本发明涉及一种透镜驱动装置以及具有该透镜驱动装置的相机模块。
背景技术：
用于自动聚焦的执行器(actuator，致动器)包括利用洛伦兹力的音圈执行器(VCA)以及利用压电(piezo，压电晶体)的压电效应的压电执行器。
该VCA具有简单的结构，并且在其成本上是有优势的，并且该压电执行器在其驱动稳定性以及能量消耗上具有优势。
由于该VCA的价格，因而其用于分辨率相对较低的相机，并且该压电执行器主要用于高分辨率的相机。
在韩国专利公开第10-2012-0110436(相机模块(CameraModule)；2010年10月10日特许公开)中披露了本发明的相关技术。
技术实现要素：
本发明提供有价格竞争力的一种透镜驱动装置以及一种具有该装置的相机模块。
根据本发明的一个方面，提供了一种透镜驱动装置，该透镜驱动装置包括：线圈架(bobbin，线圈线圈架，梭心)，该线圈架具有容纳在其内的透镜单元并且具有分别成在其一对面对的外表面上的线圈；两个磁体，布置在线圈架的外部以面向线圈，并且该两个磁体被构造成用于形成磁场；保持件，具有形成在其上表面的开口以暴露出所述透镜单元，并且该保持件耦接至线圈架的上侧从而将磁体安装在其侧面上；以及第一弹性构件和第二弹性构件，分别布置在保持件的上方和下方，以支撑线圈架的上侧和下侧。当电力被供给至线圈时，可在线圈中产生由与磁体相互作用而形成的驱动力，从而驱动透镜单元和线圈架。弹性构件可被成形为具有50mN/mm(牛/毫米)或更小的弹性系数，并且对于1mA(毫安)的单位电流，透镜单元和线圈架的驱动位移值可为3μm/mA(微米/毫安)或更多以及8μm/mA或更小。
在此，线圈均缠绕的圈数在100圈或更多与125圈或更小之间，从而增加布置在由所述磁体形成的磁场中的线圈的有效长度。
磁体均形成为具有0.5mm(毫米)或更大的厚度，通过这种方式，增强了由磁体中的每一个磁体所形成的磁场的强度，并且线圈中的一个线圈与磁体中的一个磁体之间的间距可为0.1mm或更小，通过这种方式增大了影响线圈的磁通量密度。
第一弹性构件可被形成为具有0.04mm或更小的厚度，而第二弹性构件可被形成为具有0.03mm或更小的厚度，以这种方式，通过降低第一弹性构件和第二弹性构件中每一个的硬度来调节弹性系数。
保持件可具有形成在其上的侧面板，该侧面板覆盖线圈架的除了面向磁体的外表面之外的外表面，通过这种方式加强了保持件的结构硬度。
线圈架可具有形成在其上表面的多个突起部，并且保持件可具有形成在其上表面的多个限位槽(stoppergroove，止动槽)，通过这种方式所述突起部插入并固定至所述限位槽。
该透镜驱动装置还包括：壳体，布置在线圈架的下方，用于与保持件耦接；以及印刷电路板，布置在线圈架的下方，用于对线圈供给电力。
根据本发明的另一个方面，提供一种相机模块，该相机模块包括：透镜单元，该透镜单元具有一个透镜以及安装在其内的透镜筒；线圈架，将透镜单元收容在其内并且具有分别形成在其一对面对的外表面上的线圈；两个磁体，该两个磁体布置在线圈架的外部以面向线圈并且被构造为用于形成磁场；保持件，具有形成在其上表面上的开口以便暴露出透镜单元并且耦接至线圈架的上侧以便将磁体固定至其侧面上；以及第一弹性构件和第二弹性构件，分别布置在保持件的上方和下方，以便支撑线圈架的上侧和下侧。当电力被供给至线圈时，在线圈中产生通过与磁体相互作用所形成的驱动力，从而驱动透镜单元和线圈架。透镜筒可形成为具有80mg(毫克)或更小的重量以便依据透镜单元和线圈架的动作来限制驱动力的变化，并且与透镜单元和线圈架的驱动对应的焦距可被构造为0.1m(米)或更大。
在此，弹性构件可被成形为具有50mN/mm或更小的弹性系数，并且对于1mA的单位电流，透镜单元和线圈架的驱动位移值可为3μm/mA或更大以及8μm/mA或更小。
第一弹性构件可被形成为具有0.04mm或更小的厚度，而第二弹性构件可被形成为具有0.03mm或更小的厚度，以这种方式，通过降低第一弹性构件和第二弹性构件中每一个的硬度来调节所述弹性系数。
附图说明
图1为示出了根据本发明的一个实施例的相机模块的分解透视图。
图2为示出了根据本发明的一个实施例的相机模块的透视图。
图3为沿着图2的I-I线截取的透镜驱动装置的横截面视图。
图4为示出了与流过线圈的电流的强度相关的透镜单元的位移的图表。
图5为示出了根据本发明的一个实施例的保持件和线圈架的耦接结构的透视图。
具体实施方式
在下文中，将结合附图对根据本发明的透镜驱动装置以及具有该透镜驱动装置的相机模块进行详细地描述。在结合附图的对本发明的描述中，任何相同或对应的元件将被指定为相同的参考数字，并且不提供其冗余的描述。
术语诸如“第一”和“第二”可用于描述不同的元件，然而上述元件不应局限于上述术语。上述术语仅用于将一个元件与另一个元件区分。
当一个元件被描述为“耦接”至另一个元件时，并不是指仅在这些元件之间的物理的直接接触，而是还应包括在这些元件之间的可能插入的另一元件，并且这些元件的每一个与所述另一个元件相接触。
图1为示出了根据本发明的一个实施例的相机模块100的分解图，图2为示出了在图1中示出的相机模块100的组装形态下的透视图。
根据本实施例的相机模块100可包括透镜单元110、线圈架120、两个磁体130、保持件140以及第一弹性元件和第二弹性构件150、160。在本实施例中，用于驱动该透镜单元110的线圈架120、两个磁体130、保持件140以及第一弹性构件和第二弹性构件150、160被统称为透镜驱动装置。
该透镜单元110可由单个透镜或者多个透镜以及透镜筒构成。该透镜单元110为光透过的部分。如在图1中所示，该透镜筒可成形为柱形，然而其并不应限制于此处所示出的形状并且该透镜筒可被成型为多种多边形。
该线圈架120为将透镜单元110收容在其内的部分，并且该线圈架具有形成在其一对面对的外表面上的线圈。该线圈架120可具有形成在其内的用于容纳该透镜单元110的容纳孔。
此外，该透镜筒的外周围表面以及该容纳孔的内壁可具有螺纹，以用于将透镜筒与线圈架120螺纹耦接。可替代性地，该透镜筒的外周围表面可成形为以具有阶梯差异(steppeddifference)，并且该容纳孔的内壁可成形为具有与形成在透镜筒的外周围表面上的阶梯差异相对应的阶梯差异，使得透镜筒与线圈架120机械地组装在一起。
参考图1，根据本实施例的线圈架120可成形为矩形，并且其四个角均可从两个邻接的表面被倒角。因而，该线圈架120可成形为具有由四对面向外的表面构成的八边形的形状。
该线圈分别形成在一对面对的外表面上。该线圈均可缠绕并且形成在线圈架120的外表面上并且该线圈具有电力流过该线圈的电流，该电力通过连接至该线圈的电极而供给。
如在图1中所示，根据本实施例的透镜驱动装置包括两个磁体130，该两个磁体形成在线圈架120的外部以面向形成在线圈架120上的线圈，并且该两个磁体被构造为用于形成磁场。
换句话说，该两个磁体130通过插入在两者间的线圈架120而面向彼此地间隔开。因此，该两个磁体130可面向形成在线圈架120的外表面上的线圈，并且该线圈可放置在由磁体130形成的磁场中。
根据本实施例的该保持件140具有形成在其顶面的开口141以暴露出容纳在线圈架120内的透镜单元110，并且该保持件耦接至线圈架120的上侧以将两个磁体130固定在线圈架的侧面。
透镜单元110和线圈架120相对于保持件140上下移动，在这种情况下，该透镜单元110与线圈架120被保持件140保护而免受外部的撞击。
第一弹性构件和第二弹性构件150、160布置在保持件140的上侧和下侧，以便于分别支撑线圈架120的上侧和下侧。该第一弹性构件和第二弹性构件150、160均可包括板簧(leafspring，弹簧片，钢板弹簧)。
该第一弹性构件和第二弹性构件150、160被构造为用于支撑线圈架120从而提供了驱动的可靠性。例如，该第一弹性构件150可布置为用于部分地覆盖保持件140的开口141并且限制了该透镜单元110与线圈架120相对于该保持件140的上下移动。此外，该第一弹性构件和第二弹性构件150、160可按压线圈架120以提供该透镜单元110与线圈架120的初始位置。
根据本实施例的透镜驱动装置包括两个磁体130。换句话说，与传统的包括四个或更多磁体的透镜驱动装置相比，根据本实施例的透镜驱动装置使用了较少数量的磁体。尽管如此，如以下结合图3和图4、通过数学方程式所描述的，根据本实施例的透镜驱动装置能够保持与传统的镜头驱动装置相同的特性和性能。
图3为沿着图2的I-I线观察的根据本发明的实施例的透镜驱动装置的横截面视图，图4为示出了与流经线圈122的电流的强度相关的透镜单元110的位移的图表。
参考图3，该第一弹性构件和第二弹性构件150、160安装为具有初始变形值(Δd)。如上述所描述的，这是为了通过支撑将透镜单元110收容在其内的线圈架120而提供驱动的可靠性和稳定性，并且是为了按压该线圈架120使得该透镜单元110保持在初始位置。
由于两个磁体130布置为分别面向线圈122，因而该线圈122可放置在由磁体130形成的磁场中。一旦电力通过连接至线圈122的电极被供给时，则通过线圈与磁体130的相互作用而在线圈122中产生用于驱动透镜单元110和线圈架120的驱动力。
这种驱动力为依据产生洛伦兹力的原理而形成。由于洛伦兹力的大小与放置在磁场中的在线圈122中流动的电流是成正比的，因而在线圈122中流动的电流强度可以被调节以确定透镜单元110的位置。
换句话说，通过在磁体130与在线圈122中流动的电流之间的相互作用而在线圈122中产生的驱动力的大小与磁场的强度(即，磁通量密度)、线圈122的长度以及在线圈122中流动的电流成正比。这可以用数学方程式表示为F1＝B·L·I，其中F1为在线圈122中产生的力，B为磁场的强度，L为线圈122的长度，以及I为在线圈122中流动的电流强度。
参考图3，该第一弹性构件和第二弹性构件150、160被安装为具有初始变形值(Δd)并且在与该变形相反的方向上按压该线圈架120。在图3中，由于该第一弹性构件和第二弹性构件150、160在第一方向(D1)上变形，因此该第一弹性构件和第二弹性构件150、160在第二方向(D2)上按压该线圈架120。
由第一弹性构件和第二弹性构件150、160按压该线圈架120的力与第一弹性构件和第二弹性构件150、160的弹性系数和第一弹性构件和第二弹性构件150、160的变形值(Δd)成正比。其可以用数学方程式表示为F2＝k·ΔD，其中F2为第一弹性构件和第二弹性构件150、160按压该线圈架120的力，k为第一弹性构件和第二弹性构件150、160的弹性系数，以及ΔD为第一弹性构件和第二弹性构件150、160的初始变形值(Δd)。
此外，由重力施加至由驱动力驱动的该线圈架120和透镜单元110的力可以用数学方程式表示为F3＝M·g，其中F3为施加至线圈架120以及透镜单元110的重力，M为该线圈架120和形成在该线圈架上的线圈122以及透镜单元110的总质量，g为重力加速度。
参考图3，施加至线圈架120以及透镜单元110的重力的方向可为第一方向至第三方向中的任意一个(即，D1至D3)。通过改变透镜驱动装置所指向的方向，也即，根据透镜单元110以及线圈架120的动作，重力施加至线圈架120以及透镜单元110的方向可被改变。
如上述所描述的，由于根据本实施例的透镜驱动装置包括两个磁体130，因为其所产生的力的大小要小于传统的透镜驱动装置所产生的力。也即，在相同的条件下，由根据本实施例的透镜驱动装置所产生的力的大小为由具有四个磁体的透镜驱动装置所产生的力的一半或更小。
然而，相比用于传统的透镜驱动装置的磁体，根据本实施例的透镜驱动装置的磁体130的尺寸和厚度已经增加从而增加了施加至线圈122的磁通量密度。具体地，根据本实施例的磁体130的厚度增加了大约30％，即增加为至少0.5mm。
此外，每个线圈122缠绕的圈数在100圈或更多与125圈或更小之间，比传统的绕线匝数增加了54％。然而，在没有上限的增加绕线匝数会增加线圈的内电阻值，因而可能减小在线圈中流动的电流强度。
另外，在根据本实施例的透镜驱动装置中，线圈122与磁体130之间的间距可形成为0.1mm或更小，这与传统的间距相比减少了至少16％，从而增加了影响线圈122的磁通量密度。
因此，虽然根据本实施例的透镜驱动装置仅包括两个磁体，然而根据本实施例的透镜驱动装置能够产生由具有四个或更多磁体的传统的透镜驱动装置所产生的驱动力的70％或更多。
用于驱动透镜单元110的驱动力不仅受由在磁体130与线圈122之间的相互作用所产生的力的影响，而且还受第一弹性构件和第二弹性构件150、160的力以及施加至透镜单元110和线圈架120的重力的影响。通过考虑通过第一弹性构件和第二弹性构件150、160的力以及重力施加的力两者所计算的驱动力是指有效驱动力。
因此，在根据本实施例的透镜驱动装置中，虽然通过在磁体130与线圈122之间的相互作用而在线圈122中产生的力的大小相比于在传统的透镜驱动装置中所产生的力的大小减小了，然而可以推断出的是，考虑到磁体的数量减半，因而根据本实施例的透镜驱动装置较传统的透镜驱动装置是更高效的。
此外，在线圈122中所产生的减少的力通过调节影响有效驱动力的其他因素来克服。这将在下文进行更加详细地描述。
以下所描述的实例并不需要考虑重力效应。也就是说，透镜单元110的驱动方向垂直于重力的方向。
具体地，实际上为了驱动透镜单元110，通过与磁体130相互作用所产生的力的大小需要大于由第一弹性构件和第二弹性构件150、160按压线圈架160的力。换句话说，需要满足数学表达式B·L·I≥k·ΔD。
因此，在根据本实施例的透镜驱动装置中，虽然由于仅具有两个磁体，B·L·I值小于传统的透镜驱动装置的B·L·I值，然而通过将第一弹性构件和第二弹性构件150、160设计为具有小的弹性系数，根据本实施例的透镜驱动装置可保持与传统的透镜驱动装置相同的性能。
具体地，为了减小第一弹性构件和第二弹性构件150、160的弹性系数，第一弹性构件和第二弹性构件150、160可分别被成形为具有0.04mm或更小以及0.03mm或更小的厚度，这与传统的弹性构件厚度相比减少了大约20％至25％。
通过减少弹性构件的厚度，可降低弹性构件的硬度，并且弹性构件的弹性系数从传统的弹性构件的弹性系数的减少量可达到36％。
因此，虽然根据本实施例的透镜驱动装置具有比传统的透镜驱动装置少的磁体数量，然而通过增加磁体130的厚度和尺寸而增加由每个磁体130所形成的磁通量密度，增加绕线匝数以增加线圈122的有效长度，并且降低第一弹性构件和第二弹性构件150、160的弹性系数，而保持为与传统的透镜驱动装置相同的驱动性能。
也就说，根据本实施例的透镜驱动装置可以以第一弹性构件和第二弹性构件150、160的弹性系数为50N/mm或更小的方式来形成。在此，对于在根据本实施例的透镜驱动装置的线圈122中流动的1mA的单位电流而言，透镜单元110与线圈架120的驱动位移值可在3μm/mA与8μm/mA之间。
此外，由于单位电流的驱动位移值是与每单位电流所产生的驱动力的大小与弹性系数的比例相同，因而每单位电流1mA所产生的驱动力的大小与根据本实施例的透镜驱动装置的第一弹性构件和第二弹性构件150、160的弹性系数的比例可表示在3μm/mA与8μm/mA之间。这可以用数学地表达为3μm/mA≤B·L/k≤8μm/mA。
同时，参考图3和图4，示出了依据透镜驱动装置的相对于重力定位的方向，透镜单元110和线圈架120的动作的三个情况。
具体地，这三种情况包括：一种情况为透镜单元110的移动方向垂直于重力的方向(情况1)，一种情况为透镜单元110的移动方向与重力的方向相反(情况2)，一种情况为透镜单元110的移动方向与重力的方向一致(情况3)。
上述描述的在根据本实施例的透镜驱动装置中所产生的驱动力为排除了重力效应的情况。也就是说，透镜单元110被驱动的方向垂直于重力的方向。这在图4中以实线示出。
透镜单元110的初始驱动的电流值依据透镜驱动装置相对于重力的方向所定位的方向而改变。
例如，在图4中示出的长短交替的虚线的情况中，透镜单元110的移动方向与重力的方向相反，为了初始驱动透镜单元110，需要在线圈122中产生大于由第一弹性构件和第二弹性构件150、160所按压的力和重力施加的力之和的力。
这可以用数学地表示为B·L·I≥k·ΔD+Mg。透镜单元110的移动方向与重力的方向一致的情况下可用数学地表示为B·L·I≥k·ΔD-Mg。
因此，用于透镜单元110的初始驱动的电流值依据透镜驱动装置相对于重力方向的位置而不同。如在图4中所示，用于每个情况的初始驱动的电流值是不同的，并且形成I3≤I1≤I2的关系。
如果电流值的差异(I1-I3或I2-I1)大，则驱动透镜的可靠性将劣化。电流值的差异(I1-I3或I2-I1)与M值成比例并且与K值成反比。
由于根据本实施例的透镜驱动装置具有减小的第一弹性构件和第二弹性构件150、160的弹性系数，因而可通过相应地减少M值来保持相同的特性和性能。
也就是说，包含在透镜单元110内的透镜筒可成形为具有80mg的重量或者更小以便于依据透镜单元110和线圈架120的动作来限制驱动力的改变。具有根据本实施例的透镜单元110的线圈122和线圈架120的重量被构造为大约160mg。
为了减少具有根据本实施例的透镜单元110的线圈122和线圈架120的重量，去除了线圈架120的一些内部组件，因此使其可减少总体重量并且简化其制造工艺。
在根据本实施例的透镜驱动装置中，透镜单元110可从初始位置移动大约9μm至114μm，并且因此包含根据本实施例的透镜驱动装置的相机模块100的焦距可大约在0.1m与无穷大之间。
换句话说，与透镜单元110和线圈架120的驱动对应的焦距可构造为0.1m或更大。
此外，与传统的包含四个磁体的透镜驱动装置相比，根据本实施例的透镜驱动装置仅包括两个磁体并且因此可节省制造成本。另外，通过适当地设计第一弹性构件和第二弹性构件150、160的弹性系数，根据本实施例的透镜驱动装置可保持为与传统的透镜驱动装置相同的特性和性能。
图5为示出了根据本发明的一个实施例的保持件140和线圈架120的耦接结构的透视图。
参考图5，根据本实施例的透镜驱动装置的保持件140具有侧面板143，该侧面板形成为用于覆盖线圈架120的除了面向磁体的外表面之外的外表面，以便有效地保护线圈架120和收容在其内的透镜单元而免受外部的撞击。
也就是说，在传统的透镜驱动装置中，保持件的每一个侧面都具有形成在其内的开口以便于固定四个磁体，因此不可避免地减弱了结构强度，然而根据本实施例的保持件140仅具有形成在两个侧面的每一个上的侧面开口144，并且覆盖线圈架120的侧面板143形成在剩余的侧面上。据以，加强了保持件140本身的结构强度，从而有效地保护透镜驱动装置。
参考图5，尽管为了线圈架120的更坚固的支撑和更可靠的驱动而减小了根据本实施例的透镜驱动装置的第一弹性构件和第二弹性构件的弹性系数，然而根据本实施例的线圈架120可包括多个突起部124并且包括保持件140，该多个突起部形成为在该线圈架的上表面上突出，该保持件可具有形成在该线圈架的上表面上的对应的限位槽145，通过这样的方式，该线圈架120的突起部124插入并且固定至该限位槽。
虽然在图5中示出了具有形成在线圈架120的上表面上的四个突起部124，然而本发明并不限制于在此所示出的四个突起部，并且可具有任意数量的突起部124。然而，如所示出的，通过使在对应于保持件140的转角的位置处对称地形成突起部124，该线圈架120可由保持件140以更坚固和更稳定的方式支撑。
此外，根据本实施例的透镜驱动装置可还包括壳体170和印刷电路板180，该壳体布置在线圈架120的下方并用于与保持件140耦接，该印刷电路板布置在线圈架120的下方并用于对线圈供给电力。
再次参考图1和图2，根据本发明的实施例的相机模块100可还包括壳体170、印刷电路板180以及屏蔽罩(shieldcan，保护罩)190。
该壳体170为用于收容和保护线圈架120和其他部件免受外部撞击的部分。该壳体170除了可成形为矩形之外还可成形为能提供收容空间的任何形状。此外，该壳体170可由塑料材料制成，该客体抵御外部冲击。
印刷电路板180布置在线圈架120的下方以对线圈供给电能，线圈可直接或间接地连接至该印刷电路板180。此外，该印刷电路板180可安装有图像传感器181，该图像传感器可接受和成像已经穿过透镜单元110的光。在这种情况下，该印刷电路板180可对图像传感器181供给电力。
该印刷电路板180可耦接至壳体170的下侧，并且在图像传感器181安装在该印刷电路板180上的情况下，壳体170的下表面的部分可是开放的从而暴露出该图像传感器181。
该屏蔽罩190完全地包围该壳体170、线圈架120以及保持件140从而避免电磁干扰(EMI)。该屏蔽罩190可直接与印刷电路板180耦接同时覆盖该壳体170、线圈架120以及保持件140，并且该屏蔽罩可由钢铁或有利于避免EMI的任何材料构制成。
如上述所描述的，根据本发明的实施例的透镜驱动装置以及具有该透镜驱动装置的相机模块仅具有两个磁体并且因此可节省制造成本。此外，尽管减少磁体的数量，然而通过调节第一弹性构件和第二弹性构件的弹性系数以及影响透镜单元的驱动力的透镜单元和线圈架的重量，保持与传统的透镜驱动装置相同的特性和性能。
虽然上述已经描述了本发明的特定实施例，然而应当理解的是，对本技术领域的普通技术人员来说，在未背离由所附的权利要求限定的本发明的技术创意和范围的情况下，可对本发明做出多种置换和修改。还应理解的是，在上述所描述的实施例之外的很多其他实施例也包含在本发明的权利要求中。
附图标记
100：相机模块
110：透镜单元
120：线圈架
122：线圈
124：突起部
130：两个磁体
140：保持件
141：开口
143：侧面板
144：侧面开口
145：限位槽
150：第一弹性构件
160：第二弹性构件
170：壳体
180：印刷电路板
181：图像传感器
190：屏蔽罩