KR20190002149A - 틸트 성능이 개선된 통합액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 틸트 성능이 개선된 통합액추에이터는 내부 공간이 구비되는 하우징; 상기 하우징의 내부 공간에 수용되며 렌즈배럴이 결합되는 캐리어; 상기 캐리어에 구비되는 제1 및 제2마그네트; 상기 제1 및 제2마그네트에 전자기력을 발생시키는 코일; 상기 하우징과 상기 캐리어 사이에 위치되는 제1볼; 및 상기 제1마그네트의 자기력 방향 및 세기를 감지하는 단일의 제1홀센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

틸트 성능이 개선된 통합액추에이터{INTEGRATED ACTUATOR WITH IMPROVED TILT PERFORMANCE}

본 발명은 자동초점조절 기능과 손떨림 보정 기능이 통합적으로 구현되는 액추에이터에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 단일의 홀센서만을 이용하여 손떨림 방지 기능을 구현하고 상호 대칭되는 마그네트 및 요크 등의 구조를 이용하여 자동초점조절 기능을 구현하는 틸트 성능이 개선된 통합액추에이터에 관한 것이다.

하드웨어 기술의 발전, 사용자 환경 등의 변화에 따라 스마트폰 등의 휴대 단말(모바일 단말)에 장착되는 카메라 모듈에는 자동초점조절(AF, Auto Focus), 손떨림 보정(OIS, Optical Image Stabilization) 등의 기능을 포함한 다양하고 복합적인 기능들이 통합적으로 구현되고 있다.

OIS 기능은 손 떨림에 의하여 발생되는 이동 내지 움직임을 보상하는 방향으로 렌즈 또는 렌즈가 구비된 조립체를 광축 방향과 수직을 이루는 평면 방향으로 이동시켜 렌즈 후단에 구비된 이미지 센서(CMOS, CCD 등)에 선명한 이미지가 생성되도록 하는 기능을 의미한다.

근래에는 렌즈 조립체 등에 구비된 마그네트의 자기장 변화를 감지하는 홀센서를 이용하여 렌즈의 위치를 감지함으로써 렌즈의 위치 제어가 정밀하게 이루어지도록 하는 방법이 이용되고 있다.

OIS 구동은 광축과 수직한 X축 및 Y축 방향으로 이루어져야 하므로 종래 기술에서는 X축 위치를 제어하기 위한 홀센서 및 Y축 위치를 제어하기 위한 홀센서를 각각 개별적으로 구비하고 각각의 홀센서가 자신에게 대응되는 마그네트의 자기장을 감지하도록 구성함으로써 X축 및 Y축 방향의 위치 제어가 개별적으로 이루어지도록 구현된다.

이러한 종래 기술은 동일한 공간 내에 각 방향별 복수 개의 홀센서를 모두 구비해야 하므로 부품 배치, 전력 라인 배선, 설계 등이 복잡해지며 장치의 공간 활용도가 제한되는 문제점은 물론, 제조비용이 증가하는 문제점이 있다.

또한, 홀센서의 신호를 처리하는 구동드라이버는 두 개의 홀센서 각각으로부터 입력되는 신호를 개별적으로 처리하여 하므로 더욱 복잡한 구동 알고리즘이 구동드라이버에 구현되어야 한다는 점에서도 데이터 처리의 효율성이 낮다고 할 수 있다.

한편, 자동초점조절 기능은 렌즈 또는 렌즈가 구비된 이동체 등을 광축 방향으로 선형 이동시켜 피사체와의 초점 거리를 자동으로 조정함으로써 렌즈 후단에 구비된 CMOS, CCD 등과 같은 촬상 소자에 더욱 선명한 이미지가 생성되도록 하는 기능을 의미한다.

이러한 AF 기능은 이동체의 일측에 AF마그네트를 구비하고 이와 대면하는 코일을 고정체에 구비한 후, 적절한 크기 및 방향의 전원을 코일에 인가시켜 코일과 AF마그네트 사이에 전자기력을 발생시킴으로써 이동체 즉, 렌즈가 구비된 이동체를 광축 방향으로 이동시키는 방법으로 구현된다.

근래에는 고정체 측에 요크를 구비시켜 AF마그네트와 요크 사이에 발생되는 인력을 이용하여 이동체가 고정체로부터 일탈되지 않고 적절한 이동 위치를 유지하는 구성도 이용되고 있다.

그러나, 이러한 종래 기술은 이동체의 일 측에만 AF 구동력과 요크에 의한 인력이 작용하므로 고 영상, 줌 영상 등을 위한 고하중의 렌즈가 장착되는 경우 AF 구동 시 AF마그네트가 장착된 일 측의 반대 방향에 기울어짐 현상이 발생하여 틸트 불량이 발생할 수 있으며, 이러한 틸트 불량은 촬상 소자에 유입되는 광 경로를 변형시켜 초점 조정에 오차를 발생시킴으로써 이미지의 선명도에 문제를 발생시킨다.

또한, 최근 스마트폰 등에 탑재되는 카메라 모듈은 경량화 내지 슬림화에 따른 구조로 구현되는데, 이와 같이 슬림화되는 경우 이동체를 물리적으로 지지하는 구조가 상대적으로 더 작아지게 되므로 틸트 불량 문제는 더욱 커진다고 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 배경에서 상술된 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 광축과 수직한 두 방향 모두의 OIS 위치 제어를 단일의 홀센서만으로 구현하고 AF 구동을 위한 구성을 대칭적 구조로 적용하며, 나아가 OIS 마그네트 및 AF 마그네트를 상호 간섭이 최소화되는 위치에 배치시킴으로써 OIS 구동 및 AF 구동을 더욱 정밀하게 구현할 수 있는 장치를 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 발명에 의한 틸트 성능이 개선된 통합액추에이터는 내부 공간이 구비되는 하우징; 상기 하우징의 내부 공간에 수용되며 렌즈배럴이 결합되는 캐리어; 상기 캐리어에 구비되는 제1 및 제2마그네트; 상기 제1 및 제2마그네트에 전자기력을 발생시키는 코일; 상기 하우징과 상기 캐리어 사이에 위치되는 제1볼; 및 상기 제1마그네트의 자기력 방향 및 세기를 감지하는 단일의 제1홀센서를 포함하여 구성될 수 있다.

여기에서 본 발명의 상기 코일은 상기 제1마그네트에 전자기력을 발생시켜 상기 캐리어를 광축과 수직한 제1방향으로 구동시키는 제1코일; 및 상기 제2마그네트에 전자기력을 발생시켜 상기 캐리어를 광축과 수직한 제2방향으로 구동시키는 제2코일로 이루어질 수 있다.

또한 본 발명의 상기 제1홀센서는 상기 제1마그네트와 대면하는 방향에 구비될 수 있으며 이 경우, 상기 본 발명의 제1마그네트는 상기 제1홀센서와 대면하는 면이 2극 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

나아가, 본 발명의 상기 제1마그네트는 상기 제1홀센서와 대면하는 면이 광축과 평행한 단일의 제1자극경계선 및 상기 제1자극경계선에 수직한 제2자극경계선에 의해 경계 지어진 4극으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 의한 틸트 성능이 개선된 통합액추에이터는 상기 하우징이 수용되는 베이스 프레임; 상기 하우징에 구비되되, 상기 하우징을 중심으로 상호 대칭되는 방향에 구비되는 메인마그네트 및 서브마그네트; 상기 메인마그네트에 인력을 발생시키는 메인요크; 상기 서브마그네트에 인력을 발생시키는 서브요크; 상기 하우징을 광축 방향으로 이동하도록 구동력을 제공하는 AF코일; 및 상기 베이스 프레임과 상기 하우징 사이에 위치되는 제2볼을 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 메인마그네트 또는 서브마그네트와 대면하도록 구비되는 제2홀센서를 더 포함할 수 있으며 이 경우, 상기 메인마그네트 또는 서브마그네트는 상기 제2홀센서와 대면하는 면이 2극 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

실시형태에 따라, 본 발명의 상기 서브마그네트는 상기 메인마그네트의 상단 부분과 대응되는 위치에 구비되는 상부 서브마그네트; 및 상기 메인마그네트의 하단 부분과 대응되는 위치에 구비되는 하부 서브마그네트로 이루어질 수 있다.

바람직하게, 본 발명의 상기 서브마그네트는 수평 길이방향으로 연장된 형상의 상부 서브마그네트; 상기 상부 서브마그네트보다 아래 방향에 위치하며 수평 길이 방향으로 연장된 형상의 하부 서브마그네트; 및 상기 상부 서브마그네트와 하부 서브마그네트의 가운데 부분을 수직 길이 방향으로 연결하는 브릿지 마그네트를 포함하도록 구성될 수 있다.

더욱 바람직하게, 본 발명의 상기 제1 및 제2마그네트는 상기 캐리어를 중심으로 상호 대칭되는 방향에 구비되되, 상기 메인마그네트와 서브 마그네트가 구비된 방향과 다른 방향에 구비되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의할 때, 단일의 OIS홀센서만을 이용하여 OIS 기능을 구현하므로 공간 효율성을 높일 수 있으며 홀센서 신호를 이용하여 OIS 위치 제어를 구현하는 데이터 처리의 효율성을 더욱 향상시킬 수 있음은 물론, 단일의 OIS홀센서가 2극 이상으로 착자된 OIS마그네트의 자기장 방향 및 세기를 감지하도록 구성하고 감지된 변화를 이용하여 렌즈 배럴이 결합된 캐리어의 구동을 피드백 제어하므로 OIS 기능을 더욱 정밀하게 구현할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 의할 때, 이동체의 대칭되는 양측에 AF마그네트를 각각 구비하고 이와 대면하도록 요크를 고정체에 각각 배치하여 AF마그네트와 요크 사이에 발생되는 인력이 대칭되도록 이원화시킴으로써 이동체의 기울어짐 현상 즉, 틸트 성능을 개선시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 의할 때, AF마그네트와 대면하는 코일을 고정체에 각각 배치하여 광축 방향 구동력이 이동체의 양측에서 동시에 작용하도록 구성함으로써 이동체의 수평 자세 즉, 이동체에 결합된 렌즈의 수평 자세가 그대로 유지된 상태로 광축 방향 이동을 가능하게 하여 틸트 성능을 더욱 개선시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 의할 때, AF마그네트를 상호 대칭되는 방향에 구비하고 AF마그네트가 구비되지 않은 방향에 OIS마그네트를 상호 대칭되도록 구비하여 각 마그네트들 사이에 발생하는 자기장의 간섭 및 전자기력의 간섭을 최소화시킴으로써 OIS 구동 및 AF 구동을 더욱 정확한 방향과 세기로 구현할 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 일 실시예에 의한 틸트 성능이 개선된 통합액추에이터의 외관 및 세부적인 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 제1홀센서 및 제1마그네트의 구성을 도시한 도면,
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 제1홀센서가 제1마그네트의 자기장 변화를 감지하는 과정을 도시한 도면,
도 4는 제1홀센서가 감지한 자기장 변화를 이용하여 손떨림 방지 기능이 구현되는 과정을 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 의한 통합액추에이터의 틸트 성능이 개선되는 과정을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 서브마그네트의 다양한 형태를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 마그네트들의 배치 관계를 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.

도 1(a)는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 틸트 성능이 개선된 통합액추에이터(이하 ‘통합액추에이터’라 지칭한다)(100)의 외관을 도시하고 있다. 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 통합액추에이터(100)는 베이스프레임(200), 쉴드캔(5) 및 렌즈배럴(10) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

우선 본 발명의 베이스프레임(200)은 후술되는 본 발명의 구성들이 구비되도록 내부 공간이 형성되며, 상기 베이스프레임(200) 상부에 결합되는 본 발명의 쉴드캔(5)은 상부 케이스 기능을 수행하며 본 발명의 통합액추에이터(100)와 외부와의 절연 등의 기능을 수행할 수 있다.

본 발명의 접속단자(30)는 AF코일(250), 제2홀센서(170) 등이 장착되는 제1회로기판(20)의 단부로서 본 발명에 의한 통합액추에이터(100)가 장착되는 장치(휴대 단말 등)의 다른 구성과 전원, 신호, 데이터 등을 효과적으로 인터페이싱하기 위해 도 1(a)에 도시된 바와 같이 베이스프레임(200) 외부로 노출되는 형태로 구현되는 것이 바람직하다.

본 발명의 렌즈배럴(10)에는 다양한 형상이나 특성(스펙)을 가지는 하나 이상의 렌즈가 장착될 수 있음은 물론이다.

여기서, Z축은 피사체의 빛이 렌즈로 유입되는 광축으로서 AF 기능이 구동되는 경우 렌즈 또는 렌즈배럴(10)이 선형 이동하는 방향을 의미하며, X축 및 Y축은 이 광축과 수직을 이루는 평면의 축 방향으로서 OIS 기능이 구동되는 경우 렌즈 또는 렌즈배럴(10)이 이동하는 방향을 의미한다. 이하 설명에서 광축과 수직을 이루는 X축 방향은 ‘제1방향’으로 지칭하며 광축과 수직을 이루는 Y축 방향은 ‘제2방향’으로 지칭한다.

도 1(b)는 본 발명에 의한 통합액추에이터(100)의 세부 구성을 도시하고 있다. 도 1(b)에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 통합액추에이터(100)는 캐리어(120), 제1마그네트(130), 제2마그네트(140), 코일(150), 메인마그네트(210), 서브마그네트(220), AF코일(250) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

이미 언급한 바와 같이, 본 발명에 의한 통합액추에이터(100)는 이러한 복수 개 구성들의 조합을 통하여 단일의 장치 내에서 OIS 기능 및 AF 기능을 통합적으로 구현할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 의한 통합액추에이터(100)의 OIS 기능이 구현되는 과정 및 이러한 OIS 기능을 구현하는 세부 구성들에 대해 먼저 상세히 설명한 후, AF 기능이 구현되는 과정 및 이러한 AF 기능을 구현하는 세부 구성들에 대해 후술하도록 한다.

렌즈배럴(10)은 캐리어(120)의 가운데 부분에 형성된 수용 공간에 탑재되어 캐리어(120)와 그 물리적 이동을 함께 한다.

하우징(110)은 이 캐리어(120)가 OIS 구동에 의하여 제1방향 및/또는 제2방향으로 이동하는 내부 공간을 제공하며, 본 발명에 의한 통합액추에이터(100)가 OIS기능을 구현하는 경우 본 발명의 하우징(110)은 제1방향 및 제2방향으로 이동하는 캐리어(120)에 대해 상대적 관점에서 고정체 역할을 수행한다.

본 발명의 제1마그네트(130) 및 제2마그네트(140)는 캐리어(120)에 구비되는 구성으로서, 위치 보정에 대응되는 피드백 제어에 의하여 적절한 크기와 방향의 전원이 코일(150)에 인가되면 본 발명의 제1마그네트(130) 및 제2마그네트(140)에 전자기력이 발생하게 되고, 발생된 전자기력에 의하여 캐리어(120)가 제1방향과 제2방향의 조합된 방향으로 이동하게 된다.

실시형태에 따라, 본 발명의 코일(150)은 제1마그네트(130) 및 제2마그네트(140) 모두에 전자기력을 발생시키도록 하우징(110) 외주에 권선된 형태로 구현할 수 있음은 물론, 도 1(b)에 도시된 바와 같이 제1마그네트(130) 및 제2마그네트(140) 각각에 전자기력을 발생시키는 별개의 제1코일(151) 및 제2코일(153)로 이루어질 수도 있다.

본 발명의 코일(150)이 제1코일(151) 및 제2코일(153)로 이원화되는 경우 제1코일(151)은 제1마그네트(130)에 전자기력을 발생시켜 캐리어(120)를 제1방향으로 이동시키며 제2코일(153)은 제2마그네트(140)에 전자기력을 발생시켜 캐리어(120)를 제2방향으로 이동시킬 수 있다.

도 1(b)에 도시된 바와 같이 제1코일(151) 및 제2코일(153) 각각을 제1마그네트(130) 및 제2마그네트(140)의 하부 면과 각각 대면하도록 본 발명의 제1회로기판(15)에 배치하고 제1회로기판(15)을 통해 외부로부터 전원이 인가되도록 구성하면, 다른 구성들과의 배치 관계에서 공간 활용성을 더욱 증대시킬 수 있다.

본 발명에 의한 통합액추에이터(100)는 도 1(b)에 도시된 바와 같이 하우징(110)과 캐리어(120) 사이에 위치하는 제1볼(160)을 포함할 수 있다.

이와 같이 하우징(110)과 캐리어(120) 사이에 제1볼(160)이 구비되면 캐리어(120)는 제1볼(160)에 의한 점접촉(point-contact)과 제1볼(160)의 구름(rolling)운동에 의하여 마찰력 등이 최소화된 상태에서 XY평면 방향 즉, 제1방향 및 제2방향으로 더욱 유연하게 이동할 수 있게 된다.

도 1(b)에 도시된 바와 같이, 하우징(110) 하부에는 제1볼(160) 자체의 이탈이 방지되도록 제1볼(160)의 일부가 수용되는 수용홈부(165)가 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명의 탄성부재(25)는 캐리어(120)와 제1볼(160) 사이의 점접촉이 지속적으로 유지될 수 있도록 도 1(b)에 도시된 바와 같이 캐리어(120)의 상부에 결합되어 캐리어(120)를 제1볼(160)이 위치한 방향으로 누르는 힘을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 탄성부재(25)는 OIS 구동이 종료되는 경우 캐리어(120)를 원래의 기준 위치로 이동시킬 수 있도록 형상의 변형과 복원이 가능한 구조가 모서리 부분 등에 구비될 수 있다.

본 발명의 제1홀센서(170)는 홀효과(hall effect)를 이용하여 제1마그네트(130)의 위치 즉, 캐리어(120)의 위치를 감지하고, 구동 드라이버(미도시)는 제1홀센서(170)가 출력한 신호를 이용하여 제1코일(151) 및 제2코일(153)에 적절한 크기와 방향의 전원이 인가되도록 제어한다.

구동 드라이버는 제1홀센서(170)와 함께 하나의 칩(one chip) 형태로 구현될 수 있다. 도면에 도시된 제1홀센서(170)는 이와 같이 구동드라이버와 함께 하나의 칩 형태로 구현된 실시예일 수 있음은 물론이다.

전술된 바와 같이, 종래 기술은 복수 개의 홀센서를 이용하여 OIS 구동을 구현하였으나, 본 발명에 의한 통합액추에이터(100)는 단일의 제1홀센서(170)을 이용하여 OIS 구동을 구현할 수 있다.

이와 같이 단일의 제1홀센서(170)만을 이용하여 OIS 구동을 구현하기 위해서는 본 발명의 제1홀센서(170)가 제1마그네트(130)에서 발생되는 자기장의 세기와 방향 모두를 감지하도록 구성되어야 한다.

제1홀센서(170)가 제1마그네트(130)에서 발생되는 자기장의 세기 및 방향 모두를 감지하도록 하기 위해, 본 발명에 의한 통합액추에이터(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1홀센서(170)를 제1마그네트(130)와 대면하도록 배치하고 제1마그네트(130)의 복수 개 면 중 제1홀센서(170)와 대면하는 면이 2극 이상으로 이루어지도록 구성하는 것이 바람직하다.

제1홀센서(170)와 제1마그네트(130)의 배치 형태는 제1홀센서(170)가 제1마그네트(130)의 자기장 방향 및 세기를 모두 감지할 수 있다면 다양하게 이루어질 수 있다. 도 2에는 이러한 실시 형태 중 2극으로 이루어진 제1마그네트(130)와 4극으로 이루어진 제1마그네트(130)가 도시되어 있다.

도 2(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1마그네트(130)의 복수 개 면 중 어느 하나의 면은 2극으로 이루어지고 본 발명의 제1홀센서(170)는 상기 제1마그네트(130)의 2극으로 이루어진 면과 대면하도록 배치된다.

또한, 도 2(b)에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1홀센서(170)가 더욱 정밀한 위치를 감지할 수 있도록 본 발명의 제1마그네트(130)의 복수 개 면 중 어느 하나의 면은 4극으로 이루어지고 본 발명의 제1홀센서(170)는 상기 제1마그네트(130)의 4극으로 이루어진 면과 대면하도록 배치되도록 구성하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 제1마그네트(130)는 인접한 극이 서로 다르도록 4개의 극이 상호 교번되는 형태로 구비되며, 상호 인접한 N극과 S극 사이의 자극 경계선은 광축과 평행한 제1자극경계선 및 광축과 수직한 제2자극경계선으로 이루어지도록 구성된다.

제1홀센서(170)는 상기 제1자극경계선 및 제2자극경계선으로 경계 지어진 제1마그네트(130)의 면과 대면하며 여기서, 제1자극경계선 및 제2자극경계선의 교점인 제1마그네트(130)의 중심점과 일치되는 위치에 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1홀센서(170) 및 제1마그네트(130)를 이와 같이 구성하는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 제1마그네트(130)가 제1방향(X축)으로 이동하면 제1마그네트(130)와 제1홀센서(170) 사이의 이격 거리가 증가하거나 감소하게 되고 이에 따라 제1홀센서(170)가 감지하는 자기장의 세기가 감소하거나 증가하게 된다.

또한, 제1마그네트(130)가 제2방향(Y축)으로 이동하면 제1홀센서(170)에서 감지하는 자기장의 세기는 양의 자기력이 증가(음의 자기력이 감소)하거나 음의 자기력이 증가(양의 자기력이 감소)하게 된다.

이러한 과정을 통해 제1홀센서(170)에서 감지된 자기장의 세기 및 방향 변화가 본 발명의 제1코일(151) 및 제2코일(153)에 인가되는 전원 제어에 반영됨으로써 본 발명에 의한 통합액추에이터(100)의 OIS 구동이 단일의 제1홀센서(170)만으로 제어될 수 있게 된다.

도 4는 제1홀센서(170)가 감지한 자기장의 세기 및 방향 변화를 이용하여 손떨림 방지 기능이 구현되는 과정을 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제1마그네트(130) 및 제2마그네트(140)는 캐리어(120)를 중심으로 상호 대칭되는 방향에 배치되고, 제1코일(151) 및 제2코일(153)은 제1마그네트(130) 및 제2마그네트(140)의 하면과 각각 대면하도록 제1회로기판(15) 상에 배치되며, 제1홀센서(170)는 제1마그네트(130)와 대면하는 방향에 배치될 수 있다.

전술된 바와 같이, 제1마그네트(130)의 이동에 의하여 제1홀센서(170)에서 감지되는 자기장의 세기 또는 방향이 변화하는 경우, 구동 드라이버는 이러한 자기장의 변화에 대응하는 세기 및 방향을 가진 전원이 제1코일(151) 또는 제2코일(153)에 인가되도록 제어하며, 본 발명의 제1코일(151) 또는 제2코일(153)은 자신에게 인가된 전원에 의하여 제1마그네트(130)의 자기장 변화에 대응되는 방향으로 전자기력을 발생시킬 수 있다.

본 발명의 캐리어(120)는 이러한 전자기력에 함수적으로 영향을 받아 제1방향 및 제2방향 각각 또는 조합된 방향으로 이동하게 됨으로써 본 발명에 의한 통합액추에이터(100)의 OIS 구동이 구현될 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의한 통합액추에이터(100)는 단일의 제1홀센서(170)만을 이용하여 OIS 구동을 구현하므로 제작 공정을 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라 공간 활용성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 단일의 제1홀센서(170)가 2극 이상으로 이루어진 제1마그네트(130)의 자기장 세기 및 방향 변화를 모두 감지하도록 구성하면 양의 자기력과 음의 자기력을 동시에 감지할 수 있으므로 제1홀센서(170)가 감지하는 자기력 구간이 더 확대되고 더 확대된 구간을 자기력 감지에 이용할 수 있어 제1홀센서(170)의 분해능이 높아지며, 자기력의 방향성을 위치 감지에 효과적으로 반영할 수 있어 OIS 구동을 더욱 정밀하게 구현할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 의한 통합액추에이터(100)의 AF 기능이 구현되는 과정 및 이러한 AF 기능을 구현하는 세부 구성들에 대해 상세히 설명하도록 한다.

먼저, 본 발명의 베이스프레임(200)은 도 1(b)에 도시된 바와 같이 내부 공간이 구비되며 이 내부 공간에 전술된 하우징(110)을 포함한 본 발명의 구성들이 수용될 수 있다.

본 발명에 의한 통합액추에이터(100)는 베이스프레임(200)의 내부 공간에 구비된 하우징(110)을 광축 방향으로 이동시켜 하우징(110)과 그 물리적 이동을 함께하는 렌즈배럴(10) 즉, 렌즈를 광축 방향으로 이동시킴으로써 AF기능을 수행한다.

따라서, AF 기능이 구현되는 경우 본 발명의 베이스프레임(200)이 고정체로서 기능하며 본 발명의 하우징(110)이 상대적 관계에서 이동체로서 기능한다. 앞서 상세히 기술된 바와 같이 OIS기능이 구현되는 경우 본 발명의 하우징(110)은 이동하는 캐리어(120)와의 상대적 관계에서 고정체로 기능한다.

본 발명의 AF코일(250)은 하우징(110)을 광축 방향으로 이동시키는 구동력을 제공하는 구성으로서, 하우징(110)에 구동력을 제공하는 구성은 다양한 적용례가 가능하나 소비전력, 저소음, 공간 활용 등을 고려하여 도 1(b)에 도시된 바와 같이 전자기력을 구동력으로 사용하는 코일로 구현되는 것이 바람직하다.

본 발명의 메인마그네트(210)는 도 1(b)에 도시된 바와 같이 하우징(110)에 구비되며 본 발명의 AF코일(250)과의 사이에서 발생하는 전자기력을 이용하여 AF구동에 대한 구동력 즉, 하우징(110)을 광축 방향으로 구동시키기 위한 구동력을 제공할 수 있다.

본 발명의 메인요크(230)는 도 1(b)에 도시된 바와 같이 베이스프레임(200)의 측면 외측에 구비되며, 메인마그네트(210)와의 사이에 인력을 발생시키기 위해 자성을 가지는 금속 재질 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.

메인마그네트(210)와 메인요크(230) 사이에 발생되는 인력은 메인마그네트(210)가 구비된 하우징(110)을 메인요크(230)가 구비된 베이스프레임(200) 방향으로 당기는 힘으로 작용한다.

본 발명의 제2볼(260)은 도 1(b)에 도시된 바와 같이 하우징(110)과 베이스프레임(200) 사이에 위치하며, 상술된 메인마그네트(210)와 메인요크(230) 사이의 인력에 의하여 하우징(110)이 베이스프레임(200) 방향으로 당겨지는 경우 본 발명의 하우징(110)은 베이스프레임(200)과 제2볼(260)의 직경에 대응되는 만큼의 이격 거리를 유지한 상태에서 광축 방향으로 이동하게 된다.

본 발명의 제2홀센서(270)는 홀효과(hall effect)를 이용하여 메인마그네트(210)의 위치 즉, 하우징(110)의 위치를 감지하고, 구동 드라이버(미도시)는 제2홀센서(270)가 감지한 하우징(110)의 위치를 이용하여 AF코일(250)에 인가되는 전원의 크기 및 방향 등을 제어할 수 있다. OIS에서 설명된 바와 같이 이 구동드라이버는 제2홀센서(270)와 하나의 칩으로 구현될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 제2회로기판(20)은 제2홀센서(270), 메인AF코일(250-1)이 실장되는 구성으로서 유연성, 성형성 등을 향상시키기 위해 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)로 구현될 수 있다.

본 발명에 의한 통합액추에이터(100)는 위와 같은 구성들 이외에 서브마그네트(220), 서브AF코일(250-2) 및 서브요크(240) 등을 추가적으로 포함함으로써 AF 구동 시 하우징(110)의 일 측에 기울어짐 현상이 발생하는 틸트 불량을 개선시킬 수 있다.

먼저, 본 발명의 메인마그네트(210) 이외에 서브마그네트(220)를 추가적으로 구성하여 후술되는 바와 같이 본 발명의 하우징(110)에 추가적인 구동력이 작용하도록 구성할 수 있다.

구체적으로, 도 1(b)에 도시된 바와 같이 본 발명의 메인마그네트(210)는 하우징(110)의 일 측면에 배치하고 서브마그네트(220)는 메인마그네트(210)와 다른 위치 내지 다른 방향에 구비되도록 배치하여 본 발명의 하우징(110)에 메인마그네트(210)와 AF코일(250) 사이에 발생하는 전자기력에 의한 구동력 이외에 서브마그네트(220)와 AF코일(250) 사이에 발생하는 전자기력에 의한 구동력이 동시에 작용하도록 구성할 수 있다.

이와 같이 하우징(110)의 다른 측면에 서브마그네트(220)를 추가적으로 구비하면 AF구동 시 하우징(110)의 복수 개 측면에 구동력이 작용하므로 하우징(110)의 기울어짐 현상이 개선될 수 있다.

더욱 바람직하게, 하우징(110)에 작용하는 구동력이 상호 대칭되는 방향으로 향하도록 서브마그네트(220)를 하우징(110)을 중심으로 메인마그네트(210)가 구비된 방향과 대칭되는 방향에 구비함으로써 하우징(110)의 기울어짐 현상을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

하우징(110)의 복수 개 측면에 구동력을 제공하기 위한 본 발명의 AF코일(250)은 메인마그네트(210)와 서브마그네트(220) 모두에 전자기력을 발생시키는 단일의 형태로 구성될 수 있음은 물론, 실시형태에 따라 도 1(b)에 도시된 바와 같이 메인마그네트(210)와 대면하는 방향에 구비되어 메인마그네트(210)에 전자기력을 발생시키는 메인AF코일(250-1) 및 서브마그네트(220)와 대면하는 방향에 구비되어 서브마그네트(220)에 전자기력을 발생시키는 서브AF코일(250-2)로 각각 구성될 수도 있다.

도 5는 본 발명에 의한 통합액추에이터의 틸트 성능이 개선되는 과정을 도시한 도면이다.

도 5(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 메인마그네트(210) 및 메인AF코일(250-1)은 하우징(110)에 광축 방향 구동력(하우징(110)의 우측에 표시된 F3 및 F4)을 제공하며, 본 발명의 서브마그네트(220) 및 서브AF코일(250-2)은 하우징(110)에 광축 방향 구동력(하우징(110)의 좌측에 표시된 F3 및 F4)를 제공하여 하우징(110)의 양측에서 동시적으로 광축 방향 구동력이 제공되도록 함으로써 하우징(110)의 기울어짐 현상을 개선할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 통합액추에이터(100)는 본 발명의 메인요크(230) 이외에 서브요크(240)를 추가적으로 구성하여 하우징(110)의 기울어짐을 방지할 수도 있다.

구체적으로, 본 발명의 서브요크(240)를 베이스프레임(200)의 외부 측면 중 메인마그네트(210) 및 메인요크(230)와 다른 위치 내지 다른 방향에 서브마그네트(220)와 대면하도록 추가적으로 구비하여 하우징(110)에 추가적인 인력이 제공되도록 구성할 수 있다.

실시형태에 따라, 도 1(b)에 도시된 바와 같이 메인마그네트(210) 및 서브마그네트(220)를 하우징(110)을 중심으로 상호 대칭되는 방향에 구비하고 상기 메인마그네트(210) 및 서브마그네트(220) 각각과 대면하도록 메인요크(230) 및 서브요크(240)를 배치하여 메인마그네트(210)와 메인요크(230) 사이에 발생하는 인력 및 서브마그네트(220)와 서브요크(240) 사이에 발생하는 인력이 상호 대칭되도록 구성할 수 있다.

이와 같이 서브요크(240)를 추가적으로 구비하면 AF구동 시는 물론 AF 구동이 종료된 경우에도 서브마그네트(220)와 서브요크(240) 사이에 발생하는 인력에 의하여 하우징(110)의 기울어짐 현상이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.

도 5(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 메인마그네트(210) 및 메인요크(230)는 우측 방향으로 작용하는 인력(F1)을 제공하며, 본 발명의 서브마그네트(220) 및 서브요크(240)는 광축 방향으로 편향된 좌측 방향의 인력(F2)를 제공하여 하우징(110)의 양측에서 동시적으로 좌측 및 우축 방향 구동력이 제공되도록 하여 하우징(110)의 기울어짐 현상을 개선할 수 있다.

도 5(a)에는 본 발명의 서브마그네트(220)가 상단 및 하단으로 분리된 형태로 도시되어 있는데, 이러한 서브마그네트(220)의 구성은 서브요크(240)와의 사이에 발생하는 인력의 방향을 광축 방향으로 편향시켜 하우징(110)의 기울어짐 현상을 더욱 효율적으로 개선하기 위한 구성이다.

구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 서브마그네트(220)는 상부 서브마그네트(220-1)와 하부 서브마그네트(220-2)로 이루어질 수 있으며, 이 경우 도 5(a)에 도시된 바와 같이 F2의 방향을 광축 방향 위아래로 좀 더 편향시킬 수 있어 하중이 작용하는 중력 방향 또는 AF구동이 시작되거나 종료되는 가속도 방향을 더욱 효과적으로 상쇄시킬 수 있으므로 하우징(110)의 기울어짐 현상을 더욱 개선시킬 수 있다.

실시형태에 따라, 상부 서브마그네트(220-1)와 하부 서브마그네트(220-2) 사이의 간격은 적절히 조절될 수 있으며, 도 5(b)에 도시된 바와 같이 상부 서브마그네트(220-1)는 메인마그네트(210)의 상단 부분과 대응되는 위치에 구비되도록 하고 하부 서브마그네트(220-2)는 메인마그네트(210)의 하단 부분과 대응되는 위치에 구비되도록 구성하면 서브마그네트(220)와 서브요크(240) 사이의 인력 방향을 더욱 광축 방향으로 편향시킬 수 있어 하우징(110)의 기울어짐 현상을 더욱 개선시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 서브마그네트(220)는 수평 길이방향으로 연장된 형상의 상부 서브마그네트(220-1), 상부 서브마그네트(220-1)보다 아래 방향에 위치하며 수평 길이 방향으로 연장된 형상의 하부 서브마그네트(220-2)에 상부 서브마그네트(220-1)와 하부 서브마그네트(220-2)의 가운데 부분을 수직 길이 방향으로 연결하는 브릿지 마그네트(220-3)를 포함하는 형태로 이루어질 수 있다.

본 발명의 서브마그네트(220)를 이와 같이 상부 서브마그네트(220-1), 하부 서브마그네트(220-2) 및 브릿지 마그네트(220-3)로 구성하는 경우, 서브요크(240)와의 사이에 발생하는 인력 방향을 광축 방향으로 편향시키는 효과를 그대로 유지함과 동시에, 서브AF코일(250-2)과의 관계에서 광축 방향으로 구동력을 받는 영역을 확장시킴으로써 구동 효율성을 더욱 높일 수 있다.

한편, 전술된 바와 같이 추가적인 구동력 및 인력을 제공하기 위해 서브마그네트(220)를 하우징(110)에 추가적으로 구비하면 결과적으로 메인마그네트(210) 및 서브마그네트(220)가 모두 하우징(110)에 구비되므로 본 발명의 제2홀센서(270)는 메인마그네트(210) 또는 서브마그네트(220) 둘 중 어느 마그네트의 위치를 감지하더라도 하우징(110)의 위치를 감지하게 되는 동일한 결과를 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명의 제2홀센서(270)를 메인마그네트(210) 또는 서브마그네트 중 어느 하나와 대면하도록 배치하고 본 발명의 메인마그네트(210) 또는 서브마그네트(220)는 제2홀센서(270)와 대면하는 면이 2극 이상으로 이루어지도록 구성하여 제2홀센서(270)가 자신과 대면하는 마그네트로부터 발생되는 자기장의 방향 및 세기를 모두 감지함으로써 하우징(110)의 AF 구동 시 위치를 더욱 정밀하게 피드백 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이하에서는 도 7을 참조하여 본 발명의 제1마그네트(130), 제2마그네트(140), 메인마그네트(210) 및 서브마그네트(220)의 배치를 상세히 설명하도록 한다.

AF와 OIS가 통합되는 카메라 모듈 또는 액추에이터의 경우 AF 구동을 위한 복수 개의 마그네트 및 OIS 구동을 위한 복수 개의 마그네트가 구비되어야 한다.

이와 같이 AF와 OIS가 통합되는 카메라 모듈 또는 액추에이터에는 최소 4개 이상의 마그네트가 구비되어야 하는데, 이 경우 복수 개 마그네트들이 인접한 거리에 구비되어 각 마그네트로부터 발생되는 자기장들 사이에 간섭이 발생할 수 있으며 또한, 각 마그네트와 코일 사이에 발생하는 전자기력들 사이에도 상호 간섭이 발생할 수 있다.

이러한 간섭에 의하여 부정확한 세기 또는 부정확한 방향을 가지는 전자기력이 발생할 수 있고, 이러한 전자기력이 AF 구동 및 OIS구동에 구동력으로서 이용되면 AF 구동 및 OIS 구동이 부정확하게 구현될 수 있다.

이러한 문제를 효과적으로 해소하기 위하여 본 발명에 의한 통합액추에이터(100)는 도 7에 도시된 바와 같이, 제1마그네트(130) 및 제2마그네트(140)를 캐리어(120)를 중심으로 상호 대칭되는 방향에 구비하되, 메인마그네트(210)와 서브마그네트(220)가 구비된 방향과 다른 방향에 위치하도록 구성한다.

이와 같이 구성하는 경우, 각 마그네트들 사이의 이격 거리가 최대 이격 거리만큼 멀어지게 되어 각 마그네트들로부터 발생되는 자기장의 상호 간섭 및 각 마그네트와 코일 사이에 발생하는 전자기력의 상호 간섭이 최소화되고, 이러한 상호 간섭의 최소화로 인하여 더욱 정확한 방향 및 세기를 가지는 전자기력을 구동력으로 이용할 수 있게 됨으로써 AF 구동 및 OIS 구동을 더욱 정확하게 구현할 수 있다.

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, 제2, 메인, 서브 등과 같은 수식어는 상호 간의 구성요소를 상대적으로 구분하기 위하여 사용되는 도구적 개념의 용어일 뿐이므로, 특정의 순서, 우선순위 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 : 본 발명에 의한 통합액추에이터
110 : 하우징 120 : 캐리어
130 : 제1마그네트 140 : 제2마그네트
150 : 코일 151 : 제1코일
152 : 제2코일 160 : 제1볼
170 : 제1홀센서 200 : 베이스프레임
210 : 메인마그네트 220 : 서브마그네트
220-1 : 상부서브마그네트 220-2 : 하부서브마그네트
220-3 : 브릿지마그네트 230 : 메인요크
240 : 서브요크 250 : AF코일
250-1 : 메인AF코일 250-2 : 서브AF코일
260 : 제2볼 270 : 제2홀센서

Claims (9)

1. 내부 공간이 구비되는 하우징;
   상기 하우징의 내부 공간에 수용되며 렌즈배럴이 결합되는 캐리어;
   상기 캐리어에 구비되는 제1 및 제2마그네트;
   상기 제1 및 제2마그네트에 전자기력을 발생시키는 코일;
   상기 하우징과 상기 캐리어 사이에 위치되는 제1볼; 및
   상기 제1마그네트의 자기력 방향 및 세기를 감지하는 단일의 제1홀센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 틸트 성능이 개선된 통합액추에이터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 코일은,
   상기 제1마그네트에 전자기력을 발생시켜 상기 캐리어를 광축과 수직한 제1방향으로 구동시키는 제1코일; 및
   상기 제2마그네트에 전자기력을 발생시켜 상기 캐리어를 광축과 수직한 제2방향으로 구동시키는 제2코일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 틸트 성능이 개선된 통합액추에이터.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제1홀센서는,
   상기 제1마그네트와 대면하는 방향에 구비되며,
   상기 제1마그네트는 상기 제1홀센서와 대면하는 면이 2극 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 틸트 성능이 개선된 통합액추에이터.
4. 제 3항에 있어서, 상기 제1마그네트는,
   상기 제1홀센서와 대면하는 면이 광축과 평행한 단일의 제1자극경계선 및 상기 제1자극경계선에 수직한 제2자극경계선에 의해 경계 지어진 4극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 틸트 성능이 개선된 통합액추에이터.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 하우징이 수용되는 베이스 프레임;
   상기 하우징에 구비되되, 상기 하우징을 중심으로 상호 대칭되는 방향에 구비되는 메인마그네트 및 서브마그네트;
   상기 메인마그네트에 인력을 발생시키는 메인요크;
   상기 서브마그네트에 인력을 발생시키는 서브요크;
   상기 하우징을 광축 방향으로 이동하도록 구동력을 제공하는 AF코일; 및
   상기 베이스 프레임과 상기 하우징 사이에 위치되는 제2볼을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 틸트 성능이 개선된 통합액추에이터.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 메인마그네트 또는 서브마그네트와 대면하도록 구비되는 제2홀센서를 더 포함하고,
   상기 메인마그네트 또는 서브마그네트는 상기 제2홀센서와 대면하는 면이 2극 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 틸트 성능이 개선된 통합액추에이터.
7. 제 5항에 있어서, 상기 서브마그네트는,
   상기 메인마그네트의 상단 부분과 대응되는 위치에 구비되는 상부 서브마그네트; 및
   상기 메인마그네트의 하단 부분과 대응되는 위치에 구비되는 하부 서브마그네트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 틸트 성능이 개선된 통합액추에이터.
8. 제 5항에 있어서, 상기 서브마그네트는,
   수평 길이방향으로 연장된 형상의 상부 서브마그네트;
   상기 상부 서브마그네트보다 아래 방향에 위치하며 수평 길이 방향으로 연장된 형상의 하부 서브마그네트; 및
   상기 상부 서브마그네트와 하부 서브마그네트의 가운데 부분을 수직 길이 방향으로 연결하는 브릿지 마그네트를 포함하는 것을 특징으로 하는 틸트 성능이 개선된 통합액추에이터.
9. 제 5항에 있어서, 상기 제1 및 제2마그네트는,
   상기 캐리어를 중심으로 상호 대칭되는 방향에 구비되되, 상기 메인마그네트와 서브 마그네트가 구비된 방향과 다른 방향에 구비되는 것을 특징으로 하는 틸트 성능이 개선된 통합액추에이터.

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