KR20210099362A - 위치 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 위치 검출 장치는 제1 홀 소자 및 제2 홀 소자; 상기 제1 홀 소자로부터 생성되는 제1 홀 전압 및 상기 제2 홀 소자로부터 생성되는 제2 홀 전압을 차동 증폭하는 차동 증폭기; 상기 제1 홀 전압 및 상기 제2 홀 전압을 가산 증폭하는 가산 증폭기; 기준 전압과 상기 차동 증폭기로부터 제공되는 감산 전압을 비교하여, 오차 전압을 생성하는 비교부; 및 상기 오차 전압에 따라, 상기 제1 홀 소자 및 상기 제2 홀 소자로 제공되는 바이어스 전류를 생성하는 전류 변환부; 를 포함하고, 상기 가산 증폭기로부터 제공되는 가산 전압에 따라 피검출부의 위치를 산출할 수 있다.

Description

위치 검출 장치{POSITION DETECTION APPARATUS OF APERTURE MODULE}
본 발명은 위치 검출 장치에 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.
최근 카메라 모듈은 자동초점(AF: Autofocus) 조정이 가능한 AF 액츄에이터 및 흔들림에 따른 해상도 저하현상을 경감시키기 위해 흔들림 보정기능(OIS: Optical Image Stabilization)을 위한 OIS 액츄에이터를 채용한다.
또한, 카메라 모듈은 렌즈 배럴로 입사되는 광량을 조절하는 조리개를 포함하고, 조리개를 목표 지점으로 이동시키기 위한 IRIS 액츄에이터를 채용하고 있다.
상술한 AF 액츄에이터, OIS 액츄에이터, 및 IRIS 액츄에이터는 홀 소자를 통해 피검출 대상의 현재 위치를 검출할 수 있다. 다만, 홀 소자의 홀 전압은 온도 변화에 따라 변동하므로, 피검출 대상의 정밀한 위치 검출을 위하여는, 온도 변화에 의한 홀 전압의 변동분을 보상할 필요가 있다.
일본 등록특허공보 5715023
본 발명의 과제는 온도 변화에 의한 홀 전압의 변동분을 보상할 수 있는 위치 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위치 검출 장치는 제1 홀 소자 및 제2 홀 소자; 상기 제1 홀 소자로부터 생성되는 제1 홀 전압 및 상기 제2 홀 소자로부터 생성되는 제2 홀 전압을 차동 증폭하는 차동 증폭기; 상기 제1 홀 전압 및 상기 제2 홀 전압을 가산 증폭하는 가산 증폭기; 기준 전압과 상기 차동 증폭기로부터 제공되는 감산 전압을 비교하여, 오차 전압을 생성하는 비교부; 및 상기 오차 전압에 따라, 상기 제1 홀 소자 및 상기 제2 홀 소자로 제공되는 바이어스 전류를 생성하는 전류 변환부; 를 포함하고, 상기 가산 증폭기로부터 제공되는 가산 전압에 따라 피검출부의 위치를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위치 검출 장치는 온도 변화에 의한 홀 전압의 변동분을 보상할 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 액츄에이터의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 검출 장치의 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)로 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 AF 액츄에이터(400) 및 흔들림을 보정하는 OIS 액츄에이터(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 AF 액츄에이터(400)를 포함한다.
AF 액츄에이터(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, AF 액츄에이터는 폐루프 제어를 위하여 위치 검출 소자를 포함할 수 있다. 일 예로, 위치 검출 소자는 AF 홀 소자(430)를 포함할 수 있다. AF 홀 소자(430)에서 검출되는 자속값은 AF 홀 소자(430)와 마주하는 마그네트(410)의 이동에 따라 변화한다. 위치 검출 소자는 마그네트(410)의 광축(Z축) 방향으로의 이동에 따른 AF 홀 소자(430)의 자속값의 변화로부터 렌즈 배럴(210)의 위치를 검출할 수 있다.
OIS 액츄에이터(500)는 이미지 촬영 또는 동영상 촬영시 사용자의 손떨림 등의 요인에 의해 이미지가 번지거나 동영상이 흔들리는 것을 보정하기 위해 사용된다. 예를 들어, OIS 액츄에이터(500)는 사용자의 손떨림 등에 의해 영상 촬영 시 흔들림이 발생할 때, 흔들림에 대응하는 상대변위를 렌즈 배럴(210)에 부여하여, 흔들림을 보상한다. 일 예로, OIS 액츄에이터(500)는 렌즈 배럴(210)을 광축(Z축)에 수직한 방향으로 이동시켜 흔들림을 보정한다.
OIS 액츄에이터(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)은 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)은 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, OIS 액츄에이터(500)는 폐루프 제어를 위한 위치 검출 소자를 포함할 수 있다. 위치 검출 소자는 OIS 홀 소자(510c, 520c)을 포함할 수 있다. OIS 홀 소자(510c, 520c)은 기판(600)에 배치되어, 하우징(120)에 장착된다. OIS 홀 소자(510c, 520c)는 복수의 마그네트(510a, 520a)와 광축(Z축)에 수직한 방향에서 서로 마주볼 수 있다. 일 예로, 제1 OIS 홀 소자(510c)는 기판(600)의 제2 면에 배치되고, 제2 OIS 홀 소자(520c)는 기판(600)의 제3 면에 배치될 수 있다.
OIS 홀 소자(510c, 520c)의 자속값은 OIS 홀 소자(510c, 520c)와 마주하는 마그네트(510a, 520a)의 이동에 따라 변화한다. 위치 검출 소자는 마그네트(510a, 520a)의 광축과 수직한 두 개의 방향(X축 방향, Y축 방향)으로의 이동에 따른 OIS 홀 소자(510c, 520c)의 자속값의 변화로부터 렌즈 배럴(210)의 위치를 검출할 수 있다.
한편, 카메라 모듈(100)은 OIS 액츄에이터(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.
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 OIS 액츄에이터(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 OIS 액츄에이터(500)가 복수의 요크(510d, 520d)를 향하는 방향으로 가압되므로, OIS 액츄에이터(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 소자(840) 및 기판(850)을 포함할 수 있다. 마그네트(820), 코일(830), 홀 소자(840)는 조리개 모듈(800)의 IRIS 액츄에이터를 구성할 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 소자(840)는 기판(600)의 제4 면에서 마그네트(820)와 마주하도록 고정 배치된다. 홀 소자(840)는 코일(830)을 사이에 두고, 배치되는 제1 홀 소자(841) 및 제2 홀 소자(842)를 포함할 수 있다. 홀 소자(840)의 자속값은 마그네트(820)의 이동에 따라 변화한다. 홀 소자(840)의 자속값으로부터 마그네트(820)의 위치를 검출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈에 채용되는 액츄에이터의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액츄에이터(1000)는 구동부(1100), 코일(1200), 마그네트(1300) 및 위치 검출 장치(1400)를 포함할 수 있다. 도 3의 실시예에 따른 액츄에이터(1000)는 도 1 및 도 2의 AF 액츄에이터, OIS 액츄에이터, IRIS 액츄에이터 중 하나에 대응될 수 있다.
구동부(1100)는 외부로부터 인가되는 입력 신호(Sin)와 위치 검출 장치(1400)로부터 생성되는 피드백 신호(Sf)에 따라 구동 신호(Sdr)를 생성하고, 생성된 구동 신호(Sdr)를 코일(1200)에 제공할 수 있다. 일 예로, 입력 신호(Sin)는 카메라 모듈을 채용하는 전자 기기 내부에 배치되어, 전자 기기의 전반적인 동작을 제어하는 호스트로부터 제공될 수 있다. 구동부(1100)로 제공되는 입력 신호(Sin)는 마그네트의 목표 위치에 관한 정보를 포함할 수 있다.
코일(1200)에 구동부(1100)으로부터 제공되는 구동 신호(Sdr)가 인가되는 경우, 코일(1200)과 마그네트(1300) 간의 전자기적 상호작용에 의해, 조리개의 직경이 결정될 수 있다.
위치 검출 장치(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 검출 장치(1400)는 자속값을 검출하는 홀 소자를 포함할 수 있다.
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 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 검출 장치의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 검출 장치(1400)는 비교부(1410), 전류 변환부(1420), 제1 홀 소자(1430a), 제2 홀 소자(1430b), 차동 증폭기(1440a), 및 가산 증폭기(1440b) 를 포함할 수 있다.
비교부(1410)는 기준 전압(Vref)과 감산기(1450a)로부터 제공되는 감산 전압(Vdiff)을 비교하여, 오차 전압(Ve)을 생성할 수 있다. 일 예로, 오차 전압(Ve)은 기준 전압(Vref)로부터 감산 전압(Vdiff)을 차분한 전압에 해당한다. 비교부(1410)로 입력되는 기준 전압(Vref)은 제1 홀 소자(1430a), 및 제2 홀 소자(1430b)의 구동을 위하여 사전에 설정된 전압에 해당한다.
전류 변환부(1420)는 비교부(1410)로부터 제공되는 오차 전압(Ve)에 전압-전류 변환 이득(G)을 적용하여, 바이어스 전류(Ihall=G*(Vref-Vdiff))를 생성하고, 생성된 바이어스 전류(Ihall)를 제1 홀 소자(1430a), 및 제2 홀 소자(1430b)로 제공할 수 있다. 전압-전류 변환 이득(G)은 입력되는 전압 대비 출력되는 전류의 이득에 해당하는 트랜스컨덕턴스에 해당할 수 있다.
제1 홀 소자(1430a)에 바이어스 전류(Ihall)가 인가되면, 제1 홀 소자(1430a)는 제1 홀 전압(Vha)을 생성하고, 제2 홀 소자(1430b)에 바이어스 전류(Ihall)가 인가되면, 제2 홀 소자(1430b)는 제2 홀 전압(Vhb)을 생성한다.
차동 증폭기(1440a)는 제1 홀 전압(Vha)과 제2 홀 전압(Vhb)을 차동 증폭하여, 감산 전압(Vdiff)을 출력한다. 구체적으로, 차동 증폭기(1440a)는 제1 홀 전압(Vha)과 제2 홀 전압(Vhb)의 차에 증폭 이득(A)을 적용하여, 감산 전압(Vdiff=A*(Vha-Vhb))을 출력한다.
가산 증폭기(1440b)는 제1 홀 전압(Vha)과 제2 홀 전압(Vhb)을 가산 증폭하여, 가산 전압(Vsum)을 출력한다. 구체적으로, 가산 증폭기(1440b)는 제1 홀 전압(Vha)과 제2 홀 전압(Vhb)의 합에 증폭 이득(A)을 적용하여, 가산 전압(Vsum=A*(Vha+Vhb))을 출력한다. 일 예로, 차동 증폭기(1440a)의 증폭 이득(A)과 가산 증폭기(1440b)의 증폭 이득은 동일할 수 있다.
본 실시예에 따른 위치 검출 장치(1400)는 가산 증폭기(1440b)로부터 출력되는 가산 전압(Vsum)을 도 3의 피드백 신호(Sf)로 이용할 수 있다. 즉, 위치 검출 장치(1400)는 가산 전압(Vsum)에 따라 피검출부에 해당하는 마그네트의 위치를 산출할 수 있다.
비교부(1410)로 피드백되는 감산 전압(Vdiff)을 고려하면, 바이어스 전류(Ihall)는 하기의 수학식 1에 따라 표현될 수 있다.
Figure pat00001
한편, 제1 홀 전압(Vha)은 제1 홀 소자(1430a)의 자기장 감도(S), 바이어스 전류(Ihall), 및 자기장(M1)의 곱에 따라 표현되고, 제2 홀 전압(Vhb)은 제2 홀 소자(1430b)의 자기장 감도(S), 바이어스 전류(Ihall), 및 자기장(M2)의 곱에 따라 표현되므로, 바이어스 전류(Ihall)는 수학식 2에 따라 표현될 수 있다. 일 예로, 제1 홀 소자(1430a)의 자기장 감도(S) 및 제2 홀 소자(1430b)의 자기장 감도(S)는 동일할 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
또한, 제1 홀 전압(Vha)은 제1 홀 소자(1430a)의 자기장 감도(S), 바이어스 전류(Ihall), 및 자기장(M1)의 곱에 따라 표현되고, 제2 홀 전압(Vhb)은 제2 홀 소자(1430b)의 자기장 감도(S), 바이어스 전류(Ihall), 및 자기장(M2)의 곱에 따라 표현되므로, 가산 전압(Vsum)은 수학식 3에 따라 표현될 수 있다.
Figure pat00004
수학식 3에 수학식 2의 바이어스 전류(Ihall)를 대입하면, 수학식 3은 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00005
수학식 4에서, 1/(G*A*S)의 값은 M1-M2의 값 보다 극히 작을 수 있다(1/(G*A*S)<<M1-M2). 1/(G*A*S)의 값이 M1-M2의 값 보다 극히 작은 경우, 수학식 4는 수학식 5와 같이 표현될 수 있다. 일 예로, 1/(G*A*S)의 값에 대한 M1-M2의 값의 비는 1/100~1/10000에 해당할 수 있다.
Figure pat00006
수학식 5를 참조하면, 가산 전압(Vsum)은 기준 전압(Vref), 및 제1 홀 소자(1430a)의 자기장(M1) 및 제2 홀 소자(1430b)의 자기장(M2)의 합에 대한 제1 홀 소자(1430a)의 자기장(M1) 및 상기 제2 홀 소자(1430b)의 자기장(M2)의 차에 대한 비에 따라 결정될 수 있다.
수학식 4에서, M1-M2는 마그네트와 제1 홀 소자(1430a), 및 제2 홀 소자(1430b)의 위치 관계에 따라 고정되는 값이고, 자기장 감도(S)는 제1 홀 소자(1430a), 및 제2 홀 소자(1430b)의 특성 값으로 고정되는 값에 해당한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 검출 장치(1400)는, 전류 변환부(1420)의 전압-전류 변환 이득(G), 차동 증폭기(1440a) 및 가산 증폭기(1440b)의 증폭 이득(A)을 제1 홀 소자(1430a)의 자기장(M1) 및 제2 홀 소자(1430b)의 자기장(M2)에 따라 결정하여, 1/(G*A*S)의 값은 M1-M2의 값 보다 극히 작게 설정할 수 있다.
일 예로, 위치 검출 장치(1400)는 1/(G*A*S)의 값에 대한 M1-M2의 값의 비가 1/100~1/10000를 만족하기 위하여, M1-M2의 값이 작은 경우, 전압-전류 변환 이득(G)과 증폭 이득(A)의 값을 크게 조정하고, M1-M2의 값이 큰 경우, 전압-전류 변환 이득(G)과 증폭 이득(A)의 값을 조정하여, 수학식 5로 표현되는 가산 전압(Vsum)을 높은 정확도로 산출할 수 있다.
한편, 수학식 5에서, 기준 전압(Vref)은 마그네트와 제1 홀 소자(1430a), 및 제2 홀 소자(1430b)의 위치 관계, 또는 주변 온도에 무관한 파라미터로써, 가산 전압(Vsum)이 일정한 범위를 갖도록 적절히 가변될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가산 전압(Vsum)이 일정한 범위를 갖도록 기준 전압(Vref)이 적절히 가변되어, 가산 전압(Vsum)을 디지털 변환하는 아날로그-디지틸 변환기(ADC)의 입력 범위를 한정할 수 있고, 이로써, 아날로그-디지털 변환기의 제조 비용을 절감할 수 있다.
한편, 수학식 5에서, 제1 홀 소자(1430a)의 자기장(M1) 및 제2 홀 소자(1430b)의 자기장(M2)이 온도 계수 T에 의해 영향을 받는 경우, 가산 전압(Vsum)은 하기의 수학식 6에 따라 표현될 수 있다.
Figure pat00007
수학식 6을 참조하면, 제1 홀 소자(1430a)의 자기장(M1) 및 제2 홀 소자(1430b)의 자기장(M2)이 온도 계수 T에 영향을 받는 경우에도, 온도 계수 T가 소거 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 위치 검출 장치(1400)는 가산 전압(Vsum)을 피드백 신호(Sf)로 제공하여, 온도 변화에 따른 홀 전압의 변동을 제거할 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: AF 액츄에이터
500: OIS 액츄에이터
600: 기판
700: 이미지 센서 모듈
800: 조리개 모듈
810: 조리개
820: 마그네트
830: 코일
840: 홀 소자
850: 기판
1000: 액츄에이터
1100: 구동부
1200: 코일
1300: 마그네트
1400: 위치 검출 장치
1410: 비교부
1420: 전류 변환부
1430a: 제1 홀 소자
1430b: 제2 홀 소자
1440a: 차동 증폭기
1440b: 가산 증폭기

Claims (16)

  1. 제1 홀 소자 및 제2 홀 소자;
    상기 제1 홀 소자로부터 생성되는 제1 홀 전압 및 상기 제2 홀 소자로부터 생성되는 제2 홀 전압을 차동 증폭하는 차동 증폭기;
    상기 제1 홀 전압 및 상기 제2 홀 전압을 가산 증폭하는 가산 증폭기;
    기준 전압과 상기 차동 증폭기로부터 제공되는 감산 전압을 비교하여, 오차 전압을 생성하는 비교부; 및
    상기 오차 전압에 따라, 상기 제1 홀 소자 및 상기 제2 홀 소자로 제공되는 바이어스 전류를 생성하는 전류 변환부; 를 포함하고,
    상기 가산 증폭기로부터 제공되는 가산 전압에 따라 피검출부의 위치를 산출하는 위치 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가산 전압은 하기의 수학식을 만족하는 위치 검출 장치.
    [수학식]
    Figure pat00008

    (Vsum: 가산 전압, Vref: 기준 전압, G: 전류 변환부의 전압-전류 변환 이득, A: 차동 증폭기 및 가산 증폭기의 증폭 이득, S: 제1 홀 소자 및 제2 홀 소자의 자기장 감도, M1: 제1 홀 소자의 자기장, M2: 제2 홀 소자의 자기장)
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전류 변환부의 전압-전류 변환 이득, 상기 차동 증폭기 및 상기 가산 증폭기의 증폭 이득, 상기 제1 홀 소자 및 상기 제2 홀 소자의 자기장 감도, 상기 제1 홀 소자의 자기장, 상기 제2 홀 소자의 자기장은 하기의 수학식을 만족하는 위치 검출 장치.
    [수학식]
    Figure pat00009

  4. 제3항에 있어서,
    상기 전류 변환부의 전압-전류 변환 이득, 상기 차동 증폭기 및 상기 가산 증폭기의 증폭 이득, 상기 제1 홀 소자 및 상기 제2 홀 소자의 자기장 감도, 상기 제1 홀 소자의 자기장, 상기 제2 홀 소자의 자기장은 하기의 수학식을 만족하는 위치 검출 장치.
    [수학식]
    Figure pat00010

  5. 제3항에 있어서,
    상기 가산 전압은 상기 제1 홀 소자의 자기장 및 상기 제2 홀 소자의 자기장의 합에 대한 상기 제1 홀 소자의 자기장 및 상기 제2 홀 소자의 자기장의 차에 대한 비에 따라 결정되는 위치 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 비교부는 상기 감산 전압에서 상기 기준 전압을 차분하는 위치 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 홀 소자 및 상기 제2 홀 소자의 자기장 감도는 동일한 위치 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 차동 증폭기 및 상기 가산 증폭기의 증폭 이득은 동일한 위치 검출 장치.
  9. 제1 홀 소자 및 제2 홀 소자;
    상기 제1 홀 소자로부터 생성되는 제1 홀 전압 및 상기 제2 홀 소자로부터 생성되는 제2 홀 전압에 증폭 이득을 적용하여, 감산 전압을 생성하는 차동 증폭기;
    상기 제1 홀 전압 및 상기 제2 홀 전압에 증폭 이득을 적용하여, 가산 전압을 생성하는 가산 증폭기; 및
    기준 전압 및 상기 감산 전압을 비교하여, 오차 전압을 생성하는 비교부; 및
    상기 오차 전압에 전압-전류 변환 이득을 적용하여, 상기 제1 홀 소자 및 상기 제2 홀 소자로 제공되는 바이어스 전류를 생성하는 전류 변환부; 를 포함하고,
    상기 전류 변환부의 전압-전류 변환 이득, 상기 차동 증폭기 및 상기 가산 증폭기의 증폭 이득은 상기 제1 홀 소자의 자기장 및 상기 제2 홀 소자의 자기장에 따라 결정되는 위치 검출 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가산 전압은 하기의 수학식을 만족하는 위치 검출 장치.
    [수학식]
    Figure pat00011

    (Vsum: 가산 전압, Vref: 기준 전압, G: 전류 변환부의 전압-전류 변환 이득, A: 차동 증폭기 및 가산 증폭기의 증폭 이득, S: 제1 홀 소자 및 제2 홀 소자의 자기장 감도, M1: 제1 홀 소자의 자기장, M2: 제2 홀 소자의 자기장)
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전류 변환부의 전압-전류 변환 이득, 상기 차동 증폭기 및 상기 가산 증폭기의 증폭 이득, 상기 제1 홀 소자 및 상기 제2 홀 소자의 자기장 감도, 상기 제1 홀 소자의 자기장, 상기 제2 홀 소자의 자기장은 하기의 수학식을 만족하는 위치 검출 장치.
    [수학식]
    Figure pat00012

  12. 제11항에 있어서,
    상기 전류 변환부의 전압-전류 변환 이득, 상기 차동 증폭기 및 상기 가산 증폭기의 증폭 이득, 상기 제1 홀 소자 및 상기 제2 홀 소자의 자기장 감도, 상기 제1 홀 소자의 자기장, 상기 제2 홀 소자의 자기장은 하기의 수학식을 만족하는 위치 검출 장치.
    [수학식]
    Figure pat00013

  13. 제11항에 있어서,
    상기 가산 전압은 상기 제1 홀 소자의 자기장 및 상기 제2 홀 소자의 자기장의 합에 대한 상기 제1 홀 소자의 자기장 및 상기 제2 홀 소자의 자기장의 차에 대한 비에 따라 결정되는 위치 검출 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 비교부는 상기 감산 전압에서 상기 기준 전압을 차분하는 위치 검출 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제1 홀 소자 및 상기 제2 홀 소자의 자기장 감도는 동일한 위치 검출 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 차동 증폭기 및 상기 가산 증폭기의 증폭 이득은 동일한 위치 검출 장치.
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