KR20230070710A - 센서 시프트 모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈 - Google Patents

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Abstract

일 실시 예에 따른 센서 시프팅 모듈은, 고정체; 상기 고정체 내부에 이동가능하게 배치되고, 제1 방향을 향하는 촬상면을 가지는 이미지 센서를 포함하는 제1 이동체; 및 상기 제1 이동체를 상기 고정체에 대해 상기 제1 방향과 수직인 방향으로 움직이게 하는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 고정체 및 상기 제1 이동체 중 하나에 결합된 구동코일과, 상기 고정체 및 상기 제1 이동체 중 다른 하나에 결합되는 구동요크를 포함하고, 상기 구동요크는 상기 제1 방향과 수직인 방향으로 상기 구동코일과 대향하고, 상기 구동코일에 전류가 인가될 때, 상기 구동코일과 상기 구동요크 사이에 생기는 전자기적 상호작용에 의해 상기 제1 이동체가 상기 제1 방향과 수직인 방향으로 움직일 수 있다.

Description

센서 시프트 모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈{sensor shifting module and camera module having the same}
본발명은 이미지 센서를 구동하여 광학적 이미지 안정화를 구현하는 방법에 관한 기술이다.
통신기술의 발전에 따라 스마트폰과 같은 모바일 장치가 널리 보급되고 있고, 이에 따라 모바일 장치에 들어가는 카메라의 기능에 대한 요구도 점차 높아지고 있다. 예를 들어, 모바일 장치에 들어가는 카메라는 작은 크기에도 불구하고 종래 DSLR 카메라에서 구현되던 고급 촬영기능들(예: 자동초점 기능, 흔들림 방지 기능 등)을 제공하도록 만들어진다.
광학적 영상 흔들림 방지 기능, 즉 손 떨림 보정 기능은 노출시간 동안 카메라가 흔들렸을 때 발생하는 화상의 흐려짐을 방지하는 기능으로 흔들림이 심하고 노출시간이 길어지는 저조도 환경에서의 촬영 때 필요하다. 손 떨림 보정은 크게 디지털 손 떨림 보정(Digital IS: DIS), 전자식 손 떨림 보정(Electronic IS: EIS), 광학식 손 떨림 보정(Optical IS: OIS)으로 나뉘는데, 이 중 OIS(Optical IS)는 렌즈나 이미지 센서를 광축에 수직한 방향으로 움직여 광로를 수정함으로써 흔들림에 의한 화상저하를 원천적으로 차단한다. 기계적 구동장치가 필요하기 때문에 장치구현이 복잡하며 가격이 비싼 대신에 가장 좋은 보정성능을 보여준다.
렌즈배럴은 내부에 광학계를 포함하기 때문에 이를 구동하는 데 비교적 많은 힘이 필요하다. 이미지 센서는 비교적 가볍기 때문에 적은 힘으로도 우수한 흔들림 방지 기능을 구현하는데 유리하다. 그런데, 이미지 센서를 구동하는 액추에이터가 영구자석을 포함하는 경우, 영구자석으로 인한 자기장이 주변의 전자부품에 영향을 미치게 된다. 특히 모바일 장치가 서로 인접하게 배치된 여러 개의 카메라들을 포함하는 경우, 한 카메라 내부의 영구자석이 이웃하는 카메라의 구동에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 이는 나아가 카메라들이 서로 가까이 배치되지 못하게 하거나, 카메라 내부의 전자부품의 배치를 어렵게 할 수 있다.
본발명은, 카메라가 적은 전력으로도 효과적인 광학적 이미지 안정화 기능을 제공할 수 있게 하는 것에 그 목적이 있다. 또는 본발명은 이미지 센서를 구동하는 액추에이터의 자기장이 카메라 외부에 배치된 전자부품에 미치는 영향을 없애거나 최소화하는데 그 목적이 있다.
일 실시 예에 따른 센서 시프팅 모듈은, 고정체; 상기 고정체 내부에 이동가능하게 배치되고, 제1 방향을 향하는 촬상면을 가지는 이미지 센서를 포함하는 제1 이동체; 및 상기 제1 이동체를 상기 고정체에 대해 상기 제1 방향과 수직인 방향으로 움직이게 하는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 고정체 및 상기 제1 이동체 중 하나에 결합된 구동코일과, 상기 고정체 및 상기 제1 이동체 중 다른 하나에 결합되는 구동요크를 포함하고, 상기 구동요크는 상기 제1 방향과 수직인 방향으로 상기 구동코일과 대향하고, 상기 구동코일에 전류가 인가될 때, 상기 구동코일과 상기 구동요크 사이에 생기는 전자기적 상호작용에 의해 상기 제1 이동체가 상기 제1 방향과 수직인 방향으로 움직일 수 있다.
일 실시 예에 따른 카메라 모듈은, 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 렌즈모듈; 및 센서 시프팅 모듈;을 포함하고, 상기 센서 시프팅 모듈은: 고정체; 상기 고정체 내부에 이동가능하게 배치되고, 제1 방향을 향하는 이미지 센서를 포함하는 제1 이동체; 및 상기 제1 이동체를 상기 고정체에 대해 상기 제1 방향과 수직인 방향으로 움직이게 하는 구동부;를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 고정체 및 상기 제1 이동체 중 하나에 결합된 구동코일과, 상기 고정체 및 상기 제1 이동체 중 다른 하나에 결합되는 구동요크를 포함하고, 상기 구동요크는 상기 제1 방향과 수직인 방향으로 상기 구동코일과 대향하고, 상기 구동요크와 상기 구동코일 사이의 공간은 에어갭일 수 있다.
본문서의 일 실시 예에 따르면 카메라는 적은 전력으로도 효과적인 광학적 이미지 안정화 기능을 제공할 수 있다. 또는 본문서의 일 실시 예에 따르면 이미지 센서를 구동하는 액추에이터의 자기장이 카메라 외부에 배치된 전자부품에 미치는 영향을 없애거나 최소화할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 카메라 모듈을 구성하는 구성요소들을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 센서 시프팅 모듈을 도시한 것이다.
도 3은 일 실시 예에서 풀링수단 및 위치센서를 도시한 것이다.
도 4a 내지 도 4c는 일 실시 예에서 OIS 구동부의 상면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4a의 OIS 구동부로 인한 제1 이동체의 운동을 도시한 것이다.
도 6은 일 실시 예에서 단위구동부들이 이미지 센서의 구동방향의 대각방향에 배치된 것을 도시한 것이다.
도 7a 내지 도 7d는 도 6의 OIS 구동부로 인한 제1 이동체의 운동을 도시한 것이다.
도 8은 일 실시 예에서 제1 이동체에 복원력을 제공하는 탄성부재를 도시한 것이다.
본 문서에서 사용되는 용어는 본 발명의 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 일반적인 용어들을 선택하였다. 하지만, 이러한 용어들은 당 분야에 종사하는 기술자의 의도나 법률적 또는 기술적 해석 및 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 일부 용어는 출원인이 임의로 선정한 용어일 수 있다. 이러한 용어에 대해서는 본 문서에서 정의된 의미로 해석될 수 있으며, 구체적인 용어 정의가 없으면 본 문서의 전반적인 내용 및 당해 기술 분야의 통상적인 기술 상식을 토대로 해석될 수도 있다.
또한, 본 문서에 첨부된 각 도면에 기재된 동일한 참조 번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 설명 및 이해의 편의를 위해서 서로 다른 실시 예들에서도 동일한 참조번호 또는 부호를 사용하여 설명하도록 한다. 즉, 복수의 도면에서 동일한 참조 번호를 가지는 구성 요소를 모두 도시하고 있다고 하더라도, 복수의 도면들이 하나의 실시 예를 의미하는 것은 아니다.
또한, 본 문서에서는 구성요소들 간의 구별을 위하여 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 사용될 수 있다. 이러한 서수는 동일 또는 유사한 구성 요소들을 서로 구별하기 위하여 사용하는 것이며, 이러한 서수 사용으로 인하여 용어의 의미가 한정 해석되어서는 안될 것이다. 일 예로, 이러한 서수와 결합된 구성 요소는 그 숫자에 의해 사용 순서나 배치 순서 등이 제한 해석되어서는 안된다. 필요에 따라서는, 각 서수들은 서로 교체되어 사용될 수도 있다. 예를 들어, 본 문서에서 제1 부재로 설명된 구성요소는 제2 부재라는 용어로 지칭되고. 제2 부재로 설명된 구성요소는 제1 부재로 지칭될 수 있다.
본 문서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다름을 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 즉, 본 문서에서 어떤 구성요소가 단수로 표현되더라도, 다른 설명이 없는 한, 해당 구성요서가 복수개로 마련되는 것을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 예를 들어, 어떤 실시 예에서 제1 부재가 프레임 상에 배치된다고 상정할 때, 다른 설명이 없는 한, 해당 실시 예가 프레임 상에 1개의 제1 부재만 배치된 것으로 한정되지는 않고, 2개 이상의 제1 부재들이 프레임에 배치되는 것도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 문서에서, "포함하다" 또는 "구성하다" 등의 용어는 본 문서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 문서에서, X 방향, Y 방향, 및 Z 방향은 각각 도면에 도시된 X축과 나란한 방향, Y축과 나란한 방향, 및 Z축과 나란한 방향을 의미한다. 또, 다른 설명이 없는 한, X 방향이라고 하면 +X축 방향 및 -X축 방향을 모두 포함하는 개념이며, 이는 Y 방향이나 Z 방향에도 마찬가지로 적용된다.
본 문서에서 두개의 방향들(또는 축들)이 서로 평행하다거나 서로 수직하다는 것은, 두개 방향들(또는 축들)이 대체로 평행하거나 대체로 나란한 경우도 포함한다. 예를 들어, 제1 축과 제2 축이 상호 수직하다는 것은 제1 축과 제2 축이 90도 또는 90도에 가까운 각도를 이루는 것을 의미한다.
본 문서에서 "일 실시 예에서"로 시작하는 단락들이 반드시 같은 실시 예들을 의미하는 것은 아니다. 특정 특징들, 구조들, 또는 특성들은 본 개시와 일치하는 어떠한 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
본 문서에서 "~하도록 구성된다(configured to)"라는 것은 어떤 컴포넌트가 어떤 기능이 구현되는데 필요한 구조를 포함하는 것을 의미한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니한다. 예를 들어, 본 발명의 사상을 이해하는 통상의 기술자는 구성요소의 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여 본 발명의 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
1. 카메라 모듈
도 1은 일 실시 예에 따른 카메라 모듈(1)을 구성하는 구성요소들을 개략적으로 도시한 것이다.
일 실시 예에서 카메라 모듈(1)은 적어도 하나의 렌즈(21) 및 적어도 하나의 렌즈(21)를 수용하는 렌즈배럴(22)을 포함하는 렌즈모듈(20), 및 이미지 센서(11)를 포함한다. 광(L)은 렌즈모듈(20)을 통과하여 이미지 센서(11)의 촬상면에 닿는다. 카메라 모듈(1)은 초점거리를 조절하기 위해 렌즈모듈(20)을 광축 방향으로 움직이게 하는 AF 구동부(23)를 포함할 수 있다. AF 구동부(23)는 예를 들어, 서로 대향하는 코일 및 마그네트를 포함할 수 있다. 코일이 렌즈모듈(20)에 고정적으로 결합되고, 마그네트가 하우징과 같은 고정체에 결합되고, 코일과 마그네트의 전자기적 상호작용이 렌즈모듈(20)을 광축 방향으로 움직이게 할 수 있다.
일 실시 예에서 카메라 모듈(1)은 광학적 이미지 안정화(optical image stabilization)(이하, 'OIS') 기능을 제공할 수 있다. 카메라 모듈(1)은 이미지 센서(11)를 구동하여 OIS 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1)은 이미지 센서(11)를 광축에 수직인 방향으로 움직이게 하거나, 광축과 나란한 축을 기준으로 회전시키거나 광축과 수직인 축을 기준으로 회전시키는 OIS 구동부(12)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 카메라 모듈(1)은 센서시프팅 모듈(10)을 포함할 수 있다. 센서시프팅 모듈(10)은 이미지 센서(11)를 구동하여 OIS 기능을 구현하는데 필요한 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서시프팅 모듈(10)은 이미지 센서(11) 및 이미지 센서(11)를 구동하는 OIS 구동부(12)를 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 센서시프팅 모듈(10)은 이미지 센서(11)를 제외한 OIS 구동부(12)만 의미할 수 있다.
일 실시 예에서 카메라 모듈(1)은 렌즈모듈(20), 이미지 센서(11) 이외에 광학요소를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 카메라 모듈(1)은 2개 이상의 렌즈모듈들을 포함할 있다. 예를 들어, 제1 광학요소(30) 및/또는 제2 광학요소(40)는 렌즈모듈(20)과 구분되는 렌즈모듈일 수 있다.
일 실시 예에서 카메라 모듈(1)은 렌즈모듈(20) 전방에 배치된 광로변환요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 광학요소(30)는 프리즘이나 미러(mirror)일 수 있다. 또 다른 실시 예에서 광로변환요소는 이미지 센서(11)와 렌즈모듈(20) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 광학요소(40)는 프리즘이나 미러일 수 있다.
이하 도 2 내지 도 8에서 설명되는 센서 시프팅 모듈(100) 또는 OIS 구동부(120)는 도 1의 카메라 모듈(1)에 적용될 수 있다.
2. 센서시프트
2.1. 구조
도 2는 일 실시 예에 따른 센서 시프팅 모듈(100)을 도시한 것이다. 센서 시프팅 모듈(100)은 이미지 센서(111)를 구동시키는 OIS 구동부(120)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 OIS 구동부(120)는 이미지 센서(111)를 포함하는 제1 이동체(110) 및 고정체(130)를 포함한다. 제1 이동체(110)는 고정체(130) 내부에서 이동가능하게 배치될 수 있다. 제1 이동체(110)는 이미지 센서(111)와 함께 움직이는 구성요소이다. 예를 들어, 제1 이동체(110)는 이미지 센서(111)가 실장된(mounted) 센서기판(112) 및 센서기판(112)에 결합된 센서홀더(113)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(111)의 신호는 센서기판(112) 및 커넥터(150)를 통해 다른 전자부품(예: 이미지 시그널 프로세서(ISP))로 전달될 수 있다.
고정체(130)는 베이스(131) 및 베이스(131)에 고정적으로 결합된 구성요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고정체(130)는 후술하는 구동코일(122) 및 요크(yoke)(123)를 포함할 수 있다.
OIS 구동부(120)를 통해 제1 이동체(110)는 이미지 센서(111)의 촬상면(111a)이 향하는 방향과 수직인(orthogonal) 방향으로 움직일 수 있다. 일 실시 예에서 OIS 구동부(120)는 이미지 센서(111)를 탑재한 카메라 모듈(1) 또는 전자장치가 광축(O)에 수직인 방향으로 흔들리는 것을 보정할 수 있다. OIS 구동부(120)는 이미지 센서(111)를 광축(O)에 수직인 제1 방향 및 제2 방향으로 움직이게 할 수 있다. 제1 방향과 제2 방향은 서로 교차할 수 있다. 예를 들어, OIS 구동부(120)는 제1 이동체(110)를 Z축에 수직인 X 방향 및/또는 Y 방향으로 움직이게 할 수 있고, 이에 따라 X 방향 흔들림 및/또는 Y 방향 흔들림을 보정할 수 있다.
본문서에서 이미지 센서(111)의 촬상면(111a)이 향하는 방향은 광축(O) 방향으로 지칭될 수 있다. 즉, 제1 이동체(110)는 고정체(130)에 대해 광축(O)에 수직인 방향으로 움직일 수 있다. 본개시의 도면들에서 광축(O)은 Z축에 나란하게 도시되었으며, 따라서 Z 방향은 광축(O)과 나란한 방향을 의미한다. 또 X 방향 또는 Y 방향은 광축(O)에 수직인 방향을 의미한다. 예를 들어, 본개시에서 제1 이동체(110)가 X 방향으로 움직인다는 것은 제1 이동체(110)가 광축(O)에 수직인 방향으로 움직인다는 것으로 이해될 수 있다. 다른 예를 들어, 구동요크(121)와 구동코일(122)이 X 방향으로 서로 대향한다는 것은 구동요크(121)와 구동코일(122)이 광축(O)에 수직인 방향으로 서로 대향한다는 것으로 이해될 수 있다. 또, X 방향 또는 Y 방향은 광축에 수직하고 서로 교차하는 두개 방향의 예시로써, 본개시에서 X 방향과 Y 방향은 광축(O)에 수직하고 서로 교차하는 두개 방향으로 이해될 수 있다.
2.1.1. 볼가이드/볼
일 실시 예에서 OIS 구동부(120)는 제1 이동체(110)와 고정체(130) 사이에 배치된 제2 이동체(140)를 포함할 수 있다. 제2 이동체(140)는 볼가이드(141) 및 볼가이드(141)에 고정적으로 결합된 구성요소(예: 제1 자성체(124))를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 고정체(130)와 제2 이동체(140) 사이에 제1 볼부재(B1)가 배치되고, 제2 이동체(140)와 제1 이동체(110) 사이에 제2 볼부재(B2)가 배치될 수 있다.
고정체(130) 및 제2 이동체(140)는 각각 제1 볼부재(B1)를 적어도 일부 수용하는 제1 홈(G1)을 포함할 수 있다. 제2 이동체(140) 및 제1 이동체(110)는 각각 제2 볼부재(B2)를 적어도 일부 수용하는 제2 홈(G2)을 포함할 수 있다.
본개시에서 설명의 편의를 위해 제1 볼부재(B1), 제2 볼부재(B2), 제1 홈(G1), 및 제2 홈(G2)이 단수주어로 기술될 수 있으나, 이들은 모두 복수개로 제공될 수 있다.
제1 홈(G1)과 제2 홈(G2)은 광축(O)에 수직하고 서로 교차하는 두개 방향들로 각각 연장할 수 있다. 예를 들어, 광축(O)이 Z축에 나란할 때, 제1 홈(G1)은 Y 방향으로 연장하고, 제2 홈(G2)은 X 방향으로 연장할 수 있다. 제1 볼부재(B1)와 제2 볼부재(B2)가 각각 제1 홈(G1)과 제2 홈(G2)을 따라 이동한다. 이에 따라 제2 이동체(140)의 고정체(130)에 대한 운동방향은 Y 방향으로 제한되고, 제1 이동체(110)의 제2 이동체(140)에 대한 운동방향은 Y 방향으로 제한될 수 있다.
도 2에서 제1 홈(G1)과 제2 홈(G2)이 각각 제2 이동체(140)와 제1 이동체(110)에만 형성되어 있으나, 이는 예시에 지나지 않는다. 예를 들어, 제1 홈(G1)은 베이스(131)와 볼가이드(141)에 모두 형성될 수 있다. 또, 제2 홈(G2)은 볼가이드(141)와 센서홀더(113)에 모두 형성될 수 있다.
제2 이동체(140) 또는 볼가이드(141)는 필수적인 구성은 아니며, 제1 이동체(110)가 직접 베이스(131) 상에서 움직일 수 있다. 예를 들어, 도 2에서 제2 이동체(140)는 생략되고, 센서홀더(113)와 베이스(131) 사이에 볼부재가 배치되고, 센서홀더(113) 및/또는 베이스(131)는 볼부재를 수용하는 홈을 포함할 수 있다.
2.1.2. 풀링수단
도 3은 일 실시 예에서 풀링수단 및 위치센서를 도시한 것이다.
제1 이동체(110)는 광축(O)에 수직인 방향으로만 움직이고, 광축(O)과 나란한 방향으로 움직이지 않아야 한다. 이를 위해, OIS 구동부(120)는 풀링수단을 포함할 수 있다. 풀링수단은 광축(O)방향으로 대향배치된 제2 자성체(125, 126)와 제1 자성체(124)를 포함할 수 있다. 제1 자성체(124)와 제2 자성체(125, 126) 사이에는 자기적 인력이 작용할 수 있다. 예를 들어, 제1 자성체(124)는 영구자석이고, 제2 자성체(125, 126)는 요크일 수 있다. 다른 예를 들어, 제1 자성체(124)와 제2 자성체(125, 126)는 영구자석일 수 있다.
일 실시 예에서 제1 자성체(124)가 볼가이드(141)에 결합되고, 센서홀더(113)와 베이스(131)에 각각 제1 자성체(124)에 Z 방향으로 대향하는 제2-1 자성체(125)와 제2-2 자성체(126)가 배치될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 제2 자성체(125, 126)와 제1 자성체(124) 사이에 생기는(arising) 자기력에 의해 제1 이동체(110)는 베이스(131)를 향해 당겨지고, 제1 볼부재(B1)와 제2 볼부재(B2)가 각각 제1 홈(G1)과 제2 홈(G2)에 밀착되어 구를 수 있다. 제2 이동체(140)가 생략되는 경우, 마그네트와 요크가 각각 센서홀더(113) 또는 베이스(131)에 장착되어, 양자 사이의 자기력이 센서홀더(113)를 베이스(131) 측으로(즉, -Z 방향으로) 당길 수 있다.
도 3을 참고하면, 일 실시 예에서 OIS 구동부(120)는 제1 이동체(110)가 광축(O)에 수직인 방향으로 얼마나 움직였는지 측정할 수 있는 위치센서(127, 128)를 포함할 수 있다. 위치센서(127, 128)는 홀센서 또는 자기저항센서일 수 있다.
위치센서(127, 128)는 제1 자성체(124)와 대향하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 위치센서(127, 128)는 센서홀더(113) 및/또는 베이스(131)에 제1 자성체(124)와 대향하게 배치될 수 있다. 일 실시 예에서 위치센서(127, 128)는 제2 자성체(125, 126) 내측에 배치될 수 있다. 일 실시 예에서 제2 자성체(125, 126)는 관통부(125a, 126a)를 포함하고 위치센서(127, 128)는 관통부(125a, 126a) 내부에 위치될 수 있다.
제1 이동체(110)는 제2 이동체(140)에 대해 X 방향으로 움직이며, 제2-1 자성체(125) 내부에 배치된 제1 위치센서(127)는 제1 이동체(110)와 제2 이동체(140) 사이의 X 방향 변위를 측정할 수 있다. 제2 이동체(140)는 고정체(130)에 대해 Y 방향으로 움직이며, 제2-2 자성체(126) 내부에 배치된 제2 위치센서(128)는 고정체(130)와 제2 이동체(140) 사이의 Y 방향 변위를 측정할 수 있다.
제1 이동체(110)에 결합된 제1 위치센서(127)는 가요성기판을 통해 다른 전자부품과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 위치센서(127)에서 생성된 신호는 센서기판(112)에 마련된 전기배선을 통해 커넥터(150)와 전기적으로 연결될 수 있다.
2.2. 액추에이터
도 2를 참고하면, 일 실시 예에서 OIS 구동부(120)는 제1 이동체(110) 또는 고정체(130) 중 어느 하나에 결합된 구동코일(122), 및 제1 이동체(110) 또는 고정체(130) 중 나머지 하나에 결합된 구동요크(121)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참고하면, 일 실시 예에서 구동코일(122)과 구동요크(121)는 각각 베이스(131)와 센서홀더(113)에 결합된다. 구동요크(121)와 구동코일(122)은 서로 광축(O)에 수직인 방향으로 대향한다. 구동요크(121)와 구동코일(122)의 전자기적 상호작용이 제1 이동체(110)를 고정체(130)에 대해 광축(O)에 수직인 방향으로 움직이게 한다.
일 실시 예에서 OIS 구동부(120)는 코일의 일측에 배치된 요크(123)를 더 포함할 수 있다. 요크(123)는 코일에서 발생한 자기장이 구동요크(121)를 향하는 방향으로만 집중되도록 해준다. 요크(123)가 구동코일(121)의 일측에 배치됨으로써, 구동코일(121)에 의해 발생한 자기장이 다른 전자부품에 영향을 주는 것을 막거나 최소화할 수 있다.
본문서에서 구동코일(122)과 구동요크(121)는 각각 고정체(130)와 제1 이동체(110)에 결합되는 것으로 일관되게 설명되나, 이는 설명의 편의를 위한 것이고, 다른 실시 예에서 구동코일(122)과 구동요크(121)는 각각 제1 이동체(110)와 고정체(130)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 구동코일(122)과 구동요크(121)는 각각 센서홀더(113)와 베이스(131)에 결합될 수 있다.
구동코일(122)과 구동요크(121) 사이에는 에어갭(air gap)이 형성될 수 있다. 또는 구동코일(122)과 구동코일(121) 사이의 공간은 에어갭일 수 있다. 즉, 구동코일(122)과 구동요크(121) 사이에 다른 부재(예를 들어 마그네트)은 존재하지 않는다. 구동코일(122)과 구동요크(121)는 서로 에어갭을 두고 직접 마주보게 된다.
도 2는 OIS 구동부(120)의 컴포넌트들을 설명하기 위해 도시화된 것으로서, 본 개시의 실시 예가 도 2의 구조에 한정되지는 않는다.
2.2.1. 릴럭턴스
일 실시 예에서 OIS 구동부(120)는 영구자석을 포함하지 않는다. 일 실시 예에서 구동코일(122)에 전류가 흐르지 않을 때, 구동요크(121)로 인한 자기장은 0(zero)이거나 또는 매우 작은 수준일 수 있다. 이에 따라 OIS 구동부(120) 자체로 인한 자기장이 다른 전자부품(예: 카메라 모듈(1) 내부의 다른 전자부품, 또는 다른 카메라 모듈(1) 내부의 전자부품)에 영향을 주는 것을 방지하거나 최소화할 수 있다.
일 실시 예에서 구동요크(121)는 연자성체(soft magnetic material)일 수 있다. 연자성체는 작은 보자력(coercive force)을 가지며, 자기장에 노출되었을 때 자화되나 자기장이 사라지면 자성을 잃거나 비교적 낮은 수준의 자성을 가진다.
구동코일(122)에 전류가 인가되면 구동요크(121)는 자화되며, 이에 따라 구동코일(122)과 구동요크(121) 사이에 릴럭턴스힘(reluctance force)이 생긴다. 구동요크(121)와 구동코일(122)이 서로 마주보는 방향으로 인력이 생기고, 이는 제1 이동체(110)를 고정체(130)에 대해 해당 방향으로 움직이게 한다. 예를 들어, 도 4a를 참고하면, 제1 구동코일(122)에 전류가 인가되면 제1 구동코일(122)과 제1 구동요크(121) 사이에 인력이 생기고, 이는 제1 이동체(110)를 -X 방향으로 이동시킬 수 있다. 반대로, 제2 구동코일(122)에 전류가 인가되면 제2 구동코일(122)과 제2 구동요크(121) 사이에 인력이 생기고, 이는 제1 이동체(110)를 +X 방향으로 이동시킬 수 있다.
2.2.2. 배열
도 4a 내지 도 4c는 일 실시 예에서 OIS 구동부(120)의 상면도이다. 도 4b 및 도 4c는 도 4b와 다르게 배치된 볼부재 및 홈을 도시한 것으로서, 이를 제외하고는 도 4a에서 설명된 내용과 동일하다.
OIS 구동부(120)는 복수의 단위구동부들(120a, 120b, 120c, 120d)을 포함할 수 있다. 단위구동부(120a, 120b, 120c, 120d)는 서로 대향하는 하나의 구동요크(121)와 하나의 구동코일(122)을 포함한다. 단위구동부(120a, 120b, 120c, 120d)는 구동코일(122)의 일측에 배치된 요크(123)를 더 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 제1 단위구동부(120a)는 제1 구동요크(121a), 제1 구동코일(122a), 제1 요크(123a)를 포함할 수 있다.
구동코일(122)과 구동요크(121) 사이에는 인력만 생기기 때문에, 제1 이동체(110)를 어느 방향으로 왕복운동시키기 위해서는 적어도 두개의 단위구동부들이 필요하다.
도 4a를 참고하면, OIS 구동부(120)는 X 방향 흔들림을 보정하기 위해 제1 이동체(110)의 -X 방향에 배치된 제1 단위구동부(120a), 및 제1 이동체(110)의 +X 방향에 배치된 제2 단위구동부(120b)를 포함할 수 있다. 제1 단위구동부(120a)는 제1 이동체(110)에 결합된 제1 구동요크(121a), 및 베이스(131)에 결합된 제1 구동코일(122a)을 포함할 수 있다. 제1 단위구동부(120a)는 제1 구동코일(122a)의 일측에 배치된 제1 요크(123a)를 더 포함할 수 있다. 제2 단위구동부(120b)는 제1 이동체(110)에 결합된 제2 구동요크(121b), 및 베이스(131)에 결합된 제2 구동코일(122b)을 포함할 수 있다. 제2 단위구동부(120b)는 제2 구동코일(122b)의 일측에 배치된 제2 요크(123b)를 더 포함할 수 있다.
도 4a를 참고하면, OIS 구동부(120)는 Y 방향 흔들림을 보정하기 위해 제1 이동체(110)의 +Y 방향에 배치된 제3 단위구동부(120c), 및 제1 이동체(110)의 -Y 방향에 배치된 제4 단위구동부(120d)를 포함할 수 있다. 제3 단위구동부(120c)는 제1 이동체(110)에 결합된 제3 구동요크(121c), 및 베이스(131)에 결합된 제3 구동코일(122c)을 포함할 수 있다. 제3 단위구동부(120c)는 제3 구동코일(122c)의 일측에 배치된 제3 요크(123c)를 더 포함할 수 있다. 제4 단위구동부(120d)는 제1 이동체(110)에 결합된 제4 구동요크(121d), 및 베이스(131)에 결합된 제4 구동코일(122d)을 포함할 수 있다. 제4 단위구동부(120d)는 제4 구동코일(122d)의 일측에 배치된 제4 요크(123d)를 더 포함할 수 있다.
도 4a를 참고하면, 볼부재(B1, B2) 및 볼부재(B1, B2)를 가이드하는 홈(G1, G2)은 센서홀더(113)의 코너(113a)에 가깝게 위치될 수 있다. 제1 볼부재(B1)와 제1 볼부재(B1)를 수용하는 제1 홈(G1)은 센서홀더(113)의 코너(113a)에 가깝게 배치되고, 제2 볼부재(B2)와 제2 볼부재(B2)를 수용하는 제2 홈(G2) 역시 센서홀더(113)의 코너(113a)에 가깝게 배치될 수 있다. 도 4a를 참고하면, 제1 홈(G1)과 제2 홈(G2)이 광축(O) 방향으로 서로 중첩될 수 있다.
도 4b를 참고하면, 볼부재(B1, B2) 및 홈(G1, G2)은 2개의 이웃하는 코너들(113a) 사이에 위치될 수 있다. 볼부재(B1, B2) 및 홈(G1, G2)은 2개의 이웃하는 코너들(113a)을 잇는 측면(113b)의 중앙에 가깝게 위치될 수 있다. 예를 들어, 제2 볼부재(B2) 및 제2 볼부재(B2)를 일부 수용하는 제2 홈(G2)은 센서홀더(113)의 측면(113b)의 중앙에 가깝게 위치될 수 있다. 제1 볼부재(B1) 및 제1 홈(G1)은 도 4a와 마찬가지로 센서홀더(113)의 측면(113b)의 양단에 가깝게 배치될 수 있다. 도 4b에서, 제1 홈(G1)과 제2 홈(G2)이 광축(O) 방향으로 중첩되지 않는다. 이에 따라 제1 홈(G1)과 제2 홈(G2)을 모두 포함하는 볼가이드(141)의 강성이 개선될 수 있다.
도 4c를 참고하면, 제2 이동체(140)와 고정체(130) 사이에 3개의 제1 볼부재들(B1-1, B1-2, B1-3)이 배치될 수 있다. 3개의 제1 볼부재들(B1-1, B1-2, B1-3) 중 두개(B1-1, B1-2)는 각각 센서홀더(113)의 일측면(예: -X 방향을 향하는 측면)(113b-1)의 양단에 가깝게 위치되고, 나머지 하나(B1-3)는 타측면(예: +X 방향을 항하는 측면)(113b-2)의 중앙에 가깝게 배치될 수 있다. 이에 따라 제2 이동체(140)는 제1 볼부재들(B1-1, B1-2, B1-3)에 의해 3점 지지될 수 있다.
도 4c를 참고하면, 제1 이동체(110)와 제2 이동체(140) 사이에 3개의 제2 볼부재들(B2-1, B2-2, B2-3)이 배치될 수 있다. 3개의 제2 볼부재들(B2-1, B2-2, B2-3) 중 두개(B2-1, B2-2)는 각각 센서홀더(113)의 일측면(예: +X 방향을 향하는 측면)(113b-2)의 양단에 가깝게 위치되고, 나머지 하나(B2-3)는 타측면(예: -X 방향을 항하는 측면)(113b-1)의 중앙에 가깝게 배치될 수 있다. 이에 따라 제1 이동체(110)는 제2 볼부재들(B2-1, B2-2, B2-3)에 의해 3점 지지될 수 있다.
2.3. 운동
2.3.1. 병진
도 5a 내지 도 5d는 도 4a의 OIS 구동부로 인한 제1 이동체의 운동을 도시한 것이다.
도 5a를 참고하면, 제1 구동코일(122a)에 전류가 인가되어 제1 구동코일(122a)이 제1 구동요크(121a)를 화살표 방향으로 당기고, 이는 제1 이동체(110)를 -X 방향으로 이동시킬 수 있다. 도 5b를 참고하면, 제2 구동코일(122b)에 전류가 인가되어 제2 구동코일(122b)이 제2 구동요크(121b)를 화살표 방향으로 당기고, 이는 제1 이동체(110)를 +X 방향으로 이동시킬 수 있다. 도 5c를 참고하면, 제3 구동코일(122c)에 전류가 인가되어 제3 구동코일(122c)이 제3 구동요크(121c)를 화살표 방향으로 당기고, 이는 제1 이동체를 +Y 방향으로 이동시킬 수 있다. 도 5d를 참고하면, 제4 구동코일(122d)에 전류가 인가되어 제4 구동코일(122d)이 제4 구동요크(121d)를 화살표 방향으로 당기고, 이는 제1 이동체(110)를 -Y 방향으로 이동시킬 수 있다.
2.4. 대각배치
도 6은 일 실시 예에서 단위구동부들(120a, 120b, 120c, 120d)이 이미지 센서(111)의 구동방향의 대각방향에 배치된 것을 도시한 것이다.
일 실시 예에서 제1 이동체(110)는 광축에 수직하고 서로 수직인 두개 방향들로 각각 이동할 수 있다. 예를 들어, 제1 이동체(110)는 X 방향과 Y 방향으로 움직일 수 있다. OIS 구동부(120)는 제1 이동체(110)를 이미지 센서(111)의 가로변(111c)에 나란한 제1 방향(OIS-X)과 이미지 센서(111)의 세로변(111d)에 나란한 제2 방향(OIS-Y)으로 각각 움직이게 할 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참고하면, 이미지 센서(111)는 X 방향으로 연장하는 가로변(111b), 및 Y 방향으로 연장하는 세로변(111c)을 포함하고, 제1 홈(G1)과 제2 홈(G2)은 각각 Y 방향과 X 방향으로 연장할 수 있다.
도 6을 참고하면, 단위구동부들(120a, 120b, 120c, 120d)은 광축(O)에 수직하고 서로 수직인 두개 운동방향들(OIS-X, OIS-Y)과 교차하는 방향에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 단위구동부(120a)와 제2 단위구동부(120b)는 이미지 센서(111)의 제1 대각방향(D1)의 양측에 배치될 수 있다. 제3 단위구동부(120c)와 제4 단위구동부(120d)는 이미지 센서(111)의 제2 대각방향(D2)의 양측에 배치될 수 있다.
일 실시 예에서 OIS 구동부(120)가 제1 이동체(110)를 제1 방향(OIS-X)과 제2 방향(OIS-Y)으로 움직이도록 구성될 때, 구동코일(122)과 구동요크(121)는 제1 방향(OIS-X)과 제2 방향(OIS-Y) 사이의 방향으로 서로 대향할 수 있다. 예를 들어, OIS 구동부(120)가 제1 이동체(110)를 X 방향과 Y 방향으로 움직이도록 구성될 때, 구동코일(122)과 구동요크(121)는 X축 또는 Y 축과 45도 각도를 이루는 방향(D1, D2)으로 대향할 수 있다.
단위구동부들(120a, 120b, 120c, 120d)이 도 6과 같은 형태로 배치되는 경우에도 볼부재(B1, B2)와 볼부재(B1, B2)를 가이드하는 홈(G1, G2)은 도 4b 또는 도 4c와 같은 형태로 배열될 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 도 6의 OIS 구동부로 인한 제1 이동체의 운동을 도시한 것이다.
도 7a를 참고하면, 제1 구동코일(122a)과 제4 구동코일(122d)에 전류가 인가되어 제1 구동코일(122a)과 제4 구동코일(122d)이 각각 제1 구동요크(121a)와 제2 구동요크(121b)를 화살표 방향으로 당기고, 이는 제1 이동체(110)를 -X 방향으로 이동시킬 수 있다. 도 7b를 참고하면, 제2 구동코일(122b) 및 제3 구동코일(122c)에 전류가 인가되어 제2 구동코일(122b)과 제3 구동코일(122c)이 각각 제2 구동요크(121b)와 제3 구동요크(121c)를 화살표 방향으로 당기고, 이는 제1 이동체(110)를 +X 방향으로 이동시킬 수 있다. 도 7c를 참고하면, 제1 구동코일(122a) 및 제3 구동코일(122c)에 전류가 인가되어 제1 구동코일(122a)과 제3 구동코일(122c)이 각각 제1 구동요크(121a) 및 제3 구동요크(121c)를 화살표 방향으로 당기고, 이는 제1 이동체(110)를 +Y 방향으로 이동시킬 수 있다. 도 7d를 참고하면, 제2 구동코일(122b) 및 제4 구동코일(122d)에 전류가 인가되어 제2 구동코일(122b) 및 제4 구동코일(122d)이 각각 제2 구동요크(121b) 및 제4 구동요크(121d)를 화살표 방향으로 당기고, 이는 제1 이동체(110)를 -Y 방향으로 이동시킬 수 있다.
2.5. 스프링 복원
도 8은 일 실시 예에서 제1 이동체에 복원력을 제공하는 탄성부재를 도시한 것이다.
도 8를 참고하면, OIS 구동부(120)는 제1 이동체(110)에 복원력을 제공하는 탄성부재(160)를 포함할 수 있다. 탄성부재(160)는 제1 이동체(110)와 고정체(130) 사이에 배치되고, 제1 이동체(110)가 일방향으로 움직일 때 변형되어 제1 이동체(110)에 복원력을 제공할 수 있다.
일 실시 예에서 탄성부재(160)는 판스프링일 수 있다. 이경우 탄성부재(160)의 양단은 고정체(130)에 고정되고, 제1 이동체(110) 측으로 볼록한 형태를 가질 수 있다.
일 실시 예에서 4개의 탄성부재들(161, 162, 163, 164)이 제1 이동체(110)의 4개 측면들에 각각 대향하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 이동체(110)가 -X 방향으로 이동하면 제1 탄성부재(161)가 압축되면서 제1 이동체(110)를 +X 방향으로 민다. 제1 이동체(110)가 +X 방향으로 이동하면 제2 탄성부재(162)가 압축되면서 제1 이동체(110)를 -X 방향으로 민다. 제1 이동체(110)가 +Y 방향으로 이동하면 제3 탄성부재(163)가 압축되면서 제1 이동체(110)를 -X 방향으로 민다. 제1 이동체(110)가 -Y 방향으로 이동하면 제4 탄성부재(164)가 압축되면서 제1 이동체(110)를 +Y 방향으로 민다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시 예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 청구범위에 속함을 밝혀둔다.
1: 카메라 모듈
10, 100: 센서 시프팅 모듈
110: 제1 이동체
11, 111: 이미지 센서
112: 센서기판
113: 센서홀더
12, 120: OIS 구동부
121: 구동요크
122: 구동코일
130: 고정체
131: 베이스
140: 제2 이동체
141: 볼가이드

Claims (16)

  1. 고정체;
    상기 고정체 내부에 이동가능하게 배치되고, 제1 방향을 향하는 촬상면을 가지는 이미지 센서를 포함하는 제1 이동체; 및
    상기 제1 이동체를 상기 고정체에 대해 상기 제1 방향과 수직인 방향으로 움직이게 하는 구동부;를 포함하고,
    상기 구동부는, 상기 고정체 및 상기 제1 이동체 중 하나에 결합된 구동코일과, 상기 고정체 및 상기 제1 이동체 중 다른 하나에 결합되는 구동요크를 포함하고,
    상기 구동요크는 상기 제1 방향과 수직인 방향으로 상기 구동코일과 대향하고,
    상기 구동코일에 전류가 인가될 때, 상기 구동코일과 상기 구동요크 사이에 생기는 전자기적 상호작용에 의해 상기 제1 이동체가 상기 제1 방향과 수직인 방향으로 움직이는,
    센서 시프팅 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 구동요크는 연자성체(soft magnetic material)인,
    센서 시프팅 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 구동코일에 전류가 흐르지 않을 때, 상기 구동요크로 인한 자기장은 0인,
    센서 시프팅 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 구동코일과 상기 구동요크는 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 대향하고, 상기 구동코일과 상기 구동요크의 전자기적 상호작용이 상기 이동체를 상기 고정체에 대해 상기 제2 방향으로 움직이게 하는,
    센서 시프팅 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 구동코일과 상기 구동요크는 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 대향하고, 상기 구동코일은 상기 제2 방향으로 상기 제1 이동체의 양측에 각각 배치된 제1 구동코일 및 제2 구동코일을 포함하고, 상기 구동요크는 상기 제1 구동코일과 상기 제2 구동코일에 각각 상기 제2 방향으로 대향하는 제1 구동요크 및 제2 구동요크를 포함하는,
    센서 시프팅 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 구동부는 상기 구동코일의 일측에 배치된 요크를 더 포함하고, 상기 구동코일은 상기 구동요크와 상기 요크 사이에 배치되는,
    센서 시프팅 모듈.
  7. 제1항에서,
    상기 구동코일 및 상기 구동요크는 상기 이미지 센서의 대각방향으로 대향하는,
    센서 시프팅 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 제1 이동체와 상기 고정체 사이에 배치되고, 상기 제1 이동체의 상기 고정체에 대한 움직임에 따라 변형되는 탄성부재를 더 포함하는,
    센서 시프팅 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 탄성부재는 판스프링인,
    센서 시프팅 모듈.
  10. 제1항에서,
    상기 제1 이동체와 상기 고정체 사이에 배치된 제2 이동체;
    상기 고정체와 상기 제2 이동체 사이에 배치된 제1 볼부재; 및
    상기 제2 이동체와 상기 제1 이동체 사이에 배치된 제2 볼부재;를 더 포함하는,
    센서 시프팅 모듈.
  11. 제10항에서,
    상기 고정체 및 상기 제2 이동체는 상기 제1 볼부재를 적어도 일부 수용하는 제1 홈을 포함하고, 상기 제2 이동체 및 상기 제1 이동체는 상기 제2 볼부재를 적어도 일부 수용하는 제2 홈을 포함하는,
    센서 시프팅 모듈.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 홈은 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 연장하고, 상기 제2 홈은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 각각 수직인 제3 방향으로 연장하는,
    센서 시프팅 모듈.
  13. 제10항에서,
    상기 구동부는, 상기 제2 이동체에 결합된 제1 자성체, 및 상기 제1 이동체와 상기 고정체에 각각 결합되고 상기 제1 자성체와 대향하는 제2 자성체를 더 포함하는,
    센서 시프팅 모듈.
  14. 제13항에서,
    상기 제2 자성체는 관통부를 포함하고, 상기 구동부는 상기 관통부에 배치된 위치센서를 더 포함하는,
    센서 시프팅 모듈.
  15. 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 렌즈모듈; 및
    센서 시프팅 모듈;을 포함하고,
    상기 센서 시프팅 모듈은:
    고정체;
    상기 고정체 내부에 이동가능하게 배치되고, 제1 방향을 향하는 이미지 센서를 포함하는 제1 이동체; 및
    상기 제1 이동체를 상기 고정체에 대해 상기 제1 방향과 수직인 방향으로 움직이게 하는 구동부;를 포함하고,
    상기 구동부는, 상기 고정체 및 상기 제1 이동체 중 하나에 결합된 구동코일과, 상기 고정체 및 상기 제1 이동체 중 다른 하나에 결합되는 구동요크를 포함하고,
    상기 구동요크는 상기 제1 방향과 수직인 방향으로 상기 구동코일과 대향하고, 상기 구동요크와 상기 구동코일 사이의 공간은 에어갭인,
    카메라 모듈.
  16. 제15항에서,
    상기 구동요크는 연자성체(soft magnetic material)인,
    센서 시프팅 모듈.

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