KR102538913B1 - 카메라 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈은, 렌즈 배럴; 상기 렌즈 배럴의 일 측에 마련되는 피검출부와 마주하고, 상기 렌즈 배럴의 이동 방향과 수직한 일 방향을 따라 배치되는 통합 코일 및 센싱 코일; 상기 통합 코일에 구동 신호를 제공하는 구동 장치; 및 상기 통합 코일의 인덕턴스 및 상기 센싱 코일의 인덕턴스에 따라 상기 렌즈 배럴의 위치를 산출하는 위치 산출부; 를 포함하고, 상기 통합 코일의 면적 및 상기 센싱 코일의 면적은 상기 렌즈 배럴의 이동 방향을 따라 변화할 수 있다.

Description

카메라 모듈{CAMERA MODULE}
본 발명은 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 채용한다.
대한민국 공개특허공보 제2013-0077216호
본 발명의 과제는 홀 센서를 채용함 없이, 마그네트의 위치를 정밀하게 산출할 수 있는 카메라 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈은, 렌즈 배럴; 상기 렌즈 배럴의 일 측에 마련되는 피검출부와 마주하고, 상기 렌즈 배럴의 이동 방향과 수직한 일 방향을 따라 배치되는 통합 코일 및 센싱 코일; 상기 통합 코일에 구동 신호를 제공하는 구동 장치; 및 상기 통합 코일의 인덕턴스 및 상기 센싱 코일의 인덕턴스에 따라 상기 렌즈 배럴의 위치를 산출하는 위치 산출부; 를 포함하고, 상기 통합 코일의 면적 및 상기 센싱 코일의 면적은 상기 렌즈 배럴의 이동 방향을 따라 변화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈은, 별도의 홀 센서를 채용하지 않으므로, 카메라 모듈의 제조 비용을 절감할 수 있고 공간 효율성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 개략 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 AF 코일부를 나타내는 도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 OIS 코일부의 분해 사시도를 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초점 조정부의 블록도이다.
도 6은 도 5의 액츄에이터의 주요부를 구체적으로 나타낸 도이다.
도 7은 도 6의 구동 장치의 구동 회로부를 구체적으로 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 회로부 및 위치 산출부의 회로도이다.
도 9은 직류 신호에 대한 도 8의 회로의 등가 회로를 나타낸다.
도 10 내지 도 13은 교류 신호에 대한 도 8의 회로의 등가 회로를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 코일로부터 발진 신호를 생성하는 동작을 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 흔들림 보정부의 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), 렌즈 배럴(210)을 이동시키는 액츄에이터를 포함한다. 또한, 카메라 모듈(100)은 렌즈 배럴(210)과 액츄에이터를 수용하는 케이스(110)와 하우징(120)을 포함하고, 추가적으로, 렌즈 배럴(210)을 통해 입사된 광을 전기 신호로 변환하는 이미지 센서 모듈(700)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. 일 예로, 카메라 모듈에서 발생된 전자파가 휴대가능한 전자기기 내의 다른 전자부품에 영향을 미치지 않도록 케이스(110)가 전자파를 차폐할 수 있다.
전술한 바와 같이, 액츄에이터는 초점을 조정하는 초점 조정부(400) 및 흔들림을 보정하는 흔들림 보정부(500)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 통합 코일(430)을 포함한다. 후술할 바와 같이, 통합 코일(430)에는 구동 신호가 제공되어, 통합 코일(430)은 구동 코일로 동작할 수 있고, 또한, 렌즈 배럴(210)의 이동에 따라 변화하는 통합 코일(430)의 인덕턴스에 따라 렌즈 배럴(210)의 변위가 산출되므로, 통합 코일(430)은 센싱 코일로 동작할 수 있다. 즉, 본 실시예에서, 통합 코일은 구동 코일 및 센싱 코일로 동작할 수 있는 코일로 이해될 수 있다.
마그네트(410)는 캐리어(300)에 장착된다. 일 예로, 마그네트(410)는 캐리어(300)의 일면에 장착될 수 있다. 통합 코일(430)은 하우징(120)에 장착되어, 마그네트(410)와 대향 배치될 수 있다. 일 예로, 통합 코일(430)은 기판(600)의 일면에 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, 통합 코일(430)은 하우징(120)에 고정될 수 있다. 다만, 실시예에 따라, 마그네트(410)와 통합 코일(430)의 위치는 서로 변경될 수 있다. 통합 코일(430)에 구동 신호가 인가되면, 마그네트(410)와 통합 코일(430) 사이의 전자기적 영향력에 의하여 캐리어(300)를 광축(Z축) 방향으로 이동시킬 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)는 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(450)가 배치된다. 일 예로, 요크(450)는 기판(600)에 장착되어, 하우징(120)에 배치된다. 요크(450)는 기판(600)의 타면에 마련된다. 따라서, 요크(450)는 통합 코일(430)을 사이에 두고 마그네트(410)와 마주보도록 배치된다. 요크(450)와 마그네트(410) 사이에는 광축(Z축)에 수직한 방향으로 인력이 작용한다. 따라서, 요크(450)와 마그네트(410) 사이의 인력에 의해 구름부재(B1)는 캐리어(300) 및 하우징(120)과 접촉 상태를 유지할 수 있다. 또한, 요크(450)는 마그네트(410)의 자기력을 집속하여, 누설 자속이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 일 예로, 요크(450)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, 폐루프 제어를 위하여 위치 산출부가 제공된다. 위치 산출부는 통합 코일(430)의 인덕턴스에 기초하여, 렌즈 배럴(210)의 위치를 산출할 수 있다. 한편, 실시예에 따라, 초점 조정부(400)는 통합 코일(430)의 일 측에 마련되는 센싱 코일(440)을 추가적으로 포함할 수 있다. 통합 코일(430)과 센싱 코일(440)은 AF 코일부(435)를 구성할 수 있다. 위치 산출부는 통합 코일(430)의 인덕턴스 및 센싱 코일(440)의 인덕턴스에 따라 Z축 방향의 렌즈 배럴의 위치를 산출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 AF 코일부를 나타내는 도이다.
도 3을 참조하면, AF 코일부(435)의 통합 코일(430)과 센싱 코일(440)은 동일 평면상에 배치될 수 있다. 통합 코일(430) 및 센싱 코일(440)은 기판(600)의 일면에 배치되어, 마그네트(410)와 마주할 수 있다. 통합 코일(430) 및 센싱 코일(440)은 광축과 수직한 방향을 따라, 이격되어 배치될 수 있다.
통합 코일(430) 및 센싱 코일(440) 각각의 면적은 광축 방향을 따라 변화할 수 있다. 일 예로, 통합 코일(430) 및 센싱 코일(440)의 면적은 광축의 일 방향을 따라 서로 다른 방향으로 증감할 수 있다. 도 3을 참조하면, 통합 코일(430)은 광축의 일 방향을 따라 면적이 증가할 수 있고, 센싱 코일(440)은 광축의 일 방향을 따라 면적이 감소할 수 있다. 다만, 실시예에 따라, 통합 코일(430)은 광축의 타 방향을 따라 면적이 증가할 수 있고, 센싱 코일(440)은 광축의 타 방향을 따라 면적이 감소할 수 있다.
통합 코일(430) 및 센싱 코일(440)은 AF 코일부(435)가 차지하는 면적을 분할하여, 서로 다른 영역에 배치될 수 있다. 통합 코일(430)은 AF 코일부(435)의 면적의 75%~90%를 차지하고, 센싱 코일(440)은 AF 코일부(435)의 면적의 10%~25%를 차지할 수 있다. AF 코일부(435)의 면적의 대부분을 통합 코일(430)이 차지하여, 광축 방향으로의 구동력을 향상시킬 수 있다.
AF 코일부(435)는 사각형, 삼각형, 및 원형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. AF 코일부(435)가 사각형 형상으로 형성되는 것으로 가정하면, 센싱 코일(440)은 삼각형 형상(도 3(a)(c)), 또는 사다리꼴 형상(도 3(b))으로 형성될 수 있고, 이 외의 영역에는 통합 코일(430)이 마련될 수 있다. 한편, 센싱 코일(440)은 AF 코일부(435)의 광축 방향의 영역 전체(도 3(a)(b)) 또는 일부(도 3(c))에 마련될 수 있다.
렌즈 배럴(210)이 광축 방향으로 이동하는 경우, 통합 코일(430)의 인덕턴스 및 센싱 코일(440)의 인덕턴스는 서로 다른 방향으로 증감한다. 초점 조정부의 위치 산출부는 서로 다른 방향으로 증감하는 통합 코일(430) 및 센싱 코일(440)의 인덕턴스에 따라 렌즈 배럴의 광축 방향의 변위를 산출할 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 가이드 부재를 광축(Z축)에 수직한 방향으로 이동시키도록 구동력을 발생시키는 복수의 마그네트(510a, 520a)와 복수의 통합 코일(510b, 520b)을 포함한다. 후술할 바와 같이, 통합 코일(510b, 520b) 각각에는 구동 신호가 제공되어, 통합 코일(510b, 520b) 각각은 구동 코일로 동작할 수 있고, 또한, 렌즈 배럴(210)의 이동에 따라 변화하는 통합 코일(510b, 520b) 각각의 인덕턴스에 따라 렌즈 배럴(210)의 변위가 산출되므로, 통합 코일(510b, 520b) 각각은 센싱 코일로 동작할 수 있다. 즉, 본 실시예에서, 통합 코일은 구동 코일 및 센싱 코일로 동작할 수 있는 코일로 이해될 수 있다.
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.
프레임(310) 및 렌즈 홀더(320)는 복수의 마그네트(510a, 520a)와 복수의 통합 코일(510b, 520b)에 의해 발생된 구동력으로 캐리어(300)에 대하여 광축(Z축)에 수직한 방향으로 이동된다. 복수의 마그네트(510a, 520a)와 복수의 통합 코일(510b, 520b) 중에서, 제1 마그네트(510a)와 제1 통합 코일(510b)은 광축(Z축)에 수직한 제1 축(X축) 방향으로 구동력을 발생시키고, 제2 마그네트(520a)와 제2 통합 코일(520b)은 제1 축(X축)에 수직한 제2 축(Y축) 방향으로 구동력을 발생시킨다. 여기서, 제2 축(Y축)은 광축(Z축)과 제1 축(X축)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) 각각과 마주보는 복수의 통합 코일(510b, 520b) 각각은 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 통합 코일(510b, 520b)은 하우징(120)에 고정될 수 있다. 다만, 실시예에 따라, 복수의 마그네트(510a, 520a)와 복수의 통합 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, 폐루프 제어를 위한 위치 산출부가 제공된다. 위치 산출부는 통합 코일(510b, 520b)의 인덕턴스에 기초하여, 렌즈 배럴(210)의 위치를 산출할 수 있다. 한편, 실시예에 따라, 흔들림 보정부(500)는 통합 코일(510b, 520b) 각각과 일체로 형성되는 레퍼런스 코일(510c, 520c)을 더 포함할 수 있다. 제1 레퍼런스 코일(510c)은 제1 통합 코일(510b)과 일체로 형성되고, 제2 레퍼런스 코일(510c)은 제2 통합 코일(520c)과 일체로 형성될 수 있다. 통합 코일(510b, 520b), 레퍼런스 코일(510c, 520c) 및 후술할 차폐층(510d, 520d)은 OIS 코일부(515)를 구성할 수 있다.
위치 산출부는 레퍼런스 코일(510c, 520c)의 인덕턴스에 대응하는 발진 신호를 생성하고, 생성된 발진 신호의 주파수로부터 카메라 모듈에 유입되는 공통 노이즈 성분을 산출할 수 있다. 흔들림 보정부(500)의 위치 산출부는 통합 코일(510b, 520b)으로부터 산출되는 발진 신호의 주파수에서, 공통 노이즈 성분을 제거하여, 렌즈 배럴(210)의 변위 산출의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 OIS 코일부의 분해 사시도를 나타내는 도이다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, OIS 코일부(515)는 통합 코일(510b), 레퍼런스 코일(510c), 및 차폐층(510d)을 포함할 수 있다. 한편, 설명의 편의상, 통합 코일(510b), 레퍼런스 코일(510c), 및 차폐층(510d)을 중심으로 설명하나, 후술할 설명이, 통합 코일(520b), 레퍼런스 코일(520c), 및 차폐층(520d)에 적용될 수 있음은 물론이다.
도 4a를 참조하면, 통합 코일(510b)은 차폐층(510d)의 일 면에 마련되고, 레퍼런스 코일(510c)은 차폐층(510d)의 타 면에 마련될 수 있다. 통합 코일(510b)은 마그네트(510a)에 마주하여 배치되고, 레퍼런스 코일(510c)은 통합 코일(510b) 및 차폐층(510b)을 사이에 두고 마그네트(510a)에 마주하여 배치된다. 통합 코일(510b)은 다층 코일로 구성될 수 있고, 레퍼런스 코일(510c)은 단층 코일로 구성될 수 있다. 따라서, 통합 코일(510b)의 인덕턴스는 레퍼런스 코일(510c)의 인덕턴스 보다 클 수 있다.
도 4b를 참조하면, 통합 코일(510b)은 다층 코일로 구성된다. 다층 코일로 구성되는 통합 코일(510b)의 제1 층의 중공부(내측 영역)에는 차폐층(510d)이 배치된다. 레퍼런스 코일(510c)은 다층 코일로 구성될 수 있다. 레퍼런스 코일(510c)은 통합 코일(510b)의 제2 층 내지 제4 층의 중공부에 배치된다. 따라서, 통합 코일(510b)의 인덕턴스는 레퍼런스 코일(510c)의 인덕턴스 보다 클 수 있다. 통합 코일(510b)은 마그네트(510a)에 마주하여 배치되는 반면에, 레퍼런스 코일(510c)은 차폐층(510d)을 사이에 두고, 마그네트(510a)에 마주하여 배치될 수 있다.
도 4a 및 도 4b을 참조하면, 레퍼런스 코일(510c)은 차폐층(510d)을 사이에 두고 마그네트(510a)와 마주하여 배치되어, 마그네트(510a)가 이동하는 경우에도, 레퍼런스 코일(510c)의 인덕턴스는 변경되지 않을 수 있다. 따라서, 통합 코일(510b)의 인덕턴스에 따라 생성되는 발진 신호와 레퍼런스 코일(510c)의 인덕턴스에 따라 생성되는 발진 신호를 차분하는 경우, 공통 노이즈 성분이 제거될 수 있다.
다시, 도 2를 참조하면, 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(X축) 방향으로의 이동을 가이드하고, 제2 볼 부재(B3)는 렌즈 홀더(320) 및 렌즈 배럴(210)의 제2 축(Y축) 방향으로의 이동을 가이드한다.
일 예로, 제1 볼 부재(B2)는 제1 축(X축) 방향으로의 구동력이 발생한 경우에 제1 축(X축) 방향으로 구름 운동한다. 이에 따라, 제1 볼 부재(B2)는 프레임(310), 렌즈 홀더(320) 및 렌즈 배럴(210)의 제1 축(X축) 방향으로의 이동을 가이드한다. 또한, 제2 볼 부재(B3)는 제2 축(Y축) 방향으로의 구동력이 발생한 경우에 제2 축(Y축) 방향으로 구름운동한다. 이에 따라, 제2 볼 부재(B3)는 렌즈 홀더(320) 및 렌즈 배럴(210)의 제2 축(Y축) 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(Y축) 방향으로의 이동이 제한되고, 제1 축(X축) 방향으로만 이동될 수 있다. 일 예로, 제1 볼 부재(B2)는 제1 축(X축) 방향으로만 구름운동 가능하다. 이를 위하여, 제1 가이드홈부(301)의 복수의 가이드홈 각각의 평면 형상은 제1 축(X축) 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(X축) 방향으로의 이동이 제한되고, 제2 축(Y축) 방향으로만 이동될 수 있다. 일 예로, 제2 볼 부재(B3)는 제2 축(Y축) 방향으로만 구름운동 가능하다. 이를 위하여, 제2 가이드홈부(311)의 복수의 가이드홈 각각의 평면 형상은 제2 축(Y축) 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(X축) 방향으로의 이동 및 제2 축(Y축) 방향으로의 이동을 모두 가이드한다.
일 예로, 제3 볼 부재(B4)는 제1 축(X축) 방향으로의 구동력이 발생한 경우에 제1 축(X축) 방향으로 구름운동한다. 이에 따라, 제3 볼 부재(B4)는 렌즈 홀더(320)의 제1 축(X축) 방향으로의 이동을 가이드한다. 또한, 제3 볼 부재(B4)는 제2 축(Y축) 방향으로의 구동력이 발생한 경우에 제2 축(Y축) 방향으로 구름운동한다. 이에 따라, 제3 볼 부재(B4)는 렌즈 홀더(320)의 제2 축(Y축) 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(X축) 및 제2 축(Y축) 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(X축) 방향으로 구름 운동 가능하고, 제2 볼 부재(B3)는 제2 축(Y축) 방향으로 구름 운동 가능하며, 제3 볼 부재(B4)는 제1 축(X축) 및 제2 축(Y축) 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(X축) 및 제2 축(Y축))을 따라 구름 운동 가능하고, 제1 볼 부재(B2) 및 제2 볼 부재(B3)는 하나의 축(제1 축(X축) 또는 제2 축(Y축))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(X축) 방향으로 구동력이 발생하면, 프레임(310), 렌즈 홀더(320) 및 렌즈 배럴(210)이 함께 제1 축(X축) 방향으로 움직인다. 여기서, 제1 볼 부재(B2)와 제3 볼 부재(B4)는 제1 축(X축)을 따라 구름 운동한다. 이때, 제2 볼 부재(B3)의 움직임은 제한된다.
또한, 제2 축(Y축) 방향으로 구동력이 발생하면, 렌즈 홀더(320) 및 렌즈 배럴(210)이 제2 축(Y축) 방향으로 움직인다. 여기서, 제2 볼 부재(B3)와 제3 볼 부재(B4)는 제2 축(Y축)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(510e, 520e)가 제공된다. 복수의 요크(510e, 520e)는 캐리어(300)에 고정되고, 복수의 마그네트(510a, 520a)와 광축(Z축) 방향으로 마주보도록 배치된다. 따라서, 복수의 요크(510e, 520e)와 복수의 마그네트(510a, 520a) 사이에는 광축(Z축) 방향으로 인력이 발생한다. 복수의 요크(510e, 520e)와 복수의 마그네트(510a, 520a) 사이의 인력에 의하여 흔들림 보정부(500)가 복수의 요크(510e, 520e)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(510e, 520e)는 복수의 마그네트(510a, 520a)와의 사이에서 인력을 발생시킬 수 있는 재질이다. 일 예로, 복수의 요크(510e, 520e)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(510e, 520e)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.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초점 조정부의 블록도이다.
도 5의 초점 조정부는 렌즈 배럴을 광축 방향으로 구동하는 액츄에이터로 동작할 수 있다. 이하, 설명의 편의상 초점 조정부를 액츄에이터로 지칭하도록 한다. 도 5의 액츄에이터(1000)는 카메라 모듈의 자동 초점(AF: Auto Focusing) 기능을 수행하기 위해 렌즈 배럴을 광축 방향으로 구동할 수 있다. 따라서, 도 5의 액츄에이터(1000)가 자동 초점 기능을 수행하는 경우, 구동 장치(1100)는 통합 코일(1200)에 구동 신호를 인가하여 렌즈 배럴에 광축 방향으로의 구동력을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터(1000)는 구동 장치(1100), 통합 코일(1210)과 센싱 코일(1220)을 포함하는 AF 코일부(1200), 피검출부(1300) 및 위치 산출부(1400)를 포함할 수 있다.
구동 장치(1100)는 외부로부터 인가되는 입력 신호(Sin)와 위치 산출부(1400)로부터 생성되는 피드백 신호(Sf)에 따라 구동 신호(Sdr)를 생성하고, 생성된 구동 신호(Sdr)를 통합 코일(1210)에 제공할 수 있다.
통합 코일(1210)에 구동 장치(1100)으로부터 제공되는 구동 신호(Sdr)가 인가되는 경우, 통합 코일(1210)과 마그네트 간의 전자기적 상호작용에 의해 렌즈 배럴은 광축 방향으로 이동할 수 있다. 일 예로, 구동 신호(Sdr)는 전류 및 전압 중 적어도 하나의 형태로 통합 코일(1210)에 제공될 수 있다.
위치 산출부(1400)는 통합 코일(1210)의 인덕턴스에 기초하여 생성되는 발진 신호(Sosc1) 및 센싱 코일(1220)의 인덕턴스에 기초하여 생성되는 발진 신호(Sosc2)의 주파수에 따라 피검출부(1300) 및 렌즈 배럴의 위치를 산출할 수 있다. 즉, 위치 산출부(1400)는 인덕턴스로부터 생성되는 발진 신호에 따라 피검출부(1300)의 위치를 산출하므로, 인덕턴스에 따른 위치 산출 및 발진 신호에 따른 위치 산출은 동일한 의미로 이해될 수 있다.
통합 코일(1210)로부터 생성되는 발진 신호(Sosc1) 및 센싱 코일(1220)로부터 생성되는 발진 신호(Sosc2)의 주파수는 피검출부(1300)의 위치에 따라 가변될 수 있다.
피검출부(1300)는 자성체, 및 도체 중 하나로 구성되어, 통합 코일(1210) 및 센싱 코일(1220)의 자기장 범위 내에 위치한다. 일 예로, 피검출부(1300)는 통합 코일(1210) 및 센싱 코일(1220)에 대향 배치될 수 있다. 피검출부(1300)는 렌즈 배럴의 이동 방향과 동일 방향으로 이동하도록, 렌즈 배럴의 일 측에 마련될 수 있다. 실시예에 따라, 피검출부(1400)는 렌즈 배럴 외에, 렌즈 배럴과 결합하는 캐리어 및 복수의 프레임 중 적어도 하나에 마련될 수 있다.
본 실시예에서, 피검출부(1300)는 통합 코일(1210) 및 센싱 코일(1220)과 대향 배치되는 도 2의 마그네트(410)에 대응할 수 있고, 실시예에 따라, 피검출부(1300)의 구현을 위하여 별도의 소자가 마련될 수 있다.
자성체, 및 도체 중 하나로 구성되는 피검출부(1300)가 렌즈 배럴과 함께 이동하는 경우, 통합 코일(1210) 및 센싱 코일(1220)의 인덕턴스가 변경된다. 즉, 통합 코일(1210) 및 센싱 코일(1220)의 인덕턴스에 따라 생성되는 발진 신호(Sosc1) 및 발진 신호(Sosc2)의 주파수는 피검출부(1300)의 이동에 따라 변동될 수 있다.
위치 산출부(1400)는 피검출부(1300)의 위치를 산출하여, 피드백 신호(Sf)를 생성하고, 피드백 신호(Sf)를 구동 장치(1100)에 제공할 수 있다.
피드백 신호(Sf)가 구동 장치(1100)로 제공되는 경우, 구동 장치(1100)는 입력 신호(Sin)와 피드백 신호(Sf)를 비교하여 구동 신호(Sdr)를 다시 생성할 수 있다. 즉, 구동 장치(1100)는 입력 신호(Sin)와 피드백 신호(Sf)를 비교하는 클로즈 루프(Close Loop) 타입으로 구동될 수 있다. 클로즈 루프 타입의 구동 장치(1100)는 입력 신호(Sin)에 포함되는 피검출부(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 6 내지 도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 코일로부터 발진 신호를 생성하는 동작을 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
이하, 도 6 내지 도 13를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 코일로부터 발진 신호를 획득하는 동작에 대하여, 상세히 설명하도록 한다.
도 6은 도 5의 액츄에이터의 주요부를 구체적으로 나타낸 도이다.
도 6를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 장치(1100)는 제어부(1110), 및 구동 회로부(1120)를 포함할 수 있다. 도 6의 구동 장치는 드라이버 IC(Driver IC: Driver Integrated Circuit)에 의해 구현될 수 있다.
제어부(1110)는 입력 신호(Sin)와 위치 산출부(1400)로부터 제공되는 피드백 신호(Sf)로부터 제어 신호(S_gate)를 생성할 수 있다. 구체적으로, 제어부(1110)는 렌즈 배럴의 목표 위치를 지시하는 입력 신호(Sin)와 렌즈 배럴의 현재 위치를 나타내는 피드백 신호(Sf)를 비교하여, 제어 신호(S_gate)를 생성할 수 있다.
구동 회로부(1120)는 제어 신호(S_gate)에 따라 구동 신호(Sdr)를 생성하여, 통합 코일(1210)에 제공할 수 있다. 구동 신호(Sdr)는 전류 및 전압 중 적어도 하나의 형태로 통합 코일(1210)의 양단으로 제공될 수 있다. 구동 회로부(1120)에서 생성되어, 통합 코일(1210)로 제공되는 구동 신호(Sdr)에 의해 렌즈 배럴은 목표 위치로 이동할 수 있다.
구동 회로부(1120)는 제어 신호(S_gate)에 의해 양 방향으로 구동하는 H 브리지(Bridge) 회로를 내부에 구비하여 통합 코일(1210)에 구동 신호(Sdr)를 인가할 수 있다. H 브리지(Bridge) 회로는 통합 코일(1210)의 양 단과 H 브리지 형태로 연결되는 복수의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 구동 회로부(1120)가 보이스 코일 모터(Voice coil motor) 방식으로 구동되는 경우, 제어부(1120)로부터 제공되는 제어 신호(S_gate)는 H 브리지 회로에 구비되는 트랜지스터의 게이트에 인가될 수 있다.
도 7은 도 6의 구동 장치의 구동 회로부를 구체적으로 나타낸 도이다.
도 7를 참조하면, 구동 회로부(1120)는 통합 코일(1210)과 H 브리지 형태로 연결되는 복수의 트랜지스터(T1, T2, T3, T4)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 구동 회로부(1120)는 제1 경로 트랜지스터부(1121) 및 제2 경로 트랜지스터부(1122)를 포함할 수 있다. 제1 경로 트랜지스터부(1121)에 의해 제1 경로 전류(Idc(-))가 흐르게 되고, 제2 경로 트랜지스터부(1122)에 의해 제2 경로 전류(Idc(+))가 흐르게 된다.
제1 경로 트랜지스터부(1121)는 제1 트랜지스터(T1) 및 제2 트랜지스터(T2)를 포함할 수 있다. 제1 트랜지스터(T1)는 구동 전원(Vcc) 및 통합 코일(1210)의 일단 사이에 배치될 수 있고, 제2 트랜지스터(T2)는 통합 코일(1210)의 타단과 접지 사이에 배치될 수 있다.
제1 경로 트랜지스터부(1121)는 제어부(1110)으로부터 제공되는 제어 신호(S_gate)에 따라 통합 코일(1210)에 인가되는 구동 신호(Sdr)의 제1 경로를 형성할 수 있다. 일 예로, 제어 신호(S_gate)는 제1 트랜지스터(T1) 및 제2 트랜지스터(T2)의 게이트에 제공될 수 있다. 일 예로, 제어 신호(S_gate)가 하이 레벨일 경우, 제1 트랜지스터(T1) 및 제2 트랜지스터(T2)는 턴 온 동작하고, 제어 신호(S_gate)가 로우 레벨일 경우, 제1 트랜지스터(T1) 및 제2 트랜지스터(T2)는 턴 오프 동작할 수 있다. 한편, 실시예에 따라, 제1 트랜지스터(T1) 및 제2 트랜지스터(T2)에 서로 다른 제어 신호가 제공되어, 제1 트랜지스터(T1) 및 제2 트랜지스터(T2)가 모두 턴 온 동작하되, 제1 트랜지스터(T1) 및 제2 트랜지스터(T2) 중 하나가 제1 경로에 흐르는 전류량을 조절하는 형태로 제어될 수 있다.
제2 경로 트랜지스터부(1122)는 제3 트랜지스터(T3) 및 제4 트랜지스터(T4)를 포함할 수 있다. 제3 트랜지스터(T3)는 구동 전원(Vcc) 및 통합 코일(1210)의 타단 사이에 배치될 수 있고, 제4 트랜지스터(T4)는 통합 코일(1210)의 일단과 접지 사이에 배치될 수 있다.
제2 경로 트랜지스터부(1122)는 제어부(1110)으로부터 제공되는 제어 신호(S_gate)에 따라 통합 코일(1210)에 인가되는 구동 신호(Sdr)의 제2 경로를 형성할 수 있다. 일 예로, 제어 신호(S_gate)는 제3 트랜지스터(T3) 및 제4 트랜지스터(T4)의 게이트에 제공될 수 있다. 일 예로, 제어 신호(S_gate)가 하이 레벨일 경우, 제3 트랜지스터(T3) 및 제4 트랜지스터(T4)는 턴 온 동작하고, 제어 신호(S_gate)가 로우 레벨일 경우, 제3 트랜지스터(T3) 및 제4 트랜지스터(T4)는 턴 오프 동작할 수 있다. 한편, 실시예에 따라, 제3 트랜지스터(T3) 및 제4 트랜지스터(T4)에 서로 다른 제어 신호가 제공되어, 제3 트랜지스터(T3) 및 제4 트랜지스터(T4)가 모두 턴 온 동작하되, 제3 트랜지스터(T3) 및 제4 트랜지스터(T4) 중 하나가 제2 경로에 흐르는 전류량을 조절하는 형태로 제어될 수 있다.
제1 경로 트랜지스터부(1121) 및 제2 경로 트랜지스터부(1122)는 통합 코일(1210)에 인가되는 구동 신호(Sdr)의 서로 다른 경로를 형성할 수 있다. 일 예로, 제1 경로 트랜지스터부(1121)의 동작 구간은 제2 경로 트랜지스터부(1122)는 비동작 구간과 동일하고, 제1 경로 트랜지스터부(1121)의 비동작 구간은 제2 경로 트랜지스터부(1122)는 동작 구간과 동일할 수 있다.
여기서, 동작 구간은 제1 경로 트랜지스터부(1121) 및 제2 경로 트랜지스터부(1122)의 트랜지스터들이 턴 온 동작하는 구간으로, 비동작 구간은 제1 경로 트랜지스터부(1121) 및 제2 경로 트랜지스터부(1122)의 트랜지스터들이 턴 오프 동작하는 구간으로 이해될 수 있다.
즉, 제어부(1110)로부터 제공되는 제어 신호(S_gate)에 의해, 제1 경로 트랜지스터부(1121) 및 제2 경로 트랜지스터부(1122)는 선택적으로 동작할 수 있다. 제1 경로 트랜지스터부(1121)의 동작 구간에서, 제1 경로 트랜지스터부(1121)의 제1 트랜지스터(T1) 및 제2 트랜지스터(T2)가 턴 온 동작하고, 제2 경로 트랜지스터부(1122)의 비동작 구간에서, 제2 경로 트랜지스터부(1122)의 제3 트랜지스터(T3) 및 제4 트랜지스터(T4)는 턴 오프 동작할 수 있다. 또한, 제1 경로 트랜지스터부(1121)의 비동작 구간에서, 제1 경로 트랜지스터부(1121)의 제1 트랜지스터(T1) 및 제2 트랜지스터(T2)가 턴 오프 동작하고, 제2 경로 트랜지스터부(1122)의 동작 구간에서, 제2 경로 트랜지스터부(1122)의 제3 트랜지스터(T3) 및 제4 트랜지스터(T4)는 턴 온 동작할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 회로부 및 위치 산출부의 회로도이다. 도 8에서, 통합 코일(1210)은 직렬로 연결되는 제1 인덕터(L1), 제2 인덕터(L2), 제1 저항(R1), 제2 저항(R2)에 의한 등가 회로로 도시되어 있다. 여기서, 제1 저항(R1), 및 제2 저항(R2)은 통합 코일(1210)의 등가 저항 성분 또는 통합 코일(1210)이 배치되는 브랜치의 기생 저항 성분에 해당할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 발진 신호 출력부(1410)는 통합 코일(1210)과 병렬로 배치되는 제1 커패시터(Cgnd), 통합 코일(1210)의 탭(Tap) 단자와 접지 사이에 배치되는 제2 커패시터(Ct)를 포함하는 발진 회로 구성부(1411) 및 통합 코일(1210)의 탭 단자와 제2 커패시터(Ct) 사이의 노드에 연결되는 발진 유지부(1412)를 포함할 수 있다. 여기서, 통합 코일(1210)의 탭(Tap) 단자는 통합 코일(1210)을 구성하는 권선의 일 지점을 의미할 수 있다.
도 9은 직류 신호에 대한 도 8의 회로의 등가 회로를 나타낸다. 여기서, 직류 신호에 대한 도 8의 회로의 등가 회로란, 구동 회로부의 트랜지스터들을 구동하는 게이트 제어 신호로써, 직류 신호가 제공되는 경우의 도 8의 등가 회로로 이해될 수 있다.
하이 레벨의 직류 신호가 게이트 제어 신호로써, 제1 트랜지스터(T1) 및 제2 트랜지스터(T2)에 제공되고, 로우 레벨의 직류 신호가 게이트 제어 신호로써, 제3 트랜지스터(T3) 및 제4 트랜지스터(T4)에 제공되어, 제1 경로 전류(Idc(-))가 흐르는 경우, 제1 트랜지스터(T1)는 턴 온 동작하고, 제2 트랜지스터(T2)의 게이트에 제공되는 전압에 따라 제1 경로 전류(Idc(-))의 전류량이 결정될 수 있다. 또한, 로우 레벨의 직류 신호가 게이트 제어 신호로써, 제1 트랜지스터(T1) 및 제2 트랜지스터(T2)에 제공되고, 하이 레벨의 직류 신호가 게이트 제어 신호로써, 제3 트랜지스터(T3) 및 제4 트랜지스터(T4)에 제공되어, 제2 경로 전류(Idc(+))가 흐르는 경우, 제3 트랜지스터(T3)는 턴 온 동작하고, 제4 트랜지스터(T4)의 게이트에 제공되는 전압에 따라 제2 경로 전류(Idc(+))의 전류량이 결정될 수 있다.
한편, 직류 신호에 대하여, 위치 산출부의 제1 커패시터(Cgnd), 및 제2 커패시터(Ct)는 개방(Open) 회로로 등가되어, 위치 산출부의 구성 요소는 구동 회로부(1120)의 동작에 영향을 미치지 않을 수 있다.
도 10 내지 도 13은 교류 신호에 대한 도 8의 회로의 등가 회로를 나타낸다. 여기서, 교류 신호는 후술할 발진 회로에서 출력되는 발진 신호로 이해될 수 있다. 따라서, 교류 신호에 대한 도 8의 회로의 등가 회로란, 발진 신호에 대한 도 8의 등가 회로로 이해될 수 있다.
교류 신호에 대한 도 8의 회로의 등가 회로를 설명하기 위하여, 제1 트랜지스터(T1) 및 제2 트랜지스터(T2)가 턴 오프 동작하는 것으로 가정하면, 도 8의 회로는 도 10과 같이 등가될 수 있다. 도 10에서, 제3 트랜지스터(T3)는 턴 온 동작하고, 제4 트랜지스터(T4)의 게이트에 제공되는 전압에 따라 제2 경로 전류(Idc(+))의 전류량이 결정되어, 제2 경로 전류(Idc(+))가 통합 코일(1210)에 흐를 수 있다.
이 때, 제3 트랜지스터(T3)의 턴 온 동작시, 제3 트랜지스터(T3)의 등가 저항이 매우 작으므로 제3 트랜지스터(T3)는 단락(short) 회로로 등가되어, 제3 트랜지스터(T3)의 양 단자는 교류 신호에 대하여 접지 상태를 유지한다. 즉, 제3 트랜지스터(T3)의 양 단자는 교류 신호에 대한 접지(AC GND)로 기능할 수 있다.
한편, 제4 트랜지스터(T4)는 제2 경로 전류(Idc(+))가 0에 가까우면 개방(open) 회로로 등가된다. 이와 달리, 제2 경로 전류(Idc(+))가 최대치에 가까우면 단락(Short) 회로로 등가되어, 제4 트랜지스터(T4)의 양 단자는 교류 신호에 대하여 접지 상태를 유지한다.
통합 코일(1210)의 양 단에 병렬로 연결되는 제1 커패시터(Cgnd)는 교류 신호에 대하여 단락(Short) 회로로 등가된다. 따라서, 제1 커패시터(Cgnd)는 교류 신호에 의해, 통합 코일(1210)의 양 단에 교류 신호에 대한 접지(AC GND)를 제공할 수 있다. 따라서, 도 10의 회로는 제2 경로 전류(Idc(+))의 전류량에 무관하게, 도 11의 회로와 같이, 등가될 수 있다. 도 10에서, 제1 커패시터(Cgnd)가 통합 코일(1210)의 양 단에 병렬로 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 제1 커패시터(Cgnd)가 두 개 마련되고, 두 개의 제1 커패시터(Cgnd) 중 하나는 통합 코일(1210)의 일 단과 접지 사이에, 다른 하나는 통합 코일(1210)의 타 단과 접지 사이에 연결되는 형태로 구성될 수 있음은 물론이다.
한편, 통합 코일(1210)의 탭 단자를 기준으로, 병렬로 연결되는 통합 코일(1210)의 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)는 인덕터 L(=(L1*L2)/(L1+L2))로 등가된다.
커패시터(Ct)는 하기의 수학식 1에 따라 표현될 수 있다. 수학식 1을 참조하면, 커패시터(Ct)는 제1 인덕터(L1) 측에서 보여지는 커패시터(C1), 제2 인덕터(L2) 측에서 보여지는 커패시터(C2), 및 기생 커패시터(CP)로 표현할 수 있다.
Figure 112018079715800-pat00001
또한, 통합 코일(1210)의 탭 단자를 기준으로, 병렬로 연결되는 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)은 하기의 수학식 2에 따라 저항(Rp)으로 등가될 수 있다.
Figure 112018079715800-pat00002
따라서, 도 11의 회로는 도 12의 회로와 같이 등가될 수 있다. 이때, 커패시터(Ct), 저항(Rp), 인덕터(L)로 구성되는 발진 회로의 발진 주파수는 하기의 수학식 3과 같이 표현된다. 이하, 설명의 편의상, 병렬로 연결되는 커패시터(Ct), 저항(Rp), 인덕터(L)를 발진 회로(Oscillation Circuit)로 지칭하도록 한다.
Figure 112018079715800-pat00003
도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 발진 유지부를 상세히 나타낸 블록도이다.
발진 유지부(1412)는 증폭기(Amp), 커패시터(Cf), 및 커패시터(Cc)를 포함할 수 있다. 증폭기(Amp)의 출력단에 커패시터(Cc)의 일단이 연결되고, 커패시터(Cc)의 타단과 증폭기(Amp)의 출력단 사이에 커패시터(Cf)가 연결된다.
발진 유지부(1412)는 발진 회로의 인덕터(L)와 커패시터(Ct)에 의한 발진, 구체적으로, LC 발진을 유지하기 위하여, 저항(Rp)에 의한 발진 에너지 손실을 보상한다. 이때, 발진을 유지하기 위한 증폭기(Amp)의 트랜스컨덕턴스(transconductance) 이득(gm)은 하기의 수학식 4를 만족한다.
Figure 112018079715800-pat00004
발진이 유지되는 상태에서, 렌즈 배럴의 이동에 따라 피검출부(1300)와 인덕터(L)의 거리가 변화하는 경우, 인덕터(L)의 인덕턴스가 변화되어, 발진 회로에서 출력되는 발진 신호의 주파수가 변화한다. 이 때, 발진 회로의 발진은 제1 경로 전류(Idc(-)) 및 제2 경로 전류(Idc(+)) 중 어느 방향의 전류가 흐르는 경우에도, 통합 코일(1210)의 탭 단자에서 발생할 수 있다.
따라서, 위치 산출부(1400)는 구동 회로(1120)의 복수의 트랜지스터에 제어 신호가 인가되는 어느 구간에서도, 통합 코일의 인덕턴스의 변화에 따른 발진 신호의 주파수 변화에 따라 렌즈 배럴의 위치를 산출할 수 있다.
발진 회로에서 출력되는 발진 신호(Sosc1)는 커패시터(Cf)를 통해 증폭기(Amp)에 입력되고, 증폭기(Amp)는 입력된 발진 신호를 증폭하여 커패시터(Cc)를 통해 출력하여, 발진 회로의 발진을 유지할 수 있다. 증폭된 발진 신호(Sosc1)는 주파수 센싱부(1410b)에 입력될 수 있다.
이상, 도 6 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 코일로부터 발진 신호를 생성하는 동작을 설명하였다. 다만, 통합 코일로부터 발진 신호를 생성하기 위하여, 상술한 실시예 외에도, 다양한 실시예가 이용될 수 있고, 일 예로, 출원번호 10-2017-0156703에 기재된 실시예가 이용될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 코일로부터 발진 신호를 생성하는 동작을 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
도 14를 참조하면, 제2 발진 신호 출력부(1420)는 센싱 코일(1220)과 발진 회로를 구성하는 커패시터(Cr)를 포함할 수 있다. 제2 발진 신호 출력부(1420)의 커패시터(Cr)와 센싱 코일(1220)에 의해 구성되는 발진 회로는 소정의 LC 발진기를 구성할 수 있다. 제2 발진 신호 출력부(1420)에서 출력되는 제2 발진 신호(Sosc2)의 주파수는 센싱 코일(1220)의 인덕턴스와 커패시터(Cr)의 커패시턴스에 따라 결정될 수 있다.
피검출부(1300)가 렌즈 배럴과 함께 이동하는 경우, 센싱 코일(1220)의 인덕턴스에 영향을 미치는 피검출부(1300)의 자기장의 세기가 변화하므로, 센싱 코일(1220)의 인덕턴스가 변경될 수 있다. 따라서, 제2 발진 신호(Sosc2)의 주파수는 피검출부(1300)의 이동에 따라 변동될 수 있다.
다시, 도 5를 참조하면, 연산부(1430)는 제1 발진 신호(Sosc1) 및 제2 발진 신호(Sosc2)의 주파수를 연산할 수 있다.
연산부(1430)는 제1 발진 회로(1410a) 및 제2 발진 회로(1410b)로부터 출력되는 제1 발진 신호(Sosc1) 및 제2 발진 신호(Sosc2)의 주파수를 연산할 수 있다. 일 예로, 연산부(1430)는 기준 클럭(CLK)을 이용하여 제1 발진 신호(Sosc1) 및 제2 발진 신호(Sosc2)의 주파수를 연산할 수 있다. 구체적으로, 연산부(1430)는 기준 클럭(CLK)을 이용하여 제1 발진 신호(Sosc1) 및 제2 발진 신호(Sosc2)를 카운트할 수 있다. 기준 클럭(CLK)은 극히 높은 주파수를 가지는 클럭 신호로써, 기준 구간 동안, 일 예로, 한 주기의 제1 발진 신호(Sosc1) 및 제2 발진 신호(Sosc2)를 기준 클럭(CLK)으로 카운트하는 경우, 한 주기의 제1 발진 신호(Sosc1) 및 제2 발진 신호(Sosc2)에 대응되는 기준 클럭(CLK)의 카운트 값이 산출될 수 있다. 연산부(1430)는 기준 클럭(CLK)의 카운트 값과, 기준 클럭(CLK)의 주파수를 이용하여, 제1 발진 신호(Sosc1) 및 제2 발진 신호(Sosc2)의 주파수를 연산할 수 있다.
판단부(1440)는 연산부(1430)로부터 제1 발진 신호(Sosc1) 및 제2 발진 신호(Sosc2)의 주파수를 전달받고, 제1 발진 신호(Sosc1) 및 제2 발진 신호(Sosc2)의 주파수에 따라 피검출부(1300)의 위치를 판단할 수 있다. 판단부(1440)는 메모리를 구비할 수 있고, 메모리에는 제1 발진 신호(Sosc1) 및 제2 발진 신호(Sosc2)의 주파수에 대응하는 피검출부(1300)의 위치 정보가 저장될 수 있다. 메모리는 플래쉬 메모리(Flash Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) 및 FeRAM(Ferroelectric RAM) 중 하나를 포함하는 비휘발성 메모리로 구현될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 통합 코일(1210) 및 센싱 코일(1220)의 면적은 광축의 일 방향을 따라 서로 다른 방향으로 증감한다. 따라서, 피검출부가 광축의 일 방향을 따라 이동하는 경우, 통합 코일(1210)의 인덕턴스는 증가하고, 센싱 코일(1220)의 인덕턴스는 감소하는 등 인덕턴스가 서로 다른 방향으로 증감하고, 따라서, 제1 발진 신호(Sosc1) 및 제2 발진 신호(Sosc2)의 주파수 또한 서로 다른 방향으로 증감한다.
판단부(1440)는 제1 발진 신호(Sosc1) 및 제2 발진 신호(Sosc2)의 주파수의 증가 또는 감소의 변화가 서로 반대 방향으로 판단되는 경우, 제1 발진 신호(Sosc1)의 주파수 및 제2 발진 신호(Sosc2)의 주파수를 차분하여, 피검출부(1300)의 위치를 산출할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 발진 신호(Sosc1)의 주파수 및 제2 발진 신호(Sosc2)의 주파수를 차분하여, 카메라 모듈로 유입되는 공통 노이즈 성분을 제거할 수 있다.
다만, 판단부(1440)는 통합 코일(1210) 및 센싱 코일(1220)의 인덕턴스의 증가 또는 감소의 방향이 동일 방향으로 형성되어, 제1 발진 신호(Sosc1) 및 제2 발진 신호(Sosc2)의 주파수의 증가 또는 감소의 변화가 서로 동일 방향으로 판단되는 경우, 온도 등의 외부 요인의 변화에 따라, 인덕턴스가 변화한 것으로 판단한다. 따라서, 판단부(445)는 외부 요인에 의한 인덕턴스 변화를 피검출부(1400)의 변위를 판단하기 위한 프로세스에서 제거하여, 피검출부(1400)의 정확한 위치를 검출할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 흔들림 보정부의 블록도이다. 도 15의 흔들림 보정부는 렌즈 배럴을 광축에 수직한 방향으로 구동하는 액츄에이터로 동작할 수 있다. 이하, 설명의 편의상, 흔들림 보정부를 액츄에이터로 지칭하도록 한다.
도 15의 액츄에이터(2000)는 카메라 모듈의 광학식 흔들림 보정(OIS: Optical Image Stabilization) 기능을 수행하기 위해 렌즈 배럴을 광축에 수직한 방향으로 구동할 수 있다. 따라서, 도 15의 액츄에이터(2000)가 광학식 흔들림 보정 기능을 수행하는 경우, 구동 장치(2100)는 통합 코일(2210)에 구동 신호를 인가하여 렌즈 배럴에 광축과 수직한 방향으로의 구동력을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터(2000)는 구동 장치(2100), 통합 코일(2210), 레퍼런스 코일(2220)과 차폐층(2230)을 포함하는 OIS 코일부(2200), 피검출부(2300) 및 위치 산출부(2400)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 피검출부(2300)는 통합 코일(2210)과 대향 배치되는 도 2의 마그네트(510a, 520a)에 대응할 수 있고, 실시예에 따라, 피검출부(2300)의 구현을 위하여 별도의 소자가 마련될 수 있다.
도 15의 실시예에 따른 액츄에이터(2000)는 도 5의 실시예에 따른 액츄에이터(2000)와 유사하므로, 중복되는 설명은 생략하고 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
OIS 코일부(2220)는 통합 코일(2210), 레퍼런스 코일(2220), 및 차폐층(2230)을 포함한다. 차폐층(2230)은 레퍼런스 코일(2220)과 피검출부(2300)의 사이에 배치되어, 피검출부(2300)의 이동에 따라, 레퍼런스 코일(2220)의 인덕턴스가 변화하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 통합 코일(2210)으로부터 생성되는 제1 발진 신호(Sosc1)의 주파수는 피검출부(2300)의 이동에 따라 변화하고, 레퍼런스 코일(2220)으로부터 생성되는 제2 발진 신호(Sosc2)의 주파수는 피검출부(2300)가 이동하는 경우에도 유지될 수 있다. 다만, 제1 발진 신호(Sosc1)의 주파수 및 제2 발진 신호(Sosc2)의 주파수는 카메라 모듈로 유입되는 공통 노이즈 성분에 따라 변동될 수 있다.
따라서, 판단부(2440)는 제1 발진 신호(Sosc1)와 제2 발진 신호(Sosc2)를 차분하여, 공통 노이즈 성분을 제거할 수 있다. 판단부(2440)는 메모리를 구비할 수 있고, 메모리에는 제1 발진 신호(Sosc1)의 주파수 및 제2 발진 신호(Sosc2)의 주파수의 차분값에 대응하는 피검출부(2300)의 위치 정보가 저장될 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
410: 마그네트
430: 통합 코일
435: AF 코일부
440: 센싱 코일
500: 흔들림 보정부
510a, 520a: 마그네트
510b, 520b: 통합 코일
510c, 520c: 레퍼런스 코일
510d, 520d: 차폐층
515: OIS 코일부
600: 기판
700: 이미지 센서 모듈
1000: 액츄에이터
1100: 구동 장치
1110: 제어부
1120: 구동 회로부
1200: AF 코일부
1210: 통합 코일
1220: 센싱 코일
1300: 피검출부
1400: 위치 산출부
1410: 제1 발진 신호 출력부
1411: 발진 회로 구성부
1412: 발진 유지부
1420: 제2 발진 신호 출력부
1430: 연산부
1440: 판단부

Claims (16)

  1. 렌즈 배럴;
    상기 렌즈 배럴의 일 측에 마련되는 피검출부와 마주하고, 상기 렌즈 배럴의 이동 방향과 수직한 일 방향을 따라 배치되는 통합 코일 및 센싱 코일;
    상기 통합 코일에 구동 신호를 제공하는 구동 장치; 및
    상기 통합 코일의 인덕턴스 및 상기 센싱 코일의 인덕턴스에 따라 상기 렌즈 배럴의 위치를 산출하는 위치 산출부; 를 포함하고,
    상기 통합 코일의 면적 및 상기 센싱 코일의 면적은 상기 렌즈 배럴의 이동 방향을 따라 변화하는 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통합 코일의 면적 및 상기 센싱 코일의 면적은 상기 렌즈 배럴의 이동 방향을 따라 서로 다른 방향으로 증감하는 카메라 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 통합 코일의 면적은 상기 센싱 코일의 면적 보다 넓은 카메라 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 위치 산출부는,
    상기 통합 코일의 인덕턴스 및 상기 센싱 코일의 인덕턴스를 비교하여, 상기 렌즈 배럴의 위치를 산출하는 카메라 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 위치 산출부는,
    상기 통합 코일의 인덕턴스 및 상기 센싱 코일의 인덕턴스의 증감 방향을 비교하는 카메라 모듈.
  6. 제5항에 있어서, 상기 위치 산출부는,
    상기 통합 코일의 인덕턴스 및 상기 센싱 코일의 인덕턴스가 서로 반대 방향으로 증감하는 경우, 상기 통합 코일의 인덕턴스 및 상기 센싱 코일의 인덕턴스를 차분하여, 상기 렌즈 배럴의 위치를 산출하는 카메라 모듈.
  7. 제5항에 있어서, 상기 위치 산출부는,
    상기 통합 코일의 인덕턴스 및 상기 센싱 코일의 인덕턴스가 동일 방향으로 증감하는 경우, 상기 통합 코일의 인덕턴스 및 상기 센싱 코일의 인덕턴스를 상기 렌즈 배럴의 변위를 산출하는 프로세스에서 제거하는 카메라 모듈.
  8. 제1항에 있어서, 상기 위치 산출부는,
    상기 통합 코일 및 상기 센싱 코일 각각의 인덕턴스에 따라 발진 신호를 생성하고, 상기 발진 신호의 주파수에 따라 상기 렌즈 배럴의 위치를 산출하는 카메라 모듈.
  9. 렌즈 배럴;
    상기 렌즈 배럴와 함께 이동하는 피검출부와 마주하는 통합 코일, 상기 통합 코일의 일 측에 마련되는 차폐층, 및 상기 차폐층을 사이에 두고 상기 피검출부와 마주하는 레퍼런스 코일;
    상기 통합 코일에 구동 신호를 제공하는 구동 장치; 및
    상기 통합 코일의 인덕턴스 및 상기 레퍼런스 코일의 인덕턴스에 따라 상기 렌즈 배럴의 위치를 산출하는 위치 산출부; 를 포함하는 카메라 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 통합 코일은 상기 차폐층의 일 면에 마련되고, 상기 레퍼런스 코일은 상기 차폐층의 타 면에 마련되는 카메라 모듈.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 통합 코일은 복수의 층으로 구성되고, 상기 차폐층은 상기 복수의 층 중 상기 피검출부와 마주하는 일부 층의 중공부에 배치되고, 상기 레퍼런스 코일은 나머지 층의 중공부에 배치되는 카메라 모듈.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 통합 코일의 인덕턴스는 상기 렌즈 배럴의 이동에 따라 변경되고, 상기 레퍼런스 코일의 인덕턴스는 상기 렌즈 배럴의 이동에도 유지되는 카메라 모듈.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 통합 코일의 인덕턴스 및 상기 레퍼런스 코일의 인덕턴스는 공통 노이즈 성분에 따라 변경되는 카메라 모듈.
  14. 제9항에 있어서, 상기 위치 산출부는,
    상기 통합 코일의 인덕턴스 및 상기 레퍼런스 코일의 인덕턴스를 차분하는 카메라 모듈.
  15. 제14항에 있어서, 상기 위치 산출부는,
    상기 통합 코일의 인덕턴스 및 상기 레퍼런스 코일의 인덕턴스를 차분하여, 공통 노이즈 성분을 제거하는 카메라 모듈.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 통합 코일의 인덕턴스는 상기 레퍼런스 코일의 인덕턴스 보다 큰 카메라 모듈.
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