KR101465986B1 - 렌즈 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라 렌즈 구동장치의 요크 구조 개선을 통해 누설 자속을 최소화한 카메라 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명의 렌즈 구동장치는 하나 이상의 렌즈를 내부에 수용하는 렌즈 어셈블리를 유지하는 통 형상을 가지며, 구동 코일이 상기 통 형상의 외주를 감싸며 위치하는 렌즈 홀더; 상기 구동코일과 대향하는 외측 요크의 내벽에 복수개의 영구자석이 고정되고, 상기 영구자석 하부에 외측 요크의 내벽과 접하여 복수개의 하부 요크가 위치하고, 상기 하부 요크는 상기 외측 요크와 분리 가능하며, 상기 외측 요크의 하부는 베이스부에 접하는 요크부; 및 상기 렌즈 홀더의 광축 방향 상측 단부에 내주측 단부가 위치하고 상기 요크부에 외주측 단부가 위치하는 상부 스프링, 및 상기 렌즈 홀더의 광축 방향 하측 단부에 내주측 단부가 위치하고 상기 베이스부에 외주측 단부가 위치하는 하부 스프링으로 구성되어, 상기 렌즈 홀더를 광축 방향으로 변위 가능하게 지지하는 한 쌍의 판 스프링을 포함하여, 렌즈 구동장치 및 이를 포함하는 카메라 렌즈 모듈의 소형화와 자기 효율이 높은 자기회로 구현이 가능해 소비전력 감소 효과를 얻는다.

Description

렌즈 구동장치{LENS DRIVE DEVICE}

본 발명은 전자기기에 장착되어 이미지를 촬상하기 위한 카메라 모듈의 렌즈 구동장치에 관한 것으로 특히, 외측 요크 하부와 수직방향을 가지는 하부 요크를 추가로 구비하여 종래 요크 구조 하부에서 발생되는 누설 자속을 감소시키는 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 베이스부를 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 베이스부에 고정된 요크부를 포함한다. 렌즈 홀더와 요크부 및 렌즈 홀더와 베이스부는 각각 하나의 판 스프링으로 연결되며, 상기 각각 하나의 판 스프링은 그 외주측 단부가 각각 고정된 부위인 요크부의 커버부재와 베이스부에 연결되고 그 내주측 단부는 렌즈 홀더의 상, 하부에 연결된다. 판 스프링은 고정부인 요크부 및 베이스부에 렌즈 홀더를 광축 방향으로 변위가능하게 지지한다.

영구자석을 구비한 요크부는 베이스부와 서로 고정되어 있기 때문에 베이스부에 대해서 이동하지 않는다. 따라서, 구동 코일에 전류를 흘렸을 때 요크부에 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, 상기 한 쌍의 판 스프링은 전자기장의 세기에 따라 이동 범위가 결정되는 렌즈 홀더의 과도한 이동을 방지하는 역할을 한다.

이와 같이 자동 초점조절은 베이스부에 고정된 요크부에 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 및 정밀화 추세에 따라 소형화 및 저소비전력화 할 것이 요구되고 있으며, 특히 영구자석의 소형화에 따른 누설자속을 감소시킬 것이 요구되고 있다. 이를 위해 영구자석과 내측 요크(Back yoke)를 모서리부에 설치(한국 공개특허 10-2009-0117613)하기도 한다. 그러나, 위와 같은 부분적인 변형만으로는 모듈 소형화나 누설자속 감소에 한계가 있다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 카메라 렌즈 구동장치의 요크 구조 개선을 통해 누설 자속을 최소화한 카메라 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 카메라 렌즈 구동장치의 요크부에 장착된 영구자석의 하부에 하부 요크를 구비하고 렌즈 홀더에 고정된 구동코일과 대향하게 위치하도록 하여, 하부 요크를 포함하는 전체 요크부가 누설자속을 최소화할 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 외주를 감싸며 위치하는 렌즈 홀더; 상기 구동코일과 대향하는 외측 요크의 내벽에 복수개의 영구자석이 고정되고, 상기 영구자석 하부에 외측 요크의 내벽과 접하여 복수개의 하부 요크가 위치하고, 상기 하부 요크는 상기 외측 요크와 분리 가능하며, 상기 외측 요크의 하부는 베이스부에 접하는 요크부; 및 상기 렌즈 홀더의 광축 방향 상측 단부에 내주측 단부가 위치하고 상기 요크부에 외주측 단부가 위치하는 상부 스프링, 및 상기 렌즈 홀더의 광축 방향 하측 단부에 내주측 단부가 위치하고 상기 베이스부에 외주측 단부가 위치하는 하부 스프링으로 구성되어, 상기 렌즈 홀더를 광축 방향으로 변위 가능하게 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 영구자석은 상기 외측 요크에 접하여 상기 하부 요크 상부에 위치하고, 상기 구동코일은 상기 영구자석과 마주보는 위치의 렌즈 홀더 외주면에 위치하여, 상기 구동코일에 통전함으로써 상기 영구자석의 자계와 상기 구동코일에 흐르는 전류에 의한 자계와의 상호작용에 의해, 상기 렌즈 홀더를 광축 방향으로 위치 조정하는, 렌즈 구동장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 복수개의 영구자석은 2개이며, 서로 마주보는 외측 요크의 두 내벽과 접하여 위치하는, 렌즈 구동장치를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 복수개의 하부 요크는 2개이며, 서로 마주보는 외측 요크의 두 내벽과 접하여 위치하는, 렌즈 구동장치를 제공한다.

본 발명의 렌즈 구동장치는 영구자석의 하부에 위치하는 하부 요크를 사용함으로써, 누설 자속을 줄여 자기력을 상승시킬 수 있어 자기 효율이 높은 자기회로 구현이 가능해 렌즈구동 장치에 소비되는 소비전력을 낮추는 효과를 얻는다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 렌즈 구동장치의 외형도이다.
도 2a는 종래기술의 렌즈 구동장치의 분해 사시도이다.
도 2b는 본 발명의 일 구현예에 따른 렌즈 구동장치의 분해 사시도이다.
도 3a는 종래기술의 영구자석과 구동코일의 공간적 배치구조를 도시한 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 일 구현예에 따른 영구자석과 구동코일의 공간적 배치구조를 도시한 단면도이다.
도 4a는 종래기술에 따른 요크부 자속 흐름도이다.
도 4b는 본 발명의 일 구현예에 요크부 자속 흐름도이다.
도 5a는 종래기술에 따른 자기력의 측정값을 나타내는 결과이다.
도 5b는 본 발명의 일 구현예에 따른 자기력의 측정값을 나타내는 결과이다.

이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 바람직한 실시예를 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 렌즈 구동장치(1)의 외형도이다. 카메라용 렌즈 모듈은 조립하였을 때 직육면체 형상을 가지며 구동장치(1), 베이스부(30) 및 센서부(미 도시)를 포함한다. 상기 센서부는 상기 베이스부를 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 베이스부(30)가 위치한다. 본 발명의 렌즈구동장치는 상기 베이스부를 사이에 두고 상기 센서부와 대향해 위치하며 광축을 따라 이동 가능한 렌즈 홀더(12)를 구비한다.

도 2a는 종래 기술에 따른 렌즈 구동장치의 분해 사시도이며, 도 2b는 본 발명의 일 구현예에 따른 렌즈 구동장치(1)의 분해 사시도이다. 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 구동코일과 대향하는 위치에 복수개의 영구자석(15)이 고정될 수 있도록 하부 요크(20)가 외측 요크(10) 하부에 위치하여 요크부를 이루고, 상기 복수개의 영구자석은 외측 요크에 접하여 위치한다. 또한, 상기 하부 요크는 상기 외측 요크와 분리 가능하며, 상기 외측 요크의 하부는 베이스부(30)에 고정된다.

도 2a 및 도 2b의 중심부에 하나 이상의 렌즈를 렌즈를 내부에 수용하는 원통 형상의 렌즈 어셈블리가 고정된 렌즈 홀더(12)가 있으며, 상기 렌즈 홀더는 외주면에 고정된 구동 코일(13)을 구비한다. 본 발명의 일 구현예에서 렌즈 홀더의 렌즈 어셈블리를 고정하는 내측 부위는 원통 형상이며 외측 부위에는 원통형상의 외부에 4개의 모서리부(14)를 구비해 다각형 고리 모양의 구동코일(13)이 장착된다. 상기 구동코일은 렌즈 홀더 외주면에 고정되어 렌즈 홀더와 일체로 움직이게 된다. 또한, 상기 렌즈 홀더는 한 쌍의 판 스프링(16)을 통해 상기 요크부 및 베이스부와 연결된다.

요크부는 외측 요크(10)와 하부 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 상기 하부 요크(20)는 평판형으로 상기 영구자석의 하부에 위치하도록 4개의 사각형 평면이 상기 외측 요크의 사각형 평면 하부와 수직하게 접한다. 상기 외측 요크와 상기 하부 요크는 자성체 특성을 가지는 재질로 구성된다. 상기 하부 요크는 상기 외측 요크에 접하며, 상기 베이스부 상에 위치한다.

본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 영구자석은 상기 평면(100)이 광축 방향으로 형성한 4면의 벽 중, 서로 마주보는 2면의 벽에만 위치한다. 이는 렌즈 구동장치의 소형화와 경비절감을 가져오는 효과가 있다. 상기 2면의 벽에만 영구자석이 위치하는 경우, 그 2개의 영구자석의 하부에만 하부 요크가 존재한다. 따라서 영구자석과 하부요크가 각각 2개씩 배치되는 선택적 구조가 가능하다.

도 3a는 종래의 렌즈 구동장치의 영구자석과 구동코일의 공간 배치구조를 나타낸 단면도이고, 도 3b는 본 발명의 일 구현예에 따른 렌즈 구동장치의 영구자석과 구동코일의 공간 배치구조를 도시한 단면도이다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 하부 요크는 외측 요크 하부에 접하면서 상기 영구자석의 두께 방향으로 렌즈 홀더 중심부를 향해 연장된다. 이는 요크가 가지는 자기 회로의 기능을 극대화하기 위한 구성이다. 하부 요크는 외측 요크에 접하여 요크부를 형성하며 상기 외측 요크의 내벽에 영구자석이 접하여 위치한다.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 영구자석(15)은 상기 외측 요크에 접하여 위치하고, 상기 구동코일(13)은 상기 영구자석과 대향하도록 위치하여, 상기 구동코일에 통전함으로써 상기 영구자석의 자계와 상기 구동코일에 흐르는 전류에 의한 자계와의 상호작용에 의해, 상기 렌즈 홀더를 광축 방향으로 이동시키면서 위치조정 가능하며, 상기 이동범위는 상기 렌즈 홀더를 지지하는 한 쌍의 스프링(16)에 의해 일정 범위로 제한된다.

본 발명의 일 구현예에서 상기 한 쌍의 스프링 중 상부 스프링(26)은 상기 렌즈 홀더의 광축 방향 상측 단부에 내주측 단부가 위치하고, 상기 요크부에 속한 영구자석 상부와 커버부재(17) 하부 사이에 외주측 단부가 위치하여, 상기 렌즈 홀더를 상기 베이스부에 고정된 요크부에 대해 광축 방향으로 변위가능하게 아래쪽 방향으로 지지하고, 상기 한 쌍의 스프링 중 하부 스프링(36)은 렌즈 홀더의 하측 단부에 내주측 단부가 위치하고 상기 베이스부에 외주측 단부가 위치하여 상기 렌드 홀더를 고정된 요크부에 대해 광축 방향으로 변위 가능하게 위쪽 방향으로 지지한다.

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

본 발명의 일 구현예에서 상기 하부 요크는 상기 외측 요크와 함께 상기 영구자석을 감싸는 구성을 취해 자속의 누설을 방지하게 된다.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 하부 요크 상부이며 외측 요크에 접하여 위치하는 영구자석은 광축과 수평한 방향으로 배치되고, 그 자기장은 자기회로 역할을 하는 요크를 통해 상기 영구자석과 마주보는 구동코일로 효율적으로 전달된다. 이와 같이 하부 요크를 요크부에 추가하여 영구자석의 구동코일과 마주보지 않아 자속이 누설되는 면을 감쌈으로써 자기장을 효율적으로 전달하고, 외곽 사이즈의 소형화 구현을 통한 모듈의 소형화가 가능하다.

도 4a는 종래의 렌즈 구동장치의 자속의 흐름을 도시한 모사도이고, 도 4b는 본 발명의 일 구현예에 따른 렌즈 구동장치의 자속의 흐름을 도시한 모사도이다. 도 4a의 원으로 표시한 부분(55)에서는 자기 순환상태의 자속이 아래 방향으로 누설되는 현상을 보여주나, 도 4b의 원으로 표시한 부분(65)에는 자속이 누설되지 않고 자기 순환 고리(loop)로 이동되는 현상이 표시되어 있다.

본 발명의 하부 요크를 적용한 경우 종래 기술 대비 약 8%의 자기력이 향상되었다. 이는 종래기술의 자력을 계산한 도 5a에 표시된 힘(57)과 본 발명의 일 구현예에 따른 자력을 계산한 도 5b에 표시된 힘(67)을 비교하여 계산한 결과이다.

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. 렌즈 구동장치 10. 외측 요크
11. 렌즈 어셈블리 12. 렌즈 홀더
13. 구동 코일 14. 모서리부
15. 영구자석 16. 판 스프링
17. 커버부재 20. 하부 요크
26. 상부 스프링 36. 하부 스프링
100. 사각형 평면 300. 외측 요크 상부 덮개

Claims (5)

1. 하나 이상의 렌즈를 내부에 수용하는 렌즈 어셈블리를 유지하는 통 형상을 가지며, 구동 코일이 상기 통 형상의 외주를 감싸며 위치하는 렌즈 홀더;
   상기 구동코일과 대향하는 외측 요크의 내벽에 복수개의 영구자석이 고정되고, 상기 영구자석 하부에 외측 요크의 내벽과 접하여 복수개의 하부 요크가 위치하고, 상기 하부 요크는 상기 외측 요크와 분리 가능하며, 상기 외측 요크의 하부는 베이스부에 접하는 요크부; 및
   상기 렌즈 홀더의 광축 방향 상측 단부에 내주측 단부가 위치하고 상기 요크부에 외주측 단부가 위치하는 상부 스프링, 및 상기 렌즈 홀더의 광축 방향 하측 단부에 내주측 단부가 위치하고 상기 베이스부에 외주측 단부가 위치하는 하부 스프링으로 구성되어, 상기 렌즈 홀더를 광축 방향으로 변위 가능하게 지지하는 한 쌍의 판 스프링을 포함하고,
   상기 하부요크는 평판형으로, 자성체 특성을 가지는 재질로 구성된,
   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. 제 1항에 있어서,
   상기 영구자석은 상기 외측 요크에 접하여 상기 하부 요크 상부에 위치하고,
   상기 구동코일은 상기 영구자석과 마주보는 위치의 렌즈 홀더 외주면에 위치하여,
   상기 구동코일에 통전함으로써 상기 영구자석의 자계와 상기 구동코일에 흐르는 전류에 의한 자계와의 상호작용에 의해, 상기 렌즈 홀더를 광축 방향으로 위치 조정하는,
   렌즈 구동장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 복수개의 영구자석은 2개이며, 서로 마주보는 외측 요크의 두 내벽과 접하여 위치하는,
   렌즈 구동장치.
   
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 복수개의 하부 요크는 2개이며, 서로 마주보는 외측 요크의 두 내벽과 접하여 위치하는,
   렌즈 구동장치.

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