 제1 방향으로 이동되는 마찰 이동부; 및
상기 마찰 이동부와 상기 가동부를 상호 연결하는 연결부;를 더 포함할 수 있으며,
상기 연결부는, 상기 가동부와 마주하는 마찰 이동부의 측면부에 형성되는 돌기 또는 홈과, 상기 돌기 또는 홈에 맞물리도록 상기 가동부의 측면부에 형성되는 홈 또는 돌기로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터는 바람직하게,
하우징;
상기 하우징에 실장되며, 제1 방향으로 연장되는 진동축과 상기 진동축에 제1 방향으로 진동을 가하는 진동 발생기로 구성된 구동부;
상기 구동부 각각에 대응하여 구비되며, 상기 구동부가 발생시킨 구동력으로 하우징 내에서 제1 방향으로 이동되는 가동부;
상기 진동축 상에서 제1 방향으로 이동되는 마찰 이동부; 및
상기 마찰 이동부와 가동부를 상호 연결하는 연결부;를 포함하며,
상기 연결부는,
상기 가동부와 마주하는 마찰 이동부의 측면부에 형성되는 돌기 또는 홈과,
상기 돌기 또는 홈에 맞물리도록 상기 가동부의 측면부에 형성되는 홈 또는 돌기로 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 돌기는 자석(Magnet)일 수 있으며, 상기 홈의 일 측면에는 홈이 형성된 구간 안에서 상기 돌기의 제1 방향 움직임은 억제하고 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해서는 움직임을 허용하도록 상기 자석으로 구성된 돌기와의 사이에 인력을 발생시키는 자성체 재질의 박판이 부착될 수 있다.
바람직한 다른 예로서, 상기 돌기가 자성체 재질로 구성되고, 상기 홈의 일 측면에는 상기 자성체 재질의 돌기와 인력을 발생시켜 홈이 형성된 구간 안에서 상기 돌기의 제1 방향 움직임은 억제하고 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해서는 움직임을 허용하도록 박판형 자석(Magnet)이 부착될 수 있다.
바람직한 또 다른 예로서, 상기 홈의 일 측면에 홈이 형성된 구간 안에서 상기 돌기의 제1 방향 움직임은 억제하고 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해서는 움직임을 허용하도록 돌기에 탄성적으로 밀착되는 탄성수단이 설치될 수 있다.
이 경우 상기 탄성수단은, 상기 돌기의 일 측면이 대면하는 상기 홈의 다른 일 측면에 밀착되도록 상기 돌기에 탄성력을 가하는 판 스프링 또는 볼과 스프링으로 구성된 볼 플런저(Ball Plunger)일 수 있다.
또한 본 발명에 적용된 상기 구동부는 둘 이상 복수로 구성될 수 있으며, 상기 가동부는 둘 이상 복수의 상기 구동부 각각에 하나씩 대응되도록 둘 이상 복수로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 구동부는, 하우징의 제1 측벽에 인접하여 상기 하우징에 실장되며, 제1 방향으로 연장되는 진동축과 상기 진동축에 제1 방향으로 진동을 가하는 진동 발생기로 구성된 제1 구동부와, 상기 제1 측벽과 대향되는 제2 측벽에 인접하여 상기 하우징에 실장되며, 상기 제1 구동부와 구성은 동일하고 진동 발생기의 위치가 반대인 제2 구동부로 구성될 수 있으며, 상기 가동부는, 상기 제1 구동부가 발생시킨 구동력에 의해 상기 하우징 내에서 제1 방향으로 병진운동을 하는 제1 가동부와, 상기 하우징 내에 상기 제1 가동부와 제1 방향으로 직렬로 배치되며, 상기 제2 구동부가 발생시킨 구동력에 의해 상기 하우징 내에서 제1 방향으로 병진운동을 하는 제2 가동부로 구성될 수 있다.
이때, 둘 이상 복수의 가동부는 각각에 대응하여 구성되는 구동부에 의해 제1 방향으로 독립적으로 구동될 수 있다.
또한, 상기 하우징의 제1 측벽 및 대향부 제2 측벽 각각에 적어도 둘 이상의 홀 센서가 제1 방향으로 거리를 두고 정렬되고, 상기 제1 측벽과 대면하는 상기 제1 가동부의 측면 및 상기 제2 측벽과 대면하는 상기 제2 가동부의 측면에는 상기 홀 센서에 대응하여 홀 마그네트가 실장될 수 있다.
또한 상기 가동부는, 캐리어 및 상기 캐리어 상에 탑재되며 복수의 렌즈들로 구성된 렌즈군을 수용하는 렌즈배럴을 포함할 수 있다.
또한 상기 구동부의 진동 발생기는 압전소자(Piezoelectric element)를 포함하는 피에조 모터(Piezo motor)일 수 있다.
또한 상기 마찰 이동부는, 단면 모양이 호형 또는 각형인 그루브를 갖는 하부 마찰블록과, 상기 진동축을 사이에 두고 상기 하부 마찰블록 상부에서 결합되며, 단면 모양이 상기 그루브 형상과 동일하면서 그루브와는 상하 대칭인 상부 마찰클립으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터는 또한, 상기 하우징과 가동부 사이에서 상기 하우징에 대한 가동부의 제1 방향 병진운동을 가이드하는 볼 가이드;를 더 포함할 수 있다.
이 경우 상기 볼 가이드는 바람직하게, 상기 하우징의 바닥부 상면에 제1 방향을 따라 길게 배치되며 제1 방향으로 연속되는 제1 볼홈을 형성한 한 쌍의 볼 레일과, 상기 제1 볼홈에 대응되도록 상기 가동부의 하면의 일측과 대향부 타측에 형성되는 제2 볼홈과, 상호 마주하도록 대응되는 제1 볼홈과 제2 볼홈 사이에 개재되는 볼들로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 볼홈은 포켓타입으로 상기 가동부의 하면 일측과 대향부 타측 각각에 적어도 둘 이상이 독립된 공간 형태로 형성될 수 있다.
독립된 공간 형태로 형성된 각각의 제2 볼홈에 볼이 하나씩 개재될 수 있다.
또한 본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터에서, 상기 하우징은 자성체로 구성될 수 있으며, 상기 하우징의 바닥부의 상면과 대면하는 상기 가동부의 하면에는 자석(Magnet)이 실장될 수 있다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,
전술한 일 측면에 따른 카메라 액추에이터;
광의 진행방향을 기준으로 상기 카메라 액추에이터의 전방에 배치되며, 외부에서 입사된 광을 상기 카메라 액추에이터 방향으로 반사시키는 반사계; 및
광의 진행방향을 기준으로 상기 카메라 액추에이터 후방에 배치되며, 상기 카메라 액추에이터를 통과한 광을 수광하고 수광된 광으로부터 상응하는 이미지 정보를 생성하여 출력하는 이미지센서 유닛;을 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 카메라 액추에이터에 의하면, 조립 과정에서 진동축(또는 가동부)의 제1 방향 정렬 상태가 다소 틀어지거나, 진동축이 진동하는 과정에서 휨(Bending)이 발생하여 가동부와 마찰 이동부 사이의 간격에 변화가 생기더라도, 연결부에 의해 그 간격 변화에 대응을 할 수 있어서 가동부는 전혀 영향을 받지 않고 제1 방향으로 원활히 이동될 수 있다.
즉 진동축(또는 가동부)의 오정렬이나 진동축이 휨 등에 의한 가동부와 진동축 사이의 간격 불균일(가동부의 전체 이동범위(Stroke)에 걸쳐 둘 사이의 간격이 균일하게 유지되어야 하나 그렇지 못한 경우)이 가동부의 이동성에 영향을 미치는 종래 기술의 문제점(가동부가 제1 방향으로 원활히 이동되지 못하거나 이동 불능 상태가 되는 문제)이 분명하고 명확하게 해소될 수 있다.
또한, 종래 스탭핑 모터 방식에 비해 소형화 및 경량화에 유리한 피에조 방식으로, 구성이 단순하고 단순한 구성만큼이나 조립이 쉬워 제품의 양산성 측면에서도 이점이 있으며, 가동부 하면에 실장된 자석에 의해 가동부가 하우징 바닥부 측에 밀착된 상태로 볼 가이드를 통해 부드럽고 안정적인 직선운동을 함으로써, 광축 정렬(Align)을 위한 별도의 가이드 핀이 요구되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터의 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터의 결합 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 카메라 액추에이터를 위에서 바라본 평면도.
도 4는 마찰 이동부가 결합된 구동부의 사시도.
도 5는 마찰 이동부와 가동부가 연결된 부분(연결부)의 바람직한 실시 예를 도시한 도면.
도 6은 마찰 이동부와 가동부가 연결된 부분(연결부)의 바람직한 다른 몇 가지 실시 예를 도시한 도면.
도 7은 앞선 도 3에 도시된 카메라 액추에이터를 A-A선 방향에서 바라본 절 단면도.
도 8은 가동부를 구성하는 캐리어를 저면에서 바라본 사시도.
도 9는 본 발명의 다른 측면에 따른 광 굴절식 카메라 모듈의 개략도.
도 10은 종래 피에조 방식 광학계 구동장치의 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.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명을 설명함에 있어 설명의 편의를 위해 3축 방향 좌표계를 사용하여 설명하기로 한다.
참고로, 3축 방향 좌표계에서 X축은 본 발명의 액추에이터를 광(빛)이 통과하는 방향, 즉 광축 방향을 가리키는 것으로 이하에서는 상기 X축과 일치 또는 평행한 방향에 대하여 '제1 방향'이라는 용어를 사용하기로 한다. 그리고 Z 축은 상기 X축과 수직인 방향을 가리키며, Y축은 상기 Z축에 수직인 평면 상에서 상기 X축과 직교하는 방향으로서 이하에서는 상기 Y축과 일치 또는 평행한 방향에 대하여 '제2 방향'이라는 용어를 사용하기로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 외부에서 인가된 고주파 펄스 전압으로 압전소자가 발생시키는 진동을 이용하여 렌즈배럴(광학계)을 포함하는 가동부를 광축 방향에 대해 임의 거리 이동시킴으로써, 줌 인(Zoom in) 및 줌 아웃(Zoom out), 그리고 자동초점조절(Auto Focusing)을 구현하는 피에조 방식의 카메라 액추에이터를 제공한다.
이하 본 발명을 설명함에 있어서는, 하나의 카메라 액추에이터에 두 개의 가동부가 제1 방향으로 이격 배치되고, 두 개의 가동부 각각에 대응하여 구동부가 배치된 구성을 예로 들어 도시하여 설명하기로 한다. 물론 이는 본 발명을 설명하기 위한 바람직한 하나의 실시 예일뿐, 가동부 및 구동부의 개수가 도면의 예시된 형태로 한정됨을 의미하는 것은 아니다.
다시 말해 본 발명을 설명하기 위한 바람직한 하나의 실시 예로서, 이하에서는 하나의 카메라 액추에이터에 두 개의 가동부 및 구동부가 배치된 구성을 예로 들어 설명하지만, 가동부와 구동부가 두 쌍으로 한정되는 것은 아니다. 카메라의 요구 사양에 따라 가동부와 구동부의 개수는 얼마든지 달라질 수 있기 때문이다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터의 분해 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터의 결합 사시도이다. 그리고 도 3은 도 2에 도시된 카메라 액추에이터를 위에서 바라본 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 카메라 액추에이터(3)는 하우징(30)을 포함한다. 하우징(30)은 도면(도 1 및 도 2)에 도시된 바와 같이, 내측에 수용공간(부호 생략)이 형성되고 광의 이동방향(제1 방향)을 기준으로 일측과 대향부 타측이 개방되어 있으며, 제2 방향 양 측벽(302, 304)에 제1 방향으로 가늘고 긴 슬릿 형태의 개구(303, 305)가 각각 형성된 구성일 수 있다.
하우징(30)의 내측 바닥부 상면에는 후술하게 될 볼 가이드(38)의 볼 레일(380)이 형성된다. 또한 양 측벽(이하, 일측 측벽을 '제1 측벽(302)'이라 하고, 대향부 타측 측벽을 '제2 측벽(304)'이라 한다) 각각에 인접하여 상기 바닥부 상면에는 호형의 그루브(부호 생략)를 갖는 지지구(309)가 적어도 하나 이상씩 구비되되, 지지구(309)에는 후술할 진동축(320)이 안착된다.
도시하지 않은 상부 덮개가 상기 하우징(30) 상측에서 결합되며, 하우징(30)의 내부에는 구동부(32) 및 상기 구동부(32)가 발생시킨 구동력에 의해 하우징(30) 내에서 제1 방향을 따라 이동되는 가동부(34)가 설치된다. 이때 구동부(32)는 제1 방향으로 연장되는 진동축(320)을 포함한다. 또한 상기 진동축(320)에 제1 방향으로 진동을 가하는 진동 발생기(322)를 구비한다.
구동부(32)의 진동축(320)은 하우징(30) 내에 제1 방향으로 배치되되, 앞서 언급한 지지구(309)를 통해 하우징(30)의 바닥부로부터 부양된 상태로 지지된다. 진동축(320)은 단면 모양이 원형인 환봉이 바람직하나, 단면 모양이 각형인 막대형 구조도 상관은 없으며, 진동축(320)의 단면 모양에 따라 상기 지지구(309)의 그루브 모양도 달라질 수 있으므로 예시된 호형에 국한되는 것은 아니다.
지지구(309)의 상기 그루브에 상기 진동축(320)의 외면 일부가 둘레 방향으로 접하도록 안착되되, 진동축(320)이 진동할 때 상기 지지구(309)로부터 이탈되지 않도록 둘 사이(진동축(320)과 지지구(309) 사이)는 접착제로 상호 결합될 수 있다. 여기서 접착제로는 상기 진동 발생기(322)에 의해 제1 방향으로 신장 및 수축되는 진동축(320)의 피에조 거동을 허용할 수 있을 정도의 탄력을 갖는 연질의 에폭시가 사용될 수 있다.
도면의 예시와 같이, 가동부(34)가 2개이면 구동부(32)도 2개로 구성될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 2개의 가동부(34) 중 광의 이동 방향을 기준으로 상대적으로 앞서 위치하는 가동부를 '제1 가동부(34a)'라 하고, 상대적으로 뒤에 위치하는 가동부를 '제2 가동부(34b)'라 한다. 그리고 제1 가동부(34a)와 제2 가동부(34b) 각각에 대응되는 구동부를 '제1 구동부(32a)'와 '제2 구동부(32b)'로 구분하여 설명하기로 한다.
제1 구동부(32a)는 하우징(30)의 제1 측벽(302)에 인접하여 상기 하우징(30)의 내부에 설치될 수 있다. 제1 구동부(32a)는 제1 방향으로 연장되는 진동축(320)과 진동축(320)에 제1 방향으로 진동을 가하는 진동 발생기(322)로 구성될 수 있다. 그리고 제2 구동부(32b)는 제2 측벽(304)에 인접하여 하우징(30)의 내부에 설치되되, 제1 구동부(32a)와 구성은 동일하고 진동 발생기(322)의 위치가 반대일 수 있다.
즉 제1 구동부(32a)와 제2 구동부(32b) 각각의 진동 발생기(322)는 도 3의 평면도에 도시된 바와 같이, 두 가동부(34a, 34b)의 중심을 지나는 제1 방향 축선을 기준으로 대각선 방향으로 대향 배치될 수 있다. 이처럼 제1 구동부(32a)와 제2 구동부(32b) 각각의 진동 발생기(322)를 대각선 방향으로 대향되도록 배치하면, 제1 구동부(32a)와 제2 구동부(32b)의 상대적 이격 거리를 제한된 공간 안에서 최대로 확보할 수 있다.
제1 구동부(32a)와 제2 구동부(32b)의 진동 발생기(322)는 외부에서 인가된 고주파 펄스 전압에 의해 제1 방향에 대해 빠르게 진동하는 압전소자(Piezoelectric element)를 포함하는 피에조 모터(Piezo motor)일 수 있으며, 하우징(30)의 일측 모서리와 대각선 방향 타측 모서리에 하나씩 설치될 수 있다. 그리고 두 진동축(320)은 서로 평행하며, 제2 방향에 바라보았을 때 적어도 일부가 겹치는 구성일 수 있다.
제1 가동부(34a)는 상기 제1 구동부(32a)가 발생시킨 구동력에 의해 하우징(30) 내에서 볼 레일(380)을 따라 제1 방향으로 병진운동을 하며, 제2 가동부(34b)는 하우징(30) 내에서 제1 방향에 대해 상기 제1 가동부(34a)와 소정의 거리를 두고 이격 배치되며, 제2 구동부(32b)가 발생시킨 구동력에 의해 마찬가지로 상기 볼 레일(380)을 따라 하우징(30) 내에서 제1 방향으로 병진운동을 한다.
제1 구동부(32a)와 제1 가동부(34a), 그리고 제2 구동부(32b)와 제2 가동부(34b)는 후술하는 마찰 이동부(36) 및 연결부(37)를 통해 대응되는 구동부(32)와 가동부(34) 서로 간 상호 연동 가능하게 연결되며, 제1 구동부(32a)와 제2 구동부(32b)는 제어부, 예컨대 드라이브 IC(미도시)가 출력하는 개별 신호에 의해 독립적으로 구동된다. 이에 따라 제1 가동부(34a)와 제2 가동부(34b) 역시 해당 구동부(32)에 의해 제1 방향으로 독립적으로 구동될 수 있다.
제1 가동부(34a)와 제2 가동부(34b) 각각은 캐리어(340)를 포함한다. 또한 복수의 렌즈들로 구성된 렌즈군을 수용하는 렌즈배럴(342)을 구비한다. 렌즈배럴(342)은 상기 캐리어(340)에 탑재되어 캐리어(340)와 함께 움직이지만, 경우에 따라서는 렌즈배럴(342)에 캐리어(340)가 일체로 구성될 수도 있다. 이때 렌즈배럴(342)을 구성하는 상기 렌즈 각각은 동일하거나 상이한 초점 거리, 굴절률 등의 광학적 특성을 가질 수 있다.
앞서 언급한 마찰 이동부(36)는, 제1 구동부(32)와 제2 구동부(32b) 각각의 진동축(320) 상에서 해당 진동축(320)을 따라 제1 방향으로 이동되도록 구성된다. 그리고 마찰 이동부(36)는 연결부(37)를 통해 대응되는 가동부(34)에 연결된다. 이에 따라 진동축(320)이 진동하면, 마찰 이동부(36)가 해당 진동축(320)을 따라 이동되고, 그 결과 연결부(37)를 통해 마찰 이동부(36)와 연결된 가동부(34)가 제1 방향으로 움직이게 된다.
예를 들어, 외부에서 인가된 고주파 펄스 전압으로 제1 구동부(32a)의 진동 발생기(322)가 빠르게 제1 방향으로 진동하면, 해당 진동축(320) 역시 제1 방향(진동축(320)의 축방향)으로 빠르게 신장과 수축을 반복하며 진동한다. 이때 진동축(320)이 신장하는 방향으로 빠르게 움직이고 수축하는 방향으로의 움직임이 느리면, 마찰 이동부(36) 및 제1 가동부(34a)는 진동축(320)이 수축하는 방향으로 이동된다.
진동축(320)이 빠르게 신장할 때에는 정지 상태를 계속 유지하려는 성질(정지 관성) 때문에 마찰 이동부(36) 및 제1 가동부(34a)가 이동하지 않지만, 상대적으로 움직임이 느린 진동축(320)의 수축방향에 대해서는 마찰 이동부(36)와 진동축(320) 사이에 작용하는 마찰력에 의하여 마찰 이동부(36) 및 이와 연결된 제1 가동부(34a)가 상기 진동축(320)이 수축되는 방향으로 진동축(320)과 함께 움직이기 때문이다.
도 4는 마찰 이동부가 결합된 구동부를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 구동부(32)의 진동축(320)은 앞서도 언급 했듯이, 단면 모양이 원형인 환봉일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 마찰 이동부(36)는 단면 모양이 호형 또는 각형인 그루브(362)를 갖는 하부 마찰블록(360)과, 진동축(320)을 사이에 두고 상기 하부 마찰블록(360) 상부에서 결합되며 단면 모양이 상기 그루브(362)의 형상과 동일하면서 그루브(362)와는 상하 대칭인 상부 마찰클립(364)으로 구성될 수 있다.
그루브(362) 및 상부 마찰클립(364)의 형상은 진동축(320)의 외면 일부와 접촉하여 마찰면을 제공할 수 있는 단면 형상이라면 어떠한 형태든 상관 없다. 예를 들어 도 4와 같이, 그루브 및 상부 마찰클립(364)은 총 4개의 마찰면을 형성하도록 단면 모양이 4각형으로 구성될 수 있다. 이때 진동축(320)은 4개의 마찰면 모두에 접할 수도 있고, 세 면이나 두면 내지는 한 면에만 접할 수도 있다.
도 5는 마찰 이동부와 가동부가 연결된 부분(연결부)의 바람직한 실시 예를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 서로 대응되는 마찰 이동부(36)와 가동부(34)는 연결부(37)를 통해 상호 연결된다. 연결부(37)는 가동부(34)와 마주하는 마찰 이동부(36)의 측면부에 형성되는 돌기(370)와 돌기(370)에 맞물리도록 가동부(34)의 측면부에 형성되는 홈(372)으로 구성되거나, 반대로 도시하지는 않았으나 마찰 이동부(36)에 형성되는 홈과 가동부(34)에 형성되는 돌기로 구성될 수 있다.
연결부(37)를 구성하는 돌기(370)는 바람직하게 자석(Magnet)일 수 있으며, 홈(372)의 일 측면(제2 방향과 평행한 측면)에는 자성체 재질의 박판(371)이 부착될 수 있다. 이 경우 돌기(370)는 자석이고 박판(371)은 자성체이므로 둘 사이에는 인력(引力)이 작용하며, 때문에 돌기(370)가 홈(372)에 삽입된 상태에서 돌기(370)의 제1 방향 움직임은 억제되고, 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해서는 움직임이 허용된다.
이에 따라 조립 과정에서 진동축(320, 또는 가동부)의 제1 방향 정렬 상태가 다소 틀어지거나, 진동 발생기(322)에 의해 진동축(320)이 진동하는 과정에서 상기 진동축(320)에 휨(Bending)이 발생하여 가동부(34)와 마찰 이동부(36) 사이의 간격에 변화가 생기더라도, 연결부(37)가 제2 방향으로 이동되면서 그 간격 변화에 대응을 함으로써, 가동부(34)는 전혀 영향을 받지 않고 제1 방향으로 원활히 이동될 수 있다.
즉 진동축(320, 또는 가동부)의 오정렬이나 진동축(320)이 휨 등에 의한 가동부(34)와 진동축(320) 사이의 간격 불균일(가동부의 전체 이동범위(Stroke)에 걸쳐 둘 사이의 간격이 균일하게 유지되어야 하나 그렇지 못한 경우)이 가동부(34)의 이동성에 영향을 미치는 종래 기술의 문제점(가동부가 광축 방향으로 원활히 이동되지 못하거나 이동 불능 상태가 되는 문제)이 분명하고 명확하게 해소될 수 있다.
경우에 따라서는 앞서 설명한 실시 예와는 반대로, 돌기(370)를 자성체 재질로 구성하고, 홈(372)의 일 측면(제2 방향과 평행한 측면)에 상기 자성체 재질의 돌기(370)와 인력을 발생시켜 홈(372)이 형성된 구간 안에서 상기 돌기(370)의 제1 방향 움직임은 억제하고 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해서는 움직임을 허용하도록 박판형 자석(Magnet, 미도시)을 부착시키는 변형도 있을 수 있다.
도 6은 마찰 이동부와 가동부가 연결된 부분(연결부)의 바람직한 다른 몇 가지 실시 예를 도시한 도면이다.
바람직한 다른 예로서 도 6과 같이, 연결부(37)를 구성하는 홈(372)의 일 측면(제2 방향과 평행한 측면)에는 이러한 홈(372)에 삽입된 돌기(370)에 탄성적으로 밀착되는 탄성수단(374)이 설치될 수도 있다.
이 경우 탄성수단(374)의 탄성으로 탄성수단(374)과 접하는 면 반대편에 위치한 돌기(370)의 면은 홈(372)의 다른 일 측면에 밀착된 상태로 유지되므로, 돌기(370)의 제1 방향 움직임은 억제되고 제2 방향 움직임만 허용된다.
탄성수단(374)은 바람직하게, 도 6의 (a)에 예시한 바와 같이 돌기(370)의 일 측면이 대면하는 상기 홈(372)의 다른 일 측면에 밀착되도록 홈(372) 내에서 상기 돌기(370)에 탄성력을 가하는 판 스프링(374a)일 수 있다. 경우에 따라서는 도 6의 (b)와 같이, 탄성수단(374)은 볼과 스프링으로 이루어진 볼 플런저(Ball Plunger, 374b) 형태로 제공될 수도 있다.
한편, 앞서 언급한 제1 측벽(302) 및 제2 측벽(304) 각각의 개구(303, 305)에는 적어도 둘 이상의 홀 센서(308)가 제1 방향으로 거리를 두고 정렬될 수 있다. 그리고 제1 측벽(302)과 대면하는 제1 가동부(34a)의 측면 및 제2 측벽(304)과 대면하는 제2 가동부(34b)의 측면에는 상기 홀 센서(308)들에 대응하여 홀 마그네트(344)가 실장될 수 있다(도 1 내지 도 2 참조).
홀 센서(308)들은 홀 효과(Hall effect)를 이용하여 홀 마그네트(344)의 위치를 검출하고 상응하는 신호를 발생시켜 드라이브 IC(미도시)에 출력하며, 드라이브 IC는 상기 홀 센서(308)의 신호로부터 하우징(30) 내 제1 가동부(34a) 및 제2 가동부(34b)의 제1 방향 위치를 인식한다. 그리고 인식된 위치값으로부터 제1 구동부(32a)와 제2 구동부(32b)에 대한 제어값을 결정한다.
즉 드라이브 IC가 제1 가동부(34a) 및 제2 가동부(34b)의 정확한 제1 방향 위치를 상기 홀 센서(308)들이 출력하는 신호로부터 인식하고, 인식된 위치 정보를 바탕으로 제1 구동부(32a) 및 제2 구동부(32b)의 제어값을 결정하며, 그 결정된 제어값을 바탕으로 제1 구동부(32a) 및 제2 구동부(32b)를 통해 제1 가동부(34a)와 제2 가동부(34b)의 제1 방향 위치를 독립적으로 피드백(Feed Back) 제어함으로써 줌 및 자동초점조절이 구현되는 것이다.
도 7은 앞선 도 3에 도시된 카메라 액추에이터를 A-A선 방향에서 바라본 절 단면도이다.
도 7과 앞선 도 1 내지 도 2를 함께 참조하면, 하우징(30)과 제1 가동부(34a) 및 제2 가동부(34b) 사이에는 볼 가이드(38)가 설치될 수 있다. 볼 가이드(38)는 제1 가동부(34a) 및 제2 가동부(34b)를 광축 정렬시키는 역할과 함께, 하우징(30)과 제1, 제2 가동부(34a, 34b) 사이에서 하우징(30)에 대한 상기 제1, 제2 가동부(34a, 34b)의 제1 방향 독립적인 직선운동(병진운동)이 안정적으로 구현될 수 있도록 가이드 한다.
볼 가이드(38)는 바람직하게, 하우징(30)의 바닥부 상면에 제1 방향을 따라 길게 배치되며 상면부에 제1 방향으로 연속되는 제1 볼홈(382)을 갖는 평행한 한 쌍의 볼 레일(380)과, 기 제1 볼홈(382)에 대응되도록 제1, 제2 가동부(34a, 34b) 각각의 하면 일측과 대향부 타측에 형성되는 제2 볼홈(384), 그리고 상호 마주하도록 대응되는 제1 볼홈(382)과 제2 볼홈(384) 사이에 개재되는 볼들(383)로 구성될 수 있다.
제2 볼홈(384)은 가동부(34), 좀 더 구체적으로는 캐리어(340)를 저면에서 바라본 도 8의 도시와 같이, 포켓타입으로 제1, 제2 가동부(34a, 34b) 각각의 캐리어(340) 하면 일측과 대향부 타측 각각에 적어도 둘 이상이 독립된 공간 형태로 형성될 수 있다. 이처럼 독립된 공간 형태로 형성된 각각의 제2 볼홈(384)에 볼이 하나씩 개재됨으로써, 가동부(34)가 움직일 때 이웃하는 볼(383) 간 간섭이나 마찰이 방지될 수 있다.
여기서, 가동부(34), 구체적으로는 캐리어(340)와 하우징(30) 사이의 제조 공차에 따른 조립성과 구동성을 고려하여, 평행한 한 쌍의 볼 레일(380) 중 하나는 제1 방향으로 연속되는 제1 볼홈(382)을 V홈으로 구성하고, 다른 하나는 제1 볼홈(382)을 U홈으로 구성하는 것이 바람직하다.
각각의 볼(383)은 일부가 제1 볼홈(382)에 수용되는 형태로 배치되고, 다른 일부는 제2 볼홈(384)에 수용되는 형태로 배치될 수 있으며, 이에 따라 가동부(34)의 제1 방향 직선운동으로 제1 볼홈(382)에 대해 제2 볼홈(384)이 상대 운동을 할 때 이들 볼홈(382, 384) 사이에서 볼이 구름운동을 함으로써 하우징(30) 내에서 가동부(34)의 제1 방향 직선운동이 부드럽고 안정적으로 이루어질 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 하우징(30)의 바닥부의 상면과 대면하는 제1, 제2 가동부(34a, 34b) 각각의 하면에는 자석(Magnet, 341)이 실장되며, 하우징(30)은 전체 또는 일부(바닥부)가 자성체로 구성될 될 수 있다. 이 경우 하우징(30) 바닥부와 자석 간 인력에 의해 제1, 제2 가동부(34a, 34b)가 상기 볼 가이드(38)를 사이에 두고 하우징(30) 바닥부 측에 밀착된 상태로 움직이므로, 이동 중 가동부(34)의 들뜸이나 틸트가 방지된다.
미설명 도면 부호 39은 고정 광학유닛을 가리킨다(도 1 내지 도 3 참조). 이러한 고정 광학유닛(39)은 도면(도 1 내지 도 3)의 예시와 같이 광이 유입되는 상기 하우징(30)의 일측 개구부에 배치될 수 있으며, 복수의 렌즈들로 구성된 렌즈군을 수용하는 렌즈배럴을 포함할 수 있다. 이때 상기 렌즈 각각은 동일하거나 상이한 초점 거리, 굴절률 등의 광학적 특성을 가질 수 있다.
스탭핑 모터(Stepping Motor) 방식 대안으로 개발된 종래 피에조 방식 카메라 액추에이터는, 가이드 핀에 대한 진동축의 평행 상태가 조금이라도 틀어지거나 진동 과정에서 진동축이 조금이라도 휠 경우, 광학계를 포함하는 가동부가 가이드 핀과 진동축 사이에 끼어 이동이 원활하지 못하거나 이동 불능이 발생할 수 있다.
반면, 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 액추에이터는, 조립 과정에서 진동축(또는 가동부)의 제1 방향 정렬 상태가 다소 틀어지거나, 진동축이 진동하는 과정에서 휨(Bending)이 발생하여 가동부와 마찰 이동부 사이의 간격에 변화가 생기더라도, 연결부에 의해 그 간격 변화에 대응을 할 수 있어서 가동부는 전혀 영향을 받지 않고 제1 방향으로 원활히 이동될 수 있다.
즉 진동축(또는 가동부)의 오정렬이나 진동축이 휨 등에 의한 가동부와 진동축 사이의 간격 불균일(가동부의 전체 이동범위(Stroke)에 걸쳐 둘 사이의 간격이 균일하게 유지되어야 하나 그렇지 못한 경우)이 가동부의 이동성에 영향을 미치는 종래 기술의 문제점(가동부가 제1 방향으로 원활히 이동되지 못하거나 이동 불능 상태가 되는 문제)이 분명하고 명확하게 해소될 수 있다.
또한, 종래 스탭핑 모터 방식에 비해 소형화 및 경량화에 유리한 피에조 방식으로, 구성이 단순하고 단순한 구성만큼이나 조립이 쉬워 제품의 양산성 측면에서도 이점이 있으며, 가동부 하면에 실장된 자석에 의해 가동부가 하우징 바닥부 측에 밀착된 상태로 볼 가이드를 통해 부드럽고 안정적인 직선운동을 함으로써, 광축 정렬(Align)을 위한 별도의 가이드 핀이 요구되지 않는다.
한편, 도 9는 전술한 일 측면에 따른 카메라 액추에이터를 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈의 개략도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 측면에 따른 광 굴절식 카메라 모듈은 크게, 반사계(2)와 카메라 액추에이터(3), 그리고 이미지센서 유닛(5)으로 구성된다. 카메라 액추에이터(3)는 전술한 일 측면에 따른 카메라 액추에이터(3)일 수 있으며, 반사계(2)는 광의 진행방향을 기준으로 상기 카메라 액추에이터의 전방에 배치되어 외부에서 입사된 광을 카메라 액추에이터(3) 방향으로 반사시킨다.
반사계(2)는 외부에서 입사된 광을 반사키는 반사면(20)이 특정 각도, 바람직하게는 45도 각도로 기울어진 거울 또는 프리즘(Prism)일 수 있으며, 카메라 액추에이터(3)는 이를 구성하는 둘 이상 복수의 가동부(34a, 34b)가 각각에 대응하여 구성되는 구동부에 의해 제1 방향에 대해 개별 작동되도록 구성될 수 있다.
이처럼 둘 이상 복수의 가동부(34a, 34b)가 개별 작동되면, 폭 넓은 범위에 걸쳐 줌 인(Zoom in) 및 줌 아웃(Zoom out)이 구현되므로 보다 정교하고 세밀하면서도 고배율의 줌 성능이 발휘될 수 있다.
이미지센서 유닛(5)은 카메라 액추에이터(3)의 가동부를 통과한 광을 수광하고, 수광된 광에 상응하는 이미지 정보를 출력한다. 이러한 이미지센서 유닛(5)은 기판(52) 및 기판(52) 상에 실장되는 이미지센서(50)로 구성되되, 여기서 이미지센서(50)가 상기 가동부(34a, 34b)를 통과한 광으로부터 이미지 정보를 수집하며, 수집된 이미지 정보는 기판(52)을 통해 외부로 출력될 수 있다.
카메라 액추에이터(3)와 이미지센서 유닛(5) 중간의 광경로 상에는 IR 필터(4)가 설치될 수 있다. IR 필터(4)는 입사광에 포함된 특정 파장, 바람직하게는 적외선 파장을 필터링하고, 적외선 파장이 필터링 된 광이 이미지센서 모듈(5)에 투영될 수 있도록 기능한다. 도면에는 카메라 액추에이터(3)와 이미지센서 모듈(5) 사이에 IR 필터(4)가 배치된 것을 예시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.
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 :반사계
3 : 카메라 액추에이터 4 : IR 필터
5 : 이미지센서 유닛 20 : 반사면
30 : 하우징 32 : 구동부
32a : 제1 구동부 32b : 제2 구동부
34 : 가동부 34a : 제1 가동부
34b : 제2 가동부 36 : 마찰 이동부
37 : 연결부 38 : 볼 가이드
39 : 고정 광학유닛 50 : 이미지센서
52 : 기판 302, 304 : 하우징의 측벽
303, 305 : 개구 308 : 홀 센서
309 : 지지구 320 : 진동축
322 : 진동 발생기 340 : 캐리어
341 : 자석 342 : 렌즈배럴
344 : 홀 마그네트 370 : 돌기
371 : 박판 372 : 홈
374 : 탄성수단 374a : 판 스프링
374b : 볼 플런저 380 :볼 레일
382 : 제1 볼홈 383 : 볼
384 : 제2 볼홈

Claims (19)

  1. 하우징;
    상기 하우징에 실장되며, 제1 방향을 따라 서로 독립적으로 구동되어 줌 및 자동초점조절을 구현하는 둘 이상의 가동부; 및
    상기 하우징에 실장되며, 상기 가동부 각각을 제1 방향으로 구동시키기 위한 압전소자(Piezoelectric element)를 갖는 둘 이상의 구동부;를 포함하며,
    상기 압전소자는 상기 가동부의 중심을 지나는 제1 방향 축선을 기준으로 대각선 방향으로 서로 대향 배치되고,
    상기 제1 방향에 대해 상기 가동부가 구름운동을 할 수 있도록 지지하는 볼 가이드를 갖는 카메라 액추에이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전소자와 연결된 진동축을 따라 제1 방향으로 이동되는 마찰 이동부; 및
    상기 마찰 이동부와 상기 가동부를 상호 연결하는 연결부;를 더 포함하며,
    상기 연결부는,
    상기 가동부와 마주하는 마찰 이동부의 측면부에 형성되는 돌기 또는 홈과,
    상기 돌기 또는 홈에 맞물리도록 상기 가동부의 측면부에 형성되는 홈 또는 돌기로 구성되는 카메라 액추에이터.
  3. 하우징;
    상기 하우징에 실장되며, 제1 방향으로 연장되는 진동축과 상기 진동축에 제1 방향으로 진동을 가하는 진동 발생기로 구성된 구동부;
    상기 구동부에 대응하여 구비되며, 상기 구동부가 발생시킨 구동력으로 하우징 내에서 제1 방향으로 이동되는 가동부;
    상기 진동축 상에서 제1 방향으로 이동되는 마찰 이동부; 및
    상기 마찰 이동부와 가동부를 상호 연결하는 연결부;를 포함하며,
    상기 연결부는,
    상기 가동부와 마주하는 마찰 이동부의 측면부에 형성되는 돌기 또는 홈과,
    상기 돌기 또는 홈에 맞물리도록 상기 가동부의 측면부에 형성되는 홈 또는 돌기로 구성되는 카메라 액추에이터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 돌기는 자석(Magnet)이고,
    상기 홈의 일 측면에는 홈이 형성된 구간 안에서 상기 돌기의 제1 방향 움직임은 억제하고 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해서는 움직임을 허용하도록 상기 자석으로 구성된 돌기와 인력을 발생시키는 자성체 재질의 박판이 부착되는 카메라 액추에이터.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 돌기가 자성체 재질로 구성되고,
    상기 홈의 일 측면에는 상기 자성체 재질의 돌기와 인력을 발생시켜 홈이 형성된 구간 안에서 상기 돌기의 제1 방향 움직임은 억제하고 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해서는 움직임을 허용하도록 박판형 자석(Magnet)이 부착되는 카메라 액추에이터.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 홈의 일 측면에 홈이 형성된 구간 안에서 상기 돌기의 제1 방향 움직임은 억제하고 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 대해서는 움직임을 허용하도록 돌기에 탄성적으로 밀착되는 탄성수단이 설치되는 카메라 액추에이터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 탄성수단은,
    상기 돌기의 일 측면이 대면하는 상기 홈의 다른 일 측면에 밀착되도록 상기 돌기에 탄성력을 가하는 판 스프링 또는 볼과 스프링으로 구성된 볼 플런저(Ball Plunger)인 카메라 액추에이터.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동부는 둘 이상 복수로 구성되고,
    상기 가동부는 둘 이상 복수의 상기 구동부 각각에 하나씩 대응되도록 둘 이상 복수로 구성되는 카메라 액추에이터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    하우징의 제1 측벽에 인접하여 상기 하우징에 실장되며, 제1 방향으로 연장되는 진동축과 상기 진동축에 제1 방향으로 진동을 가하는 진동 발생기로 구성된 제1 구동부와,
    상기 제1 측벽과 대향되는 제2 측벽에 인접하여 상기 하우징에 실장되며, 상기 제1 구동부와 구성은 동일하고 진동 발생기의 위치가 반대인 제2 구동부로 구성되며,
    상기 가동부는,
    상기 제1 구동부가 발생시킨 구동력에 의해 상기 하우징 내에서 제1 방향으로 병진운동을 하는 제1 가동부와,
    상기 하우징 내에서 상기 제1 가동부와 제1 방향에 동축 정렬되며, 상기 제2 구동부가 발생시킨 구동력에 의해 상기 하우징 내에서 제1 방향으로 병진운동을 하는 제2 가동부로 구성되는 카메라 액추에이터.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 둘 이상 복수의 가동부는 각각에 대응되는 구동부에 의해 제1 방향으로 독립적으로 구동되는 카메라 액추에이터.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 하우징의 제1 측벽 및 대향부 제2 측벽 각각에 적어도 둘 이상의 홀 센서가 제1 방향으로 거리를 두고 정렬되며,
    상기 제1 측벽과 대면하는 상기 제1 가동부의 측면 및 상기 제2 측벽과 대면하는 상기 제2 가동부의 측면에는 상기 홀 센서에 대응하여 홀 마그네트가 실장되는 카메라 액추에이터.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 가동부는,
    캐리어 및
    상기 캐리어 상에 탑재되며 복수의 렌즈들로 구성된 렌즈군을 수용하는 렌즈배럴을 포함하는 카메라 액추에이터.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동부의 진동 발생기는 압전소자(Piezoelectric element)를 포함하는 피에조 모터(Piezo motor)인 카메라 액추에이터.
  14. 제 3 항에 있어서,
    상기 마찰 이동부는,
    단면 모양이 호형 또는 각형인 그루브를 갖는 하부 마찰블록과,
    상기 진동축을 사이에 두고 상기 하부 마찰블록 상부에서 결합되며, 단면 모양이 상기 그루브 형상과 동일하면서 그루브와는 상하 대칭인 상부 마찰클립으로 구성되는 카메라 액추에이터.
  15. 제 3 항에 있어서,
    상기 하우징과 가동부 사이에서 상기 하우징에 대한 가동부의 제1 방향 병진운동을 가이드하는 볼 가이드;를 더 포함하는 카메라 액추에이터.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 볼 가이드는,
    상기 하우징의 바닥부 상면에 상기 제1 방향을 따라 길게 배치되며 제1 방향으로 연속되는 제1 볼홈을 형성한 한 쌍의 볼 레일과,
    상기 제1 볼홈에 대응되도록 상기 가동부의 하면의 일측과 대향부 타측에 형성되는 제2 볼홈과,
    상호 마주하도록 대응되는 제1 볼홈과 제2 볼홈 사이에 개재되는 볼들로 구성되는 카메라 액추에이터.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제2 볼홈은 포켓타입으로 상기 가동부의 하면 일측과 대향부 타측 각각에 적어도 둘 이상이 독립된 공간 형태로 형성되며,
    독립된 공간 형태로 형성된 각각의 제2 볼홈에 볼이 하나씩 개재되는 카메라 액추에이터.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 하우징은 자성체로 구성되고,
    상기 하우징의 바닥부의 상면과 대면하는 상기 가동부의 하면에는 자석(Magnet)이 실장되는 카메라 액추에이터.
  19. 제 1 항 또는 제 3 항에 기재된 카메라 액추에이터;
    광의 진행방향을 기준으로 상기 카메라 액추에이터의 전방에 배치되며, 외부에서 입사된 광을 상기 카메라 액추에이터 방향으로 반사시키는 반사계; 및
    광의 진행방향을 기준으로 상기 카메라 액추에이터 후방에 배치되며, 상기 카메라 액추에이터를 통과한 광을 수광하고 수광된 광으로부터 상응하는 이미지 정보를 생성하여 출력하는 이미지센서 유닛;을 포함하는 광 굴절식 카메라 모듈.
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