KR20130072721A - 손떨림 보정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 손떨림 보정장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 손떨림 보정장치는 자석과 코일이 서로 마주보며 배치되고, 상기 자석과 면 방향으로 대향되게 홀 센서가 배치됨으로써, 렌즈군의 구동방향에 따른 자석 간 갭 변화에 따른 자기력 변화는 물론, 갭 방향과 교차하는 방향으로 상기 렌즈군의 이동시에 발생하는 자기력의 변화에 동시에 반응하여 해당하는 신호를 발생시켜 그 위치를 용이하게 검출할 수 있어 종래의 손떨림 보정장치에 비해 소형화 및 슬림화가 가능하다.

Description

손떨림 보정장치{Hand vibration correction device}

본 발명은 손떨림 보정장치에 관한 것이다.

카메라모듈이 고화소, 고기능화되면서 휴대폰, 노트북, 태블릿 PC 등의 모바일 기기를 포함하는 다양한 애플리케이션에 점점 더 적용이 확대됨과 동시에 상기 애플리케이션 자체의 사이즈 소형화, 슬림화가 진행되면서 상기 카메라모듈 역시 소형화, 슬림화가 진행되고 있다.

더욱이 기존의 자동초점장치(Auto Focus: AF)만 구비한 카메라모듈의 경우 렌즈군과 렌즈군을 광축 방향(통상적으로 Z축으로 정의)으로 구동시켜주는 자동초점장치(AF) 구동부 또는 경우에 따라서는 렌즈군의 위치 정밀도를 높이기 위한 위치측정용 센서를 구비하면 되기 때문에, 통상 손떨림 보정장치(Optical Image Stabilizer: OIS)가 구비된 카메라모듈에 비해 상대적으로 사이즈의 소형화, 슬림화가 빠르게 진행되고 있다.

즉 상기 손떨림 보정장치(OIS)는 자동초점장치(AF) 구성요소와 더불어 광축(Z축)과 수직교차되는 두 방향(통상적으로 X,Y방향, 이하 X,Y방향으로 정의)으로 렌즈군을 구동시켜주는 손떨림 보정장치(OIS) 구동부를 구비해야 하며, 상기 손떨림 보정장치(OIS)의 구동정밀도를 높이기 위하여 통상적으로 렌즈군의 위치를 측정할 수 있는 위치측정용 센서가 광축(Z축)과 수직교차되는 두 방향(X,Y)으로 각각 필요하다.

따라서 상기 손떨림 보정장치(OIS)의 소형화, 슬림화는 손떨림 보정장치(OIS) 자동초점장치 구동부와 위치측정용 센서를 자동초점장치(AF)와 어떻게 구성 및 배치하느냐에 따라 결정된다고 할 수 있다.

한편 상기 위치측정용 센서는 홀 센서 혹은 PR(Photo Reflector) 센서 두 종류가 많이 사용되고 있다. 상기 PR 센서는 센서 자체에서 일정량의 빛 산로를 발산하고 대향하는 반사판에 반사되어서 다시 센서부로 들어오는 빛의 양 혹은 강도를 측정하며, 대향하는 반사판과의 상대변위가 발생할 때 발생하는 빛의 양 혹은 강도의 변화를 검출하여 위치를 측정하고 있다.

또한 상기 홀 센서는 자기력의 변화에 따라 신호변화를 발생시키는데 이러한 특징으로 자석과 코일로 구성되는 자동초점장치 구동부의 위치를 측정하는데 많이 사용되어 왔다. 주로 자석과 코일로 구성되는 자동초점장치 구동부의 상기 자석을 홀 센서의 대향 자석으로 이용하기도 하고, 제3의 홀 센서 전용 자석을 추가로 구비하기도 한다.

여기서 상기 홀 센서는 최근 사이즈가 작아짐에 따라 손떨림 보정장치(OIS)가 구비된 카메라모듈에 사용하는 빈도가 점차 증가하고 있다.

그러나 손떨림 보정장치(OIS)의 경우 사용자의 손떨림에 따라 X,Y방향으로 렌즈군을 독립적으로(상호관계 없음) 각각 구동시켜야 하므로, 한 개의 홀 센서를 이용해서 X,Y방향으로 동시에 독립적으로 측정하기가 매우 어렵다는 문제점이 있다.

즉 홀 센서를 어떻게 제작하느냐에 따라 하나의 홀 센서가 두 축으로 측정할 수 있으나 이는 하나의 홀 센서라기보다는 2개의 홀 센서를 하나의 칩으로 구성한 경우이므로, 손떨림 보정장치(OIS)의 사이즈 소형화나 슬림화에 크게 기여하지 못하고 있는 실정이다.

또한 홀 센서와 대향하는 자석의 배치는 통상적으로 홀 센서와 상기 자석의 갭을 일정하게 유지되도록 배치하고 갭 방향과 대략 90도 교차하는 방향으로 상대운동이 발생할 경우 이를 감지할 수 있도록 구성하고 있는데, 앞서 설명한 바와 같이, 손떨림 보정장치(OIS)의 소형화, 슬림화됨에 따라 상기 홀 센서와 자석의 배치가 더욱 중요해지고 있다.

종래기술에 따른 홀 센서와 자석의 배치는 (특허문헌 1) 내지 (특허문헌 2)에서 구체적으로 개시하고 있다. 즉 상기 (특허문헌 1)에서는 홀 센서가 각각의 자석에 대향하게 장착되어 있고 자석이 x, y축 방향으로 이동시 대향하는 갭의 변화없이 상대운동을 하게 되어 있다.

또한 상기 (특허문헌 2)에서는 렌즈군과 촬상소자가 결합된 전체 자동초점모듈을 손떨림 방향과 반대로 틸트시켜서 손떨림 보정을 하고 있다. 즉 홀 센서가 대향하는 자석의 갭 방향 변위를 검출하게 되어 있다.

일 예로써, 두 개의 홀 센서로부터 검출된 갭 방향변위를 검출하면 렌즈군과 촬상소자의 틸트를 계산해내고 있다.

한편 (특허문헌 3)은 홀 센서 대신 PR 센서를 적용한 기술로써, 위치검출 센서가 자석과 대향하지 않고 반사판 역할을 하는 부품과 대향하고 있다. 이러한 PR 센서는 센서와 반사판의 캡 변화량을 축정하게 되며, 반사판이 충분히 넓을 경우 갭 방향과 교차하는 방향으로 구동시는 신호변화가 없기 때문에 x, y축 방향에 배치된 각각의 PR 센서가 상호 독립적으로 혹은 신호커플링 없이 측정이 가능하다.

US 7881598 B1 US 2011-0013895 A1 KR 0918816 B1

그러나 상기 (특허문헌 1)에서 개시하고 있는 홀 센서와 자석의 배치는 자석의 두께가 작기 때문에 홀 센서에 발생하는 신호성분의 선형부분이 지나치게 작게 될 수 있다.

따라서 상기 홀 센서는 대향하는 자석이 x축으로 구동시 이를 감지하며, y축으로 구동할 경우에는 홀 신호변화가 작기 때문에 대부분 x축 방향변화의 신호만 감지할 수 있는 문제점이 있다. 그리고 상기 홀 센서가 카메라모듈의 두께방향으로 배치됨으로써, 소형화, 슬림화에 방해요소로 작용하고 있다.

한편 (특허문헌 2)에서 개시하고 있는 기술은 손떨림 보정을 위해서 자동초점모듈을 손떨림 방향과 반대로 틸트시켜야 한다는 문제점이 있으며, (특허문헌 3)의 경우 각각의 축마다 균형(Pair)을 이루게 하여 위부 온도에 의해 PR 센서의 초기감도가 변화하는 것을 서로 보상할 수 있도록 PR 센서를 4개 사용해야 하는 문제점이 있다.

즉 상기 (특허문헌 3)에서 위치측정용 센서로 사용하고 있는 PR 센서는 홀 센서에 비해 온도에 민감하며, 경우에 따라서는 정밀한 측정 또는 측정에러를 보상해주기 위하여 온도보정이 필요한 경우도 있다.

본 발명의 목적은, 홀 센서 및 자석 간 배치구조의 개선을 통해 소형화, 슬림화를 용이하게 구현할 수 있도록 한 손떨림 보정장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해,

본 발명은 카메라모듈의 광축(Z축) 방향으로 설치된 자석과 코일을 포함하는 구동부; 및

상기 자석과 면 방향으로 대향되게 구비된 홀 센서;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 홀 센서는 코일의 두께보다 작게 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 홀 센서는 코일의 내부 또는 외부에 배치된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 홀 센서는 자석의 S극과 N극 사이에 배치된 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명은 렌즈 배럴이 선형운동 가능하도록 자동초점장치를 포함하는 오토포커싱 유닛에 광축(Z축) 방향으로 구비된 자석;

상기 오토포커싱 유닛이 내부에 구비된 하우징에 구비되어 자석과 마주보게 배치된 코일; 및

상기 하우징에 구비되어 자석과 면 방향으로 대향되게 배치된 홀 센서;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 코일은 렌즈 배럴을 중심으로 서로 교차하게 구비된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 코일 중 적어도 둘 이상의 코일에 홀 센서가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 코일의 내부 또는 외부에 홀 센서가 배치된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 홀 센서는 코일의 두께보다 작게 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 홀 센서는 자석의 S극과 N극 사이에 배치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 홀 센서가 자석에 면 방향으로 대향 배치됨으로써, 렌즈군의 구동방향에 따른 자석 간 갭 변화에 따른 자기력 변화는 물론, 갭 방향과 교차하는 방향으로 상기 렌즈군의 이동시에 발생하는 자기력의 변화에 동시에 반응하여 해당하는 신호를 발생시켜 그 위치를 용이하게 검출할 수 있어 종래의 손떨림 보정장치에 비해 소형화 및 슬림화가 용이하다.

즉 상기 홀 센서와 자석 간 배치구조의 개선을 통해 설계자유도를 확보할 수 있어 손떨림 보정장치의 소형화, 슬림화가 용이하다.

도 1은 본 발명에 따른 손떨림 보정장치의 실시 예를 나타내 보인 개략도.
도 2 내지 3은 본 발명의 실시 예에 따른 손떨림 보정장치의 구동방향을 나타내 보인 확대도.
도 4 내지 7은 본 발명에 따른 홀 센서의 설치 예를 나타내 보인 개략도.
도 8은 카메라모듈에 설치된 손떨림 보정장치의 실시 예를 나타내 보인 분해 사시도.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 한편 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 손떨림 보정장치(Optical Image Stabilizer: OIS)는 카메라모듈(100)의 광축(Z축) 방향으로 설치된 자석(11)과 코일(12)을 포함하는 구동부(10) 및 상기 자석(11)과 면 방향으로 대향되게 구비된 홀 센서(20)를 포함한다.

상기 홀 센서(20)는 자기력의 변화에 따라 신호변화를 발생시켜 자석 간 갭 변화에 따른 자기력 변화는 물론, 갭 방향과 교차하는 방향으로 상기 렌즈군(111)의 이동시에 발생하는 자기력의 변화에 동시에 반응하여 해당하는 신호를 발생시켜 그 위치를 검출하게 된다.

따라서 이러한 홀 센서(20)가 도 1에서 보듯이, 카메라모듈(100)의 광축(Z축) 방향으로 설치된 자석(11)과 면 방향으로 대향 구비되어 두 방향에서 수직교차됨으로써, 상기 렌즈군(111)의 X,Y방향으로의 이동시 상기 홀 센서(20)와 자석(11)은 X,Y이동에 의해서 동시에 자기력 변화를 받게 되고, 이에 대한 홀 신호가 변화하게 된다.

즉 상기 홀 센서(20)는 렌즈군(111)이 X방향으로만 움직일 경우 순수하게 X방향운동만 감지하지만, 동시에 Y방향이동이 발생하게 되면, Y방향운동도 동시에 감지할 수 있게 된다. 이를 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2에서 보듯이, 상기 자석(11)이 갭 방향과 교차하는 방향으로 구동시의 홀 센서(20)의 감도 값을 α로 정의한다. 또한 도 3에서 보듯이, 자석(11)이 갭 방향으로 구동시의 홀 센서(20)의 감도 값을 β로 정의한다.

이때 상기 렌즈군(111)이 X,Y방향으로 각각 x,y만큼 이동할 경우, 각각의 홀 센서(20)에서 측정되는 신호 값을 hall_1, hall_2 라고 하면, [수식 1]과 같이 정리될 수 있다.

[수식 1]

hall_1 = α(y)·x + β(x)·y

hall_2 = -β(x)·x + α(y)·y

여기서 α(y)는 α가 상수가 아니고 y에 대한 함수조건을 가진다는 의미로써, 즉 y방향 거리에 따라 α값이 변할 수 있음을 의미한다. 만약 y방향 거리에 따라 α의 값이 변하지 않거나 변화량이 매우 작을 경우 α(y)는 특정한 상수 값 α로 간단하게 될 수 있다. 또한 β(x)도 같은 경우이다.

따라서, 본 발명에서와 같이, 홀 센서(20)와 자석(11)이 대향하게 배치되도록 설계하면, [수식 1]을 통해서 원하는 X,Y방향 변위 x,y를 구할 수 있으며, 이때 이동 변위 x, y는 다음과 같이 얻어진다.

[수식 2]

x=[α(y)hall_1 - β(x)hall_2]/[α(y)^2+ β(x)^2]

y=[β(x)hall_1 + α(y)hall_2]/[α(y)^2+ β(x)^2]

즉 상기 수식 2를 통해 원하는 X,Y방향 변위 x,y를 구할 수 있게 된다. 이렇게 구성된 손떨림 보정장치(OIS)는 종래기술과 같이, 홀 센서(20)를 자석(11)의 하부에 배치하지 않아도 되기 때문에 슬림화가 가능하고, 상기 손떨림 보정장치(OIS)를 카메라모듈(100)에 설치시에도 홀 센서(20)에 의해 증가하는 부분이 없기 때문에 소형화가 가능하다.

또한 상기 홀 센서(20)는 일반적으로 코일(12)의 두께보다 작게 형성이 가능하여 슬림화가 용이하다. 즉 상기 홀 센서(20)는 도 4 내지 5에서 보듯이, 자석(11)과 대향되게 구비되도록 상기 자석(11)에 대해 마주보며 배치된 코일(12)에 구비될 수 있는데, 이때 상기 코일(12)의 두께보다 홀 센서(20)가 작게 형성됨으로써, 전체적인 슬림화가 가능하다.

한편 상기 홀 센서(20)는 코일(12)의 내부, 더욱 구체적으로 상기 코일(12)의 내부 중앙에 배치될 수 있다. 다른 한편으로 상기 홀 센서(20)는 도 6 내지 7에서 보듯이, 코일(12)의 외부, 더욱 구체적으로 측부에 배치될 수 있으며, 이에 따라 카메라모듈(100)의 설계형태에 따라 자유롭게 자기장 세기를 통해 렌즈군(111)의 X,Y방향 또는 원근감 등을 감지할 수 있게 된다.

또한 상기 홀 센서(20)는 자석(11)의 S극과 N극 사이에 배치되어 자석(11) 간 갭이 변화는 방향 및 갭이 변하지 않는 방향으로 이동하는 변위를 용이하게 측정하게 된다.

다만 이는 홀 센서(20)와 대향하는 자석(11) 간 배치시 반드시 필요한 필수조건으로 해석되어서는 곤란하고, 홀 센서를 통한 갭이 변화하는 방향 및 변하지 않는 방향으로 이동하는 변위를 용이 측정을 위한 부가조건 정도로 해석되어야 한다.

한편 본 발명에 따른 손떨림 보정장치(OIS)는 다음과 같이 카메라모듈(100)에 설치될 수 있다. 즉 도 8에서 보듯이, 렌즈군(111)을 구비한 렌즈 배럴(110)이 선형운동 가능하도록 자동초점장치(121)를 포함하는 오토포커싱 유닛(120)에 광축(Z축) 방향으로 자석(11)이 구비된다.

상기 렌즈 배럴(110)은 마찰 로드(Friction Rod)를 따라 광축(Z축) 방향으로 구동되어 선형운동하게 된다. 이때 오토포커싱 유닛(120)에 고정된 지지부재(122)가 렌즈 배럴(110)의 광축(Z축) 구동을 지지할 수 있으며, 상기 렌즈 배럴(110)의 외부에 선형베어링 어셈블리(Linear Bearing Ass'y: 123)와 베어링스토퍼(Bearing Stopper: 124)가 구비될 수 있다.

상기 자동초점장치(121)는 피에조액추에이터(Piezo Actuator) 또는 보이스 코일 액추에이터(Voice Coil Actuator) 등을 포함하고, 이를 통해 피사체의 상을 촬상소자에 맺히게 해주고, 맺힌 상의 초점을 조절하여 선명한 이미지를 얻을 수 있도록 하게 된다.

본 발명에서는 피에조액추에이터를 실시 예로 하게 된다. 즉 상기 피에조액츄에이터는 인가되는 전압에 진동함으로써, 렌즈 배럴(110)을 광축(Z축) 방향으로 구동하게 된다.

이러한 자동초점장치(121)를 포함하는 오토포커싱 유닛(120)에 구비되는 자석(11)은 극성(S/N)이 좌우로 나뉜 육면체 형성으로 형성되어 상기 오토포커싱 유닛(120)의 외부에 구비된다.

한편 상기 자석(11)과 함께 구동부(10)를 구성하는 코일(12)은 오토포커싱 유닛(120)이 내부에 구비되는 하우징(130)의 내부에 구비하되, 자석(11)과의 사이에 전자기력을 발생시킬 수 있도록 상기 자석(11)과 마주보게 배치된다. 그리고 홀 센서(20) 역시 상기 하우징(130)의 내부에 구비되어 자석(11)과 면 방향으로 대향되게 배치하되, 자석(11)의 S극과 N극 사이에 배치되어 자석(11) 간 갭이 변화는 방향 및 갭이 변하지 않는 방향으로 이동하는 변위를 용이하게 측정하게 된다.

이때 상기 하우징의 내부에는 코일(12)에 외부전원을 공급하기 위한 연성인쇄회로기판(131)이 구비될 수 있고, 이 경우 상기 연성인쇄회로기판(131)에 코일(12)과 홀 센서(20)가 구비되어 전기적으로 연결되며, 이를 실시 예로 보이고 있다.

또한 상기 코일(12)은 렌즈 배럴(110)을 중심으로 서로 교차하게 구비될 수 있으며, 실시 예로 4개의 코일(12)이 하우징(130)의 내부에 구비된 것을 보이고 있다. 여기서 상기 홀 센서(20)는 4개의 코일(12) 중 적어도 둘 이상의 코일(12)에 배치되어 자석(11)과 두 방향에서 수직교차하게 된다.

이에 따라 렌즈 배럴(110)의 X,Y방향으로의 이동시 상기 홀 센서(20)와 자석(11)은 X,Y이동에 의해서 동시에 자기력 변화를 받게 되고, 이에 대한 홀 신호가 변화되어 그 위치를 검출하게 된다.

또한 상기 홀 센서(20)는 코일(12)의 내부 또는 외부에 배치될 수 있어 카메라모듈(100)의 설계형태에 따라 자유롭게 자기장 세기를 통해 렌즈군(111)의 X,Y방향 또는 원근감 등을 감지할 수 있게 된다. 이때 상기 홀 센서(20)는 코일(12)의 두께보다 작게 형성됨으로써, 카메라모듈(100)의 전체면적이 증가하는 것을 방지할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 손떨림 보정장치(OIS)를 적용한 카메라모듈(100)은 홀 센서(20)와 대향하는 자석(11) 간의 설계자유도를 용이하게 확보할 수 있어 소형화 및 슬림화가 가능하다.

한편 상기 카메라모듈(100)은 앞선 렌즈 배럴(110), 오토포커싱 유닛(120) 및 하우징(130)을 포함하면서, 쉴드 캔(Shield can)을 더 포함할 수 있다. 즉 상기 쉴드 캔(140)은 외부의 충격이나 환경으로부터 카메라모듈(100)을 보호함과 동시에 전자파 간섭(Electro Magnetic interference)을 차폐하게 된다.

이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 손떨림 보정장치는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10 - 구동부 11 - 자석
12 - 코일 20 - 홀 센서
100 - 카메라모듈 110 - 렌즈 배럴
111 - 렌즈군 120 - 오토포커싱 유닛
111 - 자동초점장치 122 - 지지부재
123 - 선형베어링 어셈블리 124 - 베어링스토퍼
130 - 하우징 131 - 연성인쇄회로기판
140 - 쉴드 캔

Claims (10)

1. 카메라모듈의 광축(Z축) 방향으로 설치된 자석(Magnet)과 코일(Coil)을 포함하는 구동부; 및
   상기 자석과 면 방향으로 대향되게 구비된 홀 센서;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 손떨림 보정장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 홀 센서는 코일의 두께보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 손떨림 보정장치.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 홀 센서는 코일의 내부 또는 외부에 배치된 것을 특징으로 하는 손떨림 보정장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 홀 센서는 자석의 S극과 N극 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 손떨림 보정장치.
   
5. 렌즈 배럴(Lens barrel)이 선형운동 가능하도록 자동초점장치를 포함하는 오토포커싱 유닛(Auto Focusing Unit)에 광축(Z축) 방향으로 구비된 자석;
   상기 오토포커싱 유닛이 내부에 구비된 하우징(Housing)에 구비되어 자석과 마주보게 배치된 코일; 및
   상기 하우징에 구비되어 자석과 면 방향으로 대향되게 배치된 홀 센서;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 손떨림 보정장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 코일은 렌즈 배럴을 중심으로 서로 교차하게 구비된 것을 특징으로 하는 손떨림 보정장치.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 코일 중 적어도 둘 이상의 코일에 홀 센서가 구비된 것을 특징으로 하는 손떨림 보정장치.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 코일의 내부 또는 외부에 홀 센서가 배치된 것을 특징으로 하는 손떨림 보정장치.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 홀 센서는 코일의 두께보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 손떨림 보정장치.
   
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 홀 센서는 자석의 S극과 N극 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 손떨림 보정장치.
    

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