KR20220052633A - 렌즈구동장치 - Google Patents

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KR20220052633A
KR20220052633A KR1020200136804A KR20200136804A KR20220052633A KR 20220052633 A KR20220052633 A KR 20220052633A KR 1020200136804 A KR1020200136804 A KR 1020200136804A KR 20200136804 A KR20200136804 A KR 20200136804A KR 20220052633 A KR20220052633 A KR 20220052633A
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장영배
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 구동 장치는 렌즈 배럴 및 상기 렌즈 배럴에 배치되고, 제1극, 공극, 및 제2극을 포함하는 마그네트를 포함하고, 상기 마그네트는 상기 마그네트의 이동 스트로크 길이에 따라 공극의 길이가 설정된다.

Description

렌즈구동장치{lens driving apparatus}
본 발명은 렌즈구동장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 공극을 포함하는 마그네트로 구동하는 렌즈 구동 장치 및 카메라 모듈에 관한 발명이다.
카메라 모듈은 배율 및 초점을 맞추기 위한 자동 초점(Auto Focusing) 또는 줌(Zoom) 기능을 수행하는 렌즈 구동 장치 또는 손떨림 보정(OIS)을 위한 애츄에이터를 포함한다. 렌즈 구동 장치의 구동을 위하여, 렌즈의 위치를 알 수 있도록 렌즈배럴에 배치된 마그네트의 위치를 홀 센서 등을 이용하여 검출하고, 검출된 마그네트의 위치에 따라 구동 코일에 제어신호를 인가하여 렌즈 구동 장치를 동작시킨다.
카메라 모듈의 고성능 줌 기능 및 높은 정확도의 니즈가 높아지면서, 요구되는 스트로크(stroke) 길이가 길어지고 있고, 스트로크 길이를 길게 구현하면서 정확성을 높일 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 공극을 포함하는 마그네트로 구동하는 렌즈 구동 장치 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 구동 장치는 렌즈 배럴; 및 상기 렌즈 배럴에 배치되고, 제1극, 공극, 및 제2극을 포함하는 마그네트를 포함하고, 상기 마그네트는 상기 마그네트의 이동 스트로크 길이에 따라 공극의 길이가 설정된다.
또한, 상기 공극의 길이는, 상기 마그네트의 이동방향으로, 상기 이동 스트로크 길이의 1/2로 설정될 수 있다.
또한, 상기 공극의 길이는, 상기 마그네트의 이동방향으로, 상기 이동 스트로크 길이의 1/2의 공차 범위 내로 설정될 수 있다.
또한, 상기 공차 범위는 10 % 일 수 있다.
또한, 상기 공극의 길이는, 상기 마그네트의 이동방향으로, 상기 이동 스트로크 길이의 1/4 내지 3/4 로 설정될 수 있다.
또한, 상기 마그네트의 위치를 측정하는 위치측정부를 포함하고, 상기 마그네트는, 상기 렌즈 배럴을 구동시키는 구동 마그네트 및 상기 위치측정부의 측정에 따라 렌즈 배럴의 위치를 측정하는 센싱 마그네트 기능을 수행할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈은 위치가 고정되는 적어도 하나의 렌즈군 및 이동 가능한 적어도 하나의 렌즈군을 포함하는 복수의 렌즈군; 상기 복수의 렌즈군이 배치되는 렌즈 배럴; 상기 렌즈 배럴에 배치되고, 제1극, 공극, 및 제2극을 포함하는 마그네트; 및 상기 마그네트의 위치를 측정하는 위치측정부를 포함하고, 상기 마그네트는 상기 마그네트의 이동 스트로크 길이에 따라 공극의 길이가 설정될 수 있다.
또한, 상기 공극의 길이는, 상기 마그네트의 이동방향으로, 상기 이동 스트로크 길이의 1/2의 공차 범위 내로 설정될 수 있다.
또한, 상기 공차 범위는 10 % 일 수 있다.
또한, 상기 복수의 렌즈군 중 두 개의 렌즈군 사이의 거리에 따라 연속 배율 조정될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 공극이 형성되는 마그네트를 이용함으로써 선형성, 히스테리시스, 및 레졸루션을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 구동장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트를 도시한 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 모듈의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 구현예를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 구동 장치의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 구동 장치(100)는 렌즈 배럴(120), 및 렌즈 배럴(120)에 배치되는 마그네트(110)로 구성되고, 위치 측정부(130), 제어부(150), 코일(160), 및 제어 알고리즘 또는 캘리브레이션(Calibration) 정보를 저장하는 메모리(미도시)를 포함할 수 있다.
마그네트(110)는 렌즈배럴(미도시)에 배치되는 자성체일 수 있다. 마그네트(110)는 렌즈배럴과 함께 이동할 수 있고, 마그네트(110)의 위치를 검출함으로써 렌즈배럴의 위치를 알 수 있다. 마그네트(110)가 구동시 이동하는 거리를 이동 스트로크(stroke)라 한다. 렌즈배럴에는 하나 이상의 렌즈가 결합될 수 있고, 복수의 렌즈로 구성되는 1군 렌즈가 결합될 수 있으며, 복수의 렌즈군을 포함할 수 있다. 구동하거나 위치를 검출하고자 하는 렌즈 또는 렌즈군마다 하나 이상의 마그네트(110)가 배치될 수 있다. 복수의 방향으로의 렌즈를 구동하거나 위치를 검출하기 위하여, 복수의 마그네트(110)가 배치될 수도 있다. 마그네트(110)는 렌즈의 위치를 제어하고자 이동시키는 거리에 따라 이동 스트로크가 설정될 수 있다. 마그네트(110)는 렌즈를 구동하는 목적에 따라, 줌, 자동초점(AF), 손떨림방지(OIS) 기능을 수행할 수 있다.
렌즈 구동 장치의 마그네트는 렌즈 또는 렌즈배럴의 위치를 이동시키기 위해 구동하는 구동 마그네트와 렌즈 또는 렌즈배럴의 위치를 측정하기 위하여 홀 센서 등의 위치측정부(130)가 위치를 측정하는 센싱 마그네트로 구분될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 마그네트(110)는 구동 마그네트 및 센싱 마그네트 기능을 동시에 수행할 수 있다. 즉, 하나의 마그네트(110)로 구동 마그네트 및 센싱 마그네트를 구현할 수 있다. 이를 통해, 마그네트의 수를 줄일 수 있고, 제품의 소형화가 가능하다. 위치 측정부(130)는 홀(hall) 센서일 수 있다. 홀 센서는 자성의 변화를 감지하여 위치를 검출하는 센서로, 마그네트(110)의 위치 이동에 따라 발생하는 자성의 변화를 이용하여 마그네트(110)의 위치를 검출할 수 있다.
마그네트(110)는 제1극(111), 공극(112), 및 제2극(113)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1극(111) 및 제2극(113) 중 하나는 N 극, 다른 하나는 S 극일 수 있다. 공극(112)은 Neutral Zone(N.Z)로 극성을 가지지 않는 영역일 수 있다. 마그네트(110)는 자성체에 극성을 갖도록 자화시키는 착자(Magnetization)을 통해 형성된다. 이때, 착자 지그(Zig)를 이용하여 착자를 수행함에 있어서, N극과 S극 사이에 극성을 띄지 않는 공극을 형성함으로써 마그네트(110)를 형성할 수 있다.
마그네트(110)는 공극(112)을 형성함에 있어서, 마그네트(110)의 이동 스트로크 길이에 따라 공극의 길이가 설정된다. 도 2와 같이, 제1극(111)과 제2극(113) 사이에 공극(112)을 형성하되, 공극(112)의 길이는 마그네트(110)의 이동 스트로크의 길이에 따라 설정될 수 있다. 도 3은 마그네트의 실제 구현예로 제1극(111) 및 제2극(113) 사이에 길이방향으로 소정의 길이를 가지는 공극(112)을 확인할 수 있다.
마그네트(110)의 이동 스트로크를 롱 스트로크로 형성되는 경우, 마그네트(110)의 플럭스(flux)의 특성상 선형성이 나빠질 수 있다. 선형성 뿐만 아니라, 히스테리시스, 레졸루션(resolution)에도 영향을 미치게 된다. 마그네트 플럭스는 도 4와 같을 수 있다. 여기서, 해당 그래프는 마그네트(110)의 위치를 측정하는 위치측정부에서 측정되는 신호의 그래프일 수 있다. 도 4와 같이, 마그네트(110)의 이동 위치에 따라 모든 위치에서 선형성을 가지지 않고, 소정의 구간(410) 동안 선형성을 가지다 해당 구간을 벗어나면 비선형 구간이 존재한다. 비선형 구간에서 3차함수 형태를 가질 수 있다. 비선형(non-linear) 구간에서의 신호를 이용하는 경우, 제어 성능이 저하된다. 따라서, 도 4의 그래프 중 선형성을 가지는 구간(410)을 이용하여 마그네트(110)의 위치를 측정하기 위해서, 해당 구간을 길게 형성할 필요가 있다. 이를 위하여, 마그네트(110)에 소정의 길이를 가지는 공극(112)을 형성할 수 있다. 공극(112)의 길이가 길수록 선형성이 높아질 수 있으나, 지나치게 길면, 마그네트(110)의 자속의 크기가 작아질 수 있고, 그로 인해, 구동력이 떨어질 수 있다. 즉, 마그네트(110)의 롱 스트로크 구현을 위하여, 공극(112)를 형성함과 동시에, 이동 스트로크의 길이에 따라 최적의 공극(112)의 길이를 형성하는 것이 중요하다.
공극(112)의 길이는 마그네트(110)의 이동 스트로크의 길이에 비례하여 설정될 수 있다. 이동 스트로크가 길수록 공극(112)의 길이도 길게 설정할 수 있다.
이때, 공극(112)의 길이는 마그네트(110)의 이동방향으로, 마그네트(110)의 이동방향으로, 상기 이동 스트로크 길이의 1/4 내지 3/4 로 설정될 수 있다. 예를 들어, 이동 스트로크의 길이가 3mm 인 경우, 공극(112)의 길이는 0.75 내지 2.25 mm 범위 내에서 설정될 수 있다.
이상적으로, 공극(112)의 길이는 상기 이동 스트로크 길이의 1/2로 설정될 수 있다. 예를 들어, 예를 들어, 이동 스트로크의 길이가 3mm 인 경우, 공극(112)의 길이는 1.5 mm로 설정될 수 있다.
이때, 렌즈 구동 장치의 제작과정에서 공차가 발생할 수 있는바, 공차를 고려하여 공극(112)의 길이를 설정할 수 있다. 즉, 공극(112)의 길이는 마그네트(110)의 이동방향으로, 상기 이동 스트로크 길이의 1/2의 공차 범위 내로 설정될 수 있다. 여기서, 공차를 고려시 마그네트 제작 공차 및 마그네트(110)의 위치를 측정하는 위치측정부의 인쇄회로기판(PCB) 실장(SMT) 제작 공차를 고려할 수 있다. 예를 들어, 공차 범위는 10 % 일 수 있다. 공차를 고려하는 경우, 공극(112)의 길이 L_2는 다음과 같이 설정될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, L_1은 마그네트(110)의 이동 스트로크 길이이고, E는 공차 범위로 10 %일 수 있다. 공차 범위를 10%로 적용하는 경우, 공극(112)의 길이는 이동 스트로크 길이의 0.45 내지 0.55 배로 설정될 수 있다. 예를 들어, 이동 스트로크의 길이가 3mm 인 경우, 공극(112)의 길이는 1.35 내지 1.65 mm 범위 내로 설정될 수 있다. 공차 범위는 사용자에 의해 설정되거나, 마그네트의 공차 내지 홀 센서 등의 공차를 고려하여 다르게 설정될 수 있음은 당연하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 블록도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 딸느 카메라 모듈의 블록도이다. 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 각 구성에 대한 상세한 설명은 각 구성과 대응되는 도 1 내지 도 4의 렌즈 구동 장치의 각 구성에 대한 상세한 설명에 대응되는바, 이하 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈은 위치가 고정되는 적어도 하나의 렌즈군 및 이동 가능한 적어도 하나의 렌즈군을 포함하는 복수의 렌즈군(140), 복수의 렌즈군(140)이 배치되는 렌즈 배럴(120), 렌즈 배럴(120)에 배치되고, 제1극(111), 공극(112), 및 제2극(113)을 포함하는 마그네트(110) 및 마그네트(110)의 위치를 측정하는 위치측정부(130)를 포함한다. 여기서, 마그네트(110)는 마그네트(110)의 이동 스트로크 길이에 따라 공극(112)의 길이가 설정될 수 있다.
복수의 렌즈군(140)은 위치가 고정되는 적어도 하나의 렌즈군인 제1 렌즈군 및 이동 가능한 적어도 하나의 렌즈군인 제2 렌즈군을 포함할 수 있다. 이외에 이동 가능한 렌즈군이 제3 렌즈군(미도시) 내지 제n 렌즈군, OIS 렌즈, 직각 프리즘, 이물 방지용 필터, IR(Infrared) 필터 등을 더 포함할 수 있다. 이때, 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군은 순차적으로 배열될 수 있다. OIS 렌즈 또는 직각 프리즘은 제1 렌즈군의 전단에 배치될 수 있다. 각 렌즈군은 복수 매의 렌즈를 포함할 수 있다. 복수의 렌즈군(140) 중 두 개의 렌즈군 사이의 거리에 따라 연속 배율 조정이 가능할 수 있다. 예를 들어, 제2 렌즈군의 이동에 따라 배율이 연속적으로 조정되고, 제3 렌즈군의 이동에 따라 초점이 조정될 수 있다. 이때, 제3 렌즈군의 이동량은 제2 렌즈군의 이동량보다 클 수 있다. 여기서, 배율이 연속적으로 증가하거나 감소한다는 것의 의미는 배율이 디지털적으로 단속적으로 증가하거나 감소하는 것이 아닌 선형적으로 증가하거나 감소하는 것을 의미할 수 있다. 복수의 렌즈군을 이용하여 연속 배율 조정이 가능하고, 고배율에서도 높은 레졸루션(해상력)을 유지할 수 있으며, 컴팩트한 줌 렌즈를 구현할 수 있다.
마그네트(110)는 제1극(111), 공극(112) 및 제2극(113)으로 구성되고, 공극(112)의 길이는 마그네트(110)의 이동 스트로크 길이에 비례하여 설정될 수 있다. 이때, 공극(112)의 길이는 마그네트(110)의 이동방향으로, 상기 이동 스트로크 길이의 1/2의 공차 범위 내로 설정될 수 있고, 상기 공차 범위는 10 % 일 수 있다.
위치측정부(130)는 마그네트(110)와 대향하도록 배치되며, 마그네트(110)의 이동에 따른 자성의 변화를 감지하여 마그네트(110)의 위치를 측정한다. 위치측정부(130)는 도 6과 같이, 제1 위치 측정부(131) 및 제2 위치 측정부(132)를 포함할 수 있고, 제어부(150)가 위치 측정부(131,132)와 각각 연결되어 신호를 입력받아 마그네트(110)의 위치를 검출할 수 있다. 제어부(150)는 드라이버(driver) IC 일 수 있다. 제어부(150)는 메모리 상에 저장된 렌즈 구동 장치 구동을 위한 제어 알고리즘을 처리하는 적어도 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 여기서, 제어 알고리즘은 위치 측정부인 홀센서 또는 자이로 센서를 이용하여 위치 및 자세차를 검출하고, 이에 기초하여 액추에이터를 구동하기 위한 알고리즘으로, 제어부(150)는 해당 알고리즘을 이용하여 줌(Zoom), 자동 초점(AF), 또는 손떨리방지(OIS) 기능을 수행하도록 코일(140)을 구동할 수 있다. 코일(140)에 제어신호를 인가하여 구동시, 코일(140)과 마그네트(110) 간의 자성에 의해 마그네트(110)의 위치를 조정할 수 있다. 이를 통해, 줌, 자동초점, 손떨림방지 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 도 7과 같이 구현될 수 있다. 복수의 렌즈군이 형성되는 렌즈 배럴(120), 배치되어 구동 마그네트 및 센싱 마그네트의 기능을 동시에 수행하는 마그네트(110), 및 마그네트(110)와 대향하여 마그네트(110)의 위치를 측정하는 위치측정부(130)가 형성될 수 있다. 마그네트(110)는 제1극, 공극, 제2극이 형성되고, 공극의 길이는 마그네트(110)의 이동 스트로크의 길이에 따라 설정됨으로써 롱 스트로크를 구현할 수 있다.
본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 마그네트
111: 제1극
112: 공극
113: 제2극
120: 렌즈 배럴
130: 위치측정부
140: 복수의 렌즈군
150: 제어부
160: 코일

Claims (10)

  1. 렌즈 배럴; 및
    상기 렌즈 배럴에 배치되고, 제1극, 공극, 및 제2극을 포함하는 마그네트를 포함하고,
    상기 마그네트는 상기 마그네트의 이동 스트로크 길이에 따라 공극의 길이가 설정되는 렌즈 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공극의 길이는,
    상기 마그네트의 이동방향으로, 상기 이동 스트로크 길이의 1/2로 설정되는 렌즈 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공극의 길이는,
    상기 마그네트의 이동방향으로, 상기 이동 스트로크 길이의 1/2의 공차 범위 내로 설정되는 렌즈 구동 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공차 범위는 10 % 인 렌즈 구동 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공극의 길이는,
    상기 마그네트의 이동방향으로, 상기 이동 스트로크 길이의 1/4 내지 3/4 로 설정되는 렌즈 구동 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마그네트의 위치를 측정하는 위치측정부를 포함하고,
    상기 마그네트는,
    상기 렌즈 배럴을 구동시키는 구동 마그네트 및 상기 위치측정부의 측정에 따라 렌즈 배럴의 위치를 측정하는 센싱 마그네트 기능을 수행하는 렌즈 구동 장치.
  7. 위치가 고정되는 적어도 하나의 렌즈군 및 이동 가능한 적어도 하나의 렌즈군을 포함하는 복수의 렌즈군;
    상기 복수의 렌즈군이 배치되는 렌즈 배럴;
    상기 렌즈 배럴에 배치되고, 제1극, 공극, 및 제2극을 포함하는 마그네트; 및
    상기 마그네트의 위치를 측정하는 위치측정부를 포함하고,
    상기 마그네트는 상기 마그네트의 이동 스트로크 길이에 따라 공극의 길이가 설정되는 카메라 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공극의 길이는,
    상기 마그네트의 이동방향으로, 상기 이동 스트로크 길이의 1/2의 공차 범위 내로 설정되는 카메라 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 공차 범위는 10 % 인 카메라 모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈군 중 두 개의 렌즈군 사이의 거리에 따라 연속 배율 조정되는 카메라 모듈.
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