KR102163416B1 - 조리개 모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈은 렌즈 배럴, 상기 렌즈 배럴을 광축에 수직한 방향으로 구동하는 액츄에이터, 및 상기 렌즈 배럴로 입사되는 광량을 조절하는 조리개 모듈을 포함하고, 상기 조리개 모듈은, 렌즈 배럴과 결합되는 조리개, 상기 조리개의 일 측에 마련되는 마그네트, 상기 마그네트와 대향 배치되는 코일, 상기 마그네트의 위치를 검출하여 피드백 신호를 생성하는 위치 검출부, 및 상기 마그네트의 목표 위치를 지시하는 입력 신호 및 상기 피드백 신호를 비교하여 오차값을 산출하고, 산출된 오차값에 따라 상기 구동 신호를 생성하는 구동부를 포함하고, 상기 구동부는 상기 렌즈 배럴의 현재 위치와 상기 렌즈 배럴의 중립 위치를 비교하여 보상 신호를 생성하고, 상기 보상 신호에 따라 상기 입력 신호 및 피드백 신호 중 하나를 보상할 수 있다.

Description

조리개 모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈{APERTURE MODULE AND CAMERA MODULE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 조리개 모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 휴대폰, PDA, 휴대용 PC 등과 같은 휴대 통신단말기는 최근 문자 또는 음성 데이터를 전송하는 것뿐만 아니라 화상 데이터 전송까지 수행하는 것이 일반화되어 가고 있다. 이러한 추세에 부응하여 화상 데이터 전송이나 화상 채팅 등을 할 수 있기 위해서 최근에 휴대 통신단말기에 카메라 모듈이 기본적으로 설치되고 있다.
일반적으로, 카메라 모듈은 내부에 렌즈를 구비하는 렌즈 배럴과 렌즈 배럴을 내부에 수용하는 하우징을 구비하며, 피사체의 영상을 전기신호로 변환하는 이미지 센서를 포함한다. 카메라 모듈은 고정된 초점에 의해 사물을 촬영하는 단초점 방식의 카메라 모듈을 채용할 수 있으나, 최근에는 기술 개발에 따라 자동초점(AF: Autofocus) 조정이 가능한 액츄에이터를 포함한 카메라 모듈이 채용되고 있다. 아울러, 카메라 모듈은 손떨림에 따른 해상도 저하현상을 경감시키기 위해 손떨림 보정기능(OIS: Optical Image Stabilization)을 위한 액츄에이터를 채용하고 있다.
일본 등록특허공보 JP 5142558
본 발명의 과제는 렌즈 배럴의 변위에 따라 조리개의 제어값을 가변하는 조리개 모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈은 렌즈 배럴, 상기 렌즈 배럴을 광축에 수직한 방향으로 구동하는 액츄에이터, 및 상기 렌즈 배럴로 입사되는 광량을 조절하는 조리개 모듈을 포함하고, 상기 조리개 모듈은, 렌즈 배럴과 결합되는 조리개, 상기 조리개의 일 측에 마련되는 마그네트, 상기 마그네트와 대향 배치되는 코일, 상기 마그네트의 위치를 검출하여 피드백 신호를 생성하는 위치 검출부, 및 상기 마그네트의 목표 위치를 지시하는 입력 신호 및 상기 피드백 신호를 비교하여 오차값을 산출하고, 산출된 오차값에 따라 상기 구동 신호를 생성하는 구동부를 포함하고, 상기 구동부는 상기 렌즈 배럴의 현재 위치와 상기 렌즈 배럴의 중립 위치를 비교하여 보상 신호를 생성하고, 상기 보상 신호에 따라 상기 입력 신호 및 피드백 신호 중 하나를 보상할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 배럴의 변위에 따라 조리개의 제어값을 가변하여, 렌즈 배럴의 변위와 무관하게, 조리개를 정밀하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 개략 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈에 채용되는 조리개 모듈의 블록도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 조리개 모듈의 구동부의 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 일 예로, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다.
또한, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 개략 분해 사시도이다.
도 1, 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈(100)은 렌즈 배럴(210), 및 렌즈 배럴(210)을 이동시키는 액츄에이터, 렌즈 배럴(210)과 액츄에이터를 수용하는 케이스(110)와 하우징(120), 렌즈 배럴(210)을 통해 입사된 광을 전기 신호로 변환하는 이미지 센서 모듈(700) 및 렌즈 배럴(210)으로 입사되는 광량을 조절하는 조리개 모듈(800)을 포함한다.
렌즈 배럴(210)은 피사체를 촬상하는 복수의 렌즈가 내부에 수용될 수 있도록 중공의 원통 형상일 수 있으며, 복수의 렌즈는 광축을 따라 렌즈 배럴(210)에 장착된다. 복수의 렌즈는 렌즈 배럴(210)의 설계에 따라 필요한 수만큼 배치되고, 각각의 렌즈는 동일하거나 상이한 굴절률 등의 광학적 특성을 가진다.
액츄에이터는 렌즈 배럴(210)을 이동시킬 수 있다. 일 예로, 액츄에이터는 렌즈 배럴(210)을 광축(Z축) 방향으로 이동시킴으로써 초점을 조정할 수 있고, 렌즈 배럴(210)을 광축(Z축)에 수직한 방향으로 이동시킴으로써 촬영시의 흔들림을 보정할 수 있다. 액츄에이터는 초점을 조정하는 초점 조정부(400) 및 흔들림을 보정하는 흔들림 보정부(500)를 포함한다.
이미지 센서 모듈(700)은 렌즈 배럴(210)을 통해 입사된 광을 전기 신호로 변환할 수 있다. 일 예로, 이미지 센서 모듈(700)은 이미지 센서(710) 및 이미지 센서(710)와 연결되는 인쇄회로기판(720)을 포함할 수 있고, 적외선 필터를 더 포함할 수 있다. 적외선 필터는 렌즈 배럴(210)을 통해 입사된 광 중에서 적외선 영역의 광을 차단한다. 이미지 센서(710)는 렌즈 배럴(210)을 통해 입사된 광을 전기 신호로 변환한다. 일 예로, 이미지 센서(710)는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(710)에 의해 변환된 전기 신호는 휴대가능한 전자기기의 디스플레이 유닛을 통해 영상으로 출력된다. 이미지 센서(710)는 인쇄회로기판(720)에 고정되며, 와이어 본딩에 의하여 인쇄회로기판(720)과 전기적으로 연결된다.
렌즈 배럴(210)과 액츄에이터는 하우징(120)에 수용된다. 일 예로, 하우징(120)은 상부와 하부가 개방된 형상이며, 하우징(120)의 내부 공간에 렌즈 배럴(210)과 액츄에이터가 수용된다. 하우징(120)의 하부에는 이미지 센서 모듈(700)이 배치된다.
케이스(110)는 하우징(120)의 외부면을 감싸도록 하우징(120)과 결합하며, 카메라 모듈(100)의 내부 구성부품을 보호할 수 있다. 또한, 케이스(110)는 전자파를 차폐할 수 있다. 케이스(110)는 금속재질로 제공되어 인쇄회로기판(720)에 구비되는 접지패드에 접지될 수 있으며, 이에 따라 전자파를 차폐할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터는 피사체에 초점을 맞추기 위하여 렌즈 배럴(210)을 이동시킨다. 일 예로, 액츄에이터는 렌즈 배럴(210)을 광축(Z축) 방향으로 이동시키는 초점 조정부(400)를 포함한다.
초점 조정부(400)는 렌즈 배럴(210) 및 렌즈 배럴(210)을 수용하는 캐리어(300)를 광축(Z축) 방향으로 이동시키도록 구동력을 발생시키는 마그네트(410) 및 코일(420)을 포함한다.
마그네트(410)는 캐리어(300)에 장착된다. 일 예로, 마그네트(410)는 캐리어(300)의 제1 면에 장착될 수 있다. 코일(420)은 하우징(120)에 장착되어, 마그네트(410)와 대향 배치될 수 있다. 일 예로, 코일(420)은 기판(600)의 제1면에 배치되고, 기판(600)은 하우징(120)에 장착될 수 있다.
마그네트(410)는 캐리어(300)에 장착되어 캐리어(300)와 함께 광축(Z축) 방향으로 이동할 수 있고, 코일(420)은 하우징(120)에 고정될 수 있다. 다만, 실시예에 따라, 마그네트(410)와 코일(420)의 위치는 서로 변경될 수 있다.
코일(420)에 구동 신호가 인가되면, 마그네트(410)와 코일(420) 사이의 전자기적 상호작용에 의하여 캐리어(300)는 광축(Z축) 방향으로 이동할 수 있다.
렌즈 배럴(210)은 캐리어(300)에 수용되어, 캐리어(300)의 이동에 의해 렌즈 배럴(210)도 광축(Z축) 방향으로 이동된다. 또한, 프레임(310) 및 렌즈 홀더(320)도 캐리어(300)에 수용되어, 캐리어(300)의 이동에 의해 프레임(310), 렌즈 홀더(320) 및 렌즈 배럴(210)도 함께, 광축(Z축) 방향으로 이동된다.
캐리어(300)가 이동될 때, 캐리어(300)와 하우징(120) 사이의 마찰을 저감하도록 캐리어(300)와 하우징(120) 사이에 구름부재(B1)가 배치된다. 구름부재(B1)는 볼 형태일 수 있다. 구름부재(B1)는 마그네트(410)의 양측에 배치된다.
하우징(120)에는 요크(440)가 배치된다. 일 예로, 요크(440)는 기판(600)에 장착되어, 하우징(120)에 배치된다. 요크(440)는 기판(600)의 타면에 마련된다. 따라서, 요크(440)는 코일(420)을 사이에 두고 마그네트(410)와 마주보도록 배치된다. 요크(440)와 마그네트(410) 사이에는 광축(Z축)에 수직한 방향으로 인력이 작용한다. 따라서, 요크(440)와 마그네트(410) 사이의 인력에 의해 구름부재(B1)는 캐리어(300) 및 하우징(120)과 접촉 상태를 유지할 수 있다. 또한, 요크(440)는 마그네트(410)의 자기력을 집속하여, 누설 자속이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 일 예로, 요크(440)와 마그네트(410)는 자기 회로(Magnetic circuit)를 형성한다.
본 발명은 초점 조정 과정에서 렌즈 배럴(210)의 위치를 감지하여 피드백하는 폐루프 제어 방식을 사용한다. 따라서, 초점 조정부는 폐루프 제어를 위하여 위치 검출부를 포함할 수 있다. 일 예로, 위치 검출부는 AF 홀 센서(430)를 포함할 수 있다. AF 홀 센서(430)에서 검출되는 자속값은 AF 홀 센서(430)와 마주하는 마그네트(410)의 이동에 따라 변화한다. 위치 검출부는 마그네트(410)의 광축(Z축) 방향으로의 이동에 따른 AF 홀 센서(430)의 자속값의 변화로부터 렌즈 배럴(210)의 위치를 검출할 수 있다.
흔들림 보정부(500)는 이미지 촬영 또는 동영상 촬영시 사용자의 손떨림 등의 요인에 의해 이미지가 번지거나 동영상이 흔들리는 것을 보정하기 위해 사용된다. 예를 들어, 흔들림 보정부(500)는 사용자의 손떨림 등에 의해 영상 촬영 시 흔들림이 발생할 때, 흔들림에 대응하는 상대변위를 렌즈 배럴(210)에 부여하여, 흔들림을 보상한다. 일 예로, 흔들림 보정부(500)는 렌즈 배럴(210)을 광축(Z축)에 수직한 방향으로 이동시켜 흔들림을 보정한다.
흔들림 보정부(500)는 가이드부재를 광축(Z축)에 수직한 방향으로 이동시키도록 구동력을 발생시키는 복수의 마그네트(510a, 520a)와 복수의 코일(510b, 520b)을 포함한다. 프레임(310)과 렌즈 홀더(320)는 캐리어(300) 내에 삽입되어 광축(Z축) 방향으로 배치되며, 렌즈 배럴(210)의 이동을 가이드 할 수 있다. 프레임(310)과 렌즈 홀더(320)는 렌즈 배럴(210)이 삽입될 수 있는 공간을 구비한다. 렌즈 배럴(210)은 렌즈 홀더(320)에 삽입 고정된다.
복수의 마그네트(510a, 520a)와 복수의 코일(510b, 520b) 간의 전자기적 상호작용에 따라 발생된 구동력에 의해, 프레임(310) 및 렌즈 홀더(320)는 캐리어(300)에 대하여 광축(Z축)에 수직한 방향으로 이동된다. 복수의 마그네트(510a, 520a)와 복수의 코일(510b, 520b) 중에서, 제1 마그네트(510a)는 렌즈 홀더(320)의 제2 면에 배치되고, 제1 코일(510b)는 기판(600)의 제2 면에 배치되어, 제1 마그네트(510a)와 제1 코일(510b)은 광축(Z축)에 수직한 제1 축(Y축) 방향으로 구동력을 발생시킨다. 또한, 제2 마그네트(520a)는 렌즈 홀더(320)의 제3 면에 배치되고, 제2 코일(520b)는 기판(600)의 제3 면에 배치되어, 제2 마그네트(520a)와 제2 코일(520b)은 제1 축(Y축)에 수직한 제2 축(X축) 방향으로 구동력을 발생시킨다. 여기서, 제2 축(X축)은 광축(Z축)과 제1 축(Y축)에 모두 수직한 축을 의미한다. 복수의 마그네트(510a, 520a)는 광축(Z축)에 수직한 평면에서 서로 직교하도록 배치된다.
복수의 마그네트(510a, 520a)는 렌즈 홀더(320)에 장착되고, 복수의 마그네트(510a, 520a)와 마주보는 복수의 코일(510b, 520b)은 기판(600)에 배치되어, 하우징(120)에 장착된다.
복수의 마그네트(510a, 520a)는 렌즈 홀더(320)와 함께 광축(Z축)에 수직한 방향으로 이동할 수 있고, 복수의 코일(510b, 520b)은 하우징(120)에 고정될 수 있다. 다만, 실시예에 따라, 복수의 마그네트(510a, 520a)와 복수의 코일(510b, 520b)의 위치는 서로 변경될 수 있다.
본 발명은 흔들림 보정 과정에서 렌즈 배럴(210)의 위치를 감지하여 피드백하는 폐루프 제어 방식을 사용한다. 따라서, 흔들림 보정부(500)는 폐루프 제어를 위한 위치 검출부를 포함할 수있다. 위치 검출부는 OIS 홀 센서(510c, 520c)을 포함할 수 있다. OIS 홀 센서(510c, 520c)은 기판(600)에 배치되어, 하우징(120)에 장착된다. OIS 홀 센서(510c, 520c)는 복수의 마그네트(510a, 520a)와 광축(Z축)에 수직한 방향에서 서로 마주볼 수 있다. 일 예로, 제1 OIS 홀 센서(510c)는 기판(600)의 제2 면에 배치되고, 제2 OIS 홀 센서(520c)는 기판(600)의 제3 면에 배치될 수 있다.
OIS 홀 센서(510c, 520c)의 자속값은 OIS 홀 센서(510c, 520c)와 마주하는 마그네트(510a, 520a)의 이동에 따라 변화한다. 위치 검출부는 마그네트(510a, 520a)의 광축과 수직한 두 개의 방향(X축 방향, Y축 방향)으로의 이동에 따른 OIS 홀 센서(510c, 520c)의 자속값의 변화로부터 렌즈 배럴(210)의 위치를 검출할 수 있다.
한편, 카메라 모듈(100)은 흔들림 보정부(500)를 지지하는 복수의 볼 부재를 포함한다. 복수의 볼 부재는 흔들림 보정 과정에서 프레임(310), 렌즈 홀더(320) 및 렌즈 배럴(210)의 이동을 가이드하는 기능을 한다. 또한, 캐리어(300), 프레임(310) 및 렌즈 홀더(320) 간의 간격을 유지시키는 기능도 한다.
복수의 볼 부재는 제1 볼 부재(B2) 및 제2 볼 부재(B3)를 포함한다. 제1 볼 부재(B2)는 프레임(310), 렌즈 홀더(320) 및 렌즈 배럴(210)의 제1 축(Y축) 방향으로의 이동을 가이드하고, 제2 볼 부재(B3)는 렌즈 홀더(320) 및 렌즈 배럴(210)의 제2 축(X축) 방향으로의 이동을 가이드한다.
일 예로, 제1 볼 부재(B2)는 제1 축(Y축) 방향으로의 구동력이 발생한 경우, 제1 축(Y축) 방향으로 구름 운동한다. 이에 따라, 제1 볼 부재(B2)는 프레임(310), 렌즈 홀더(320) 및 렌즈 배럴(210)의 제1 축(Y축) 방향으로의 이동을 가이드한다. 또한, 제2 볼 부재(B3)는 제2 축(X축) 방향으로의 구동력이 발생한 경우에 제2 축(X축) 방향으로 구름운동한다. 이에 따라, 제2 볼 부재(B3)는 렌즈 홀더(320) 및 렌즈 배럴(210)의 제2 축(X축) 방향으로의 이동을 가이드한다.
제1 볼 부재(B2)는 캐리어(300)와 프레임(310) 사이에 배치되는 복수의 볼 부재를 포함하고, 제2 볼 부재(B3)는 프레임(310)과 렌즈 홀더(320) 사이에 배치되는 복수의 볼 부재를 포함한다.
캐리어(300)와 프레임(310)이 서로 광축(Z축) 방향으로 마주보는 면에는 각각 제1 볼 부재(B2)를 수용하는 제1 가이드홈부(301)가 형성된다. 제1 가이드홈부(301)는 제1 볼 부재(B2)의 복수의 볼 부재에 대응되는 복수의 가이드홈을 포함한다. 제1 볼 부재(B2)는 제1 가이드홈부(301)에 수용되어 캐리어(300)와 프레임(310) 사이에 끼워진다. 제1 볼 부재(B2)는 제1 가이드홈부(301)에 수용된 상태에서, 광축(Z축) 및 제2 축(X축) 방향으로의 이동이 제한되고, 제1 축(Y축) 방향으로만 이동될 수 있다. 일 예로, 제1 볼 부재(B2)는 제1 축(Y축) 방향으로만 구름운동 가능하다. 이를 위하여, 제1 가이드홈부(301)의 복수의 가이드홈 각각의 평면 형상은 제1 축(Y축) 방향으로 길이를 갖는 직사각형일 수 있다.
프레임(310)과 렌즈 홀더(320)가 서로 광축(Z축) 방향으로 마주보는 면에는 각각 제2 볼 부재(B3)를 수용하는 제2 가이드홈부(311)가 형성된다. 제2 가이드홈부(311)는 제2 볼 부재(B3)의 복수의 볼 부재에 대응되는 복수의 가이드홈을 포함한다.
제2 볼 부재(B3)는 제2 가이드홈부(311)에 수용되어 프레임(310)과 렌즈 홀더(320) 사이에 끼워진다. 제2 볼 부재(B3)는 제2 가이드홈부(311)에 수용된 상태에서, 광축(Z축) 및 제1 축(Y축) 방향으로의 이동이 제한되고, 제2 축(X축) 방향으로만 이동될 수 있다. 일 예로, 제2 볼 부재(B3)는 제2 축(X축) 방향으로만 구름운동 가능하다. 이를 위하여, 제2 가이드홈부(311)의 복수의 가이드홈 각각의 평면 형상은 제2 축(X축) 방향으로 길이를 갖는 직사각형일 수 있다.
한편, 본 발명에는 캐리어(300)와 렌즈 홀더(320) 사이에서 렌즈 홀더(320)의 이동을 지지하는 제3 볼 부재(B4)가 제공된다. 제3 볼 부재(B4)는 렌즈 홀더(320)의 제1 축(Y축) 방향으로의 이동 및 제2 축(X축) 방향으로의 이동을 모두 가이드한다.
일 예로, 제3 볼 부재(B4)는 제1 축(Y축) 방향으로의 구동력이 발생한 경우에 제1 축(Y축) 방향으로 구름운동한다. 이에 따라, 제3 볼 부재(B4)는 렌즈 홀더(320)의 제1 축(Y축) 방향으로의 이동을 가이드한다.
또한, 제3 볼 부재(B4)는 제2 축(X축) 방향으로의 구동력이 발생한 경우에 제2 축(X축) 방향으로 구름운동한다. 이에 따라, 제3 볼 부재(B4)는 렌즈 홀더(320)의 제2 축(X축) 방향으로의 이동을 가이드한다. 한편, 제2 볼 부재(B3)와 제3 볼 부재(B4)는 렌즈 홀더(320)를 접촉 지지한다.
캐리어(300)와 렌즈 홀더(320)가 서로 광축(Z축) 방향으로 마주보는 면에는 각각 제3 볼 부재(B4)를 수용하는 제3 가이드홈부(302)가 형성된다. 제3 볼 부재(B4)는 제3 가이드홈부(302)에 수용되어 캐리어(300)와 렌즈 홀더(320) 사이에 끼워진다. 제3 볼 부재(B4)는 제3 가이드홈부(302)에 수용된 상태에서, 광축(Z축) 방향으로의 이동이 제한되고, 제1 축(Y축) 및 제2 축(X축) 방향으로 구름운동할 수 있다. 이를 위하여, 제3 가이드홈부(302)의 평면 형상은 원형일 수 있다. 따라서, 제3 가이드홈부(302)와 제1 가이드홈부(301) 및 제2 가이드홈부(311)는 서로 다른 평면 형상을 가질 수 있다.
제1 볼 부재(B2)는 제1 축(Y축) 방향으로 구름 운동 가능하고, 제2 볼 부재(B3)는 제2 축(X축) 방향으로 구름 운동 가능하며, 제3 볼 부재(B4)는 제1 축(Y축) 및 제2 축(X축) 방향으로 구름 운동 가능하다. 따라서, 본 발명의 흔들림 보정부(500)를 지지하는 복수의 볼 부재는 자유도에 있어서 차이가 있다. 여기서, 자유도란 3차원 좌표계에서 물체의 운동 상태를 나타내는 데 필요한 독립 변수의 수를 의미할 수 있다. 일반적으로, 3차원 좌표계에서 물체의 자유도는 6이다. 물체의 움직임은 세 방향의 직교좌표계와 세 방향의 회전좌표계에 의해 표현될 수 있다. 일 예로, 3차원 좌표계에서 물체는 각 축(X축, Y축, Z축)을 따라 병진 운동할 수 있고, 각 축(X축, Y축, Z축)을 기준으로 회전 운동할 수 있다.
본 명세서에서, 자유도의 의미는, 흔들림 보정부(500)에 전원이 인가되어 광축(Z축)에 수직한 방향으로 발생된 구동력에 의해 흔들림 보정부(500)가 이동될 때, 제1 볼 부재(B2), 제2 볼 부재(B3) 및 제3 볼 부재(B4)의 움직임을 나타내는 데 필요한 독립 변수의 수를 의미할 수 있다. 일 예로, 광축(Z축)에 수직한 방향으로 발생된 구동력에 의해 제3 볼 부재(B4)는 두 개의 축(제1 축(Y축) 및 제2 축(X축))을 따라 구름 운동 가능하고, 제1 볼 부재(B2) 및 제2 볼 부재(B3)는 하나의 축(제1 축(Y축) 또는 제2 축(X축))을 따라 구름 운동 가능하다. 따라서, 제3 볼 부재(B4)의 자유도가 제1 볼 부재(B2)와 제2 볼 부재(B3)의 자유도보다 크다.
제1 축(Y축) 방향으로 구동력이 발생하면, 프레임(310), 렌즈 홀더(320) 및 렌즈 배럴(210)이 함께 제1 축(Y축) 방향으로 움직인다. 여기서, 제1 볼 부재(B2)와 제3 볼 부재(B4)는 제1 축(Y축)을 따라 구름 운동한다. 이때, 제2 볼 부재(B3)의 움직임은 제한된다.
또한, 제2 축(X축) 방향으로 구동력이 발생하면, 렌즈 홀더(320) 및 렌즈 배럴(210)이 제2 축(X축) 방향으로 움직인다. 여기서, 제2 볼 부재(B3)와 제3 볼 부재(B4)는 제2 축(X축)을 따라 구름 운동한다. 이때, 제1 볼 부재(B2)의 움직임은 제한된다.
한편, 본 발명에는 흔들림 보정부(500)와 제1 내지 제3 볼 부재(B2, B3, B4)가 접촉 상태를 유지하도록 복수의 요크(510d, 520d)가 제공된다. 복수의 요크(510d, 520d)는 캐리어(300)에 고정되고, 복수의 마그네트(510a, 520a)와 광축(Z축) 방향으로 마주보도록 배치된다. 따라서, 복수의 요크(510d, 520d)와 복수의 마그네트(510a, 520a) 사이에는 광축(Z축) 방향으로 인력이 발생한다. 복수의 요크(510d, 520d)와 복수의 마그네트(510a, 520a) 사이의 인력에 의하여 흔들림 보정부(500)가 복수의 요크(510d, 520d)를 향하는 방향으로 가압되므로, 흔들림 보정부(500)의 프레임(310) 및 렌즈 홀더(320)는 제 내지 제3 볼 부재(B2, B3, B4)와 접촉 상태를 유지할 수 있다. 복수의 요크(510d, 520d)는 복수의 마그네트(510a, 520a)와의 사이에서 인력을 발생시킬 수 있는 재질이다. 일 예로, 복수의 요크(510d, 520d)는 자성체로 제공된다.
본 발명에서는 프레임(310) 및 렌즈 홀더(320)가 제1 내지 제3 볼 부재(B2, B3, B4)와 접촉 상태를 유지할 수 있도록 복수의 요크(510d, 520d)를 제공하는 한편, 외부 충격 등에 의하여 제1 내지 제3 볼 부재(B2, B3, B4), 프레임(310) 및 렌즈 홀더(320)가 캐리어(300)의 외부로 이탈되는 것을 방지하도록 스토퍼(330)가 제공된다. 스토퍼(330)는 렌즈 홀더(320)의 상면 중 적어도 일부를 커버하도록 캐리어(300)에 결합된다.
조리개 모듈(800)은 조리개(810), 마그네트(820), 코일(830), 홀 센서(840) 및 기판(850)을 포함할 수 있다.
조리개 모듈(800)의 조리개(810)는 케이스(110)의 상부를 통해, 렌즈 배럴(210)과 결합될 수 있다. 일 예로, 조리개(810)는 렌즈 배럴(210)이 고정 삽입되는 렌즈 홀더(320)에 장착되어, 렌즈 배럴(210)과 결합할 수 있다. 따라서, 조리개(810)는 렌즈 배럴(210) 및 렌즈 홀더(320)와 함께 이동할 수 있다.
마그네트(820)는 조리개(810)의 일 측에 마련될 수 있다. 일 예로, 마그네트(820)는 조리개(810)의 일 측에 마련되는 기판(850)에 장착되어, 조리개(810)의 일 측에 배치될 수 있다. 마그네트(820)는 조리개(810)의 일 측에 마련되어, 렌즈 홀더(320)의 제4 면에 배치될 수 있다. 일 예로, 마그네트(820)는 서로 분극되는 두 개의 자성체를 포함할 수 있다.
기판(850)은 제1 축(Y축) 방향으로 이동 가능하도록 조리개(810)와 결합될 수 있다. 기판(850)은 제1 축(Y축) 방향으로 이동 가능하도록 조리개(810)와 결합되기 위하여, 기판(850)은 조리개(810)의 제1 축(Y축) 방향으로 삽입되어 이동 가능한 연결 부재를 구비할 수 있다. 기판(850)의 연결 부재가 삽입되는 정도, 즉, 기판(850)과 조리개(810)의 제1 축(Y축) 방향으로의 거리에 따라 조리개(810)의 상부의 입사공의 직경이 가변되어, 조리개(810)를 통해 투과되는 광량이 결정될 수 있다.
코일(830)은 마그네트(820)와 마주하도록 기판(600)의 제4 면에 배치된다. 코일(830)은 기판(600)의 제4 면에 배치되어, 마그네트(820)와 코일(830)은 제1 축(Y축) 방향으로 구동력을 발생시킨다. 마그네트(820)와 코일(830)에 의해 제1 축(Y축) 방향으로 구동력이 발생하는 경우, 마그네트(820)와 조리개(810)의 제1 축(Y축) 방향의 거리는 가변될 수 있다.
홀 센서(840)은 기판(600)의 제4 면에서 마그네트(820)와 마주하도록 고정 배치된다. 홀 센서(840)의 자속값은 마그네트(820)의 이동에 따라 변화한다. 홀 센서(840)의 자속값으로부터 마그네트(820)의 위치를 검출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈에 채용되는 조리개 모듈의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조리개 모듈(1000)은 구동부(1100), 코일(1200), 마그네트(1300) 및 위치 검출부(1400)를 포함할 수 있다.
구동부(1100)는 외부로부터 인가되는 입력 신호(Sin)와 위치 검출부(1400)로부터 생성되는 피드백 신호(Sf)에 따라 구동 신호(Sdr)를 생성하고, 생성된 구동 신호(Sdr)를 코일(1200)에 제공할 수 있다. 입력 신호(Sin)는 카메라 모듈의 외부 조도 정보에 대응하는 마그네트(1300)의 목표 위치에 대한 정보를 포함할 수 있다. 마그네트(1300)의 목표 위치에 따라 조리개를 투과하는 광량이 결정될 수 있다. 일 예로, 입력 신호(Sin)는 이미지 센서에서 생성되는 영상 신호의 이미지 처리를 수행하는 이미지 프로세서로부터 제공될 수 있다. 다른 예로, 입력 신호(Sin)는 카메라 모듈에 마련되는 조도 센서로부터 제공될 수 있다.
코일(1200)에 구동부(1100)으로부터 제공되는 구동 신호(Sdr)가 인가되는 경우, 코일(1200)과 마그네트(1300) 간의 전자기적 상호작용에 의해, 조리개를 통해 투과되는 광량이 결정될 수 있다.
위치 검출부(1400)는 코일(1200)과 마그네트(1300)의 전자기적 상호 작용에 의해 이동하는 마그네트(1300)의 위치를 검출하여 피드백 신호(Sf)를 생성하고, 피드백 신호(Sf)를 구동부(1100)에 제공할 수 있다. 일 예로, 위치 검출부(1400)는 자속값을 검출하는 홀 센서를 포함할 수 있다. 위치 검출부(1400)가 자속값을 검출하는 홀 센서로 구성된 것으로 가정하면, 홀 센서의 자속값(Dd)은 마그네트와 위치 검출부 간의 거리(Dl)에 따라 하기의 수학식 1에 따라 결정될 수 있다. 수학식 1에서 a는 상수에 해당한다.
Figure 112018079715754-pat00001
피드백 신호(Sf)가 구동부(1100)로 제공되는 경우, 구동부(1100)는 입력 신호(Sin)와 피드백 신호(Sf)를 비교하여 구동 신호(Sdr)를 다시 생성할 수 있다. 즉, 구동부(1100)는 입력 신호(Sin)와 피드백 신호(Sf)를 비교하는 클로즈 루프(Close Loop) 타입으로 구동될 수 있다. 클로즈 루프 타입의 구동부(1100)는 입력 신호(Sin)에 포함되는 마그네트(1300)의 목표 위치와 피드백 신호(Sf)에 포함되는 마그네트(1300)의 현재 위치의 오차를 감소시키는 방향으로 구동될 수 있다. 클로즈 루프 방식의 구동은 오픈 루프(Open Loop) 방식과 비교하여, 선형성(Linearity), 정확도(Accuracy), 및 반복성(Repeatability)이 향상되는 장점이 있다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 조리개 모듈의 구동부의 블록도이다.
구동부(1100)는 비교부(1100a), 제어부(1100b) 및 구동 회로부(1100c)를 포함할 수 있다.
비교부(1100a)는 입력 신호(Sin)와 피드백 신호(Sf)를 비교할 수 있다. 비교부(1100a)는 입력 신호(Sin)에 포함되는 마그네트(1300)의 목표 위치와 피드백 신호(Sf)에 포함되는 마그네트(1300)의 현재 위치를 비교하여, 오차값을 산출할 수 있다. 비교부(1100a)에서 산출되는 오차값에 의해 마그네트(1300)의 이동 거리 및 이동 방향이 결정될 수 있다.
제어부(1100b)는 비교부(1100a)로부터 제공되는 오차값에 제어 이득을 적용하여 제어 신호를 생성할 수 있다. 일 예로, 제어부(1100b)는 PID(Proportional-Integral-Derivative, 비례-적분-미분) 제어기를 구비하여, PID 방식의 제어를 수행할 수 있다. 제어부(1100b)는 비례 제어에 따라 현재 상태에서의 오차값의 크기에 비례한 제어를 수행하고, 적분 제어에 따라 정상 상태(Steady-State)에서 오차를 감소시키는 제어를 수행하고, 미분 제어에 따라 급격한 변화를 방지하여 오버 슈트(Overshoot)를 감소시키는 제어를 수행할 수 있다.
PID 방식의 제어는 하기의 수학식 1에 따라 표현될 수 있다. KP는 비례 제어 이득을 나타내고, KI는 적분 제어 이득을 나타내고, KD는 미분 제어 이득을 나타낸다.
Figure 112018079715754-pat00002
제어부(1100b)는 PID 방식의 제어 수행시, 오차값에 비례 제어 이득 KP, 적분 제어 이득 KI, 및 미분 제어 이득 KD 각각을 적용하여 제어 신호를 생성할 수 있다.
구동 회로부(1100c)는 제어부(1100b)로부터 제공되는 제어 신호에 따라 구동 신호를 생성할 수 있다. 구동 회로부(1100c)에서 생성되는 구동 신호에 의해 마그네트(1300)는 목표 위치로 이동할 수 있다. 구동 회로부(1100c)는 양방향 구동이 가능한 H 브리지(Bridge) 회로를 내부에 구비하여 보이스 코일 모터(Voice coil motor) 방식으로 코일(1200)에 구동 신호를 인가할 수 있다. 구동 회로부(1100c)가 보이스 코일 모터(Voice coil motor) 방식으로 구동되는 경우, 제어부(1100b)로부터 제공되는 제어 신호는 H 브리지 회로를 구성하는 스위칭 소자의 게이트에 인가될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 조리개는 렌즈 배럴이 고정 삽입되는 렌즈 홀더에 장착되어, 렌즈 배럴과 함께 광축에 수직한 방향으로 이동한다. 따라서, 조리개가 렌즈 배럴과 함께 광축에 수직한 방향으로 이동하는 경우, 조리개의 일 측에 마련되는 마그네트(1300)와 위치 검출부(1400)의 거리가 가변되어, 위치 검출부(1400)의 위치 검출값이 변경된다. 즉, 마그네트(1300)와 위치 검출부(1400)의 거리는 코일(1200)에 제공되는 구동 신호 외에도, 렌즈 배럴의 광축에 수직한 방향으로의 이동에 따라 변경되므로, 이를 보상해줄 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구동부(1000)는 보상 신호 생성부(1100d)를 채용하여, 렌즈 배럴의 광축에 수직한 방향으로의 이동에 따른 위치 검출부의 위치 검출값의 변화를 보상할 수 있다.
보상 신호 생성부(1100d)는 렌즈 배럴의 광축에 수직한 방향의 위치 정보를 나타내는 위치 신호(Sl)에 따라 보상 신호(Sc)를 생성할 수 있다. 일 예로, 위치 신호(Sl)는 카메라 모듈에 채용되는 액츄에이터의 홀 센서로부터 제공될 수 있고, 다른 예로, 카메라 모듈에 추가적으로 채용되는 자이로 센서로부터 제공될 수 있다.
보상 신호 생성부(1100d)는 렌즈 배럴의 광축에 수직한 방향의 위치 정보에 따라 중립 위치로부터 제1축(Y축) 및 제2 축(X축) 방향 각각으로 이동한 거리를 산출한다. 구체적으로, 보상 신호 생성부(1100d)는 렌즈 배럴의 광축에 수직한 방향의 현재 위치와 렌즈 배럴의 중립 위치를 비교하여, 제1축(Y축) 및 제2 축(X축) 방향 각각으로 이동한 거리를 산출한다. 여기서, 중립 위치란, 렌즈 배럴에 구동력이 제공되지 않는 경우에 초기에 설정된 위치를 의미한다.
보상 신호 생성부(1100d)는 하기의 수학식 3에 따라 산출된 제1축(Y축) 및 제2 축(X축) 방향 각각으로 이동한 거리로부터 마그네트(1300)와 위치 검출부(1400)의 거리 변화분(Dl)을 산출할 수 있다. 수학식 3에서, Dx는 중립 위치에서 X축으로 이동한 거리, Dy는 중립 위치에서 Y축으로 이동한 거리, b, c는 상수 또는 가중치에 해당한다.
Figure 112018079715754-pat00003
보상 신호 생성부(1100d)는 마그네트(1300)와 위치 검출부(1400)의 거리 변화분(Dl)에 따라 보상 신호를 생성할 수 있다. 보상 신호에 의해 마그네트(1300)와 위치 검출부(1400)의 거리 변화분(Dl), 즉, 렌즈 배럴의 현재 위치와 렌즈 배럴의 중립 위치의 거리 변화분(Dl)이 보상될 수 있다.
보상 신호 생성부(1100d)는 비교부(1110a)로 보상 신호(Sc)를 제공할 수 있다. 비교부(1000a)는 입력 신호(Sin), 피드백 신호(Sf), 및 보상 신호(Sc)를 비교하여, 오차값을 산출할 수 있다.
일 예로, 비교부(1110a)는 보상 신호(Sc)에 따라 마그네트(1300)의 현재 위치를 나타내는 피드백 신호(Sf)를 보상하고, 보상된 피드백 신호(Sf)와 입력 신호(Sin)를 비교할 수 있다.
다른 예로, 비교부(1110a)는 보상 신호(Sc)에 따라 마그네트(1300)의 목표 위치를 나타내는 입력 신호(Sin)를 보상하고, 보상된 피드백 신호(Sin)와 피드백 신호(Sf)를 비교할 수 있다.
또 다른 예로, 비교부(1110a)는 보상 신호(Sc)에 따라 마그네트(1300)의 목표 위치를 나타내는 입력 신호(Sin)와 마그네트(1300)의 현재 위치를 나타내는 피드백 신호(Sf)를 비교하여 산출되는 오차값을 보상할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110: 케이스
120: 하우징
210: 렌즈 배럴
300: 캐리어
310: 프레임
320: 렌즈 홀더
400: 초점 조정부
500: 흔들림 보정부
600: 기판
700: 이미지 센서 모듈
800: 조리개 모듈
810: 조리개
820: 마그네트
830: 코일
840: 홀 센서
850: 기판
1000: 액츄에이터
1100: 구동부
1100a: 비교부
1100b: 제어부
1100c: 구동 회로부
1100d: 보상 신호 생성부
1200: 코일
1300: 마그네트
1400: 위치 검출부

Claims (16)

  1. 렌즈 배럴;
    상기 렌즈 배럴을 광축에 수직한 방향으로 구동하는 액츄에이터; 및
    상기 렌즈 배럴로 입사되는 광량을 조절하는 조리개 모듈; 을 포함하고,
    상기 조리개 모듈은, 렌즈 배럴과 결합되는 조리개, 상기 조리개의 일 측에 마련되는 마그네트, 상기 마그네트와 대향 배치되는 코일, 상기 마그네트의 위치를 검출하여 피드백 신호를 생성하는 위치 검출부, 및 상기 마그네트의 목표 위치를 지시하는 입력 신호 및 상기 피드백 신호를 비교하여 오차값을 산출하고, 산출된 오차값에 따라 구동 신호를 생성하는 구동부를 포함하고,
    상기 구동부는, 상기 렌즈 배럴의 현재 위치와 상기 렌즈 배럴의 중립 위치를 비교하여 보상 신호를 생성하고, 상기 보상 신호에 따라 상기 입력 신호 및 피드백 신호 중 하나를 보상하는 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는, 상기 렌즈 배럴의 광축에 수직한 제1 방향 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향 각각의 위치와 상기 렌즈 배럴의 중립 위치를 비교하는 카메라 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보상 신호는 상기 렌즈 배럴의 현재 위치와 상기 렌즈 배럴의 중립 위치의 거리 변화분을 보상하는 카메라 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마그네트는, 상기 렌즈 배럴의 광축에 수직한 방향의 구동에 따라 함께 이동하는 카메라 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 위치 검출부는, 상기 마그네트에 대향하여 고정 배치되는 카메라 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 액츄에이터는, 상기 렌즈 배럴의 현재 위치를 검출하고, 검출된 상기 렌즈 배럴의 현재 위치를 상기 구동부에 제공하는 카메라 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈 배럴의 현재 위치를 검출하는 자이로 센서; 를 더 포함하고,
    상기 자이로 센서는 상기 렌즈 배럴의 현재 위치를 상기 구동부에 제공하는 카메라 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    외부 조도를 검출하는 조도 센서; 를 더 포함하고,
    상기 조도 센서는 상기 외부 조도에 따라 상기 입력 신호를 생성하는 카메라 모듈.
  9. 렌즈 배럴과 결합되어 상기 렌즈 배럴로 입사되는 광을 조절하는 조리개;
    상기 조리개의 일 측에 마련되는 마그네트;
    상기 마그네트와 대향 배치되는 코일;
    상기 마그네트의 위치를 검출하여 피드백 신호를 생성하는 위치 검출부; 및
    상기 마그네트의 목표 위치를 지시하는 입력 신호 및 상기 피드백 신호를 비교하여 오차값을 산출하고, 상기 오차값에 상기 렌즈 배럴의 광축에 수직한 방향의 위치를 반영하여, 구동 신호를 생성하여 상기 코일에 제공하는 구동부; 를 포함하고,
    상기 구동부는, 상기 렌즈 배럴의 현재 위치와 상기 렌즈 배럴의 중립 위치를 비교하여 보상 신호를 생성하고, 상기 보상 신호에 따라 상기 입력 신호 및 상기 피드백 신호 중 하나를 보상하는
    조리개 모듈.
  10. 제9항에 있어서, 상기 구동부는,
    상기 입력 신호 및 상기 피드백 신호를 비교하여 상기 오차값을 산출하는 비교부;
    상기 오차값에 제어 이득을 적용하여, 제어 신호를 생성하는 제어부;
    상기 제어 신호에 따라 상기 구동 신호를 생성하는 구동 회로부; 및
    상기 렌즈 배럴의 광축에 수직한 방향의 위치를 나타내는 위치 신호에 따라 보상 신호를 생성하는 보상 신호 생성부; 를 포함하고,
    상기 비교부는 상기 보상 신호에 따라 상기 오차값을 보상하는 조리개 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어기를 포함하는 조리개 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 구동 회로부는 상기 코일과 연결되는 H 브리지 회로를 포함하는 조리개 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 H 브리지 회로를 구성하는 스위칭 소자의 게이트에 제공되는 조리개 모듈.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 위치 신호는 상기 렌즈 배럴을 광축에 수직한 방향으로 구동하는 액츄에이터에 의해 생성되는 조리개 모듈.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 위치 신호는 상기 렌즈 배럴을 채용하는 카메라 모듈의 자이로 센서로부터 제공되는 조리개 모듈.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 마그네트는 상기 렌즈 배럴의 광축에 수직한 방향의 구동에 따라 함께 이동하고, 상기 위치 검출부는 상기 마그네트에 대향하여 고정 배치되는 조리개 모듈.
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