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KR102156119B1 - 카메라 모듈 - Google Patents

카메라 모듈 Download PDF

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KR102156119B1
KR102156119B1 KR1020190178150A KR20190178150A KR102156119B1 KR 102156119 B1 KR102156119 B1 KR 102156119B1 KR 1020190178150 A KR1020190178150 A KR 1020190178150A KR 20190178150 A KR20190178150 A KR 20190178150A KR 102156119 B1 KR102156119 B1 KR 102156119B1
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Abstract

본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 카메라 모듈은, 이미지 센서가 실장되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 상측에 설치되어 광 경로를 형성하는 렌즈홀더; 상기 렌즈홀더 상측에 배치되어, 1매의 최외곽 렌즈를 움직여 손떨림 보정 기능을 수행하는 제 1 액츄에이터; 및 상기 렌즈홀더를 움직여 오토 포커싱 기능을 수행하는 제 2 액츄에이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

카메라 모듈{Camera Module}
본 발명은 카메라 모듈에 관한 것이다.
초소형, 저전력 소모를 위한 카메라 모듈은 기존의 일반적인 카메라 모듈에 사용되었던 VCM 등의 기술을 적용하기 곤란하여, 이와 관련 연구가 활발히 진행되어 왔다.
소형 전자제품에 실장되는 카메라 모듈의 경우, 사용 도중에 빈번하게 카메라 모듈에 충격을 받을 수 있으며, 촬영하는 동안 사용자의 손떨림 등에 따라 미세하게 카메라 모듈이 흔들릴 수 있다. 이와 같은 점을 감안하여, 최근에는 손떨림 방지 수단을 추가적으로 카메라 모듈에 설치하는 카메라 모듈의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 오토 포커싱 기능과 손떨림 보정 기능을 구비한 카메라 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 카메라 모듈은, 이미지 센서가 실장되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 상측에 설치되어 광 경로를 형성하는 렌즈홀더; 상기 렌즈홀더 상측에 배치되어, 1매의 최외곽 렌즈를 움직여 손떨림 보정 기능을 수행하는 제 1 액츄에이터; 및 상기 렌즈홀더를 움직여 오토 포커싱 기능을 수행하는 제 2 액츄에이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 카메라 모듈은, 이미지 센서가 실장되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 상측에 설치되어 광 경로를 형성하는 렌즈홀더; 상기 렌즈홀더 하측에 배치되어, 1매의 최후단 렌즈를 움직여 손떨림 보정 기능을 수행하는 제 1 액츄에이터; 및 상기 렌즈홀더를 움직여 오토 포커싱 기능을 수행하는 제 2 액츄에이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 실시예에서, 상기 렌즈홀더는, 카메라 하우징의 내부에 설치되고, 상기 제 2 액츄에이터는, 상기 렌즈홀더 및 제 1 액츄에이터 전체를 움직이는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 액츄에이터는, 단렌즈 무빙 액츄에이터로 마련될 수 있다.
이때, 상기 제 2 액츄에이터는, 상기 카메라 유닛의 외주면에 설치되는 복수 개의 마그네트; 및 상기 카메라 하우징의 상기 마그네트와 마주보는 내측 면에 설치되는 복수 개의 코일;을 포함되거나, 상기 카메라 유닛의 외주면에 설치되는 복수 개의 코일; 및 상기 카메라 하우징의 상기 마그네트와 마주보는 내측 면에 설치되는 복수 개의 마그네트;를 포함하거나, 상기 카메라 하우징 내주면에 설치되어, 상기 렌즈 홀더의 측벽면을 연결하는 형상기억합금 재질의 지지부재;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 렌즈홀더는, 적어도 1장 이상의 렌즈; 및 상기 렌즈들에 의해 형성되는 광 경로상에 배치되어, 통과하는 빛을 조절하는 광학 기구물;을 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 광학 기구물은, 조리개와 셔터를 포함할 수 있으며, 상기 액츄에이터가 지지하는 최외곽 렌즈와 상기 최외곽 렌즈와 마주보는 상기 렌즈 사이 공간에 설치되거나, 상기 이미지 센서와 상기 이미지 센서를 마주보는 렌즈 사이 공간에 개재되거나, 상기 복수 매의 렌즈들 사이에 형성된 공간부에 개재될 수 있다.
본 발명은 제 1 액츄에이터를 이용하여 1장의 렌즈를 틸팅 및 쉬프트 제어하여, 손떨림 보정 기능을 구현하고, 보이스 코일 모터 등으로 제 2 액츄에이터를 구성하여, 렌즈 모듈 및 제 1 액츄에이터 전체를 상하 왕복 제어하여 오토 포커싱 기능을 구현하므로, 손떨림 보정 기능과 오토 포커싱 기능을 동시에 구현할 수 있다.
또한, 오토 포커싱 기능 구현을 위한 액츄에이터의 높이를 줄일 수 있기 때문에, 카메라 모듈을 보다 소형으로 구성할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 측 단면도,
도 3은 도 1 및 도 2의 평면도, 그리고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 측 단면도 이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 측 단면도, 도 3은 도 1 및 도 2의 평면도, 그리고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 측 단면도 이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 카메라 모듈은, 카메라 하우징(1)과 상기 카메라 하우징(1) 내부에 설치된 인쇄회로기판(10), 렌즈홀더(20) 및 제 1 및 제 2 액츄에이터(30)(40)를 포함한다.
카메라 하우징(1)은 대략 상자 형상으로 마련될 수 있으며, 대략 중앙에 개구부가 마련되어, 상기 인쇄회로기판(10) 측으로 화상 이미지를 전달할 수 있도록 구성될 수 있다.
인쇄회로기판(10)은 상부면에 이미지 센서(11)가 실장 되며, 상기 렌즈 홀더(20)의 하부면에 소정 거리 이격 되도록 설치될 수 있다. 상기 인쇄회로기판(10)의 상기 이미지 센서(11) 실장면의 반대면에는 F-PCB(미도시)가 통전 가능하게 연결되어, 상기 이미지 센서(11)에 전원을 공급하고 상기 이미지 센서(11)에서 독취한 이미지 데이터를 소정의 제어부로 출력할 수 있다.
한편, 상기 F-PCB는 상기 제 1 액츄에이터(30)에 제어신호와 전원을 공급하도록 구성될 수 있다.
렌즈 홀더(20)는 내부에 렌즈유닛(21)이 설치되어 광 경로를 형성할 수 있다. 상기 렌즈유닛(21)은 적어도 1매 이상의 렌즈들이 순차적으로 배치될 수 있는데, 상기 렌즈들의 사이에는 필요에 따라, 셔터나 조리개와 같은 광학 기구물들이 개재되는 것도 가능하다.
예컨대, 상기 제 1 액츄에이터(30)와 이미지 센서(11) 사이에 형성된 광 경로 상에 총 2매의 렌즈가 배치되었을 경우, 상기 조리개와 셔터는 상기 2매의 렌즈 사이 공간에 배치될 수도 있고, 상기 렌즈들과 제 1 액츄에이터(30) 사이공간, 또는 상기 렌즈들과 이미지 센서(11) 사이공간에 배치되는 것도 가능하다. 이러한 배치관계는 제품 설계 및 카메라 유닛의 구성에 따라 가변 될 수 있다.
또한, 상기 렌즈 홀더(20)는, 상기 이미지 센서(11)와 소정 간격 이격 되도록 설치될 수 있으며, 후술할 제 2 액츄에이터(40)에 의해 상하 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 제 1 액츄에이터(30)는 손떨림 보정장치(OIS)로서, 1매의 최외곽 렌즈(31)를 쉬프팅 및 틸팅되는 방향으로 움직여, 상기 이미지 센서(11)에 입사되는 화상의 초점이 카메라 모듈의 흔들림에 영향을 받지 않도록 구성할 수 있다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 액츄에이터(30)(40)는 도시하지는 않았지만, 별도의 연결수단 또는, 상기 렌즈 홀더(20)의 표면에 일체로 형성된 전자회로 패턴층을 이용하여 상기 F-PCB를 통해 제어신호 및 전원을 인가 받을 수도 있다. 이때, 상기 제 1 렌즈(31)의 쉬프팅 방향은 입사되는 광축 방향에 대하여 수직한 면에 대하여 상하 및 좌우 방향이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 제 1 액츄에이터(30)는 렌즈홀더(20)와 광축 방향으로 오버랩될 수 있다. 제 2 액츄에이터(40)는 렌즈홀더(20)와 광축 방향에 수직인 방향으로 오버랩될 수 있다.
예컨대, 상기 렌즈 홀더(20)의 표면에 일체로 전자회로 패턴층이 형성될 경우, 상기 인쇄회로기판(10)과 상대적으로 멀리 떨어져 있는 제 1 액츄에이터(30)는, 별도의 연결 부품 없이 상기 전자회로 패턴층 위에 실장 하거나, 상기 전자회로 패턴층과 본딩하는 공정만으로, 이들을 각각 통전 가능하게 연결할 수 있다.
이와 같이 렌즈 홀더(20)의 표면에 일체로 전자회로 패턴층을 형성하는 기술은 이른바 MID 기술(Molded Interconnect Device Technology)로 통칭되는데, 이러한 MID 기술은 이중 성형을 통한 패터닝 방법인 2S 방식(2S method), 렌즈 홀더(20)에 빛과 열에 반응하는 불순물을 포함시킨 상태에서 레이저 노광 등으로 표면 패터닝 작업을 수행하는 LDS 방식(Laser Direct Structuring method) 또는, 전면 메탈라이징 후 비회로 부분을 식각하여 패터닝 하는 MIPTEC 방식 중 어느 하나의 방법으로 구성할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 상기 제 1 액츄에이터(30)는 손떨림 보정장치로서, 1매의 최후단 렌즈(32)를 쉬프팅 및 틸팅되는 방향으로 움직여, 상기 이미지 센서(11)에 입사되는 화상의 초점이 카메라 모듈의 흔들림에 영향을 받지 않도록 구성할 수 있다. 이때, 상기 제 1 액츄에이터(30)는 앞서 설명한 제 1 실시예와 같이, 그 외의 구성은 앞서 설명한 제 1 실시예와 동일하다.
제 2 액츄에이터(40)는 상기 렌즈 홀더(20)를 도 1, 도2, 도 4 및 도5의 화살표와 같이 제 1 높이(H1)에서 제 2 높이(H2)로 상하로 왕복 이동시켜, 상기 이미지 센서(11)에 입사되는 화상의 초점을 자동으로 조절하는 오토 포커싱 유닛으로 마련될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 액츄에이터(40)은 보이스 코일 모터 구조나 형상기억합금을 이용한 구조 등으로 마련될 수 있다.
그 일 예로, 보이스 코일 모터 구조로 마련되는 상기 제 2 액츄에이터(40)는, 상기 렌즈 홀더(20)의 바깥쪽에 설치되는 복수 개의 마그네트(41)와 상기 마그네트(41)와 대응되는 위치에 설치되는 코일(42)로 구성될 수 있으며, 그 반대의 구성도 가능하다.
이때, 상기 제 2 액츄에이터(40)를 제외한 다른 구성은 앞서 설명한 제 1 실시예와 동일하다.
한편, 상기 마그네트(41) 및 코일(42)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 카메라 하우징(1)의 각 면에 2쌍이 배치되는 것이 좋으며, 필요에 따라 한 쌍이 설치되는 것도 가능하다.
또한, 상기한 실시예의 경우, 카메라 하우징(1)이 4각 형상의 박스형태일 경우를 일 예로 도시한 것이나, 이를 한정하는 것은 아니며, 상기 카메라 하우징(1)이 원통형상으로 마련될 경우, 상기 카메라 하우징(1)의 내주면에 코일(42)이 복수 개가 설치되고, 상기 코일(42)과 대응되도록 상기 렌즈 홀더(20)의 외주면에 마그네트(41)가 설치되는 것도 가능하다.
또한, 도시하지는 않았지만, 상기 제 2 액츄에이터(40)는 형상기억합금(SMA)을 이용하여 구성할 수도 있다. 이 경우, 상기 카메라 하우징(1)의 내주면에는 복수 개의 형상기억합금으로 구성되어 길이 변형이 가능한 지지부재가 설치되어, 상기 지지부재에 상기 렌즈 홀더(20)의 측벽면을 연결하여, 상기 형상기억합금의 길이 변화에 따라 상기 렌즈 홀더(20)가 광축과 평행한 방향으로 왕복 이동하면서, 오토 포커싱 기능을 수행하도록 구성할 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 최외곽 렌즈 또는 최후단 렌즈 1매를 움직여 손떨림 방지 동작(OIS)을 수행하고, 렌즈 홀더(20)를 승강 동작하여 오토 포커싱 동작을 수행하므로, 카메라 모듈의 크기를 최소화할 수 있다.
또한, 손떨림 방지 유닛으로 사용되는 제 1 액츄에이터(30)와, 렌즈 홀더(20)를 하나의 모듈로 형성하고, 이 모듈을 전체적으로 왕복 이동 가능하게 제어하여 오토 포커싱 기능을 수행할 수 있기 때문에, 카메라 모듈은 소형화 하면서, 고화질의 이미지를 획득하는 것이 가능하다.
상기 제 1 및 제 2 액츄에이터(30)(40)는 정전기력, 압전력 등을 이용하여 움직이는 멤스 액츄에이터(MEMS actuator) 외에도, 멤스 피에조 액츄에이터(MEMS Piezo actuator), 멤스 바이모르프 액츄에이터(MEMS bimorph actuator), 멤스 써멀 액츄에이터(MEMS thermal actuator), 멤스 마그네틱 액츄에이터(MEMS magnetic actuator), 멤스 리퀴드 액츄에이터(MEMS liquid actuator), 비MEMS 방식의 액츄에이터, 실리콘 방식 액츄에이터, 액체렌즈, 형상기억합금 액츄에이터, 보이스 코일 모터(VCM) 등 중 어느 하나라 구성될 수도 있고, 이들 조합으로 이루어진 가능한 모든 액츄에이터라면 어떠한 것이든 대체하여 사용 가능하다. 액체렌즈 등 초점이 가변되는 렌즈는 초점 가변 렌즈로 호칭될 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
1; 하우징 10; 인쇄회로기판
11; 이미지 센서 20; 렌즈홀더
21; 렌즈유닛 30; 액츄에이터
31; 최외곽 렌즈 32; 최후단 렌즈
40; 손떨림 보정장치

Claims (18)

  1. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판에 배치되는 이미지 센서;
    상기 인쇄회로기판 상에 배치되는 렌즈홀더;
    상기 렌즈홀더에 배치되는 렌즈;
    상기 렌즈홀더의 위에 배치되는 제1액츄에이터;
    상기 렌즈홀더에 배치되는 코일과, 상기 코일과 대향하는 마그네트를 포함하는 제2액츄에이터를 포함하고,
    상기 제1액츄에이터는 초점 가변 렌즈를 포함하고,
    상기 제2액츄에이터의 상기 코일에 전원이 인가되는 경우 상기 제1액츄에이터는 상기 렌즈홀더와 함께 이동하는 카메라 모듈.
  2. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판에 배치되는 이미지 센서;
    상기 인쇄회로기판 상에 배치되는 렌즈홀더;
    상기 렌즈홀더에 배치되는 렌즈;
    상기 렌즈홀더의 위에 배치되는 제1액츄에이터;
    상기 렌즈홀더에 배치되는 마그네트와, 상기 마그네트와 대향하는 코일을 포함하는 제2액츄에이터를 포함하고,
    상기 제1액츄에이터는 초점 가변 렌즈를 포함하고,
    상기 제2액츄에이터의 상기 코일에 전원이 인가되는 경우 상기 제1액츄에이터는 상기 렌즈홀더와 함께 이동하는 카메라 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 초점 가변 렌즈는 액체렌즈를 포함하는 카메라 모듈.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 초점 가변 렌즈는 손떨림 보정 기능을 수행하고,
    상기 코일과 상기 마그네트는 오토 포커싱 기능을 수행하는 카메라 모듈.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판과 상기 초점 가변 렌즈를 전기적으로 연결하는 FPCB(flexible printed circuit board)를 포함하는 카메라 모듈.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 렌즈홀더의 표면에 형성되는 전자회로 패턴층을 포함하고,
    상기 초점 가변 렌즈는 상기 전자회로 패턴층과 전기적으로 연결되는 카메라 모듈.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 초점 가변 렌즈는 상기 렌즈홀더와 광축 방향으로 오버랩되는 카메라 모듈.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 초점 가변 렌즈의 하면은 상기 렌즈홀더의 상측과 면접촉되는 카메라 모듈.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 초점 가변 렌즈의 상면은 상기 렌즈홀더의 하측과 면접촉되는 카메라 모듈.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 코일과 상기 마그네트는 상기 렌즈홀더와 광축 방향에 수직인 방향으로 오버랩되는 카메라 모듈.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판 상에 배치되고 상기 렌즈홀더를 덮는 카메라 하우징을 포함하고,
    상기 마그네트는 상기 코일과 상기 카메라 하우징의 내주면 사이에 배치되는 카메라 모듈.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 렌즈의 광축에 배치되는 셔터 또는 조리개를 포함하는 카메라 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 렌즈는 복수의 렌즈를 포함하고,
    상기 셔터 또는 조리개는 상기 복수의 렌즈 사이에 배치되는 카메라 모듈.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 셔터 또는 조리개는 상기 렌즈와 상기 초점 가변 렌즈 사이에 배치되는 카메라 모듈.
  15. 제1항 또는 제2항의 카메라 모듈을 포함하는 휴대용 전자제품.
  16. 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판에 배치되는 이미지 센서;
    상기 인쇄회로기판 상에 배치되는 렌즈홀더;
    상기 렌즈홀더에 배치되는 렌즈;
    상기 렌즈홀더에 배치되고 손떨림 보정 기능을 수행하는 제1액츄에이터; 및
    상기 렌즈홀더를 이동시켜 오토 포커싱 기능을 수행하는 제2액츄에이터를 포함하고,
    상기 렌즈홀더가 상기 제2액츄에이터에 의해 이동하는 경우 상기 제1액츄에이터는 상기 렌즈홀더를 함께 이동하는 카메라 모듈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1액츄에이터는 액체렌즈를 포함하고,
    상기 제2액츄에이터는 코일과 마그네트를 포함하는 카메라 모듈.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1액츄에이터는 액체렌즈를 포함하고,
    상기 제2액츄에이터는 형상기억합금을 포함하는 카메라 모듈.
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