KR101823326B1 - Ｏｉｓ 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 OIS 액츄에이터는 렌즈조립체가 탑재되며 광축과 수직인 제1 및 제2 방향으로 이동하는 캐리어; 상기 캐리어와 하우징 하부 사이에 위치하며 L자 형상을 가지는 미들가이드; 상기 미들가이드의 상부와 상기 캐리어의 하부 사이 및 상기 미들가이드의 하부와 상기 하우징의 하부 사이에 위치하는 볼(ball); 및 상기 광축을 기준으로 상기 미들가이드가 구비된 위치와 대칭되는 영역에 구비되어 상기 캐리어에 상기 제1 및 제2 방향의 구동력을 제공하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＯＩＳ 액츄에이터{ACTUATOR FOR OIS}

본 발명은 휴대 단말에 장착되는 카메라 모듈용 액츄에이터에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 광축 방향과 직각을 이루는 수평 방향으로 렌즈를 이동시켜 손떨림에 의한 영상 왜곡을 보정하는 광학식 액츄에이터에 관한 것이다.

영상 처리에 대한 하드웨어 기술이 발전하고 영상 촬영 등에 대한 사용자 니즈가 높아짐에 따라, 독립된 카메라 장치는 물론, 휴대폰, 스마트폰, PDA, tablet, 노트북 등과 같은 모바일 단말에 장착된 카메라 모듈 등에 오토포커스(AF, Auto Focus), 손떨림 보정(Stabilization) 등의 기능이 구현되고 있다.

어두운 공간이나 밤 시간 등과 같이 피사체 및 주변이 충분히 밝지 않는 환경에서는 충분한 광량을 이미지 센서에 전달하기 위해 상대적으로 장시간의 노출이 필요하다고 할 수 있다.

이와 같이 장시간 노출이 이루어지는 경우 렌즈의 흔들림이 영상에 반영될 시간이 늘어나게 되므로 그만큼 이미지의 선예도(선명도)에 영향을 미쳐 이미지가 흐트러지거나 흐려지는 현상이 발생하게 된다.

또한, 스마트폰 등의 모바일 단말 등에 장착되는 카메라 모듈의 경우 단말 자체의 유동성이 크고, 인체에서 발생되는 손, 팔의 떨림 현상이 쉽게 카메라 모듈로 전달될 수 있으며 보행, 차량 탑승 등과 같이 이동 중에 촬영되는 경우가 많으므로 이와 같은 영상 흐려짐 현상은 더욱 빈번해진다 할 수 있다.

나아가, 근래에는 사용자가 자신을 피사체로 하여 영상을 촬영하는 경우 셀카봉을 사용하는 경우가 더욱 많아지고 있는데 물리적으로 모바일 단말을 지지하는 사용자의 팔 길이에 셀카봉의 길이가 연장되게 되므로 떨림이나 진동에 의한 영상 흐려짐 현상은 더욱 커진다고 할 수 있다.

손떨림 보정(stabilization)기술은 이러한 현상을 극복하기 위한 기술로서 대표적으로 촬상된 영상을 대상으로 소프트웨어 등을 통한 프로세싱을 통하여 개선하는 전자식 손떨림 개선 기술(Digital Image Stabilization, DIS) (Electronic Image Stabilization, EIS)과 손떨림 등에 의하여 발생되는 렌즈 또는 이미지 소자의 위치를 물리적으로 보정함으로써 이미지 센서에 생성되는 피사체의 영상에 흐트러짐 현상이 발생되지 않도록 하는 광학식 영상 보정(Optical Image Stabilization, OIS)기술이 있다.

영상 생성 시간의 지연, 잔상 제거의 효율 등에서 광학식 보정 방법이 채용된 장치가 더 많이 사용되고 있다고 할 수 있는데, 이러한 광학식 손떨림 보정 기술은 렌즈 등의 광학 소자의 위치를 이동시키기기 위한 구동부가 구비될 수 있는 충분한 공간이 확보될 수 있는 디지털 카메라(DSLR 등)에는 쉽게 적용될 수 있으나, 스마트폰과 같은 작은 크기의 모바일 단말은 영상촬영만을 위한 장치가 아니므로 그 적용에 일정 부분 한계가 있다고 할 수 있고 나아가 모바일 단말에 대한 소형화, 경량화 등의 특성이 더욱 발전적으로 요구되고 있으므로 이러한 특성의 모바일 단말에 광학식 손떨림 보정 기술을 최적화되기 위한 필요성은 더욱 크다고 할 수 있다.

이와 관련하여, 한국등록특허공보 10-1421223호에 마그네트와 OIS코일 부재를 이용하여 렌즈가 장착된 캐리어를 광축(Z축) 방향과 수직을 이루는 평면인 X-Y평면으로 구동시켜 손떨림을 보정하는 기술이 개시되어 있는데, 이 기술은 와이어 형태로 이루어진 4개의 탄성 부재와 스프링 부재를 통하여 렌즈가 장착된 캐리어가 물리적으로 지지되도록 구성되어 있어 이를 위한 공간 확보가 필요하므로 공간 활용도가 낮다고 할 수 있다.

또한, 이 기술은 캐리어를 물리적으로 지지하는 구성으로 와이어 형태의 탄성 부재를 사용하므로 손떨림, 진동 등에 의하여 흔들림이 발생되는 경우 탄성 부재 자체의 물리적 특성에 의하여 여진이 일정 시간 지속되므로 이를 보정하기 위하여 OIS코일에 전원이 상당 시간 공급되어야 하므로 충전용 배터리를 사용하는 모바일 단말의 측면에서 볼 때, 에너지 사용 효율성이 낮다고 할 수 있다.

한편, 한국공개특허공보 10-2015-0020951호에는 이동체의 X축 및 Y축 방향의 이동의 정밀 제어를 유도하기 위한 4각 형상의 서브 이동 프레임이 개시되어 있다. 그러나 이 서브 이동 프레임은 렌즈 조립체가 결합되는 이동체와 하우징 사이에 개재되므로 전체적으로 그 만큼의 부피가 커지게 됨은 물론, 4면 전체에서 자기력을 차단하는 물리적 방해체로 기능하게 되므로 이동체(캐리어)를 이동시키는 코일 등을 포함한 구동부를 하면에 배치하는 경우 제어 및 이동 효율성이 극히 저하되므로 부득이 코일 등의 구동부를 이동체에 구비되는 마그네트와 수직 방향으로 나란히 입설시키는 구조를 가질 수밖에 없다.

상기 선행문헌은 이러한 구조적 한계에 의하여, 높이 및 너비 방향으로 추가 공간이 확보되어야 하므로 액츄에이터의 소형화 및 경량화에 최적화되지 못하며 권선된 코일과 OIS 마그네트가 상호 대면하는 형상을 가지므로 발생된 자기력이 충분히 마그네트에 전달되지 못하는 자기력 누설현상이 발생되므로 효율성이 낮다고 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 배경에서 상술된 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 렌즈의 위치 보정을 위한 전자적 구성과 물리적 구성을 상호 유기적으로 장치 내에 효과적으로 배치함으로써 장치 내 공간 활용도를 최적화시킴은 물론, 손떨림 등에 의한 보정 기능의 효율성을 더욱 높일 수 있는 OIS 액츄에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 아래의 설명에 의하여 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의하여 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 그 구성의 조합에 의하여 실현될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 OIS 액츄에이터는 렌즈조립체가 탑재되며 광축과 수직인 제1 및 제2 방향으로 이동하는 캐리어; 상기 캐리어와 하우징 하부 사이에 위치하며 L자 형상을 가지는 미들가이드; 상기 미들가이드의 상부와 상기 캐리어의 하부 사이 및 상기 미들가이드의 하부와 상기 하우징의 하부 사이에 위치하는 볼(ball); 및 상기 광축을 기준으로 상기 미들가이드가 구비된 위치와 대칭되는 영역에 구비되어 상기 캐리어에 상기 제1 및 제2 방향의 구동력을 제공하는 구동부를 포함하여 구성될 수 있다.

여기에서 본 발명의 상기 캐리어는 상기 제1 및 제2 방향 각각에 구비되되, 상기 광축을 기준으로 상기 미들가이드가 구비된 위치와 대칭되는 영역에 구비되는 제1 및 제2 OIS마그네트를 포함할 수 있으며 이 경우 상기 본 발명의 구동부는 상기 제1 방향 및 제 2방향을 기준으로 상기 캐리어의 위치를 각각 센싱하는 제1 및 제2 센서; 및 상기 제1 및 제2 센서의 센싱값에 기초한 전원의 인가에 의하여 상기 제1 및 제2 OIS마그네트 각각에 구동력을 제공하는 제1 및 제2코일을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 미들가이드는 상기 볼을 상기 제1 방향으로 가이딩하는 제1가이드홈부가 상면 또는 하면 중 일면에 구비되며, 상기 볼을 상기 제2방향으로 가이딩하는 제2가이드홈부가 상기 제1가이드홈부가 형성된 반대 면에 구비되도록 구성하는 것이 바람직하며, 나아가 상기 제1 및 제2 가이드홈부는 상기 제1 방향 및 제2 방향으로 각각 2개가 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 본 발명의 볼은 상기 제1 및 제2 가이드홈부와 대응되는 위치에 각각 2개, 상기 미들가이드의 상면 및 하면에서 상기 제1 또는 제2 가이드홈부가 구비되지 않는 위치에 각각 1개가 구비되도록 구성할 수 있다.

나아가 본 발명의 상기 제1 및 제2 OIS마그네트는 상기 캐리어의 측면에 구비되며, 상기 제1 및 제2 코일은 제1 및 제2 OIS마그네트의 아래 방향에 구비되도록 구성할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 캐리어는 상기 제1 및 제2 OIS마그네트 각각의 반대편 측면에 구비되는 서브마그네트를 더 포함할 수 있으며 이 경우 상기 하우징 하부에 구비되며, 상기 제1 및 제2 OIS마그네트 및 서브마그네트 각각에 인력을 발생시키는 요크를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 OIS 액츄에이터는 손떨림 보정을 위한 전자적 내지 물리적 구성을 상호 유기적으로 배치하여 장치의 공간 활용도를 더욱 향상시킬 수 있으므로 장치의 경량화 내지 소형화 등을 더욱 최적화시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의할 때, 캐리어의 X축 이동 및 Y축 이동을 분리하여 유도할 수 있어 더욱 정밀한 이동 제어가 가능하며, 나아가 이를 위한 미들가이드 구성을 X축 및 Y축 한 방향으로 각각 연장된 형상을 가지도록 구현함으로써, X축 및 Y축 방향으로의 이동성 보장이 그대로 유지됨과 동시에 종래 4각 형상으로 이루어진 가이드 구성의 모든 문제점들을 본질적으로 극복할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 효과적으로 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 이러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 OIS 액츄에이터의 구성 및 이들의 결합 관계를 도시한 분해 결합도,
도 2는 도 1에 도시된 캐리어의 상세 구성을 도시한 도면,
도 3은 도 2에 도시된 캐리어의 저면의 구성을 도시한 도면,
도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 구동부에 대한 상세 구성을 도시한 도면,
도 5는 도 1에 도시된 본 발명의 미들가이드에 대한 상세 구성을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 미들가이드와 캐리어가 볼을 매개하여 결합되는 모습을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 하우징 및 하우징에 구비되는 본 발명의 구성을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 미들가이드와 하우징 하부가 하부 볼을 매개하여 결합되는 모습을 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 마그네트와 요크에 대한 구조 및 힘의 방향 등을 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 OIS 액츄에이터(이하 '액츄에이터'라고 지칭한다)(100)는 손떨림 보정을 위한 광학식 액츄에이터로서 도 1 등에 도시된 바와 같이 캐리어(110), OIS마그네트(120), 하우징(130), 미들가이드(140), 볼(150), 구동부(160), 서브마그네트(170) 및 요크(180)를 포함하여 구성될 수 있다. 이하 도 1을 참조하여 본 발명의 전반적인 구성을 설명하며, 이하 다른 도면들을 참조하여 본 발명의 세부 구성들을 상세히 설명하도록 한다.

도면에 도시된 바와 같이 Z 축은 광축을 지칭하는 축방향으로서 초점 조절 등을 위하여 렌즈가 선형 이동하는 방향을 의미하며, X축 및 Y축은 이 광축과 수직을 이르는 평면의 양 축 방향을 의미한다. 이하 설명에서 제1 방향 및 제2 방향은 이와 같이 광축에 수직하는 X-Y 평면상의 양 축 방향으로서 서로 직교하는 방향을 의미한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 액츄에이터(100)는 본 발명의 구성이 구비 내지 탑재되는 내부 공간이 형성된 하우징(130)과 이 하우징(130) 상부에서 결합되어 상부 케이스 및 외부와의 절연 등을 기능을 수행하는 탑커버(60)를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 캐리어(110)는 가운데 부분에 결합공간(111)이 구비되는데 이 결합공간(111)을 통하여 렌즈 조립체(50)가 결합되며, 이와 같은 결합에 의하여 본 발명의 캐리어(110)는 렌즈 조립체와 그 물리적 이동을 함께 하게 된다.

상기 캐리어(110)는 후술되는 본 발명의 구동부(160)에서 발생되는 전자기력에 의하여 제1 방향, 제2 방향 또는 제1 방향 및 제2 방향의 조합된 방향으로 이동하게 되므로 이 캐리어(110)와 물리적 이동을 함께 하는 렌즈 조립체(50) 또한, 캐리어(110)와 동일하게 이동하게 된다.

본 발명의 캐리어(120)는 전체적으로 다양한 형상을 이룰 수 있으나 손떨림에 의한 위치 이동 및 그에 따른 위치 보정은 X-Y평면을 기준으로 서로 직교하는 양 방향으로 이루어지므로 캐리어(110)는 전체적으로 제1 및 제2 방향과 대응되는 사각 형상을 이루는 것이 바람직하다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 미들가이드(140)는 상기 캐리어(110)와 하우징(130) 하부 사이에 위치한다. 후술되는 바와 같이 이 미들가이드(140)는 종래 기술의 문제점을 본질적으로 해소할 수 있도록 종래와 같이 4각 형상을 가지지 않으며 도 1 등에 도시된 바와 같이 제1 방향 및 제2 방향 각각으로 한 방향으로만 연장되는 형상 즉, "L"자 형상으로 이루어진다.

즉, 본 발명의 미들가이드(140)는 캐리어(110) 등과 대응되는 형상인 4각 형상의 영역 내지 공간 중 제1 방향 및 제2 방향에 대응되는 영역 내지 공간을 하나씩만 차지하는 형상을 가진다. 본 발명의 미들가이드(140)에 대한 상세 구성은 후술된다.

본 발명의 볼(150)은 상부 볼(151)과 하부 볼(153)로 구분될 수 있는데, 도 1에 도시된 바와 같이 상부 볼(151)은 캐리어(110)의 하부와 미들가이드(140)의 상부 사이에 개재되며, 하부 볼(153)은 미들가이드(140)의 하부와 상기 하우징(130)의 하부 사이에 위치한다.

본 발명의 볼(150)은 캐리어(110) 등과 점접촉(point contact)을 이루게 되므로 캐리어(110)는 마찰력이 최소화된 상태에서 제1 및/또는 제2 방향으로 이동하게 된다. 후술되는 바와 같이 상부 볼(151)과 하부 볼(153)은 특정 방향의 이동이 억제되고 다른 특정 방향이 이동이 정확하게 유도되도록 가이드 벽부가 형성된 홈부 라인에 의하여 가이딩된다.

본 발명의 구동부(160)는 상기 캐리어(110)에 전자기력 등을 이용하여 제1 및/또는 제2 방향의 구동력을 제공하는 기능을 수행한다.

앞서 설명된 바와 같이 본 발명의 미들가이드(140)는 종래 4각 형상을 지양하고 "L" 자 형상으로 구현되므로 4각 영영 내지 공간 중 두 영역 내지 공간만 차지하게 되므로 나머지 두 영역 내지 공간(도 6의 S)을 다른 구성을 위한 추가 공간으로 확보할 수 있게 된다.

이 추가 공간이 충분히 활용될 수 있도록 본 발명의 구동부(160)는 미들가이드(140)가 위치하지 않는 나머지 두 영역 내지 공간에 구비된다. 즉, 본 발명의 구동부(160)는 본 발명에 의한 액츄에이터(100)의 중앙 부분 즉, 광축을 기준으로 미들가이드(140)가 위치하는 영역과 대칭되는 영역에 구비된다.

본 발명은 이와 같이 미들가이드(140)가 위치하지 않는 두 영역에 구동부(160)를 구비시킴으로써 공간 활용도를 극대화시킬 수 있으며 이를 통하여 액츄에이터(100)를 더욱 소형화 내지 경량화시킬 수 있게 된다.

본 발명의 설명에 있어 광축을 기준으로 미들가이드(140)가 위치하는 영역과 대칭되는 영역의 의미는 이와 같이 미들가이드(140)가 구비되지 않는 영역 내지 공간을 의미하는 것으로서 종래 4각 형상의 미들가이드가 차지하는 4 영역(제1방향 2영역, 제2방향 2영역) 중 본 발명의 미들가이드(140)가 배치되는 영역을 제외한 영역 내지 공간을 의미한다.

본 발명의 액츄에이터(100) 아래에는 렌즈를 통해 입력된 빛 신호를 전기적 신호로 변환시키는 씨모스(CMOS), 씨씨디(CCD) 등의 이미지 센서(80) 및 이를 실장하는 보드(PCB)(90)가 구비될 수 있으며, 렌즈와 이미지 센서(프로세서)(80) 사이에는 빛의 필터링을 위한 필터(70)가 더 포함될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액츄에이터(100)에 대한 상세 구성을 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 캐리어(110)의 상세 구성을 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 캐리어(110)에는 OIS마그네트(120)가 구비되는 장착공간(113)이 형성될 수 있으며, 후술되는 바와 같이 요크(180)와의 인력 발생을 위한 서브마그네트(170-1, 170-2)가 구비되는 장착공간(115)이 형성될 수 있다.

이와 같은 장착공간(113, 115)은 하나의 예로서, 상기 OIS마그네트(120) 또는 서브마그네트(170)는 벽부 등에 부착되거나 또는 끼움결합되는 방식 등으로 캐리어(110)에 구비될 수 있음은 물론이다.

상술된 바와 같이 본 발명의 미들가이드(140)는 "L"자 형상을 가지므로 미들가이드(140)가 위치하지 않는 영역에 추가 공간(도 6의 S)이 확보될 수 있다. 앞서 설명된 구동부(160)의 위치 등과 대응되도록 하여 이 추가 공간이 더욱 적극적으로 활용될 수 있도록 OIS마그네트(120-1, 120-2)는 캐리어(110)의 4측면 중 미들가이드(140)가 차지하지 않는 영역에 해당하는 캐리어의 측면에 제1 및 제2 방향으로 하나씩 구비된다(120-1, 120-2).

이와 같이 미들가이드(140)가 위치하지 하는 영역에 본 발명의 OIS마그네트(120-1, 120-2)가 구비되므로 OIS마그네트(120)의 크기를 종래기술과 대비하여 상대적으로 더 확장시킬 수 있으므로 의한 자기력 발생에 의한 구동력의 효율성을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 캐리어(110)의 저면을 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 캐리어(110)의 저면에는 후술되는 미들가이드(140)의 상세 구성과 대응되며 상부 볼(151)과 대접하는 가이드 홈부(116) 및 상부 볼(151)의 일부가 수용되어 볼의 외부 이탈을 방지하는 수용홈부(117)가 구비될 수 있다. 가이드 홈부(116) 및 수용홈부(117)에 대한 상세 내용은 후술하도록 한다. 도 2 및 도 3에 도시된 "A"와 "B"는 동일한 위치 관계를 나타내기 위한 참조부호이다.

도 4는 본 발명의 구동부(160)에 대한 상세 구성을 도시한 도면이다.

앞서 설명된 바와 같이 미들가이드(140)가 위치하지 않는 영역 내지 공간에 배치되는 본 발명의 구동부(160)는 인가된 전원에 의하여 전자기력을 발생시키게 되는데 이렇게 발생된 전자기력은 캐리어(110)에 장착된 OIS마그네트(120-1, 120-2) 와의 상대적 관계에서 OIS마그네트(120-1, 120-2)에 인력 또는 척력을 발생시키게 된다.

OIS마그네트(120-1, 120-2)는 캐리어(110)에 결합되어 그 물리적 이동을 함께 하고, 이 캐리어(110)에 렌즈조립체(50)가 장착되어 있으므로 최종적으로 구동부(160)에서 발생된 전자기력은 렌즈조립체(50)를 X-Y 평면상으로 이동시키게 되고 이러한 이동에 의하여 손떨림 등에 의한 영상 왜곡 현상 등이 극복된다.

구체적으로 본 발명의 구동부(160)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1 및 제2코일(163-1, 163-3), 제1 및 제2 센서(161-1, 161-3) 및 (연성)인쇄회로기판(FPCB)(165)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 코일(163-1, 163-3)은 FPCB(165) 등을 통하여 전원이 인가되면 인가된 전원에 대응되는 전자기력을 발생시키기 된다. 발생되는 전가기력의 방향, 크기 등은 코일에 인가되는 전류의 크기, 방향 등에 함수적으로 영향을 받게 된다.

제1 및 제2 센서(hall sensor)(161-1, 161-3)는 홀 효과(hall effect)를 이용하여 각 방향의 OIS마그네트(121, 122)의 위치를 센싱하고 그 센싱값을 출력하는 기능을 수행하며, 액츄에이터(100) 외부에 설치될 수 있는 드라이브 모듈(미도시)은 상기 홀센서의 센싱값에 따라 상기 코일(161-1, 161-3)에 인가되는 전원의 크기 또는 방향 등을 제어하는 기능을 수행한다.

앞서 설명된 바와 같이 캐리어(110)와 하우징(130) 하부 사이에 제1 및 제2 방향의 이동이 정밀하게 제어되도록 유도하는 미들가이드(140)가 위치하며 나아가, 본 발명의 미들가이드(140)는 "L" 자 형상을 가지므로 도 4 등에 도시된 바와 같이 본 발명의 구동부(160)는 하우징(130) 즉, 캐리어(110)의 아래 방향에 구비되어도 종래와 같이 캐리어(110)와 구동부(160) 사이의 물리적 장애물이 존재하지 않게 된다.

그러므로 코일에서 발생한 전자기력은 그대로 OIS마그네트(121, 122)에 전달될 수 있어 전자기력 발생에 대한 효율이 더욱 향상될 수 있으며, 코일에서 발생된 자기력선이 제1 및 제2 OIS마그네트(121, 122)의 넓은 평면 방향으로 입사되는 구조를 가질 수 있으므로 자기력 자체의 효율성도 더욱 향상될 수 있다.

본 발명의 액츄에이터(100)는 외부로부터 OIS 구동을 위한 전원이 인가되며, 본 발명의 액츄에이터(100)가 장착되는 장치(스마트폰 등)의 다른 구성 또는 홀센서에 의한 위치 피드백 제어를 위한 구동 드라이브모듈(칩) 등과 신호 내지 데이터 입출력 등이 이루어지므로 전원, 신호, 데이터 등의 효과적인 인터페이싱을 위하여 (연성)회로기판(165)의 단자(167)는 하우징(130) 외부로 노출되는 형태로 구현하는 것이 바람직하다.

도 5는 도 1에 도시된 본 발명의 미들가이드(140)에 대한 상세 구성을 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이 미들가이드(140)는 볼(150)을 제1방향으로 가이딩하는 제1가이드홈부(141)와 볼(150)을 제2방향으로 가이딩하는 제2가이드홈부(142)가 상면 또는 하면 중 서로 다른 면에 각각 구비될 수 있다.

도 5에 도시된 실시예는 상부 볼(151)을 제2방향으로 가이딩하는 제2가이드홈부(142)가 미들가이드(140)의 상면에 구비되고 하부 볼(153)을 제1방향으로 가이딩하는 제1가이드홈부(141)가 미들가이드(140)의 하면에 구비된 실시예를 도시하고 있다. 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 상부 볼(151) 및 하부 볼(153) 모두 3개로 구현된다.

제1방향 또는 제2방향으로의 선형 이동이 더욱 효과적으로 유도될 수 있도록 도면에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 가이드홈부(141, 142)는 제1 방향 및 제2 방향으로 각각 2개 이상이 구비되는 것이 바람직하며, 이들 가이드홈부(141, 142)는 미들가이드(140)에서 제1방향(제2방향)으로 연장된 형상을 가지는 부분에 2개 이상의 제1가이드홈부(141)(제2가이드홈부(142))가 구비되는 것이 바람직하다.

이와 관련하여, 종래 기술은 4개의 구를 이용하여 X방향 또는 Y방향의 이동을 가이딩하도록 구성되어 있다. 이와 같이 종래 기술은 가이딩을 위하여 4개의 볼이 채용되어야 하므로 4개 볼이 구비되는 공간이 확보되어야 하므로 공간 활용도가 낮고 액츄에이터의 설계 시에도 무게 평형, 공간 안배 타 구성과의 유기적 결합 관계 등과 관련하여 4개의 볼을 반드시 감안하여야 하므로 설계의 자유도도 제한된다고 할 수 있다.

또한, 다른 구성요소를 결합하는 경우에도 4개의 볼 모두의 위치를 선정하고 배열을 맞추어야 하므로 조립 과정에서도 복잡성이 발생될 수 있고 액츄에이터 전체의 두께, 볼륨 등의 측면에서도 장치의 소형화 내지 경량화 등에 최적화될 수 없다고 할 수 있다.

이에 반해 본 발명은 상술된 본 발명의 구성을 이용하여 3개의 볼(151)을 이용하도록 구성된다. 3차원 형상을 가지는 구와 평면은 점접촉(point contact)하게 되는데 이상적으로(ideally) 완전한 형상의 구와 평면, 수학적으로 완벽하게 동일한 지름을 가지는 복수 개의 구와 동일한 두께와 이상적인 수평을 가지는 평면이 아닌 이상, 구 4개가 평면과 대접하도록 구성하여도 실질적으로는 3개의 구가 평면과 대접하게 되므로 본 발명과 같이 3개의 볼(151)에 의하여 지지되도록 구성하여도 수평을 충분히 유지할 수 있고 제1방향 또는 제2방향으로의 이동을 정확하게 가이딩할 수 있다.

그러므로 기능적으로 종래와 등가성을 유지할 수 있음과 동시에 공간 활용도를 더욱 향상시켜 설계의 자유도를 더욱 높일 수 있고, 볼의 배치, 위치 선정, 다른 구성요소와의 배열 등과 관련하여 더욱 효율성을 높일 수 있으므로 조립 공정 등을 단순화시킬 수 있고 액츄에이터의 소형화 내지 경량화에 더욱 최적화될 수 있다.

본 발명은 상부 볼 및 하부 볼을 각각 3개씩 전체 6개의 볼로 구현하고 종래 기술은 상하부 각각 4개씩의 볼 즉, 전체 8개 볼이 구비되어야 하므로 이러한 측면에서 종래 기술과 대비된 본 발명의 이점은 더욱 높다고 할 수 있다.

한편, 제1 또는 제2가이드홈부(141, 142)는 상기와 같이 3개의 볼(150)과 대응되도록 미들가이드(140)의 3곳에 구비되도록 할 수도 있으나, 같은 방향으로 이동하는 선속도가 동일하지 않게 되면, 제1 방향 이동 및/또는 제2 방향의 선형 이동이 정확하게 이루어지지 않을 수 있으며 이로 인해 각 방향별 정밀 제어가 어려워질 수 있다.

그러므로 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 볼(150)은 상기 제1 및 제2 가이드홈부(141, 142)와 대응되는 위치에 각각 2개, 상기 미들가이드(140)의 상면 및 하면에서 상기 제1 또는 제2 가이드홈부(141, 142)가 구비되지 않는 위치에 각각 1개가 구비되도록 하여 볼(150) 3개에 의하여 관련 구성이 매개되도록 구성할 수 있다.

즉, 상부 볼(151) 3개는 캐리어(110)의 하부와 미들가이드(140)의 상부 사이를 매개하고 하부 볼(153) 3개는 미들가이드(140)의 하부와 하우징(130) 하부 사이를 매개하도록 구성하되, 제1 및 제2 가이드홈부(141, 142)에 위치하지 않는 나머지 볼(151, 153)은 제1 및 2가이드홈부(141, 142)가 구비되지 않은 미들가이드(140) 끝단 부분의 평면상에 구비되도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

도 6은 본 발명의 미들가이드(140)와 캐리어(110)가 볼(150), 구체적으로 상부 볼(151)을 매개하여 결합되는 모습을 도시한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제2가이드홈부(142)는 미들가이드(140)에서 제2방향으로 연장되어 있는 부분에 구비되며, 상기 미들가이드(140) 상부에서 결합되는 캐리어(110)의 하면에는 상기 제2가이드홈부(142)에 대응되는 형상의 가이드홈부(116)가 구비될 수 있다.

도 6의 확대도에 도시되어 있는 바와 같이 상부 볼(151)은 하방에서 제2가이드홈부(142)와 두 부분에서 점접촉하게 되며, 상방으로는 캐리어(110)의 가이드홈부(116)와 두 부분에서 점접촉하게 된다.

상부 볼(151)은 이와 같은 상부 및 하부 양 방향의 가이드 홈부 구조에 의하여 제2방향으로 그 이동이 자유롭게 유도됨에 반해, 제1방향으로의 이동은 효과적으로 억제된다.

이와 같이 특정 방향만의 이동성이 유도되도록 하기 위하여 가이드 구조를 그 단면에 라운드진 형상 또는 다각 형상으로도 구현될 수 있으나, 도면에 예시된 실시예와 같이 "V자" 형상으로 가이드 구조를 구현하는 경우 점접촉되는 부분을 최소화할 수 있어 마찰력 등을 최소화시킬 수 있고, 상부 볼(151)이 가이드 구조에 실제 점접촉하여 대접하도록 유도할 수 있으므로 더욱 바람직하다.

상부 볼(151) 중 제2가이드홈부(142)에 위치하지 않는 나머지 하나의 볼(151)은 캐리어(110) 및 미들가이드(140) 등의 수평을 더욱 효과적으로 유도할 수 있도록 도 6 등에 도시된 바와 같이 미들가이드(140)의 상면 중 제1방향으로 연장 형성된 부분의 끝단에 위치하도록 구성하는 것이 바람직하다.

나아가 캐리어(110)의 저면 중 상기 제2가이드홈부(142)에 위치하지 않는 상부 볼(151)과 대응되는 부분에는 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이 상부 볼(151)이 수용되되, 외부로 이탈되지 않도록 하는 수용홈부(117)가 구비된다.

수용홈부(117)에 수용되는 볼(151)은 수용홈부(117)와 볼(151) 사이의 이격 공간을 통하여 자유롭게 이동할 수 있으므로 제2가이드홈부(142)에 위치한 볼(151)과의 선속도를 일치시킬 수 있어 캐리어(110)의 특정 방향(제2방향)으로의 선형 이동을 더욱 효과적으로 유도할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 하우징(130) 및 하우징(130)에 구비되는 본 발명의 구성을 도시한 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 코일(163-1, 163-3) 및 OIS마그네트(121, 122)의 위치를 센싱하는 센서(161-1, 161-2)는 미들가이드(140)가 구비되지 않는 위치 즉, 도 6에 도시된 센터 부분(A)을 기준으로 미들가이드(140)와 대칭되는 영역에 구비된다.

도 6에서 설명된 바와 같이 상기 하우징(130) 하부 중 미들가이드(140)의 제1가이드홈부(141)와 대응되는 위치에는 제1가이드홈부(141)와 대응되는 형상으로 이루어지는 가이드홈부(133) 및 캐리어(110)의 하부에 구비되는 수용홈부(117)와 같이 하부 볼(153)을 수용하는 수용홈부(131)가 구비된다.

도 7에 도시된 참조부호 139는 스토퍼로서 하부 볼(153) 직경 이하의 높이를 가지는 단턱 구조를 이루어지는데, 외부 충격 등이 이루어지더라도 캐리어(110) 등이 기울어지는 것(tilting)을 효과적으로 방지한다.

또한, 하우징(130)에는 제1OIS마그네트(121), 제2OIS마그네트(122) 및 서브마그네트(170) 아래 방향에 요크(180)가 구비되는데, 이 요크(180)는 상술된 제1OIS마그네트(121), 제2OIS마그네트(122) 및 서브마그네트(170) 사이에서 각각 인력을 발생시켜 제1OIS마그네트(121), 제2OIS마그네트(122) 및 서브마그네트(170)가 구비된 캐리어(110)가 하우징(130) 아래 방향으로 밀착되도록 유도한다.

캐리어(110)의 위치 제어를 더욱 정밀하게 구현하기 위해서는 캐리어(110), 미들가이드(140) 등이 볼(150)과의 점접촉을 지속적으로 유지하면서 볼(150)에서 이탈되지 않도록 하는 것이 더욱 바람직한데, 본 발명의 요크(180)는 이를 위한 구성에 해당한다.

즉, 상기 요크(180)는 금속 등과 같은 자성체로서 볼(150)에 의하여 이격되어 있는 캐리어(110)에 구비된 마그네트(121, 122, 170-1, 170-2)와 인력을 발생시키게 되므로 캐리어(110) 및 미들가이드(140)가 볼(150)로부터 이탈되지 않고 지속적으로 볼(150)과 점접촉하게 된다.

하중 등의 균형 및 위치 제어의 정밀성을 높이기 위하여 상기 요크(180)는 각 마그네트(121, 122, 170-1, 170-2)와 대응되는 위치에 4개로 구현되는 것이 더욱 바람직하다.

이와 같이 요크(180)를 마그네트(121, 122, 170-1, 170-2)와 대응되도록 상호 대칭되는 위치에 구성하는 경우 캐리어(110)를 아래 방향으로 당기는 힘이 균등하게 발생하게 되므로 캐리어(110)가 기울어지거나 틸팅(tilting)되는 등의 현상을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

도 8은 본 발명의 미들가이드(140)와 하우징(130) 하부가 하부 볼(153)을 매개하여 결합되는 모습을 도시한 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제1가이드홈부(141)는 미들가이드(140)에서 제1방향으로 연장되어 있는 하면 부분에 구비되며, 하우징(130)의 하부에는 상기 제1가이드홈부(141)에 대응되는 형상의 가이드홈부(133)가 구비될 수 있다.

도 8의 확대도에 도시되어 있는 바와 같이 하부 볼(153)은 상방에서 제1가이드홈부(141)와 두 부분에서 점접촉하게 되며, 하방으로는 하우징(130)의 가이드홈부(133)와 두 부분에서 점접촉하게 된다.

하부 볼(153)은 이와 같은 상부 및 하부 양 방향의 가이드 홈부 구조(141, 133)에 의하여 제1방향으로 그 이동이 자유롭게 유도됨에 반해, 제2방향으로의 이동은 효과적으로 억제된다.

하부 볼(153) 중 가이드 홈부 구조(141, 133)에 위치하지 않는 나머지 하나의 볼(153)은 캐리어(110) 및 미들가이드(140) 등의 수평이 더욱 효과적으로 유도될 수 있도록 도 8 등에 도시된 바와 같이 미들가이드(140)의 하면 중 제2방향으로 연장 형성된 부분의 끝단에 위치하도록 구성하는 것이 바람직하다.

나아가 상기 제1가이드홈부(141)에 위치하지 않는 하부 볼(153)의 위치와 대응되는 하우징(130)의 하부 부분에는 도 8에 도시된 바와 같이 하부 볼(153)이 수용되되, 외부로 이탈되지 않도록 하는 수용홈부(131)가 구비된다.

수용홈부(131)에 수용되는 하부 볼(153)은 수용홈부(131)와 볼(153) 사이의 이격 공간을 통하여 이동 방향에 제한되지 않고 자유롭게 이동할 수 있다. 그러므로 제1가이드홈부(141)에 위치한 볼(153)과의 선속도가 일치될 수 있으며 특정 방향(제1방향)으로의 선형 이동을 더욱 효과적으로 유도할 수 있게 된다.

도 9는 본 발명의 마그네트와 요크에 대한 구조 및 힘의 방향 등을 도시한 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이 서브마그네트(170-1, 170-2)는 상기 제1 및 제2 OIS마그네트(121, 122) 각각의 반대편 측면에 구비될 수 있으며, 요크(180)는 상기 제1 및 제2 OIS마그네트(121, 122)와 서브마그네트(170-1, 170-2)와 소정의 이격된 거리를 두고 하방에 배치된다.

앞서 설명된 바와 같이 제1 및 제2 OIS마그네트(121, 122)와 서브마그네트(170-1, 170-2)는 캐리어(110)에, 요크(180)는 하우징(130) 하부에 구비되며, 캐리어(110)와 하우징(130) 하부 사이에는 상부 볼(151), 하부 볼(153) 및 미들가이드(140)가 개재된다.

본 발명의 요크(180)와 제1 및 제2 OIS마그네트(121, 122)와 서브마그네트(170-1, 170-2) 각각 사이에서 인력이 작용하게 되므로 본 발명의 캐리어(110) 및 미들가이드(140)는 볼(150)로부터 이탈되지 않고 지속적으로 볼(150)과 점접촉하는 상태를 유지할 수 있게 된다.

이러한 상태를 유지하면서, 제1코일 및/또는 제2코일(163-1, 163-3)에 전술된 알고리즘을 통한 크기와 방향의 전원이 인가되면 제1 및/또는 제2 OIS마그네트(121, 122)와 상호 전자기력이 발생하게 되어 제1 OIS마그네트(121) 및/또는 제2 OIS마그네트(122)에 구동력이 전달되고 이에 따라 캐리어(110)가 제1 방향 및/또는 제2 방향으로 이동하게 된다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

상술된 본 발명의 설명에 있어 제1 및 제2 등과 같은 수식어는 상호 간의 구성요소를 상대적으로 구분하기 위하여 사용되는 도구적 개념의 용어일 뿐이므로, 특정의 순서, 우선 순위 등을 나타내기 위하여 사용되는 용어가 아니라고 해석되어야 한다.

본 발명의 설명과 그에 대한 실시예의 도시를 위하여 첨부된 도면 등은 본 발명에 의한 기술 내용을 강조 내지 부각하기 위하여 다소 과장된 형태로 도시될 수 있으나, 앞서 기술된 내용과 도면에 도시된 사항 등을 고려하여 본 기술분야의 통상의 기술자 수준에서 다양한 형태의 변형 적용 예가 가능할 수 있음은 자명하다고 해석되어야 한다.

100 : OIS 액츄에이터
110: 캐리어 111 : 결합공간
113 : OIS 마그네트 장착공간 115 : 서브 마그네트 장착공간
116 : 가이드홈부 117 : 수용홈부
120-1 : 제1OIS마그네트 120-2 : 제2OIS마그네트
130 : 하우징 131 : 수용홈부
133 : 가이드홈부 139 : 스토퍼
140 : 미들가이드 141 : 제1가이드홈부
142 : 제2가이드홈부
151 : 상부 볼 153 : 하부 볼
160 : 구동부 161-1 : 제1센서
161-3 : 제2센서 163-1 : 제2코일
163-3 : 제2코일 165 : FPCB
167 : 단자
170-1 : 제1서브마그네트 170-2 : 제2서브마그네트
180 : 요크

Claims (7)

1. 렌즈조립체가 탑재되며 광축과 수직인 제1 및 제2 방향으로 이동하는 캐리어;
   상기 캐리어와 하우징 하부 사이에 위치하며 L자 형상을 가지는 미들가이드;
   상기 미들가이드의 상부와 상기 캐리어의 하부 사이 및 상기 미들가이드의 하부와 상기 하우징의 하부 사이에 위치하는 볼(ball); 및
   상기 광축을 기준으로 상기 미들가이드가 구비된 위치와 대칭되는 영역에 구비되어 상기 캐리어에 상기 제1 및 제2 방향의 구동력을 제공하는 구동부를 포함하고,
   상기 미들가이드는 상기 볼을 상기 제1 방향으로 가이딩하는 제1가이드홈부가 상면 또는 하면 중 일면에 2개가 구비되며, 상기 볼을 상기 제2 방향으로 가이딩하는 제2가이드홈부가 상기 제1가이드홈부가 형성된 반대 면에 2개가 구비되고,
   상기 볼은 상기 제1 및 제2 가이드홈부와 대응되는 위치에 각각 2개, 상기 미들가이드의 상면 및 하면에서 상기 제1 또는 제2 가이드홈부가 구비되지 않는 위치에 각각 1개가 구비되는 것을 특징으로 하는 OIS 액츄에이터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 캐리어는,
   상기 제1 및 제2 방향 각각에 구비되되, 상기 광축을 기준으로 상기 미들가이드가 구비된 위치와 대칭되는 영역에 구비되는 제1 및 제2 OIS마그네트를 포함하고,
   상기 구동부는,
   상기 제1 방향 및 제 2방향을 기준으로 상기 캐리어의 위치를 각각 센싱하는 제1 및 제2 센서; 및
   상기 제1 및 제2 센서의 센싱값에 기초한 전원의 인가에 의하여 상기 제1 및 제2 OIS마그네트 각각에 구동력을 제공하는 제1 및 제2코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 OIS 액츄에이터.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 OIS마그네트는,
   상기 캐리어의 측면에 구비되며,
   상기 제1 및 제2 코일은 제1 및 제2 OIS마그네트의 아래 방향에 구비되는 것을 특징으로 하는 OIS 액츄에이터.
7. 제 6항에 있어서, 상기 캐리어는,
   상기 제1 및 제2 OIS마그네트 각각의 반대편 측면에 구비되는 서브마그네트를 더 포함하고,
   상기 하우징 하부에 구비되며 상기 제1 및 제2 OIS마그네트와 서브마그네트 각각에 인력을 발생시키는 요크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 OIS 액츄에이터.

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