KR101360260B1 - 렌즈 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라 렌즈 구동장치의 구조 개선을 통해 소형화되고 전력소비가 적은 카메라 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명의 렌즈 구동장치는 직사각형 형상의 영구자석 및 그와 대항하는 내측 요크를 사용함으로써, 구동장치 및 이를 포함하는 카메라 렌즈 모듈의 소형화와 자기 효율이 높은 자기회로 구현이 가능해 소비전력 감소 효과를 얻는다.

Description

렌즈 구동장치 {LENS DRIVING DEVICE}

본 발명은 전자기기에 장착되어 이미지를 촬상하기 위한 카메라 모듈에 관한 것으로 특히, 렌즈 홀더에 장착된 구동 코일과 요크에 위치한 영구자석을 상하로 배치함으로써 카메라 모듈의 소형화와 전력소비를 감소하기 위한 기술에 관한 것이다.

카메라 모듈은 전자 기기에 장착되어 이미지를 촬영하는 기능을 수행한다. 최근에는 대부분의 개인 휴대단말기에 카메라 모듈을 탑재하며, 휴대 단말기에 탑재되는 카메라 모듈은 자동초점 구동장치(Autofocus Actuator) 카메라 모듈이 사용된다.

이러한 자동초점 구동장치 카메라 모듈은 구동장치(Actuator)와 센서부를 포함하며, 상기 구동장치와 상기 센서부 사이에 개재하는 베이스를 포함하는 것이 일반적인 구조이다. 상기 구동장치는 렌즈 어셈블리를 상기 렌즈의 광축을 따라 상기 센서부의 기판 위에서 이동할 수 있게 해주며, 상기 센서부는 촬상소자인 CCD(charge coupled device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)와 같은 이미지 센서와 전자부품을 탑재한다.

카메라 모듈은 촬상소자를 채용하여 광신호를 전기신호로 바꾸어서 화상을 구현하며, 이미지 센서는 화소 어레이 및 광전 변환부를 포함한다. 여기서, 화소 어레이는 렌즈를 통과한 빛에 반응하여 전하를 축적하며, 광전 변환부는 수광소자로서 화소 어레이에 축적되어 있는 전하를 사용 가능한 전기적인 신호로 변환하는 역할을 한다.

구동장치는, 렌즈를 내부에 수용하는 렌즈 어셈블리를 유지하기 위해 원통형이며 구동 코일이 원통형의 주위에 부착된 렌즈 홀더, 구동코일과 대향하는 영구자석을 구비하고 베이스부재에 고정된 요크를 포함한다. 렌즈 홀더와 커버부재는 한 쌍의 판 스프링으로 연결되며, 판 스프링은 그 외주측 단부가 커버부재에 연결되고 그 내주측 단부는 렌즈 홀더의 상하부에 연결된다. 판 스프링은 요크에 렌즈 홀더를 광축 방향으로 변위가능하게 지지한다.

영구자석을 구비한 요크는 베이스부와 서로 고정되어 있기 때문에 베이스부에 대해서 이동하지 않는다. 따라서, 구동 코일에 전류를 흘렸을 때 요크에 부착된 영구자석과 렌즈 홀더에 고정된 구동 코일 사이에서 발생되는 전자기장에 의해 구동장치의 렌즈 홀더가 광축을 따라 상, 하부로 수직 이동한다. 이 때, 렌즈 홀더의 양측 단부에 위치하는 한 쌍의 판 스프링에 의해 렌즈 홀더와 이에 내장된 렌즈 어셈블리가 구동장치의 기울기에 영향받지 않고 광축을 따라 이동 가능하다. 또한, 커버부재와 렌즈 홀더를 연결하는 한 쌍의 판 스프링은 전자기장의 세기에 따라 이동 범위가 결정되는 렌즈 홀더의 과도한 이동을 방지하는 역할을 한다.

이와 같이 자동 초점조절은 베이스부에 고정된 요크에 설치된 영구자석과 렌즈 홀더에 고정된 구동 코일 사이에서 발생되는 전자기장에 의한 렌즈 홀더의 상, 하 구동에 의해 그 내부의 렌즈 어셈블리가 함께 광축을 따라 구동되기 때문에, 렌즈 어셈블리와 이미지센서 사이의 거리 조정에 의해 구현된다.

이러한 자동초점 구동장치 카메라 모듈은 개인용 휴대전화 기기의 소형화 정밀화 추세에 따라 소형화 및 저소비전력화 할 것이 요구되고 있으며, 특히 모듈의 핵심이 구동장치의 소형화 및 저소비전력화 필요성이 요구되고 있다. 이를 위해 영구자석과 내측 요크(Back yoke)를 모서리부에 설치(한국 공개특허 10-2009-0117613)하여 소형화를 시도하기도 한다. 그러나, 위와 같은 부분적인 변형만으로는 영구자석과 구동코일이 별도로 차지하는 공간의 한계를 벗어날 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 카메라 렌즈 구동장치의 구조 개선을 통해 소형화되고 전력소비가 적은 카메라 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 카메라 렌즈 구동장치의 요크부에 장착된 영구자석과 렌즈 홀더에 고정된 구동코일이 서로 상하부에 위치하도록 하여, 구동장치를 소형화하고 전력효율을 극대화할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 하나 이상의 렌즈를 내부에 수용하는 렌즈 어셈블리를 유지하는 통 형상을 가지며, 구동 코일이 상기 통 형상의 외측 주위 하부에 고정되어 위치하는 렌즈 홀더; 상기 구동코일 상부에 상기 렌즈 홀더 이동방향과 수직한 방향의 자극을 가지는 복수개의 영구자석이 고정될 수 있도록 내측 요크가 외측 요크 내부에 위치하여 그 사이에 공간을 형성하고, 상기 내측 요크는 상기 외측 요크와 분리 가능하며, 상기 외측 요크의 하부는 베이스 부재에 접하는 요크부; 및 상기 렌즈 홀더의 광축 방향 양측 단부에 내주측 단부가 위치하고, 상기 요크부에 외주측 단부가 위치하여, 상기 렌즈 홀더를 광축 방향으로 변위가능하게 지지하는 한 쌍의 판 스프링을 포함하는, 렌즈 구동장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 외측 요크는 상기 영구자석을 내벽에 구비하도록 4개의 사각형 평면이 광축 방향으로 4면에 벽을 형성하고, 상기 4면은 서로 이어져 사각기둥 형상을 가지며, 상기 사각형 평면에서 수직하게 상기 사각기둥 중심을 향해 연장되고 중앙에 개구부를 구비한 상부 덮개를 구비하는, 렌즈 구동장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 내측 요크는 상기 영구자석을 외벽에 구비하도록 4개의 사각형 평면이 광축 방향으로 4면에 벽을 형성하고, 상기 사각형 평면에서 수직하게 외부로 연장된 연장부를 구비하는, 렌즈 구동장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 영구자석은 상기 공간의 상부에 위치하고, 상기 구동코일은 상기 공간의 하부에 위치하여, 상기 구동코일에 통전함으로써 상기 영구자석의 자계와 상기 구동코일에 흐르는 전류에 의한 자계와의 상호작용에 의해, 상기 렌즈 홀더를 광축 방향으로 위치조정하는, 렌즈 구동장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 내측 요크의 연장부는 상기 외측 요크에 접하는, 렌즈 구동장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 내측 요크의 연장부는 상기 영구자석의 상면 중앙부까지 연장되는, 렌즈 구동장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 내측 요크는, 상기 연장부가 서로 연결되어 8각형을 이루는, 렌즈 구동장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 내측 요크는, 상기 4개의 사각형 평면이 서로 연결되어 8각형을 이루는, 렌즈 구동장치를 제공한다.

본 발명의 렌즈 구동장치는 직사각형 형상의 영구자석 및 그와 대항하는 내측 요크를 사용함으로써, 구동장치 및 이를 포함하는 카메라 렌즈 모듈의 소형화와 자기 효율이 높은 자기회로 구현이 가능해 코일 저항을 낮추기 때문에 렌즈구동 장치에 소비되는 소비전력을 낮추는 효과를 얻는다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 렌즈 구동장치를 포함하는 카메라 모듈의 외형도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 렌즈 구동장치를 포함하는 카메라 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 렌즈 구동장치의 영구자석과 구동코일의 공간적 배치구조를 도시한 단면도이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 일 구현예에 따른 연장부가 서로 연결되어 8각형을 이루는 내측요크를 나타내는 사시도이다.
도 4의 (b)는 본 발명의 일 구현예에 따른 연장부 및 사각형 평면이 서로 연결되어 8각형을 이루는 내측요크를 나타내는 사시도이다.

이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 바람직한 실시예를 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 렌즈 구동장치를 포함하는 카메라 렌즈 모듈(1)의 외형도이다. 카메라 렌즈 모듈은 조립하였을 때 직육면체 형상을 가지며 구동장치, 베이스 부재 및 센서부를 포함한다. 상기 센서부는 상기 베이스 부재를 향한 면의 중심부에 촬상소자를 구비하며, 본 발명의 일 구현예에서 상기 촬상소자는 CCD(charge coupled device), CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등에서 선택될 수 있다. 상기 촬상소자가 위치하는 센서부의 상기 촬상소자가 위치하는 면에 대향하여 베이스 부재(30)가 위치한다. 본 발명의 카메라 모듈은 상기 베이스 부재를 사이에 두고 상기 센서부와 대향해 위치하며 광축을 따라 이동 가능한 렌즈 홀더를 구비하는 구동장치를 포함한다.

본 발명의 일 구현예에서 상기 렌즈 홀더(12)는 하나 이상의 렌즈를 내부에 수용하는 렌즈 어셈블리(11)를 유지하는 원통형을 가지며, 구동 코일(13)이 상기 원통형의 외측 주위 하부에 고정되어 위치한다. 상기 구동코일 상부에 상기 렌즈 홀더 이동방향과 수직한 방향의 자극을 가지는 복수개의 영구자석(15)이 고정될 수 있도록 내측 요크(20)가 외측 요크(10) 내부에 위치하여 그 사이에 공간을 형성하고, 상기 복수개의 영구자석은 상기 공간의 상부에 위치한다. 또한, 상기 내측 요크는 상기 외측 요크와 분리 가능하며, 상기 외측 요크의 하부는 베이스 부재(30)에 고정된다.

도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 렌즈 구동장치를 포함하는 카메라 모듈(1)의 분해 사시도이다. 도 2의 가장 상부에 원통 형상의 렌즈 어셈블리(11)가 도시되어 있으며, 상기 렌즈 어셈블리는 하나 이상의 렌즈를 내부에 수용한다. 상기 원통 형상의 렌즈 어셈블리는 렌즈 홀더(12)에 고정되며 렌즈 홀더는 외측 주위 하부에 고정된 구동 코일(13)을 구비한다. 본 발명의 일 구현예에서 렌즈 홀더의 렌즈 어셈블리를 고정하는 내측 부위는 원통 형상이며 외측 부위에는 원통형상의 하부에 4개의 모서리부(14)를 구비해 다각형 고리 모양의 구동코일(13)이 장착된다. 상기 구동코일은 렌즈 홀더 외측 하부에 고정되고 상기 렌즈 어셈블리는 렌즈 홀더 내부에 고정되어 렌즈 홀더와 일체로 움직이게 된다. 또한, 상기 렌즈 홀더는 한 쌍의 판 스프링(16)을 통해 상기 요크부와 연결된다.

요크부는 외측 요크(10)와 내측 요크(20)를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에서 외측 요크는 상기 영구자석(15)을 내벽에 구비하도록 4개의 사각형 평면(100)이 광축 방향으로 4면에 벽을 형성하고, 상기 사각형 평면과 수직한 상부 덮개(300)를 구비한다. 상기 4면의 벽은 서로 이어져 사각기둥 형상을 가지며, 상기 상부 덮개는 사각형 평면에서 수직하게 상기 사각기둥 중심을 향해 연장되고 중앙에 개구부를 구비하여 카메라 렌즈 모듈의 하우징 기능을 겸한다. 또한, 상기 덮개 중앙부의 개구부를 통해 빛이 렌즈 어셈블리에 수용된 렌즈로 입사한다. 본 발명의 일 구현예에서 내측요크(20)는 상기 영구자석을 외벽에 구비하도록 4개의 사각형 평면이 광축 방향으로 4면에 벽을 형성하고, 상기 사각형 평면에서 수직하게 외부로 연장된 연장부(21)를 포함한다. 상기 외측 요크와 상기 내측 요크는 자성체 특성을 가지는 재질로 구성되며, 외측 요크와 내측 요크 사이에 플라스틱 재질로 된 커버부재(17)가 위치한다. 상기 커버부재는 외측 요크에 내측 요크를 정렬 및 고정하며, 충격방지 역할도 겸한다.

본 발명의 일 구현예에서 상기 내측요크의 영구자석을 외벽에 구비하는 사각형 평면에서 수직하게 외부로 연장된 연장부(21)는 플랜지 형상을 가지며, 상기 연장부는 영구자석의 상면을 감싸면서 외측 요크에 접한다. 이는 요크가 가지는 자기 회로의 기능을 극대화하기 위한 구성이다. 본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 연장부는 영구자석의 상면을 감싸면서 외측 요크와 일정한 간격을 가진다. 내측 요크가 외측 요크와 자기 회로상 연결되지 않아도 자기회로의 기능을 하기 때문이다. 상기 일정한 간격을 가지는 내측 요크는 영구자석의 상면을 감싸는 부분이 상기 영구자석의 상면 중앙 부위까지 감싸는 것을 포함한다.

상기 영구자석은 렌즈 홀더의 이동방향과 수직한 방향으로 자극을 가지고, 따라서 상기 영구자석의 상면 중앙부위까지 감싸는 내측 요크는 영구자석의 2개 자극 중 1개 자극인 N 또는 S극 상면 부위에만 접하게 된다. 내측 요크는 커버부재를 사이에 두고 외측 요크에 조립되어 요크부를 형성하며 상기 내측 요크의 외벽과 상기 외측 요크의 내벽은 영구자석이 위치할 수 있는 공간을 형성한다.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 영구자석은 상기 공간의 상부에 위치하고, 상기 구동코일은 상기 공간의 하부에 위치하여 상기 영구자석과 공간적으로 상하로 배치되어, 상기 구동코일에 통전함으로써 상기 영구자석의 자계와 상기 구동코일에 흐르는 전류에 의한 자계와의 상호작용에 의해, 상기 렌즈 홀더를 광축 방향으로 이동시키면서 위치조정가능하며, 상기 이동범위는 상기 렌즈 홀더를 지지하는 한 쌍의 스프링(16)에 의해 일정 범위로 제한된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 한 쌍의 스프링은 상기 렌즈 홀더의 광축 방향 양측 단부에 내주측 단부가 위치하고, 상기 요크부에 외주측 단부가 위치하여, 상기 렌즈 홀더를 상기 베이스 부재에 고정된 요크부에 대해 광축 방향으로 변위가능하게 지지하는 한 쌍의 판 스프링이다.

베이스 부재는 렌즈 구동장치 하부에 위치하며 상기 요크부와 서로 고정상태로 접하며, 본 발명의 일 구현예에서 상기 베이스 부재는 적외선 필터를 구비하며 이미지 센서를 구비한 센서부 상부에 위치한다.

도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 렌즈 구동장치의 영구자석과 구동코일의 공간적 배치구조를 도시한 단면도이다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 내측 요크는 상기 영구자석을 구비하는 평면이 광축 방향으로 영구자석보다 길게 연장되어서, 상기 내측 요크가 외측 요크와 형성하는 공간의 하부에 상기 렌즈 홀더에 고정된 구동 코일이 위치한다. 상기 렌즈 홀더가 상하 이동을 하므로, 상기 내측 요크의 영구자석을 구비하는 평면에서 연장된 하단부(200)는 렌즈 홀더가 상방향으로 이동할 때 렌즈 홀더 하부의 구동 코일이 위치한 부위의 안쪽과 접촉하여 상방향 이동의 한계지점을 정하게 된다.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 내측 요크와 외측 요크가 형성하는 공간의 상부에 위치하는 영구자석은 광축과 수직된 방향으로 배치되고, 그 자기장은 자기회로 역할을 하는 요크를 통해 상기 공간의 하부에 위치하는 구동코일이 위치하는 공간으로 효율적으로 전달된다. 이와 같이 영구자석과 구동코일을 상하부에 위치하도록 함으로써 자기장을 효율적으로 전달하고, 외곽 사이즈의 소형화 구현을 통한 모듈의 소형화가 가능하다.

도 4의 (a)는 본 발명의 일 구현예에 따른 연장부가 서로 연결되어 8각형을 이루는 내측요크를 나타내는 사시도이고, 도 4의 (b)는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 연장부 및 사각형 평면이 서로 연결되어 8각형을 이루는 내측요크를 나타내는 사시도이다. (a)의 구조는 연장부가 서로 연결되도록 연장되어 연결부(22)를 이루고, 평면형상의 영구자석과 접하는 평면부위만 하부로 확장되어 영구자석이 존재하지 않는 공간에는 내측요크의 대응하는 위치가 빈 공간이다. 또한, (b)의 구조는 상기 평면부위가 서로 연결되어 상기 영구자석이 존재하지 않는 부위에도 평면과 평면을 연결하는 평면(23)이 배치된다. 이러한 내측요크의 구조는 카메라 렌즈 모듈의 소형화를 위해 선택적으로 채택 가능하다.

본 발명은 특정한 실시예와 관련하여 도시되고 설명되었지만, 이하의 특허 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀둔다.

1. 카메라 렌즈 모듈 10. 외측 요크
11. 렌즈 어셈블리 12. 렌즈 홀더
13. 구동 코일 14. 모서리부
15. 영구자석 16. 판 스프링
17. 커버부재 20. 내측 요크
21. 연장부 22. 내측 요크 연장부의 연결부
23. 내측 요크 평면과 평면을 연결하는 평면
100. 사각형 평면 200. 내측 요크 연장 하단부
300. 외측 요크 상부 덮개

Claims (8)

1. 하나 이상의 렌즈를 내부에 수용하는 렌즈 어셈블리를 유지하는 통 형상을 가지며, 구동 코일이 상기 통 형상의 외측 주위 하부에 고정되어 위치하는 렌즈 홀더;
   상기 구동코일 상부에 상기 렌즈 홀더 이동방향과 수직한 방향의 자극을 가지는 복수개의 영구자석이 고정될 수 있도록 내측 요크가 외측 요크 내부에 위치하여 그 사이에 공간을 형성하고, 상기 내측 요크는 상기 외측 요크와 분리 가능하며, 상기 외측 요크의 하부는 베이스 부재에 접하는 요크부; 및
   상기 렌즈 홀더의 광축 방향 양측 단부에 내주측 단부가 위치하고, 상기 요크부에 외주측 단부가 위치하여, 상기 렌즈 홀더를 광축 방향으로 변위가능하게 지지하는 한 쌍의 판 스프링을 포함하고,
   상기 내측 요크는 상기 영구자석을 외벽에 구비하도록 4개의 사각형 평면이 광축 방향으로 4면에 벽을 형성하고, 상기 사각형 평면에서 수직하게 외부로 연장된 연장부를 구비하고,
   상기 내측 요크의 연장부는 상기 영구자석의 상면 중앙부까지 연장되는,
   렌즈 구동장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 외측 요크는 상기 영구자석을 내벽에 구비하도록 4개의 사각형 평면이 광축 방향으로 4면에 벽을 형성하고, 상기 4면은 서로 이어져 사각기둥 형상을 가지며, 상기 사각형 평면에서 수직하게 상기 사각기둥 중심을 향해 연장되고 중앙에 개구부를 구비한 상부 덮개를 구비하는,
   렌즈 구동장치.
   
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 영구자석은 상기 공간의 상부에 위치하고,
   상기 구동코일은 상기 공간의 하부에 위치하여,
   상기 구동코일에 통전함으로써 상기 영구자석의 자계와 상기 구동코일에 흐르는 전류에 의한 자계와의 상호작용에 의해, 상기 렌즈 홀더를 광축 방향으로 위치조정하는,
   렌즈 구동장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 내측 요크의 연장부는 상기 외측 요크에 접하는,
   렌즈 구동장치.
   
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 내측 요크는, 상기 연장부가 서로 연결되어 8각형을 이루는,
   렌즈 구동장치.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 내측 요크는, 상기 4개의 사각형 평면이 서로 연결되어 8각형을 이루는,
   렌즈 구동장치.
   

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