KR102002718B1 - 회전식 볼-가이드 음성 코일 모터 - Google Patents

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Abstract

광학 소자를 회전 또는 틸팅하기 위한 액츄에이터, 예를 들어 광경로 폴딩 요소는, 보이스 코일 모터(voice coil motor : VCM) 및 상기 VCM의 작동시 회전축을 중심으로 광학 소자의 회전 또는 틸트 운동을 생성하도록 작동하는 만곡된 볼-가이드 메커니즘을 포함한다. 일부 실시 예에서, 액츄에이터는 2개의 제1 및 제2 VCM, 및 각각의 제1 및 제2 회전축을 중심으로 회전 또는 틸트를 생성하도록 작동하는 2개의 만곡된 볼-가이드 메커니즘을 포함한다.

Description

회전식 볼-가이드 음성 코일 모터
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2006년 5월 30일에 출원된 미국 특허 가출원 제62/343,011호 및 2006년 6월 22일 출원된 제62/353,278호로부터의 우선권을 주장하며, 이들 모두는 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.
본원에 개시된 실시 예는 일반적으로 액츄에이팅 메커니즘("액츄에이터")에 관한 것으로, 특히 디지털 카메라용 보이스 코일 모터(voice coil motor : VCM) 액츄에이터에 관한 것이다.
고급 디지털 카메라 모듈, 및 특히 핸드폰(예들들어, 스마트 폰) 디지털 카메라는 초점 또는 광학 이미지 안정화(optical image stabilization : OIS)와 같은 진보된 광학 기능을 사용할 수 있는 메커니즘을 포함한다. 이러한 메커니즘은 원하는 광학 기능을 생성하기 위해 광학 소자(예를 들어, 렌즈, 이미지 센서, 거울)를 작동(예를 들어, 변위, 시프트 또는 틸트)시킬 수 있다. 일반적으로 사용되는 액츄에이터는 보이스 코일 모터(VCM) 기술에 기반한다. VCM 기술에서, 고정(또는 영구) 자석 및 코일이 작동력을 생성하는 데 사용된다. 코일은 고정 자석의 자계 부근에 위치한다. 코일에서 전류를 구동할 때, 로렌츠 힘이 코일에 생성되고, 그 반대로 동일한 카운터-포스(counter-force)가 자석에 가해진다. 자석 또는 코일은 작동 어셈블리를 구성하기 위해 광학 소자에 견고하게 부착된다. 그 다음, 작동 어셈블리는 자기 로렌츠 힘에 의해 움직인다. 이후, 용어 VCM은 또한 "VCM 액츄에이터"를 지칭하기 위해 사용될 수 있다.
자력 이외에도, 기계적 레일이 광학 소자의 운동 경로를 설정하는 데 사용된다. 기계적 레일은, 광학적 필요에 의해 요구되는 바와 같이, 광학 소자의 운동을 원하는 경로로 유지한다. 전형적인 기계식 레일은 당업계에서 "스프링-가이드 레일(spring-guided rail)"로 알려져 있으며, 여기서 스프링 또는 스프링 세트가 모션 방향을 설정하는 데 사용된다. 스프링-가이드 레일이 포함된 VCM은 "스프링-가이드 VCM"이라고 한다. 예를 들어, 미국 특허출원 제20110235196호는 선형 스프링 레일에서 시프트되어 초점을 생성하는 렌즈 요소를 개시한다. 예를 들어, 국제 특허출원 PCT/IB2016/052179는 폴디드 카메라 구조(folded camera structure : FCS)에서 스프링-가이드 VCM의 통합 및 사용을 개시한다. 본원는 초점 및 OIS를 생성하기 위해 시프트되는 렌즈 요소와 OIS를 생성하기 위해 회전 방식으로 시프트되는 경량 폴딩 요소(light folding element)를 교시한다.
다른 전형적인 기계 레일은 당업계에서 "볼-가이드 레일(ball-guided rail)"로 공지되어 있다(미국 특허 제8810714호 참조). 볼-가이드 레일의 경우, 광학 소자는 그루브("슬릿"이라고도 함) 내에 구속된(Confined) 볼의 세트에 의해 원하는 방향으로 이동하도록 구속된다. 볼-가이드 레일이 포함된 VCM은 "볼-가이드 VCM"이라고 한다. 볼-가이드 VCM에는 스프링-가이드 VCM보다 몇 가지 장점이 있다. 볼-가이드 VCM은 (1) 낮은 전력 소모(스프링-가이드 VCM에서는 자력이 볼-가이드 VCM에 존재하지 않는 스프링 기계적인 힘에 맞서야 하기 때문임), 및 (2) VCM을 포함하는 카메라의 라이프 싸이클 동안 발생할 수 있는 드롭(drops)의 높은 신뢰성을 포함한다.
미국 특허 제8810714호에 개시된 작동 방법이 리니어 모션(linear motion)만 허용하는 반면, 어떤 경우에는 PCT/IB2016/052179에 기술된 바와 같이 OIS를 생성하기 위해 경량 폴딩 부재(거울 또는 프리즘)를 회전(틸팅)하는 등 각 운동을 생성 할 필요가 있다.
따라서, 회전식 볼-가이드 VCM, 즉 광학 소자의 회전(틸트)을 야기할 수 있는 볼-가이드 VCM가 필요하고, 이는 장점을 가질 것이다.
본원에 개시된 실시 예의 양태들은 만곡된(curved) 볼-가이드 메커니즘을 갖는 VCM 액츄에이터, 및 디지털 카메라, 특히 VCM을 포함하는 폴디드 광학계를 갖는 카메라에 관한 것이다.
일부 예시적인 실시 예에서, 광학 소자를 회전 또는 틸팅하기 위한 액츄에이터가 제공되는데, 제1 VCM 및 상기 VCM의 작동시 제1 회전축을 중심으로 상기 광학 소자의 회전 또는 틸트 운동을 생성하도록 작동하는 제1 만곡된 볼-가이드 메커니즘을 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 제1 VCM은 정적(static) 베이스에 기계적으로 결합된 코일 및 상기 광학 소자를 유지하기 위한 홀더에 기계적으로 결합된 고정 자석을 포함하며, 상기 회전 또는 틸트 운동은 상기 코일을 통과하는 전류에 의해 생성된다.
일 실시 예에서, 상기 정적 베이스에 부착되고 제1 만곡된 볼-가이드 메커니즘이 분리되지 않도록 상기 고정 자석을 끌어 당기기 위해 사용되는 강자성 요크를 더 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 제1 볼-가이드 메커니즘은 다수의 볼들이 위치된 한 쌍의 그루브를 포함하고, 상기 한 쌍의 그루브 중 적어도 하나는 회전축 상에 놓이는 곡률 중심에서 시작하는 반경에 의해 정의된 곡률을 갖는다.
일 실시 예에서, 상기 광학 소자는 광을 제1 광축으로부터 제2 광축으로 폴딩시키는 광경로 폴딩 요소(optical path folding element : OPFE)를 포함한다.
일 실시 예에서, 제1 회전축은 상기 제1 광축과 상기 제2 광축 모두에 수직인 축을 포함한다.
일 실시 예에서, 제1 회전축은 상기 제2 광축을 상기 제1 광축 및 상기 제2 광축 모두에 수직인 축과 결합하는 축을 포함한다.
일 실시 예에서, 제1 만곡된 볼-가이드 메커니즘은 상기 OPFE 하부에 위치된다.
일 실시 예에서, 고정 자석 및 코일은 상기 OPFE 하부에 위치된다.
일 실시 예에서, 고정 자석 및 코일은 상기 제1 축 및 상기 제2 광축 모두를 포함하는 평면에 평행한 평면에서 상기 OPFE의 일측에 위치된다.
일 실시 예에서, 액츄에이터는 상기 정적 베이스에 대한 광학 소자의 각도를 측정하기 위한 위치 센서를 더 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 위치 센서는 고정 자석의 자기장을 측정하도록 작동하는 홀 바(Hall bar) 위치 센서이다.
일 실시 예에서, 액츄에이터는 제2 VCM 및 상기 제2 VCM의 작동시 제2 회전축을 중심으로 광학 소자의 회전 또는 틸트 운동을 생성하도록 작동하는 제2 만곡된 볼-가이드 메커니즘을 포함하고, 제1 회전축 및 제2 회전축은 평행하지 않다.
일 실시 예에서, 상기 제1 회전축과 상기 제2 회전축은 서로 실질적으로 직교한다.
일 실시 예에서, 제1 VCM은 정적 베이스에 기계적으로 결합된 제1 코일 및 상기 광학 소자를 유지하기 위한 홀더에 기계적으로 결합된 제1 고정 자석을 포함하고, 상기 제2 VCM은 정적 베이스에 기계적으로 결합된 제2 코일 및 상기 광학 소자를 유지하기 위한 홀더에 기계적으로 결합된 제2 고정 자석을 포함하며, 제1 회전 또는 틸트 운동 및 제2 회전 또는 틸트 운동은 상기 제1 코일과 상기 제2 코일을 통과하는 전류의 조합에 의해 생성된다.
일 실시 예에서, 상기 제1 및 상기 제2 자석은 단일 자석으로서 통합된다.
일 실시 예에서, 액츄에이터는 정적 베이스에 부착되고 제1 만곡된 볼-가이드 메커니즘 및 제2 만곡된 볼-가이드 메커니즘이 분리되지 않도록 고정 자석을 끌어당기기 위해 사용되는 강자성 요크를 더 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 광학 소자는 광을 제1 광축으로부터 제2 광축으로 폴딩시키는 광경로 폴딩 요소(OPFE)를 포함한다.
일 실시 예에서, 제1 회전축은 상기 제1 광축 및 상기 제2 광축 모두에 수직인 축을 포함하고, 제2 회전축은 상기 제1 광축 또는 상기 제2 광축에 평행한 축을 포함한다.
일 실시 예에서, 제1 위치 센서 및 제2 위치 센서를 더 포함하며, 2개의 위치 측정치들의 조합은 제1 회전축 및 제2 회전축 모두와 관련하여 정적 베이스에 대한 광학 소자 홀더의 위치 결정을 허용한다.
일 실시 예에서, 상기 곡률 중심은 광학 소자의 내부에 존재한다.
일 실시 예에서, 상기 곡률 중심은 광학 소자의 외부에 존재한다.
일부 예시적인 실시 예에서, 상기 및 하기에 설명된 액츄에이터를 포함하는 카메라가 제공된다.
일부 카메라 실시 예에서, 회전 또는 틸트 이동은 광학 이미지 안정화를 허용한다.
일부 카메라 실시 예에서, 회전 또는 틸트 이동은 확대된 시야 스캐닝을 허용한다.
본원에 개시된 실시 형태의 비제한적인 예가 본 단락의 다음에 나열된 첨부 도면을 참조하여 하기에서 설명된다. 도면 및 설명은 본원에 개시된 실시 예를 설명하고 명료화하기 위한 것이며, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
도 1a는 본원에 개시된 회전식 볼-가이드 VCM 액츄에이터의 실시 예를 등각 투영도(isomeric view)로 도시한다.
도 1b는 도 1a의 VCM 액츄에이터를 분해도로 도시한다.
도 1c는 도 1a의 VCM 액츄에이터에서의 작동 서브-어셈블리의 저면도를 도시한다.
도 1d는 도 1a에 표시된 A-A 선에 따른 VCM 액츄에이터의 단면을 도시한다.
도 1e는 도 1a의 VCM 액츄에이터에서의 전자기 서브-어셈블리의 상세(details)를 도시한다.
도 1f는 도 1a에 표시된 B-B 선에 따른 VCM 액츄에이터의 단면을 도시한다.
도 1g는 본원에 개시된 회전식 볼-가이드 VCM 액츄에이터의 다른 실시 예를 등각 투영도로 도시한다.
도 1h는 도 1g의 VCM 액츄에이터를 분해도로 도시한다.
도 1i는 도 1g의 액츄에이터에서의 작동 서브-어셈블리의 상세를 도시한다.
도 1j는 도 1g에 표시된 B-B 선에 따른 VCM 액츄에이터의 단면을 도시한다.
도 1k는 그루브 쌍의 다른 실시 예를 측면에서 개략적으로 도시한다.
도 2는 폴디드 카메라에 결합된, 도 1a 내지 도 1f의 액츄에이터를 도시한다.
도 3a는 본원에 개시된 회전식 볼-가이드 VCM 액츄에이터의 또다른 실시 예를 등각 투영도로 도시한다.
도 3b는 도 3a의 VCM 액츄에이터를 분해도로 도시한다.
도 3c는 도 3a 및 도 3b의 VCM 액츄에이터의 중간 베이스의 상세를 도시한다.
도 3d는 도 3a 및 도 3b의 VCM 액츄에이터에서의 전자기 서브-어셈블리의 상세를 도시한다.
도 4는 폴디드 카메라에 연결된, 도 3a 내지 도 3c의 액츄에이터를 도시한다.
도 5a는 본원에 개시된 회전식 볼-가이드 VCM 액츄에이터의 또다른 실시 예를 등각 투영도로 도시한다.
도 5b는 도 2a의 VCM 액츄에이터를 일측면에서의 분해도로 도시한다.
도 5c는 도 2a의 VCM 액츄에이터를 다른 측면으로부터의 분해도로 도시한다.
도 5d는 도 5a에 표시된 A-A 선에 따른 VCM 액츄에이터의 단면을 도시한다.
도 5e는 도 5a의 VCM 액츄에이터에서의 전자기 서브-어셈블리의 상세를 도시한다.
도 6은 폴디드 카메라에 결합된, 도 5a 내지 도 5e의 액츄에이터를 도시한다.
도 1a 내지 도 1f는 본원에 개시되고 100으로 넘버링된 회전식 볼-가이드 VCM 액츄에이터의 예시적인 실시 예의 다양한 도면 및 구성 요소를 개략적으로 도시한다. 간략화를 위해, 하기의 설명에서 "VCM 액츄에이터" 또는 단지 "액츄에이터"라는 용어는 "회전 볼-가이드 VCM 액츄에이터"를 대체할 것이다. 도 1a는 액츄에이터(100)를 등각 투영도로 도시하고, 도 1b는 액츄에이터(100)를 분해도로 도시한다. 액츄에이터(100)는 후술되는 바와 같이 단일 축(예시적으로 도시된 바와 같이, 축 X)을 중심으로 광경로 폴딩 요소(OPFE)(150)의 틸팅을 허용한다. OPFE(150)는 제1 광축(Z와 정렬됨)으로부터 제2 광축(Y와 정렬됨)으로 광을 폴딩한다. 또한, 도 1a, 도 1b에서, OPFE(150)는 예시적으로 프리즘이다. 다른 실시 예에서, OPFE는 예를 들어 거울 또는 렌즈일 수 있다. 액츄에이터(100)는 5-15 mm 범위의 예시적인 길이/폭/높이 치수를 가진다. 즉 액츄에이터(100)는 5x5x5 ㎣ 내지 15x15x15 ㎣의 치수를 갖는 박스 내에 수용될 수 있다. 설명은 도 1a 및 도 1b 뿐만 아니라 다수의 다른 도면에 도시되어 있는 좌표계(XYZ)를 참조하여 계속된다.
액츄에이터(100)에서, OPFE(150)는 예를 들어 요소 OPFE(150)의 형상에 맞는 플라스틱 몰드에 의해 제조될 수 있는, 광학 소자 홀더(102) 내에 유지될 수 있다. 영구(고정) 자석(104)은 아래로부터(도 1a에서 음의 Z 방향) 광학 소자 홀더(102)에 고정적으로 부착(예를 들어, 접착)된다. 이하, OPFE(예를 들어, 프리즘)와 관련하여 사용되는 "아래"라는 용어는 제1 광축에 따라 광을 수용하는 면에 반대되는 OPFE의 면을 지칭한다. OPFE(150), 광학 소자 홀더(102) 및 자석(104)은 "작동 서브-어셈블리"(106)를 형성한다. 작동 서브-어셈블리(106)는 도 1c의 저면도로부터 도시된다. 도 1d는 도 1a에 표시된 A-A 선에 따른 액츄에이터(100)의 단면을 도시한다. 도 1e는 액츄에이터(100)의 전자기(EM) 서브-어셈블리의 상세를 도시한다. 도 1f는 도 1a에 표시된 B-B 선에 따른 액츄에이터(100)의 단면을 도시한다. 광학 소자 홀더(102)는 홀더(102)의 2개의 대향 측면에 위치된 2개의 평행한 원호형(arc-shaped)(또는 "만곡된") 그루브들(102a 및 102b)을 포함하며(즉, 몰딩됨), 각각의 원호형 그루브는 각도 α' > α를 가지며, 여기서 각도 α는 광학적 필요에 의해 정의된 바와 같은, 요구되는 틸트 스트로크(tilt stroke)이다. 각도 α'는 도 1d에 도시된다. 원호형 그루브들(102a 및 102b)은 공통 회전축(108) 상에 곡률 중심을 갖는다(도 1d).
그루브들(102a 및 102b)(곡률 반경)로부터의 축(108)의 거리는 전형적으로 2-15 mm이다. 이러한 축(108)이 (내부가 되는)OPFE(150) 또는 (외부가 되는) OPFE(150)의 외측을 통과할 수 있기 때문에, 도 1k를 참조하라. 광학 이미지 안정화(OIS)의 경우, α는 예시적으로 0.25°< α < 2°범위가 될 수 있다. 공동소유의 미국 특허 가출원 제62/272367호에 기술 된 바와 같은 듀얼 애퍼처 줌(dual aperture zoom) 디지털 카메라에서의 조정가능한 확장된 망원단(Tele) 시야(FOV)를 달성하기 위해, α는 예시적으로 2°< α < 12°범위가 될 수 있다. 일반적으로, α'는 α보다 약 0.5° 더 크다.
액츄에이터(100)는 전형적으로 플라스틱으로 제조된 베이스(110)를 더 포함한다. 또한, 베이스(110)는 베이스(110)의 두 대향 측면에 위치한 2개의 원호형 그루브들(110a 및 110b)로 몰딩되며, 각 원호형 그루브들(110a 및 110b)은 각도 α" > α를 갖는다. 각도 α"는 또한 도 1d에 도시된다. 1D. 전형적으로, α"는 약 0.5°만큼 α보다 크다. 원호형 그루브들(110a 및 110b)은 또한 축(108)(도 1d) 상에 곡률 중심을 갖는다. 작동 서브-조립체(106)는 그루브들(110a 및 110b)이 각각 그루브들(102a 및 102b)에 평행하게 인접하도록 베이스(110) 내부에 위치되며, 한 쌍의 그루브들의 각각에 대한 곡률 중심은 축(108)과 각각 동심이다.
광학 소자 홀더(102) 및 베이스(110)는 (이들이 알루미늄 또는 다른 금속으로 제조될 수 있더라도) 플라스틱 몰딩되는 것이 바람직하며, 각 치수에 대해 전형적으로 수십 미크론까지 부품 치수에 약간의 공차(tolerance)가 허용된다. 이러한 공차는 인접한 그루브들(102a-110a) 및/또는 (102b-110b) 사이의 위치의 오정렬(misalignment)을 초래할 수 있다. 도시된 실시 예에서, 양호한 정렬을 위해, 그루브들(102a, 110a 및 110b)는 볼에 정합하는 (비제한적인)'V'-그루브 단면 형상으로서 당업계에 공지된 것을 가지며, 그루브(102b)는 단면이 넓고 (비제한적인)'사다리꼴' 단면을 갖는다. 그 다음, 그루브들(102a 및 110a)은 조립 중에 정렬되고, 그루브들(102b 및 110b)은 사다리꼴 단면에 의해 허용되는 약간의 정렬 자유도를 갖는다. 다른 실시 예에서, 모든 그루브들(102a 및 102b, 110a 및 110b)은 V-형상을 가질 수 있다.
액츄에이터(100)에서, 3개의 볼들(112a, 114a 및 116a)은 그루브들(102a, 110a) 사이의 공간에 위치되고 3개의 볼들(112b, 114b 및 116b)은 그루브들(102b, 110b) 사이의 공간에 위치된다. 볼의 개수(여기서 3개)는 예시적이다. 다른 실시 예에서, 개시된 VCM 액츄에이터는 인접한 그루브들 사이의 공간에 3개 이상의 볼들(예를 들어, 2-7개의 볼)을 가질 수 있다. 볼들은 전형적으로 알루미나 또는 다른 세라믹 재료로 제조되지만, 금속, 플라스틱 또는 기타 재료로 제조될 수도 있다. 볼들은 0.3-1mm의 전형적인 직경을 갖는다. 액츄에이터(100)에서, 그루브들(102a 및 102b)과 그루브들(110a 및 110b)(및 이들 각각의 볼들의 세트) 사이의 거리 L은 OPFE(150)의 폭 W보다 크므로, 그루브들 및 볼들은 X 축에 대하여 OPFE(150)의 '외측'에 있다.
액츄에이터(100)에서, 그루브들(102a, 102b, 110a, 110b) 및 볼들(112a, 112b, 114a, 114b, 116a 및 116b)은 VCM 액추에이터의 작동시 광학 소자(예를 들어, OPFE(150))에 회전 또는 틸트 운동을 부여하도록 작동하는 만곡된 볼-가이드 메커니즘(160)을 형성한다(도 1k 참조).
일부 실시 예에서, 2개의 다른 볼 크기가 보다 매그러운 운동을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 볼들은 큰 직경(LD) 그룹과 작은 직경(SD) 그룹으로 분할될 수 있다. 각 그룹의 볼들은 동일한 직경을 갖는다. LD 볼들은 예를 들어 SD 볼들보다 0.1-0.3mm 더 큰 직경을 가질 수 있다. 2개의 LD 볼들 사이에는 메커니즘의 회전 능력을 유지하기 위해 SD 볼들이 배치될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 볼들(112a 및 116a)은 LD 볼들일 수 있고, 볼(114a)은 SD 볼일 수 있다.
금속 강자성 요크(118)는 자석(104)과 마주보도록 베이스(110)에 아래쪽(도 1b의 음의 Z 방향)으로부터 고정적으로 부착된다. 요크(118)는 자석(104)을 자기력에 의해 자석(104)을 끌어 당겨(이에 따라 작동 서브-어셈블리(106)를 끌어 당김), 만곡된 볼-가이드 메커니즘이 분리되지 않도록 억제한다. 자기력은 도 1a 내지 도 1c에서 음의 Z방향으로 표시된 방향이다. 볼들(112a, 114a 및 116a) 및 볼들(112b, 114b 및 116b)은 작동 서브-어셈블리(106)가 베이스에 접촉하지 않도록 한다. 따라서, 작동 서브-조립체(106)는 Z-축을 따라 구속되고 양 또는 음의 Z-방향으로이동하지 않는다. 만곡된 볼-가이드 메커니즘(160)은 X-축을 따라 작동 서브-어셈블리를 추가로 구속하고, 따라서 작동 서브-어셈블리는 평행한 원호형 그루브들(102a, 102b, 110a 및 110b)에 의해 한정된 경로만을 따라 이동할 수 있다.
액츄에이터(100)는 도 1e의 EM 서브-어셈블리(120)를 더 포함한다. 전자기 서브-어셈블리(120)는 코일(122), 위치 센서, 예를 들어 홀 바 소자(Hall bar element)(124) 및 인쇄 회로 기판(PCB)(126)을 포함한다. 코일(122) 및 홀 바 소자(124)는 스타디움(타원) 형상을 가지며, 전형적으로 수십 개의 권선(예를 들어, 이에 제한되지 않지만 50-250개) 및 10-30 옴(ohm)의 전형적인 저항을 갖는다. PCB(126)는 코일(122) 및 홀 바 소자(124)로의 입력 및 출력 전류의 전송을 허용하고, 전류는 작동에 필요한 전력 및 전자 신호 모두를 전달한다. PCB(126)는 와이어(도시되지 않음)를 사용하여 액츄에이터(100)가 그 일부인 카메라(예를 들어, 도 2의 카메라)에 전기적으로 연결된다. 전자기 서브-어셈블리(120)는 자석(104)과 요크 (118) 사이에 위치된다. 코일(122)에서의 전류 구동은 로렌츠 힘을 생성한다: 시계 방향의 전류는 양의 Y 방향으로의 힘을 생성하는 반면, 반시계 방향의 전류는 음의 Y 방향으로의 힘을 생성할 것이다. 전체 자력 스킴(magnetic scheme)(예를 들어, 고정 자석(104) 극 방향)은 당업계에 공지되어 있으며, 예를 들어 공동소유의 PCT/IB2016/052179에 상세히 기술되어 있다.
전자기 서브-어셈블리에 의해 인가된 자기력이 양의 Y 방향과 음의 Y 방향에 있는 동안, 볼들 및 그루브들에 의해 형성된 레일은 구속된 작동 서브-어셈블리(104)가 그루브들(102a, 102b, 110a 및 110b)에 평행한 원호를 따라 이동하도록 한다. 홀 바 소자(124)는 자석(104)의 자기장의 세기 및 방향을 감지할 수 있다. 작동시, 작동 서브-어셈블리(106) 및 홀 바 소자(124)의 상대적인 위치가 변경된다. 홀 바 소자(124)에 의해 감지된 자기장의 세기 및 방향은 또한 변화하고, 따라서 작동 서브-어셈블리(106)의 위치가 결정될 수 있다.
제어 회로는 작동 서브-어셈블리의 위치를 제어하고 광학 요구에 의해 요구되는 위치로 설정하는 데 사용된다. 제어 회로 입력은 홀 바 소자(124)로부터의 신호이며, 출력은 코일(122)에 인가된 전류의 양이다. 제어 회로는 집적 회로(IC)로 구현될 수 있다. IC는 홀 소자(124)와 결합될 수 있다. 다른 경우에, IC는 액츄에이터(100)의 외부 및 액츄에이터(100)를 포함하는 카메라의 외부에 위치될 수 있는 별도의 칩(도시안됨)이 될 수 있다.
도 1g 내지 도 1j는 본원에 개시되고 100'로 넘버링된 VCM 액츄에이터의 다른 예시적인 실시 예의 다양한 도면 및 구성 요소를 개략적으로 도시한다. 도 1g는 액츄에이터(100')를 등각 투영도로 도시하고, 도 1h는 액츄에이터(100')를 분해도로 도시하고, 도 1i는 도 1g의 액츄에이터에서의 작동 서브-어셈블리(106')의 상세를 도시하며, 도 1j는 도 1g에 표시된 B-B 선에 따른 VCM 액츄에이터의 단면을 도시한다. 액츄에이터(100')는 약간의 차이점을 제외하고 구조 및 가능에서 액츄에이터(100)와 유사하다(유사한 요소/구성요소는 넘버링되지 않고 및/또는 설명됨). 차이점으로는, a) 액츄에이터(100')는 3개의 V형 그루브들과 1개의 편평한(flat) 그루브를 포함하고, 즉 예시적으로, 액츄에이터(100')에서, 광학 소자 홀더(102)는 그루브(102b')가 편평한 광학 소자 홀더(102')로 대체되고; b) 액츄에이터(100')에서, 그루브들(102a 및 102b)과 그루브들(110a 및 110b)(및 이들 각각의 볼들의 세트) 사이의 거리 L'는 OPFE(150)의 폭 W'과 동일하거나 작으므로, 그루브들 및 볼들은 OPFE(150)의 "아래"에 있고, 따라서 적어도 하나의 치수(폭) 및 결과적으로 액츄에이터(100')의 크기는 액츄에이터(100)의 그것보다 작으며; c) 액츄에이터(100')는 낙하, 타격, 먼지 및 미광으로부터 보호하는 추가 구성요소인, 시일드(140)를 포함한다. 시일드(140)의 형상 및 치수는 액츄에이터의 크기에 최소한으로 영향을 미도록 해야 한다. 도시된 형상 및 상세는 예시적이다. 선택적으로, 액츄에이터(100')는 또한 환경 및 다른 요인들로부터 액츄에이터를 보호하기 위해 (일반적으로 플라스틱으로 제조된) 인클로저(142)를 포함한다. PCB(126')는 액츄에이터(100)의 PCB(126)와 동일한 기능을 갖는다. 액츄에이터(100')의 만곡된 볼-가이드 메커니즘은 액츄에이터(100)에서와 동일한 구성요소를 필수적으로 포함한다.
액츄에이터(100 및 100')에 개시된 만곡된 볼-가이드 메커니즘의 그루브들의 형상은 예시적이며, 도 1k에 나타낸 바와 같이, 다른 형상도 가능하다. 도 1k는 "a" 및 "b"의 형상 구현 예(한 쌍의 그루브들(102 및 110)이 "하향으로" 만곡된, 즉 양의 Z방향으로 그루브 "위"의 곡률 중심을 갖는, OPFE(150)의 외부 또는 내부의 축 (108)) 이외에도 그루브(102)가 하향으로 만곡되고 그루브(110)가 직선(선형)인 "c"의 형상 구현 예, 그루브들(102 및 110) 모두가 상향으로 만곡되는(음의 Z방향으로의 그루브 아래의 곡률 중심) "d"의 형상 구현 예 및 그루브들(102)이 직선이고 그루브들(110)이 상향으로 만곡되는 "e"에서의 형상 구현 예를 도시한다.
도 2는 폴디드 카메라 구조(folded camera structure : FCS) 또는 간단히 "폴디드 카메라"(200)에 결합돈 액츄에이터(100)를 도시한다. 폴디드 카메라(200)에서, 100(또는 100')와 같은 액츄에이터는 예를 들어 프리즘(150)과 같은 광 폴딩 요소를 회전시키는 역할을 한다. 간략함을 위해, 설명은 액츄에이터(100')에 대해 동등하게 적용된다는 이해하에서 액츄에이터(100)와 관련하여 계속된다. 폴디드 카메라(200)에서의 액츄에이터(100)에 의한 작동은 예를 들어 PCT/IB2016/052179에 기술된 바와 같이 광학 이미지 안정화(OIS)를 생성하거나 또는 예를 들어 PCT/IB2016/057366에 개신된 바와 같이 확대된 시야를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 이 경우의 전형적인 회전 스트로크(α)는 프리즘(150)의 원래 위치의 ±0.5 내지 ±2도 또는 ±2 내지 ±12 도의 범위일 수 있다. 카메라(200)는 렌즈 요소(202) 및 이미지 센서(204)를 더 포함한다.
폴디드 카메라(200)는 예를 들어 PCT/IB2016/052179에 기술된 AF 및/또는 OIS용 렌즈 요소(204)를 작동시키는 작동 메커니즘에 결합되거나 또는 작동 메커니즘을 더 포함할 수 있다. 렌즈(204)의 작동 메커니즘(및 작동)은 액츄에이터(100)의 작동 메커니즘(및 작동)과는 독립적이며 도 2에는 도시되어 있지 않다. 렌즈(204)의 작동 메커니즘(및 작동)은 스프링에 기초한 기계적 레일(PCT/IB2016/052179) 또는 볼-가이드 메커니즘에 기초한 기계적 레일을 갖는 VCM 액츄에이터에 기초할 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본원에 개시되고 300으로 넘버링된 VCM 액츄에이터의 또 다른 예시적인 실시 예의 다양한 도면 및 구성요소를 개략적으로 도시한다. 도 3a는 액츄에이터(300)의 등각 투영도를 도시하고, 도 3b는 액츄에이터(300)의 분해도를 도시한다. 액츄에이터(100)에서와 같이, 액츄에이터(300)에서, OPFE(350)는 예시적으로 프리즘이다. OPFE(350)는 광학 소자 홀더(302) 내에 유지된다. 영구 자석(304)은 광학 소자 홀더(302)에 고정적으로 부착(접착)된다. OPFE(350), 광학 소자 홀더(302) 및 자석(304)은 "상부 작동 서브-어셈블리"(306)를 형성한다.
광학 소자 홀더(302)는 홀더(302)의 2개의 대향 측면에 위치된 2개의 평행 한 원호형 그루브들(302a, 302b)을 포함하고(예를 들어, 몰딩됨), 각각의 원호형 그루브는 각도 β' > β을 갖고, 여기서 각도 β는 광학적 필요에 의해 정의된 바와 같은, 요구되는 회전 스트로크이다. 각도 β'및 β"는 도시되어 있지 않지만, 그 정의는 도 1d의 각도 α' 및 α"의 그것과 유사하다. β, β'및 β"에 대한 예시적인 값 및 범위는 상기 α, α' 및 α"에 대한 값 및 범위와 유사하다. 상부 작동 서브-어셈블리(306) 및 그 부품은 재료, 치수 등의 측면에서 작동 서브-어셈블리(106)와 유사하다.
액츄에이터(300)는 전형적으로 플라스틱으로 제조된 중간 베이스(310)를 더 포함한다. 중간 베이스(310)는 또한 2개의 그루브들(310a, 310b)로 몰딩된다. 상부 작동 서브-어셈블리(306)는 그루브들(310a 및 310b)가 그루브들(302a 및 302b)와 각각 평행하도록 중간 베이스(310) 내부에 위치된다. 본 실시 예에서, 그루브들(302b, 310a 및 310b)은 V-그루브 형상을 가지고, 그루브(302a)는 사다리꼴 형상을 가진다. 이러한 형상에 대한 고려 사항은 액추에이터(100)의 설명에서 이미 제공되었다. 3개의 볼들(312a, 314a 및 316a)은 그루브들(302a 및 310a) 사이에 위치되고, 유사하게 3개의 볼들(312b, 314b 및 316b)은 그루브들(302b, 310b) 사이에 위치한다. 다른 실시 예에서, 액츄에이터(300)는 각각의 그루브에 3개 이상의 볼들을 가질 수 있으며, 일반적으로 2-7개 볼들의 범위이다. 모든 볼의 크기 및 재료에 대한 고려 사항은 액츄에이터(100)에서 설명된 것과 유사하다. 중간 베이스(310)는, 도 3c에 도시된 바와 같이, 단일 원(320) 상에 2개 이상의 원호형 그루브들(310c 및 310d)을 더 포함한다. 상부 작동 서브-어셈블리(306), 볼들(312a-314a, 312b-314b) 및 중간 베이스(310)는 하부 작동 서브-어셈블리(334)를 형성한다. 원(320)의 직경은 예시적으로 5-15mm의 범위일 수 있다. 그루브들(302a, 302b, 310a, 310b) 및 볼들(312a, 312b, 314a, 314b, 316a 및 316b)은 액츄에이터(300)의 제1 만곡된 볼-가이드 메커니즘 (360)을 형성한다.
액츄에이터(300)는 하부 베이스(308)를 더 포함한다. 바닥 베이스(308)는 전형적으로 플라스틱으로 제조되며, 2개의 원호형 그루브들(308c, 308d)로 몰딩된다. 원호형 그루브들(308c, 308d)은, 도 3c에서 볼 수 있는 바와 같이, 축(321) 상의 중심을 갖는 원(320) 위에 있다. 하부 작동 서브-어셈블리(334)는 그루브들(310c 및 310d)이 그루브들(308c 및 308d)과 각각 평행하도록 하부 베이스(308) 위에 위치된다. 본 실시 예에서, 그루브들(310c, 308c, 308d)는 V-그루브 형상을 가지는 반면, 그루브(310d)은 사다리꼴 형상을 갖는다. 3개의 볼들(312c, 314c 및 316c)은 그루브들(308c 및 310c) 사이에 위치하고, 유사하게 3개의 볼들(312d, 314d 및 316d)은 그루브들(308d 및 310d) 사이에 위치한다. 다른 실시 예에서, 액츄에이터(300)는 각각의 그루브에 3개 이상, 전형적으로 2-7개의 범위의 볼들을 가질 수 있다. 모든 볼들의 크기 및 재료에 대한 고려 사항은 액츄에이터(100)에서 설명한 것과 유사하다. 그루브들(308c, 308d, 310c, 310d) 및 볼들(312c, 312d, 314c, 314d, 316c 및 316d)은 액츄에이터(300)의 제2 만곡된 볼-가이드 메커니즘(362)을 형성한다.
금속 요크(318)는 자석(304)과 마주보도록 아래쪽으로부터 하부 베이스(308)에 고정적으로 부착(예를 들어, 접착)된다. 금속 요크(318)는 자기력에 의해 자석(304)을 끌어 당겨(따라서 상부 작동 서브-어셈블리를 끌어 당김), 2개의 만곡된 볼-가이드 메커니즘(360 및 362)이 분리되지 않도록 억제한다. 자기력은 도 1에서 음의 Z방향으로 표시된 방향이다. 볼들(312a, 314a 및 316a 및 312b, 314b 및 316b)은 상부 작동 서브-어셈블리(306)가 중간 베이스(310)에 접촉하는 것을 방지하고, 볼들(312c, 314c 및 316c 및 312d, 314d 및 316d)는 하부 작동 서브-어셈블리(334)가 하부 베이스(308)에 접촉하는 것을 방지한다. 따라서, 상부 작동 서브-어셈블리(306)는 Z-축에 따라 구속되고 양 또는 음의 Z 방향으로 이동되지 않는다. 제1 만곡된 볼-가이드 메커니즘(360)은 X-축에 따라 상부 작동 서브-어셈블리(306)을 추가로 구속하고, 따라서 상부 작동 서브-어셈블리(306)는 평행한 원호들(302a, 302b, 310a 및 310b)에 의해 한정된 경로에 따라서만 이동할 수 있다. 하부 작동 서브-어셈블리(334)는 Z-축에 따라 구속되고 양 또는 음의 Z 방향으로 이동되지 않는다. 제2 만곡된 볼-가이드 메커니즘(362)은 원(320) 주위를 회전하는 방식(Z-축을 중심으로 한 회전)으로만 이동하도록 하부 작동 서브-어셈블리(334)를 추가로 구속한다. 이 회전의 전형적인 크기/각도(도 단위)는 상기 α와 유사하다. 자석(304)은 만곡된 볼-가이드 메커니즘 모두에 작용한다.
액츄에이터(300)는 도 3d에 도시된 전자기 서브-어셈블리(330)를 더 포함한다. 전자기 서브-어셈블리(330)는 2개의 코일들(322, 324), 2개의 홀 바 소자들(326, 328) 및 인쇄 회로 기판(PCB)(329)을 포함한다. 코일들(322, 324), 홀 바 소자들(326, 328)은 PCB(329)에 납땜된다(각각 하나씩). 코일들(322, 324)은 전형적인 저항이 각각 10-30 옴인, 전형적으로 수십 개의 권선을 갖는(예를 들어, 50-250의 비제한적인 범위에서) 스타디움 형상을 갖는다. PCB(329)는 코일들(322, 324) 및 홀 바 소자들(326, 328)로의 입력 및 출력 전류의 전송을 허용하고, 전류는 작동에 필요한 전력 및 전자 신호 모두를 전달한다. PCB(329)는 도 3에 도시되지 않은 와이어들로 외부 카메라에 전자적으로 연결된다. 전자기 서브-어셈블리(330)는 자석(304)과 요크(318) 사이에 위치된다. 코일들(322, 324)에서의 전류 구동시, 로렌츠 힘이 생성된다: 시계 방향의 전류는 양의 Y 방향으로의 힘을 생성하는 반면, 반시계 방향의 전류는 음의 Y 방향으로의 힘을 생성할 것이다. 전체 자력 스킴(예를 들어, 고정 자석(104) 극 방향)은 액츄에이터(100)의 그것과 유사하다. 코일(322)(324)이 원(320)의 중심에 있지 않기 때문에, 로렌츠 힘은 또한 하부 작동 서브-어셈블리(334) 상의 Z축 주위의 시계 방향(반시계 방향) 토크로 변환된다.
전자기 서브-어셈블리의 코일들(322 및 324) 모두에 의해 인가된 자기력이 양의 Y 방향 및 음의 Y 방향에 있는 동안, 상부 작동 서브-어셈블리(306)는 제1 만곡된 볼-가이드 메커니즘에 의해 구속되어 그루부들(302a, 302b, 310a 및 310b)에 평행한 원호를 따라 이동한다(즉, X축 주위로 회전). 유사하게, 하부 작동 서브-어셈블리(334)는 제2 만곡된 볼-가이드 메커니즘에 의해 구속되어 원(320) 주위로 이동하며(즉, Z축 주위로 회전) , 그 운동은 축(321)을 중심으로 코일들(322 및 324)에 의해 인가된 Z축 주위의 순(net) 토크에 의해 지배된다(코일들 각각의 Z축 주위의 토크 사이의 차이가 인가됨). 홀 바 소자들(326, 328)은 자(304)의 자기장의 세기 및 방향을 감지할 수 있다. 작동시, 상부 작동 서브-어셈블리(306), 하부 작동 서브-어셈블리(334) 및 홀 바 소자들(326, 328)의 위치가 변경되고, 이는 감지된 자기장의 세기와 방향을 변화시킨다. VHB -326 및 VHB -328은, 본 기술 분야에 공지된 바와 같이, 각각의 홀 센서에 의해 감지된 자기장에 비례하는 두 센서의 홀 출력 전압을 표시한다. 따라서, 상부 작동 서브-어셈블리(306) 및 하부 작동 서브-어셈블리(334)의 회전량이 결정될 수 있다. 일례에서, 합계 VHB -326 + VHB -328은 제1 회전축 주위의 틸트 양에 비례하고, 차이 VHB -326 - VHB - 328는 제2 회전축 주위의 경사량에 비례한다. 제어 회로는 작동 서브-어셈블리의 위치를 제어하고 광학 요구에 의해 요구되는 위치로 설정하는 데 사용된다. 제어 회로 입력은 홀 바 소자들(326, 328)의 신호를 포함하고, 출력은 코일(322, 324)에 인가된 전류의 양을 포함한다. 제어 회로는 집적 회로(IC)로 구현될 수 있다. 일부의 경우에, IC는 홀 요소들(326, 328) 중 하나와 결합될 수 있다. 다른 경우에, IC는 카메라(도시되지 않음)의 외부에 위치될 수 있는, 별도의 칩이다.
도 4는 폴디드 카메라(400)의 일부로서 액츄에이터(300)를 도시한다. 폴디드 카메라(400)에서, 액츄에이터(300)는, 예를 들어 미국 특허 가출원 제62/215,007호에 기재되어 있는 바와 같이, 두 방향으로의 광학 이미지 안정화를 생성하기 위해 광경로 폴딩 요소(OPFE)를 회전시키는 역할을 한다. 폴디드 카메라(400)는 렌즈 요소(402) 및 이미지 센서(404)를 더 포함한다. 이 경우의 통상적인 작동 스트로크는 두 방향 모두에 대해 X축을 중심으로 ±0.5 내지 ±2도의 범위 내에 있을 수 있고, Z축을 중심으로 ±1 내지 ±3도의 범위 내에 있을 수 있다. 폴디드 카메라(400)는 AF 및/또는 OIS용 당업계에 공지된(예를 들어, PCT/IB2016/052179에 기술된) 렌즈 요소(402)를 위한 작동 메커니즘(도시안됨)을 더 포함할 수 있다. 렌즈(402)의 작동 메커니즘은 액츄에이터(300)에서 행해지는 작동에 의존하지 않는다.
도 5a 내지 도 5d는 본원에 개시되고 500으로 넘버링된 VCM 액츄에이터의 또 다른 예시적인 실시 예의 다양한 도면 및 구성요소를 개략적으로 도시한다. 도 5a는 조립된 액츄에이터(500)의 등각 투영도를 도시하고, 도 5b 및 도 5c는 X-축에 따른 2개의 반대 방향으로부터의 액츄에이터(500)의 분해도를 도시한다. 도 5d는 도 5a에 표시된 라인 A-A에 따른 액츄에이터(500)의 단면을 도시한다. 액츄에이터(500)는 후술된 바와 같이 단일 축을 중심으로(즉, X축 주위로) OPFE(550)의 회전을 허용한다. 도 5a 내지 도 5d에서, OPFE(550)는 프리즘이지만, 다른 실시 예에서는 거울 또는 다른 유형의 광경로 벤딩 요소일 수 있다.
액츄에이터(500)에서, OPFE(550)는 예를 들어 OPFE(550)의 형상에 맞추어, 플라스틱 몰드에 의해 제조될 수 있는 OPFE 홀더(502) 내에 유지된다. 작동 자석(504) 및 감지 자석(506)은 OPFE(550)의 회전축과 동일한 방향(도면에서 음의 X 방향)으로, 측면으로부터 광학 소자 홀더(502)에 고정적으로 부착(예를 들어, 접착)된다. OPFE(550), 광학 소자 홀더(502) 및 자석(504, 506)의 어셈블리는 도 5d의 측면으로부터 도시된 "작동 서브-어셈블리"(510)로 지칭된다. 5D. 광학 소자 홀더(502)는 2개의 원호형 그루브들(502a, 502b)로 몰딩된다. 원호들(502a, 502b)은 축(508) 상에 공통의 회전 중심을 갖는, 서로와 동심이다. 원호형 그루브들(502a, 502b)은
Figure 112017098348408-pct00001
>
Figure 112017098348408-pct00002
및
Figure 112017098348408-pct00003
>
Figure 112017098348408-pct00004
를 충족하는 각각의 각도
Figure 112017098348408-pct00005
및
Figure 112017098348408-pct00006
를 가지며, 여기서 각도
Figure 112017098348408-pct00007
는 광학적 필요에 의해 정의된 바와 같은, 요구되는 회전 스트로크이다. 회전축(508)의 중심 및 각도
Figure 112017098348408-pct00008
,
Figure 112017098348408-pct00009
는 도 5d에 도시된다.
Figure 112017098348408-pct00010
,
Figure 112017098348408-pct00011
및
Figure 112017098348408-pct00012
에 대한 전형적인 값은 α, α' 및 α"에 대한 값과 유사하다.
액츄에이터(500)는 측벽 (514)을 더 포함한다. 측벽 (514)은 고정 부분이고 액츄에이터 프레임 (도시되지 않음) 및 카메라 이미지 센서에 견고하게 고정된다. 측벽 (514)은 전형적으로 플라스틱으로 제조된다. 일부 실시 예에서, 측벽 (514)은 전체 액츄에이터의 프레임 (이 기술 분야에서 '베이스'로 알려져 있음)의 일부일 수있다. 측벽 (514)은 액츄에이터(500)가 (예를 들어, 렌즈를 유지하거나 이미지 센서를 유지하는) 카메라의 일부로서 필요한 다른 목적뿐만 아니라 후술하는 목적을 위해 작용하는 단일 플라스틱 조각으로 성형 될 수있다. 측벽 (514)은 또한 두 개의 원호형 그루브들(514a, 514b)로 몰딩된다. 작동 서브-조립체(510)는 그루브들(514a, 514b)이 각각 그루브들(502a, 502b)과 평행하도록 측벽(514)과 나란히 위치된다. 이 실시 예에서 그루브들(502b, 514a, 514b)은 V-그루브 형상을 가지며, 그루브들(502a)은 사다리꼴 형상을 갖는다. 이러한 형상에 대한 고려 사항은 액추에이터(100)의 설명에서 이미 제공되었다.
3개의 볼들(512a, 514a 및 516a)은 그루브들(502a 및 514a) 사이에 위치되고, 마찬가지로 3개의 볼들(512b, 514b 및 516b)은 그루브들(502b 및 514b) 사이에 위치한다. 다른 실시 예에서, 액츄에이터(500)는 각 그루브 내에 3개 이상의 볼들을 가질 수 있으며, 전형적으로 2-7볼의 범위이다. 모든 볼의 크기 및 재료에 대한 고려 사항은 액츄에이터(100)에서 설명한 것과 유사하다. 두 쌍의 그루브 및 관련 볼들은 액츄에이터(500)의 만곡된 볼-가이드 메커니즘(560)을 형성한다.
금속 강자성 요크(518)는 자석들(504, 506)과 마주보도록 자석들(504, 506)의 반대편으로부터 측벽(514)에 고정식으로 부착(예를 들어, 접착)된다. 요크(518)는 자기력에 의해 자석(504)을 끌어 당겨(따라서 작동 서브-어셈블리(510)를 끌어 당김), 만곡된 볼-가이드 메커니즘이 분리되지 않도록 억제한다. 자기력은 도 5a에서 음의 X방향으로서 표시된 방향이다. 볼들(512a, 514a 및 516a 및 512b, 514b 및 516b)은 작동 서브-어셈블리(510)가 측벽(514)과 접촉하는 것을 방지한다. 따라서, 작동 서브-어셈블리(510)는 X-축을 따라 구속되고 양 또는 음의 X 방향으로 이동되지 않는다. 만곡된 볼-가이드 메커니즘(560)은 작동 서브-어셈블리가 평행한 원호들(502a, 502b, 514a 및 514b)에 의해 한정된 경로를 따라서만 이동할 수 있도록 다른 방향을 따라 작동 서브-어셈블리(510)를 추가로 구속한다.
액츄에이터(500)는 도 5e에 도시된 전자기 서브-어셈블리(530)를 더 포함한다. 전자기 서브-어셈블리(530)는 코일(522), 홀 바 소자(524) 및 PCB(526)를 포함한다. 코일(522) 및 홀 바 소자(524)는 PCB에 납땜된다(각각 하나씩). 코일(522)은 스타디움 형상을 가지며, 전형적으로 수십 개의 권선(제한되지 않지만 50-250개) 및 10-30 옴의 전형적인 저항을 갖는다. PCB(526)는 코일(522) 및 홀 바 소자(524)로의 입력 및 출력 전류의 전송을 허용하고, 전류는 작동에 필요한 전력 및 전자 신호 모두를 전달한다. PCB(526)는 와이어(도시되지 않음)를 사용하여 외부 카메라에 전기적으로 연결된다. 전자기 서브-어셈블리(530)는 자석들(504, 506)과 요크 (518) 사이에 위치된다. 코일(522)에서의 전류 구동은 로렌츠 힘을 생성한다: 시계 방향의 전류는 양의 Y 방향으로의 힘을 생성하는 반면, 반시계 방향의 전류는 음의 Y 방향으로의 힘을 생성할 것이다. 전체 자력 스킴(예를 들어, 고정 자석(504) 극 방향)은 당업계에 공지되어 있으며, 예를 들어 공동소유의 PCT/IB2016/052179에 상세히 기술되어 있다.
상기의 작동 서브-어셈블리에 관해서는, 전자기 서브-어셈블리에 의해 인가된 자기력이 양의 Y 방향과 음의 Y 방향에 있는 동안, 볼들 및 그루브들에 의해 형성된 레일은 그루브들(502a, 502b, 514a 및 110b)에 평행한 원호를 따라 이동하도록 작동 서브-어셈블리(104)에 대한 구속을 생성한다. 홀 바 소자(524)는 감지 자석(504)의 자기장의 세기 및 방향을 감지할 수 있다. 작동시, 작동 서브-어셈블리(510) 및 홀 바 소자(524)의 상대적인 위치가 변경된다. 홀 바 소자(524)에 의해 감지된 자기장의 세기 및 방향은 또한 변화하고, 따라서 작동 서브-어셈블리(510)의 위치가 결정될 수 있다.
제어 회로는 작동 서브-어셈블리의 위치를 제어하고 광학 요구에 의해 요구되는 위치로 설정하는 데 사용된다. 제어 회로 입력은 홀 바 소자(524)로부터의 신호이며, 출력은 코일(522)에 인가된 전류의 양이다. 제어 회로는 집적 회로(IC)로 구현될 수 있다. 일부의 경우에, IC는 홀 소자(524)와 결합될 수 있다. 다른 경우에, IC는 카메라(도시되지 않음)의 외부에 위치될 수 있는 별도의 칩이다.
일부 실시 예에서, 감지 자석(506)은 제거될 수 있고, 홀 바 소자(524)는 코일의 중심에 위치될 수 있으므로, 작동 자석(504)은 작동 및 감지 모두에 사용될 수 있다(예를 들어, 도 1e를 참조하여 설명된 바와 같이).
일부 실시 예에서, 감지 자석(506) 및 작동 자석(504)은 전술한 감지 및 작동 기능을 허용하도록 적절한 자화(magnetization)를 하는 하나의 자석에 결합될 수 있다.
도 6은 폴디드 카메라(600)의 일부로서의 액츄에이터(500)를 도시한다. 카메라(600)에서, 액츄에이터(500)는 예를 들어 프리즘(550)과 같은 광 폴딩 요소를 회전시키는 사용의 예로서 기능한다. 카메라(600)의 액츄에이터(500)에 의한 작동은 예를 들어 PCT/IB2016/052179에 기술된 바와 같은 OIS를 생성하는 데 사용될 수 있다. 카메라(600)는 렌즈 요소(602) 및 이미지 센서(604)를 더 포함한다. 이 경우의 전형적인 작동 스트로크(
Figure 112017098348408-pct00013
)는 프리즘(550)의 원래 위치의 ±0.5 내지 ±2도 범위 내에 있어야 한다. 상기 카메라(200)를 참조하여 설명된 바와 같이, 카메라(600)는 AF 및/또는 OIS용 렌즈 요소(602)를 작동시키는 작동 메커니즘(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다.
상기 개시된 액츄에이터들 중 임의의 것을 예를 들어, 공동 소유의 미국 특허 제 9392188 호에 기술 된 바와 같이 접힌 렌즈를 갖는 이중 구멍 카메라에 직립 (비 접힘) 카메라와 함께 포함 할 수있는 폴디드 카메라에 포함 할 수 있다.
본 개시가 한정된 수의 실시 예를 설명하고 있지만, 그러한 실시 예의 많은 변경, 변형 및 다른 응용이 행해질 수 있음을 이해할 것이다. 일반적으로, 본 개시는 본원에 설명된 특정 실시 예에 의해 제한되지 않고 첨부된 청구범위의 범주에 의해서만 이해되어야한다.
본 명세서에서 언급된 모든 참조문헌은 각각의 개별적인 참조문헌이 구체적으로 및 개별적으로 참조로 여기에 포함되는 것으로 표시된 것과 동일한 정도로 본 명세서에 참조로서 전체적으로 포함된다. 또한, 본원의 참조문헌의 인용 또는 식별은 그러한 참조문헌이 본원에 대한 선행기술로서 이용가능하다는 인정으로 해석되어서는 안된다.

Claims (27)

  1. 제1 광경로로부터 제2 광경로로 광을 폴딩하도록 구성된 광경로 폴딩 요소(optical path folding element: OPFE)를 회전시키기 위한 액츄에이터에 있어서, 상기 액츄에이터는,
    a) 제1 보이스 코일 모터(voice coil motor : VCM); 및
    b) 상기 제1 보이스 코일 모터(VCM)의 작동시 제1 회전축을 중심으로 상기 광경로 폴딩 요소(OPFE)의 제1 회전 운동을 생성하도록 작동하는 제1 만곡된 볼-가이드 메커니즘; 여기서, 상기 제1 회전축은 상기 제1 광경로 및 상기 제2 광경로에 수직이며;
    를 포함하고,
    상기 제1 만곡된 볼-가이드 메커니즘은 다수의 볼들이 내부에 위치하며 제1 레일을 형성하는 제1 한 쌍의 원호형 그루브들을 포함하고, 상기 제1 한 쌍의 원호형 그루브들은 상기 제1 회전축 상에 곡률 중심을 가지고, 상기 제1 보이스 코일 모터(VCM)의 작동 동안에 상기 광경로 폴딩 요소(OPFE)는 상기 제1 레일에 의해 정의되는 만곡된 경로를 따라서만 단지 이동할 수 있어서, 상기 제1 회전축 중심으로만 상기 광경로 폴딩 요소(OPFE)의 회전을 가능하게 하고,
    상기 제1 만곡된 볼-가이드 메커니즘은 상기 광경로 폴딩 요소(OPFE) 하부에 위치되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 보이스 코일 모터(VCM)은 정적 베이스에 기계적으로 결합된 코일 및 상기 광경로 폴딩 요소(OPFE)를 유지하기 위한 홀더에 기계적으로 결합된 고정 자석을 포함하고, 상기 제1 회전 운동은 상기 코일을 통과하는 전류에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 정적 베이스에 부착되며, 상기 제1 만곡된 볼-가이드 메커니즘이 분리되지 않도록 상기 고정 자석을 끌어 당기기 위해 사용되는 강자성 요크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제2항에 있어서, 상기 고정 자석 및 코일은 상기 광경로 폴딩 요소(OPFE) 하부에 위치되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  10. 제2항에 있어서, 상기 고정 자석 및 코일은 제1 광축 및 제2 광축 모두를 포함하는 평면에 평행한 평면에서 상기 광경로 폴딩 요소(OPFE)의 일측에 위치되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  11. 제2항에 있어서, 상기 정적 베이스에 대한 광경로 폴딩 요소(OPFE)의 각도를 측정하기 위한 위치 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  12. 제11항에 있어서, 상기 위치 센서는 고정 자석의 자기장을 측정하도록 작동하는 홀 바 위치 센서인 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  13. 제1항에 있어서,
    c) 제2 보이스 코일 모터(VCM); 및
    d) 상기 제2 보이스 코일 모터(VCM)의 작동시 제2 회전축을 중심으로 광경로 폴딩 요소(OPFE)의 제2 회전 운동을 생성하도록 작동하는 제2 만곡된 볼-가이드 메커니즘을 더 포함하고,
    상기 제1 회전축과 제2 회전축은 서로 직교하고, 상기 제2 볼-가이드 메커니즘은 다수의 볼들이 내부에 위치하며 제2 레일을 형성하는 제2 한 쌍의 원호형 그루브들을 포함하고, 상기 제2 한 쌍의 원호형 그루브들은 상기 제2 회전축 상에 곡률 중심을 가지고, 상기 제2 보이스 코일 모터(VCM)의 작동 동안에 상기 광경로 폴딩 요소(OPFE)는 상기 제2 레일에 의해 정의되는 만곡된 경로를 따라서만 단지 이동할 수 있어서, 상기 제2 회전축 중심으로만 상기 광경로 폴딩 요소(OPFE)의 회전을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서, 상기 제1 보이스 코일 모터(VCM)은 정적 베이스에 기계적으로 결합된 제1 코일 및 상기 광경로 폴딩 요소(OPFE)를 유지하기 위한 홀더에 기계적으로 결합된 제1 고정 자석을 포함하고, 상기 제2 보이스 코일 모터(VCM)은 상기 정적 베이스에 기계적으로 결합된 제2 코일 및 상기 광경로 폴딩 요소(OPFE)를 유지하기 위한 상기 홀더에 기계적으로 결합된 제2 고정 자석을 포함하고, 상기 제1 회전 운동 및 제2 회전 운동은 상기 제1 코일과 상기 제2 코일을 통과하는 전류의 조합에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 및 제2 고정 자석들은 단일 자석으로서 통합되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  17. 제16항에 있어서, 상기 정적 베이스에 부착되며, 상기 제1 만곡된 볼-가이드 메커니즘 및 상기 제2 만곡된 볼-가이드 메커니즘이 분리되지 않도록 고정 자석을 끌어당기기 위해 사용되는 강자성 요크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  18. 삭제
  19. 제13항에 있어서, 상기 제1 회전축은 제1 광축 및 제2 광축 모두에 수직인 축을 포함하고, 상기 제2 회전축은 제1 광축 또는 제2 광축에 평행한 축을 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  20. 제13항에 있어서, 제1 위치 센서 및 제2 위치 센서를 더 포함하며, 2개의 위치 측정치들의 조합은 제1 회전축 및 제2 회전축 모두와 관련하여 정적 베이스에 대한 광경로 폴딩 요소(OPFE) 홀더의 위치 결정을 허용하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  21. 제1항에 있어서, 상기 곡률 중심은 상기 광경로 폴딩 요소(OPFE)의 내부에 존재하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  22. 제1항에 있어서, 상기 곡률 중심은 상기 광경로 폴딩 요소(OPFE)의 외부에 존재하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  23. 제1항에 있어서, 상기 광경로 폴딩 요소(OPFE)는 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  24. 제1항에 있어서, 상기 광경로 폴딩 요소(OPFE)는 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  25. 제1항 내지 제3항, 제9항 내지 제13항, 제15항 내지 제17항 및 제19항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 액츄에이터를 포함하는 카메라.
  26. 제25항에 있어서, 상기 회전 운동은 광학 이미지 안정화를 가능하게 하기 위한 것을 특징으로 하는 카메라.
  27. 제25항에 있어서, 상기 회전 운동은 확대된 시야 스캐닝을 가능하게 하기 위한 것을 특징으로 하는 카메라.
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