KR20240027857A - 큰 스트로크 선형 위치 감지를 위한 홀 센서-자석 구조 - Google Patents

큰 스트로크 선형 위치 감지를 위한 홀 센서-자석 구조 Download PDF

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Abstract

위치 감지 유닛은 제1 방향을 따라 측정된 폭(W) 및 제2 방향을 따라 측정된 높이(H)를 갖고 상기 제1 방향을 따라 적어도 좌측 MA 도메인, 중간 MA 도메인 및 우측 MA 도메인을 정의하는 각각의 자기 극성을 갖는 적어도 3개의 자석을 포함하는 자기 어셈블리(MA)로서, 여기서 각각의 MA 도메인의 자기 극성은 상이하고; 및 자속(B)을 측정하기 위한 자속 측정 장치(MFMD)를 포함하고, 여기서 상기 MA는 스트로크(L)이 제1 지점(x0)에서 시작하여 최종 지점(xmax)에서 끝나며, 1mm ≤ L ≤ 100mm을 충족하는 스트로크(L) 내에서 제1 방향을 따라 MFMD에 대해 이동하도록 구성되고, 특정 MA 도메인과 위치 감지 유닛의 MFMD 사이에서 상기 제2 방향을 따라 측정된 직교 거리(D)의 최소값 Dmin은 L/Dmin>10을 충족한다.

Description

큰 스트로크 선형 위치 감지를 위한 홀 센서-자석 구조{HALL SENSOR - MAGNET GEOMETRY FOR LARGE STROKE LINEAR POSITION SENSING}
기존 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 7월 31일에 출원된 미국 가특허출원 제63/059,200호로부터 우선권 주장하며, 이러한 가특허출원은 그 전체가 참조로 여기에 포함된다.
본 명세서에 개시된 실시예는 일반적으로 위치 감지 유닛에 관한 것으로서, 특히 모바일 전자 장치에 포함된 컴팩트 디지털 카메라의 위치 감지에 관한 것이다.
스마트폰이나 태블릿과 같은 휴대용 전자 장치("장치")에 통합된 많은 컴팩트 디지털 카메라는 예를 들어, 특정 방향과 범위("스트로크" 또는 "L")를 갖는 궤적을 따라 카메라 렌즈를 작동시키기 위해 보이스 코일 모터(VCM) 또는 스테퍼 모터와 같은 액추에이터를 사용한다. 그 작동은 일반적으로 홀 센서와 같은 자속 측정 장치(MFMD)에 대해 이동하는 자석 어셈블리("MA")를 기반으로 하는 위치 감지 유닛에 의해 제어된다. 안정적인 제어를 위해, 위치 감지 유닛은 두 가지 조건들을 지원해야 한다: a) 선형 동작을 나타내야 한다. 즉, 기울기(S = ΔB/Δx)는 전체 스트로크를 따라 일정해야 하고("선형 범위"), 여기서 ΔB는 서로 Δx 거리에 위치한 두 지점 사이의 자속 밀도의 변화이다. 예를 들어, 위치 감지 유닛의 선형 범위는 스트로크를 제한한다. b) 선형 범위 내에서 기울기(S = ΔB/Δx)는 충분히 가팔라야 한다. 즉, 특정 임계값 이상이어야 한다. 예를 들어, S > 50mT 또는 S > 200mT이다.
도 1a는 자석 어셈블리("MA")(102)를 포함하는 위치 감지 유닛(100)의 공지된 제1 예를 도시한다. MA(102)는 극성(104)을 갖는 2개의 직사각형 자석을 포함하며, MA는 폭(W102), 및 MA(102)와 MFMD(106)의 (y 방향에 대하여 또는 단지 "y에 대하여") 대칭축("SA")(109)에 위치하는 (x 방향 또는 단지 "x에 대하여") MA 중심("C")을 갖는다. MA(102)는 그 주변에 자기장(108)을 야기한다. MFMD(106)는 MA(102)로부터 일정한 거리 D=DC(y축을 따라 측정됨)에 위치되는데, 이는 DC=0.1mm-2mm일 수 있다.
위치 감지를 위해, MA(102)는 MFMD(106)에 대해 x 방향으로 실질적으로 직선을 따라 이동한다. 직선("x")을 따른 MA(102)의 위치는 x가 x0로부터 xmax로 변할 때 변경된다(이것이 "스트로크임"). 즉, MA는 스트로크 내에서만 이동한다. D는 x0과 xmax 사이에서 실질적으로 일정한다. 즉, D는 x의 함수가 아니다. 그래프(107)에서, MFMD(106)에 의해 측정된 자속 밀도("B")는 MA(102)의 x 위치에 대해 도시된다. B는 x의 함수이다. 즉, B=B(x)이다. x0 내지 xmax 범위의 스트로크(L) 내에서 B의 기울기[S = (Bmax-B0)/L]는 선형이다. 일부 예들에서, W102는 0.6mm-10mm일 수 있고, L은 0.5mm-1mm일 수 있다. 카메라 렌즈를 포커싱하기 위한 일반적인 예에서, D=200μm 및 L=700μm이므로, L과 D의 비율은 L/D=3.5가 된다. 많은 액추에이터 감지 예에서, S는 충분히 가파르다. 그러나, L/D는 상대적으로 작다.
도 1b는 극성(114) 및 폭(W112)을 갖는 단일 직사각형 자석을 포함하는 MA(112), 및 MFMD(116)를 포함하는 위치 감지 유닛(110)의 공지된 제2 예를 도시한다. MA(112)는 자기장(118)을 야기한다. MFMD(116)는 MA(102)로부터 떨어진 거리(D)에 위치한다. 도 1a에 도시된 것과 유사하게, (x 방향에 대해) 자석 중심("C")은 MA(202)의 SA(119)(y 방향에 대해)에 위치한다. 위치 감지를 위해, MA(112)는 MFMD(116)에 대해 x 방향으로 실질적으로 직선을 따라 이동한다. D는 x0와 xmax 사이에서 실질적으로 일정하다. 그래프(117)에서, MFMD(116)에 의해 측정된 자속 밀도(B)는 MA(112)의 x 위치에 대해 도시된다. B의 기울기[S = (Bmax-B0)/L]는 범위 L에서 선형이다. L/D는 상대적으로 클 수 있다. 그러나, 대부분의 액추에이터 감지 시나리오에서, S는 충분히 가파르지 않다. 따라서, 이러한 설계는 오늘날의 장치에서 거의 사용되지 않는다.
시장에 출시되는 새로운 텔레포토"(텔레") 카메라는 5cm-15cm의 객체-렌즈 거리("u")에서 예를 들어, 1:1-15:1의 높은 객체-대-이미지 배율을 갖는 매크로 촬영을 위해, 그리고 큰 줌 팩터를 위해 예를 들어, 10mm-40mm의 큰 유효 초점 길이(EFL)를 갖는다. 이러한 큰 EFL 카메라를 5cm-15cm만큼 작은 짧은 u에 초점을 맞추려면, 1mm를 훨씬 초과하는 큰 렌즈 스트로크가 필요하다.
얇은 렌즈 방정식 1/EFL=1/u+1/v("v"는 렌즈-이미지 거리임)과 EFL=25mm인 텔레 카메라를 예로 사용하면, (무한대 포커스에 대해) 10cm에 초점을 맞추는 데 약 6.3mm의 렌즈 스트로크가 필요하다. 이러한 큰 렌즈 스트로크를 제어하는 것은 현재 컴팩터 카메라 산업에서 사용되는 위치 감지 유닛으로 지원될 수 없다. 구성 요소의 큰 스트로크를 필요로 하는 추가 예는 예를 들어, (i) 공동 소유의 국제 특허 출원 PCT/IB2020/051405에 기재된 2-상태 줌 카메라, (ii) 공동 소유의 국제 특허 출원 PCT/IB2020/058697에 기재된 것과 같은 카메라의 총 트랙 길이(TTL)를 접는(collapse) 팝아웃 메커니즘, 및 (iii) 2020년 12월 1일에 출원된 공동 소유의 미국 가특허출원 제63/119,853호에 기재된 것과 같은 연속 줌 카메라이다.
큰 스트로크(L)와 충분히 큰 기울기(S)를 갖는 위치 감지를 실현할 수 있는 컴팩트형 팩터를 갖는 위치 감지 유닛이 필요하며 그것을 구비하는 것이 유리할 것이다.
다양한 실시예에서, 위치 감지 유닛이 제공되는데, 이는 제1 방향을 따라 측정된 폭(W) 및 제2 방향을 따라 측정된 높이(H)를 갖고 상기 제1 방향을 따라 적어도 좌측 MA 도메인, 중간 MA 도메인 및 우측 MA 도메인을 정의하는 각각의 자기 극성을 갖는 적어도 3개의 자석을 포함하는 자기 어셈블리(MA)로서, 여기서 각각의 MA 도메인의 자기 극성은 상이하고; 및 자속(B)을 측정하기 위한 자속 측정 장치(MFMD)를 포함하고, 여기서 상기 MA는 스트로크(L)이 제1 지점(x0)에서 시작하여 최종 지점(xmax)에서 끝나며, 1mm ≤ L ≤ 100mm을 충족하는 스트로크(L) 내에서 제1 방향을 따라 MFMD에 대해 이동하도록 구성되고, MA의 특정 MA 도메인과 위치 감지 유닛의 MFMD 사이에서 상기 제2 방향을 따라 측정된 직교 거리(D)의 최소값 Dmin은 L/Dmin>10을 충족하도록 구성된다. 자석은 네오디뮴 기반 재료로 제조될 수 있다.
일부 실시예에서, MA는 제2 방향에 평행한 대칭축을 갖는다. 일부 실시예에서, 대칭축은 중간 MA 도메인의 중심에 위치한다.
일부 실시예에서, D는 스트로크(L) 내의 상이한 위치에 대해 일정하지 않다.
일부 실시예에서, L/Dmin > 15이다. 일부 실시예에서, L/Dmin > 20이다.
일부 실시예에서, x0에서의 B는 B0이고, xmax에서의 B는 Bmax이고, 기울기[S = (B0-Bmax)/L]는 10mT/mm보다 크다. 일부 실시예에서, S는 100 mT/mm보다 크다. 일부 실시예에서, S는 1000 mT/mm보다 크다. 일부 실시예에서, S는 2500 mT/mm보다 크다.
일부 실시예에서, 좌측 MA 도메인의 자기 극성은 MFMD를 향해 지향된다.
일부 실시예에서, 우측 MA 도메인의 자기 극성은 MFMD로부터 멀어지게 지향된다.
일부 실시예에서, 중간 MA 도메인의 자기 극성은 제1 방향에 평행하거나 역평행으로 지향된다.
일부 실시예에서, 위 또는 아래와 같은 위치 감지 유닛이 보이스 코일 모터(VCM)에 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, VCM은 4개의 코일을 포함한다. 일부 실시예에서, VCM은 스마트폰 카메라에 포함된다.
일부 실시예에서, MFMD는 홀 센서이다.
일부 실시예에서, 왼쪽 MA 도메인과 MFMD 사이의 D 값은 D(x0)이고, 여기서 우측 MA 도메인과 MFMD 사이의 D 값은 D(xmax)이고, 여기서 중간 MA 도메인 사이의 D 값은 MFMD는 D(xmax/2)이고, 여기서 D(x0)≤D(xmax/2) 및 D(xmax) ≤ D(xmax/2)이다. 일부 실시예에서, 중간 MA 도메인과 MFMD 사이의 D 값은 D(xmax/2)이고, 여기서 D(x0) = D(xmax) ≤ D(xmax/2)이다.
일부 실시예에서, 좌측, 중간 및 우측 MA 도메인은 직사각형이다. 일부 실시예에서, 좌측 및 우측 MA 도메인은 사다리꼴이고, 중간 MA 도메인은 볼록 오각형이다. 일부 실시예에서, 좌측 및 우측 MA 도메인은 사다리꼴이고, 중간 MA 도메인은 오목 오각형이다.
일부 실시예에서, MA는 각각의 자기 극성을 갖는 제4 MA 도메인 및 제5 MA 도메인을 추가로 포함하고, 여기서 제4 MA 도메인은 좌측 MA 도메인의 왼쪽에 위치하고, 제5 MA 도메인은 우측 MA 도메인의 오른쪽에 위치한다. 일부 실시예에서, 제4 MA 도메인의 자기 극성은 MFMD로부터 멀어지게 지향된다. 일부 실시예에서, 제5 MA 도메인의 자기 극성은 MFMD를 향해 지향된다.
일부 실시예에서, L < 20mm이다. 일부 실시예에서, L < 10mm이다. 일부 실시예에서, L < 7.5mm이다. 일부 실시예에서, L < 5mm이다.
일부 실시예에서, L/W > 0.5이다. 일부 실시예에서, L/W > 0.75이다.
일부 실시예에서, L/H > 3이다. 일부 실시예에서, L/H > 5이다.
본 명세서에 개시된 실시예의 비-제한적인 예는 이 단락 다음에 열거되는 여기에 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 설명된다. 도면 및 설명은 본 명세서에 개시된 실시예를 조명하고 명확히 하기 위한 것이며, 어떤 식으로든 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 상이한 도면에서 동일한 요소는 동일한 숫자로 표시될 수 있다.
도 1a는 위치 감지 유닛의 공지된 제1 예를 도시한다.
도 1b는 위치 감지 유닛의 공지된 제2 예를 도시한다.
도 2a는 본 명세서에 개시된 위치 감지 유닛의 실시예를 단면도로 도시한다.
도 2b는 도 2a의 위치 감지 유닛에서 MA의 자기장 분포를 나타낸다.
도 2c는 도 2a의 위치 감지 유닛에서 MFMD에 의해 감지된 자기장 밀도를 도시한다.
도 3은 본 명세서에 개시된 위치 감지 유닛의 다른 실시예를 단면도로 도시한다.
도 4는 본 명세서에 개시된 위치 감지 유닛의 또 다른 실시예를 단면도로 도시한다.
도 5a는 본 명세서에 개시된 위치 감지 유닛의 또 다른 실시예를 단면도로 도시한다.
도 5b는 본 명세서에 개시된 보이스 코일 모터("VCM")의 실시예를 도시한다.
도 2a는 자석 어셈블리(202) 및 자속 측정 장치(206)를 포함하는, 본 명세서에 개시되며 200으로 번호 매겨진 위치 감지 유닛의 실시예를 도시한다. 그래프(207)는 MA(202)의 x 위치에 대한 MFMD(106)에 의해 측정된 B를 도시한다. 도 2b는 MA(202)의 자기장 분포(210)를 도시한다. 박스(212)는 도 2c에 도시된 자속 밀도(214)가 MFMD(206)에 의해 감지되는 스트로크(L) 내의 y 위치를 나타낸다.
MA(202)는 각각의 자기 극성(204a, 204b, 204c)을 갖는 3개의 직사각형 영구 자석(202a, 202b, 202c)을 포함한다. 자석(202a 및 202c)은 형상 및 치수가 동일하지만, 각각의 자화(204a 및 204c)가 반대이다. 자석(202a 및 202c)은 자석(202b)에 대해 대칭적으로 위치되며, 즉 두 개의 자석(202a 및 202c)은 (i) 자석(202b)으로부터 동일한 거리(d202)에 위치되고 (ii) 자석(202b)에 대해 동일한 상대 y 좌표 ΔH에 위치된다. MA(202)의 중심 "C"는 자석(202b) 및 MA(202) 모두의 대칭축(SA)(209)에 위치된다. MA(202)는 y에 대해 C를 중심으로 대칭적으로 형상화된다. MA(202)는 폭(W202)과 높이(H202)를 갖는다.
여기에 설명된 자석은 산업, 특히 스마트폰과 같은 모바일 전자 장치에 사용되는 디지털 카메라에 사용되는 것으로 알려진 임의의 재료, 예를 들어 임의의 네오디뮴 기반 재료(예를 들어, N48H, N48SH 등)로 제조될 수 있다. x0 및 xmax는 중간 또는 대칭점(xS = xmax/2)이 C에 위치하도록 선택되거나, 또는 다르게 선택될 수 있다. 즉, y에 대한 스트로크의 대칭축은 xS = xmax/2에 위치하며, (도 2a에 도시된 바와 같이) C에 위치한 MA(202)의 SA(209)와 동일할 수 있거나, 또는 다른 위치에 위치할 수 있다.
MA(202)와 MFMD(206)에 포함된 모든 구성 요소 사이의 직교 거리는 "D"로 표시된다. "직교 거리"는 MA(202) 및 MFMD(206)에 포함된 모든 구성 요소 간의 거리의 y-성분만을 나타낸다. 점(x0), C 및 xmax에서의 D 값은 각각 D(x0), DC 및 D(xmax)로 표시된다. x0 및 xmax에서, D는 최소값 Dmin을 갖는다.
예를 들어, 각각 자석(202a, 202b)과 MFMD(206) 사이의 실제 상대 거리와 무관하게, 자석(202a)과 MFMD(206) 사이의 D는 D(x0)이고, 자석(202b)과 MFMD(206) 사이의 D는 DC이다. MA(202) 및 MFMD(206)의 상대 운동에 관하여, 일반적으로 실제 상대 거리는 x를 따라 측정된 거리 성분과 y를 따라 측정된 거리 성분으로 구성된다. 여기서, D는 MFMD 자체의 거리가 아니라 자석과 MFMD를 포함하는 패키징 장치 사이의 거리를 나타냄에 유의한다. 일반적으로, MFMD는 하우징을 구비한 패키징 장치에 포함되며, MFMD는 하우징으로부터 약 50μm 내지 250μm의 MFMD-하우징 거리에 위치한다. 자석과 MFMD 사이의 거리를 계산하기 위하여, MFMD 하우징 거리를 D에 더해야 한다. 또한, D는 스케일로 표시되지 않는다.
여기에 도시된 모든 예에서, D(x0) 및 D(xmax)는 D(x0), D(xmax) ≤ D(x)를 충족하는 D(x)보다 작거나 같을 수 있다. 자석 중 하나와 MFMD 사이의 가장 가까운 거리 Dmin= D(x0)=Dmax이다. 즉, D(x0) 및 D(xmax)는 해당 범위의 다른 모든 거리보다 작거나 같다. 위치 감지 유닛(200)에서, D(x0) = D(xmax) < DC 및 L/Dmin>10이다. 일반적으로, Dmin ≥0.1mm이다.
x0에서, 자기 극성(204a)은 실질적으로 MFMD(206)를 향해 지향된다. xmax에서, 자기 극성(204c)은 MFMD(206)로부터 실질적으로 멀어지도록 지향된다. C에서, 자기 극성(204b)은 X에 대해 실질적으로 평행하거나 역평행으로 지향된다. 자석(202a, 202b 및 202c)은 3개의 MA 도메인, 즉 왼쪽, 중간 및 우측 MA 도메인을 각각 정의하며, 여기서 각각의 MA 도메인의 자석 극성은 서로 다르다.
자속 밀도(B)는 x의 함수, 즉 B=B(x)이다. L에서, B의 기울기[S = (Bmax-B0)/Δx]는 선형이다. 다음의 모든 예에서, S는 실제 기울기(214)(도 2c 참조)와 동일한 시작점(x0, B0) 및 동일한 끝점(xmax, Bmax)을 갖는 216(도 2c 참조)과 같은 이상적인 선형 기울기에 대해 제공된다(도 2c 참조). S 값은 DC에서 제공된다.
언급된 바와 같이, 도 2c의 그래프(207)는 x에 대한 자속 밀도를 도시하며, 따라서 "B 대 x 곡선"이다. 실제 자속 밀도 기울기(214)는 도 2a의 화살표 L로 표시된 좌표를 따라 감지된다. 비교를 위해 이상적인(선형) 자속 밀도 기울기(216)가 도시되어 있다. 분명히, 실제 자속 밀도 기울기(214)는 이상적인 자속 밀도 기울기(216)에서 벗어난다.
도 3은 본 명세서에 개시되며 300으로 번호 매겨진 위치 감지 유닛의 다른 실시예를 도시한다. 유닛(300)은 각각의 자기 극성(304a, 304b, 304c)을 갖는 3개의 영구 자석(302a, 302b, 302c) 및 MFMD(306)를 포함하는 MA(302)를 포함한다. 자석(302a, 302b, 및 302c)은 직사각형이 아니다. 자석(302a 및 302c)은 동일한 형상 및 치수를 갖지만, 반대 자화(304a 및 304c)를 갖는다. 자석(302a 및 302c)은 302b에 대해 대칭적으로 위치되며, 즉, 302a 및 302c 모두는 (i) 302b로부터 동일한 거리(d302)에 위치되고, (ii) 302b에 대해 동일한 상대 y 좌표 ΔH302에 위치된다. (x에 대한) MA(302)의 중심(C)은 자석(302b) 및 MA(302) 모두의 (y에 대한) SA(309)에 위치된다. MA(302)는 y에 대하여 C 중심으로 대칭적으로 형상화된다.
MA(302)는 자기장을 발생시킨다(도시되지 않음). C에서, MFMD(306)는 MA(302)로부터 떨어진 DC에 위치된다. MA(302)는 MFMD(306)에 대해 x 방향으로 스트로크를 따라 이동한다. x를 따른 MA(302)의 위치는 x0으로부터 xmax까지 변한다. x0 및 xmax는 중간 또는 대칭점(xS = xmax/2)이 C에 위치하도록 선택되거나, 달리 선택될 수 있다. D는 스케일로 표시되지 않음에 유의하라.
x0과 xmax 사이에서, 직교 거리(D)는 x의 함수, D = D(x)이다. 300의 경우, D(x0) = D(xmax) < DC, D(x0) = D(xmax) = Dmin 및 L/Dmin>10이다. 일반적으로, Dmin ≥0.1mm이다. D의 정의를 설명하기 위해, D는 2개의 추가적인 임의의 위치(x1 및 x2)에 도시되며, 여기서 D는 각각 D(x1) 및 D(x2)로 지정된다. x0에서, 자기 극성(304a)은 실질적으로 MFMD(306)를 향해 지향된다. xmax에서, 304c는 실질적으로 MFMD(306)로부터 멀어지게 지향된다. C에서, 304b는 x에 대해 실질적으로 평행하거나 역평행으로 지향된다. 자석(302a, 302b 및 302c)은 3개의 MA 도메인, 즉 왼쪽, 중간 및 우측 MA 도메인을 각각 정의하며, 여기서 각 MA 도메인의 자석 극성은 서로 상이하다.
MFMD(306)에 의해 측정된 B(309)는 MA(202)의 x 위치에 대해 도시된다("B 대 x 곡선"). B는 x의 함수, 즉 B=B(x)이다. L에서, B의 S = (Bmax-B0)/Δx는 선형이다. 표 1에 예시적인 값이 제공된다. S의 값은 DC에서 제공된다. MA(202)에 비해 MA(302)의 장점은 L 내의 B 대 x 곡선이 더 높은 선형성을 나타낸다는 것이다. 즉, MA(302)의 B 대 x 곡선은 MA(202)의 B 대 x 곡선보다 216과 같은 이상적인 선형 모양으로부터 덜 벗어난다.
[표 1]
도 4는 본 명세서에 개시되며 400으로 번호 매겨진 위치 감지 유닛의 또 다른 실시예를 도시한다. 유닛(400)은 각각의 자기 극성(404a, 404b 및 404c)을 갖는 3개의 비-사각형 영구 자석(402a, 402b 및 402c)을 포함하는 MA(402) 및 MFMD(406)를 포함한다. 자석(402a 및 402c)은 동일한 형상 및 치수를 갖지만, 반대 자화(404a 및 404c)를 갖는다. 자석(402a 및 402c)은 402b에 대해 대칭적으로 위치되며, 즉 402a 및 402c 모두는 (i) 402b로부터 동일한 거리(d402)에 위치되고, (ii) 402b에 대해 동일한 상대 Y 좌표 ΔH402에 위치된다. (x에 대한) MA(402)의 중심(C)은 자석(402b) 및 MA(402) 모두의 (y에 대한) SA(409)에 위치된다. MA(402)는 y에 대하여 C 중심으로 대칭적으로 형상화된다.
MA(402)는 자기장을 발생시킨다(도시되지 않음). C에서, MFMD(406)는 MA(402)로부터 떨어진 DC에 위치한다. MA(402)는 MFMD(406)에 대해 x 방향으로 스트로크를 따라 이동한다. x를 따른 MA(402)의 위치는 x0로부터 xmax까지 변한다. x0 및 xmax는 중간 또는 대칭점(xS = xmax/2)이 C에 위치하도록 선택되거나, 달리 선택될 수 있다.
x0에서 xmax 사이에서, 직교 거리(D)는 x의 함수, D = D(x)이다. 400의 경우, D(x0) = D(xmax) < DC, D(x0) = D(xmax) = Dmin 및 L/Dmin>10이다. 일반적으로, Dmin ≥0.1mm이다. x0에서, 자기 극성(404a)은 실질적으로 MFMD(406)를 향하여 지향된다. xmax에서, 404c는 실질적으로 MFMD(406)로부터 멀어지게 지향된다. C에서, 404b는 X에 실질적으로 평행하거나 역평행으로 지향된다. 자석(402a, 402b, 402c)은 3개의 MA 도메인, 즉 좌측, 중간 및 우측 MA 도메인을 각각 정의하며, 각각의 MA 도메인의 자석 극성은 서로 상이하다. D는 스케일로 표시되지 않음에 유의하라.
MFMD(406)에 의해 측정된 B(409)는 MA(202)의 x 위치에 대해 도시된다. B는 x의 함수, 즉 B=B(x)이다. L에서, B의 S = (Bmax-B0)/ΔX는 선형이다. 위치 감지 유닛(400)의 예시적인 값이 표 2에 제공된다. S의 값은 DC에서 제공된다. MA(202)에 비해 MA 402의 장점은 L 내의 B 대 x 곡선이 더 높은 선형성을 나타낸다는 것이다.
[표 2]
도 5a는 본 명세서에 개시되며 500으로 번호 매겨진 위치 감지 유닛의 또 다른 실시예를 도시한다. 유닛(500)은 각각의 자기 극성(504a, 504b, 504d, 5004c, 504c, 500)을 갖는 5개의 영구 자석(502a, 502b, 502c, 502d 및 502e)을 포함하는 MA(502) 및 MFMD(506)를 포함한다. 자석(502a, 502b 및 502c)은 직사각형이 아닌 반면, 자석(502d 및 502e)은 직사각형이다. 자석(502a, 502c) 및 자석(502d, 502e)는 동일한 형상과 치수를 갖지만, 반대 자화(504a, 504c, 504d, 504e)를 각각 갖는다. 자석(502a, 502c, 502d, 502e)은 자석(502b)에 대해 대칭적으로 위치된다. 자석(502a, 502b, 502c)을 포함하는 자석 서브-어셈블리는 도 3에 도시된 MA(302)와 동일하다. (x에 대한) MA(502)의 중심(C)은 자석(502b) 및 MA(502) 모두의 (y에 대한) SA(509)에 위치한다. MA(502)는 y에 대해 C를 중심으로 대칭적으로 형성된다.
MA(502)는 자기장을 발생시킨다(도시되지 않음). C에서, MFMD(506)는 MA(502)로부터 떨어진 DC에 위치된다. MA(502)는 MFMD(506)에 대해 x 방향으로 스트로크를 따라 이동한다. x를 따른 MA(502)의 위치는 x0로부터 xmax까지 변한다. x0 및 xmax는 중간 또는 대칭점(xS = xmax/2)이 C에 위치하도록 선택되거나, 달리 선택될 수 있다.
x0와 xmax 사이에서, 직교 거리(D)는 x의 함수, D = D(x)이다. 500의 경우, D(x0) = D(xmax) < DC, D(x0) = D(xmax) = Dmin 및 L/Dmin>10이다. 일반적으로, Dmin ≥0.1mm이다. x0에서, 자기 극성(504a)은 실질적으로 MFMD(506)를 향해 지향된다. xmax에서, 504c는 실질적으로 MFMD(506)로부터 멀어지게 지향된다. C에서, 504b는 X에 대해 실질적으로 평행하거나 역평행으로 지향된다. 504d는 504a에 대해 실질적으로 역평행으로 지향된다. 504e는 504c와 실질적으로 역평행으로 지향된다. 자석(502a, 502b 및 502c)에 의해 정의된 3개의 MA 도메인에 추가하여, MA(502)에는 자석(502d 및 502e)에 의해 정의된 2개의 추가 MA 도메인이 있다.
B(미도시)는 MA(202)의 x 위치에 대해 MFMD(506)에 의해 측정된다. B는 x의 함수, 즉 B=B(x)이다. L에서, B의 S = (Bmax-B0)/ΔX는 선형이다. 표 3에 예시적인 값이 제공된다. 자석(502a, 502b 및 502c)을 포함하는 자석 서브-어셈블리의 값에 대해서는 표 1의 자석(302a, 302b 및 302c)를 참조하라. S의 값은 DC에서 제공된다.
MA(302)에 비해 MA(502)의 장점은 B 대 x 곡선이 자석(502a, 502b 및 502c)의 동일한 치수(이는 (자석(302a, 302b 및 302c)와 동일한 치수를 가짐)에 대해 더 높은 선형성을 갖는다는 것이다.
[표 3]
도 5b는 본 명세서에 개시되며 510으로 번호 매겨진 보이스 코일 모터("VCM")의 실시예를 도시한다. VCM(510)은 코일 어셈블리("CA")(520) 및 위치 감지 유닛(500)을 포함한다. CA(520)는 4개의 코일(520a, 520b, 520c 및 520d)을 포함하고, 자기장을 발생할 수 있다.
VCM(510)에서, 위치 감지 유닛(500)에 의해 야기된 자기장은 CA(520)에 의해 생성된 자기장과 함께, MFMD(506)뿐만 아니라 MA(502)와 CA(520) 사이의 상대적인 운동을 작동시키는 데 필요한 자기장 구성을 추가로 제공한다. 일반적으로, VCM(510)을 포함하는 장치와 관련하여, MFMD(506) 및 CA(520)는 정지 상태에 있고, MA(502)는 이동한다. 카메라를 포함하는 장치에서 렌즈 포커싱을 위한 일부 예에서, MA(502)는 장치에 대해 정지된 카메라의 이미지 센서에 대해 렌즈를 작동시키기 위해 카메라의 렌즈에 고정 결합될 수 있다. MA(302)에 비해 MA 502의 장점은 더 빠른 VCM 작동을 가능하게 하는 것이다.
다른 실시예에서, VCM(510)과 같은 VCM은 위치 감지 유닛(200, 300 또는 400)을 포함할 수 있다.
본 개시내용이 특정 실시예 및 일반적으로 관련된 방법의 관점에서 설명되었지만, 실시예 및 방법의 변경 및 치환은 당업자에게 명백할 것이다. 본 개시내용은 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 제한되지 않고 첨부된 청구범위에 의해서만 제한되는 것으로 이해되어야 한다.
달리 명시되지 않는 한, 선택 옵션 목록의 마지막 두 구성원 사이에 "및/또는"이라는 표현을 사용하는 것은 나열된 옵션 중 하나 이상이 적절하게 선택될 수 있음을 나타낸다.
청구범위 또는 명세서가 "a" 또는 "an" 요소를 언급하는 경우, 그러한 참조는 해당 요소 중 하나만 존재하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다.
또한, 명확성을 위해 "실질적으로"라는 용어는 허용 가능한 범위 내에서 값의 변동 가능성을 암시하는 데 사용된다. 하나의 예에 따르면, 본 명세서에서 사용된 "실질적으로"라는 용어는 임의의 특정 값 이상 또는 이하로 최대 10%의 가능한 변동을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 다른 예에 따르면, 본 명세서에서 사용된 "실질적으로"라는 용어는 임의의 특정 값 이상 또는 이하로 최대 5%의 가능한 변동을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 추가 예에 따르면, 본 명세서에서 사용된 "실질적으로"라는 용어는 임의의 특정 값 이상 또는 이하로 최대 2.5%의 가능한 변동을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 언급된 모든 참조는 마치 각각의 개별 참조가 구체적으로 그리고 개별적으로 참조에 의해 여기에 포함되는 것과 동일한 정도로 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다. 또한, 본 출원에서 인용 또는 식별은 그러한 참조가 본 발명에 대한 선행 기술로서 이용가능하다는 인정으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (21)

  1. 카메라로서,
    렌즈;
    이미지 센서;
    제1 방향을 따라 측정된 폭(W), 및 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라 측정된 높이(H)를 갖고, 상기 제1 방향을 따라 적어도 좌측 MA 도메인, 중간 MA 도메인 및 우측 MA 도메인을 정의하는, 각각의 자기 극성을 갖는 적어도 3개의 자석을 포함하는 자기 어셈블리(MA)로서, 각각의 MA 도메인의 자기 극성이 상이한, 상기 자기 어셈블리(MA); 및
    자속(B)을 측정하기 위한 자속 측정 장치(MFMD);
    를 포함하고,
    상기 MA는 1mm ≤ L ≤ 100mm를 충족하는 스트로크(L) 내에서 상기 제1 방향을 따라 MFMD에 대해 이동하도록 구성되고,
    특정 MA 도메인과 위치 감지 유닛의 MFMD 사이에서 상기 제2 방향을 따라 측정된 직교 거리(D)의 최소값(Dmin)은 L/Dmin > 10을 충족하고,
    상기 적어도 3개의 자석은 상기 제1 방향을 따라 순차적으로 배치되고, 인접한 자석은 갭(gap)에 의해 분리되는 카메라.
  2. 제1항에 있어서, 상기 MA는 상기 렌즈에 고정 결합되는 카메라.
  3. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는 10mm 내지 40mm 범위의 유효 초점 거리(EFL)를 갖는 카메라.
  4. 제1항에 있어서, 상기 MA는 상기 제2 방향에 평행한 대칭축을 갖는 카메라.
  5. 제1항에 있어서, D는 스트로크(L) 내의 상이한 위치에 대해 일정하지 않은 카메라.
  6. 제1항에 있어서, 상기 좌측 MA 도메인의 자기 극성은 상기 MFMD 쪽으로 지향하고, 상기 우측 MA 도메인의 자기 극성은 상기 MFMD로부터 멀어지게 지향하는 카메라.
  7. 제1항에 있어서, 상기 중간 MA 도메인의 자기 극성은 상기 제1 방향에 평행 또는 역-평행하게 지향하는 카메라.
  8. 제1항에 있어서, 상기 좌측, 중간 및 우측 MA 도메인은 직사각형인 카메라.
  9. 제1항에 있어서, 상기 좌측 및 우측 MA 도메인은 사다리꼴이고, 상기 중간 MA 도메인은 오각형인 카메라.
  10. 제1항에 있어서, 상기 MA는 각각의 자기 극성을 갖는 제4 MA 도메인 및 제5 MA 도메인을 포함하고, 상기 제4 MA 도메인은 상기 좌측 MA 도메인의 왼쪽에 위치하고, 상기 제5 MA 도메인은 상기 우측 MA 도메인의 오른쪽에 위치하는 카메라.
  11. 제1항에 있어서, L < 20mm인 카메라.
  12. 제1항에 있어서, L < 5mm인 카메라.
  13. 제1항에 있어서, L/W > 0.5인 카메라.
  14. 제1항에 있어서, L/H > 5인 카메라.
  15. 제1항에 있어서, L/Dmin > 15인 카메라.
  16. 제1항에 있어서, 스트로크(L)는 제1 지점(x0)에서 시작하여 최종 지점(xmax)에서 끝나며, 상기 좌측 MA 도메인과 MFMD 사이의 D 값은 D(x0)이고, 상기 우측 MA 도메인과 MFMD 사이의 D 값은 D(xmax)이고, 상기 중간 MA 도메인과 MFMD 사이의 D 값은 D(xmax/2)이고, 여기서 D(x0) ≤ D(xmax/2) 및 D(xmax) ≤ D(xmax/2)인 카메라.
  17. 제1항에 있어서, 스트로크(L)는 제1 지점(x0)에서 시작하여 최종 지점(xmax)에서 끝나며, 상기 좌측 MA 도메인과 MFMD 사이의 D 값은 D(x0)이고, 상기 우측 MA 도메인과 MFMD 사이의 D 값은 D(xmax)이고, 상기 중간 MA 도메인과 MFMD 사이의 D 값은 D(xmax/2)이고, 여기서 D(x0) = D(xmax) ≤ D(xmax/2)인 카메라.
  18. 제1항에 있어서, 상기 MA 및 상기 MFMD는 보이스 코일 모터(VCM)에 포함되는 카메라.
  19. 제18항에 있어서, 상기 VCM은 4개의 코일을 포함하는 카메라.
  20. 제1항에 있어서, 상기 카메라는 모바일 장치에 포함되는 카메라.
  21. 제20항에 있어서, 상기 모바일 장치는 스마트폰인 카메라.
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