KR20240051317A - 폴디드 옵틱용 선형 볼 가이드 보이스 코일 모터 - Google Patents

폴디드 옵틱용 선형 볼 가이드 보이스 코일 모터 Download PDF

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KR20240051317A
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이타이 예디드
갈 샤브타이
에브라임 골든베르그
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이타이 저비
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Abstract

제1 광축을 갖고 제1 광축에 실질적으로 수직인 제2 광축으로부터 폴딩된 광을 수신하는 렌즈를 지지하고 작동시키기 위한 액추에이터로서, 렌즈에 결합된 제1 및 제2 VCM 엔진과 각각의 VCM 엔진에 의해 작동될 때 2개의 실질적으로 직교하는 방향으로 렌즈의 이동을 생성하도록 작동하는 제1 및 제2 선형 볼 가이드 레일을 포함한다.

Description

폴디드 옵틱용 선형 볼 가이드 보이스 코일 모터{LINEAR BALL GUIDED VOICE COIL MOTOR FOR FOLDED OPTIC}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 그 전문이 여기에 참고로 인용된 2016년 7월 7일자로 제출된 미국 가출원 제62/359,222 호로부터 우선권을 주장한다.
여기에 개시된 실시 예는 일반적으로 액츄에이팅 기구("액추에이터")에 관한 것이며, 특히 디지털 카메라용 보이스 코일 모터(VCM : voice coil motor) 액추에이터에 관한 것이다.
고급 디지털 카메라 모듈, 및 특히 핸드폰(예들들어, 스마트 폰) 디지털 카메라는 초점 또는 광학 이미지 안정화(optical image stabilization : OIS)와 같은 진보된 광학 기능을 사용할 수 있는 메커니즘을 포함한다. 이러한 메커니즘은 원하는 광학 기능을 생성하기 위해 광학 소자(예를 들어, 렌즈, 이미지 센서, 거울)를 작동(예를 들어, 변위, 시프트 또는 틸트)시킬 수 있다. 일반적으로 사용되는 액추에이터는 보이스 코일 모터(VCM) 기술에 기반한다. VCM 기술에서, 고정(또는 영구) 자석 및 코일이 구동력을 생성하는 데 사용된다. 코일은 고정 자석의 자계 부근에 위치한다. 코일에서 전류를 구동할 때, 로렌츠 힘이 코일에 생성되고, 그 반대로 동일한 카운터-포스(counter-force)가 자석에 가해진다. 자석 또는 코일은 작동 어셈블리를 구성하기 위해 광학 소자에 견고하게 부착된다. 그 다음, 작동 어셈블리는 자기 로렌츠 힘에 의해 움직인다. 이후, 이 설명에서, 용어 VCM은 "VCM 엔진"이라고도 지칭될 것이며, 이러한 VCM(또는 VCM 엔진)을 포함하는 액추에이터는 "VCM 액추에이터" 또는 간단히 "액추에이터"로 지칭될 것이다.
자력 이외에도, 기계적 레일이 광학 소자의 이동 경로를 설정하는 데 사용된다. 기계적 레일은, 광학적 필요에 의해 요구되는 바와 같이, 광학 소자의 이동을 원하는 경로로 유지한다. 전형적인 기계식 레일은 당업계에서 "스프링-가이드 레일들(spring-guided rail)"로 알려져 있으며, 여기서 스프링 또는 스프링 세트가 모션 방향을 설정하는 데 사용된다. 스프링-가이드 레일이 포함된 VCM은 "스프링-가이드 VCM"이라고 한다. 예를 들어, 미국 특허출원 제20110235196호는 선형 스프링 레일에서 시프트되어 초점을 생성하는 렌즈 요소를 개시한다. 예를 들어, 국제 특허출원 PCT/IB2016/052179는 폴디드 카메라 구조(folded camera structure : FCS - 간단히 "폴디드 카메라"라고도 함)에서 스프링-가이드 VCM의 통합 및 사용을 개시한다. 본원은 초점 및 OIS를 생성하기 위해 시프트되는 렌즈 요소와 OIS를 생성하기 위해 회전 방식으로 시프트되는 광학 경로 폴딩 요소들(optical path folding element : OPFE)를 교시한다. 또한, PCT/IB2016/052179는 액추에이터가 모듈 높이에 추가되지 않는 폴디드 액추에이터 내의 AF + OIS를 교시한다.
다른 전형적인 기계 레일은 당업계에서 "볼-가이드 레일들(ball-guided rail)"로 공지되어 있다(미국 특허 제8810714호 참조). 볼-가이드 레일의 경우, 광학 소자는 그루브들("슬릿"이라고도 함) 내에 구속된(Confined) 볼의 세트에 의해 원하는 방향으로 이동하도록 구속된다. 볼-가이드 레일이 포함된 VCM은 "볼-가이드 VCM"이라고 한다. 볼-가이드 VCM에는 스프링-가이드 VCM보다 몇 가지 장점이 있다. 볼-가이드 VCM은 (1) 낮은 전력 소모(스프링-가이드 VCM에서는 자력이 볼-가이드 VCM에 존재하지 않는 스프링 기계적인 힘에 맞서야 하기 때문임), 및 (2) VCM을 포함하는 카메라의 라이프 싸이클 동안 발생할 수 있는 드롭(drops)의 높은 신뢰성을 포함한다. 미국 특허 제8810714호의 작동 방법은 표준 논(non)-폴디드 렌즈를 위해 설계되는데, 여기서 렌즈 광축은 촬영 대상물에 직접 향하게 되며(pointed) 폴디드 카메라에서 사용될 수 없다.
상기한 관점에서, 폴디드 카메라 치수, 특히 카메라 높이 및/또는 폭을 감소시키기 위해, 폴디드 카메라 내부에 선형 볼 가이드 VCM을 갖는 것이 유리하다. 또한, 그러한 구조를 이러한 카메라의 OPFE를 위한 다양한 작동 메커니즘과 결합하여 제시할 필요가 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예의 측면은, VCM, 그러한 VCM을 포함하는 액추에이터(상기 액추에이터는 폴디드 카메라 내에 AF 및 OIS를 위한 선형 볼 가이드 레일을 가짐), 및 디지털 카메라, 특히 그러한 VCM을 포함하는 폴디드 옵틱(folded optics)을 갖는 카메라에 관한 것이다.
일부 예시적인 실시 예에서, 렌즈 - 제1 광축을 가지며, 상기 제1 광축에 실질적으로 수직인 제2 광축에 따른 광학 경로로부터 폴딩된 광을 수신함 - 를 갖는 렌즈 홀더를 지지하고 작동시키기 위한 액추에이터가 제공되며, 상기 액추에이터는 상기 렌즈 홀더에 결합된 제1 보이스 코일 모터(VCM) 엔진, 상기 렌즈 홀더에 결합된 제2 VCM 엔진, 상기 제1 VCM 엔진에 의한 작동시 상기 렌즈 홀더의 제1 이동을 생성하도록 작동하는 제1 선형 볼 가이드 레일로서, 상기 제1 광축에 평행한 제1 방향에서 상기 제1 이동이 있는 상기 제1 선형 볼 가이드 레일, 및 상기 제2 VCM 엔진에 의한 작동시 상기 렌즈 홀더의 제2 이동을 생성하도록 작동하는 제2 선형 볼 가이드 레일을 포함하며, 상기 제1 광축 및 상기 제2 광축에 실질적으로 수직인 제2 방향에서 상기 제2 이동이 있다.
예시적인 실시 예에서, 상기 제1 이동은 초점을 위한 것이고 상기 제2 이동은 OIS를 위한 것이다.
예시적인 실시 예에서, 액추에이터는 상기 제1 방향의 적어도 하나의 그루브와 상기 제2 방향의 적어도 하나의 그루브를 포함하는 중간 이동 프레임을 더 포함한다.
예시적인 실시 예에서, 상기 렌즈 홀더와 상기 렌즈는 하나의 부품으로 제조된다.
예시적인 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 선형 볼 가이드 레일은 각각 이들 사이에 위치한 적어도 하나의 볼을 갖는 한 쌍의 그루브를 포함한다.
예시적인 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 VCM 엔진은 각각 제1 및 제2 VCM 자석을 포함한다.
예시적인 실시 예에서, 액추에이터는 고정 베이스(static base)를 더 포함하고, 렌즈 홀더는 상기 중간 이동 프레임에 대해 제1 방향만을 따라 이동가능하고, 상기 중간 이동 프레임은 상기 고정 베이스에 대하여 제2 방향만을 따라 이동가능하다.
예시적인 실시 예에서, 액추에이터는 고정 베이스를 더 포함하고, 렌즈 홀더는 상기 중간 이동 프레임에 대해 제2 방향만을 따라 이동가능하고, 상기 중간 이동 프레임은 상기 고정 베이스에 대해 제1 방향만을 따라 이동가능하다.
예시적인 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 VCM 자석은 렌즈 홀더에 고정적으로 부착된다.
예시적인 실시 예에서, 상기 제1 VCM 자석은 렌즈 홀더에 고정적으로 부착되고, 상기 제2 VCM 자석은 중간 이동 프레임에 고정적으로 부착된다.
예시적인 실시 예에서, 상기 제1 VCM 자석은 중간 이동 프레임에 고정적으로 부착되고, 상기 제2 VCM 자석은 렌즈 홀더에 고정적으로 부착된다.
예시적인 실시 예에서, 상기 제1 VCM 엔진 및 상기 제2 VCM 엔진은 고정 베이스에 기계적으로 결합된 각각의 제1 및 제2 VCM 코일을 포함한다.
예시적인 실시 예에서, 액추에이터는 고정 베이스에 부착되고 제1 및 제2 선형 볼 가이드 레일이 둘다 분리되는 것을 방지하기 위해 상기 제1 VCM 자석을 당기는 데 사용되는 적어도 하나의 강자성 요크를 더 포함한다.
예시적인 실시 예에서, 액추에이터는 고정 베이스에 부착되고 제1 및 제2 선형 볼 가이드 레일이 둘다 분리되는 것을 방지하기 위해 상기 제1 VCM 자석 또는 상기 제2 VCM 자석을 당기는 데 사용되는 적어도 하나의 강자성 요크를 더 포함한다.
예시적인 실시 예에서, 액추에이터는 고정 베이스에 부착되고 제1 및 제2 선형 볼 가이드 레일이 둘다 분리되는 것을 방지하기 위해 상기 제2 VCM 자석을 당기는 데 사용되는 적어도 하나의 강자성 요크를 더 포함한다.
예시적인 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 VCM 코일과 상기 제1 및 제2 VCM 자석은 각각 일정한 거리만큼 이격되어 있다.
예시적인 실시 예에서, 액추에이터는 제1 및 제2 방향으로 이동시, 렌즈의 위치를 각각 측정하기 위한 제1 위치 센서 및 제2 위치 센서를 더 포함한다.
예시적인 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 위치 센서는 제1 및 제2 VCM 자석의 자기장을 각각 측정하도록 작동하는 홀 바 위치 센서들이다.
일부 예시적인 실시 예에서, 상기 액추에이터들 중 임의의 액추에이터는 제2 광축에 따른 광학 경로로부터의 광을 제1 광축에 따른 광학 경로로 폴딩하는 광학 경로 폴딩 요소들(OPFE)와 함께 폴디드 카메라에 포함되고, 상기 OPFE는 회전 스프링 기반 메커니즘 또는 회전 볼 기반 메커니즘에 의해 제2 방향을 중심으로 틸팅가능하다.
예시적인 실시 예에서, 상기 폴디드 카메라는 듀얼-애퍼처 카메라 내에 업라이트 카메라와 함께 포함된다.
본 명세서에개시된 양태들, 실시 예들 및 특징들은 첨부된 도면들과 관련하여 고려될 때 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1a는 여기에 개시된 실시 예에 따른 선형 볼 가이드 VCM 액추에이터의 등각 투영도를 도시하고;
도 1b는 도 1a의 VCM 액추에이터를 분해도로 도시하고;
도 1c는 VCM 액추에이터의 상부 작동 서브 어셈블리의 저면도를 도시하고;
도 1d는 VCM 액추에이터의 중간 이동 프레임의 평면도를 도시하고;
도 1e는 VCM 액추에이터의 중간 이동 프레임의 저면도를 도시하고;
도 1f는 VCM 액추에이터의 베이스의 등각 투영도를 도시하고;
도 1g는 VCM 액추에이터의 EM 서브 어셈블리의 등각 투영도를 도시하고;
도 1h는 다른 예시적인 실시 예에 따른 선형 볼 가이드 VCM 액추에이터의 등각 투영도를 도시하고;
도 1i는 도 1h의 VCM 액추에이터의 분해도를 도시하고;
도 1j는 또다른 예시적인 실시 예에 따른 선형 볼 가이드 VCM 액추에이터의 등각 투영도를 도시하고;
도 1k는 도 1j의 VCM 액추에이터의 분해도를 도시하고;
도 2a는 여기에 개시된 액추에이터를 포함하는 폴디드 카메라의 실시 예를 도시하고;
도 2b는 여기에 개시된 액추에이터 및 일 실시 예의 회전 스프링 기반 메커니즘에 의해 회전되는 OPFE를 포함하는 폴디드 카메라의 실시 예를 도시하고;
도 2c는 여기에 개시된 액추에이터 및 다른 실시 예의 회전 볼 기반 메커니즘에 의해 회전되는 OPFE를 포함하는 폴디드 카메라의 실시 예를 도시하며;
도 3은 논-폴디드(업라이트) 카메라와 함께 도 2c의 폴디드 카메라를 포함하는 듀얼 카메라의 실시 예를 도시한다.
도 1a는 여기에 개시된 예시적인 실시 예에 따른 선형 볼 가이드 VCM 액추에이터(100)의 등각 투영도를 도시한다. 도 1b는 액추에이터(100)의 분해도를 도시한다. 액추에이터(100)는, 후술하는 바와 같이, 평면(즉, 도시된 도면에서 X-Y 평면)의 두 방향으로 광축(160)("제1 광축"이라고도 함)을 갖는 렌즈(150)의 시프트를 가능하게 한다. 액추에이터(100)는 3-40㎜ 범위의 예시적인 길이/폭/높이 치수를 갖는다. 즉, 액추에이터(100)는 3x3x3 ㎣ 내지 40x40x40 ㎣의 치수를 갖는 박스 내에 수용될 수 있다. 설명은 도 1a 및 도 1b뿐만 아니라 다수의 다른 도면에 도시된 좌표계(XYZ)를 참조하여 계속된다.
액추에이터(100)에서, 렌즈(150)는 렌즈(150)의 형상에 맞는 렌즈 홀더(또는 렌즈 캐리어)(102)에 위치되고 유지된다. 일부 실시 예에서, 렌즈 홀더(102) 및 렌즈(150)는 단일 부품일 수 있다. 일부 실시 예에서, 이들은 개별 부품일 수 있다. 다음의 설명 및 청구항들에서, 용어 "렌즈 홀더"는 렌즈 홀더만을 기술하거나, 렌즈 홀더 및 렌즈를 포함하는 일체화된 부품(컴포넌트)을 기술할 수 있다. 렌즈 홀더(102)는 예를 들어 플라스틱 몰딩에 의해 또는 대안적으로 다른 방법에 의해 제조될 수 있다. 3개의 자석들(104, 106 및 108)은 아래로부터(도면에서 음의 Z 방향으로) 렌즈 홀더(102)에 고정적으로 부착(예를 들어, 접착)된다. 렌즈 홀더(102)와 자석들(104-108)의 어셈블리는 이후에 "상부 작동 서브 어셈블리"(110)로 언급될 것이다. 도 1c는 상부 작동 서브 어셈블리(110)의 저면도를 도시한다. 렌즈 홀더(102)는 4개의 그루브들(102a-d)을 포함한다. 그루브들(102a-d)은 서로 평행하고 Y-축을 따른다. 그루브들(102a-d)은 상부 작동 서브 어셈블리(110)를 Y 방향을 따라 가이드하는 데 사용된다.
액추에이터(100)는 전형적으로 플라스틱으로 제조된 중간 이동 프레임(112)을 더 포함한다. 또한, 도 1d 및 도 1e는 중간 이동 프레임(112)의 평면도 및 저면도를 각각 도시한다. 중간 이동 프레임(112)은 8개의 그루브들(112a-h)을 포함하는데, 4개의 그루브들(112a-d)은 Y 방향을 따라 어댑터(112)의 상부 표면 상에 있고 4개의 그루브들(112e-h)은 X 방향을 따라 어댑터(112)의 하부 표면 상에 있다. 상부 작동 서브 어셈블리(110)는 그루브들(112a-d)이 그루브들(102a-d)의 바로 아래에 평행하도록 중간 이동 프레임(112)의 상부에 위치된다.
도시된 실시 예에서, 4개의 볼들(114a-d)은 볼들(114a-d)이 렌즈 홀더(102)와 중간 이동 프레임(112)을 이격시켜서 두 부품이 서로 접촉하지 못하도록 그루브들(112a-d)의 상부에 위치된다(각각의 그루브의 상부에 하나의 볼). 다른 실시 예에서, 액추에이터(100)는 각각의 그루브들(112a-d)의 상부에 하나 이상의 볼들, 예를 들어 그루브 당 7개의 볼들을 가질 수 있다. 볼들(112a-d)은 알루미나 또는 다른 세라믹 재료, 금속 또는 플라스틱 재료로 제조될 수 있다. 전형적인 볼 직경은 0.3-1㎜의 범위일 수 있다. 다른 볼 크기 및 포지셔닝 고려사항들은 "회전 볼 가이드 보이스 코일 모터"라는 명칭의 공동 소유 국제 PCT 특허출원 PCT/IB2017/052383에서와 동일할 수 있다.
렌즈 홀더(102)와 중간 이동 프레임(112)이 예시 적으로 플라스틱 몰딩되기 때문에, 각 치수에 대해 전형적으로 수십 미크론 이하의 부품 치수에 약간의 허용 오차가 허용된다. 이러한 허용 오차는 인접한(마주하는) 그루브들(102a-102b-112a-112b 및/또는 102c-102d-112c-112d) 사이의 위치 오정렬을 초래할 수 있다. 그루브들을 보다 잘 정렬하기 위해, 그루브들(102a-d, 112c-d)은 V형상, 즉 볼의 포지셔닝을 보장하는 V 단면 형상을 가질 수 있는 반면, 그루브들(112a-b)은 더 넓은 직사각형 단면을 가질 수 있다. 그루브들(102a-d 및 112c-d)은 조립동안 정렬되는 반면, 그루브들(102c-d 및 112a-b)의 정렬은 직사각형 단면에 의해 허용되는 작은 자유도를 갖는다.
상부 작동 서브 어셈블리(110), 볼들(114a-d) 및 중간 이동 프레임(112)의 어셈블리는 이하에서 "하부 작동 서브 어셈블리"(120)라고 칭할 것이다.
액추에이터(100)는 전형적으로 플라스틱으로 제조된 베이스(122)를 더 포함한다(도 1b 및 도 1f). 베이스(122)는 X 방향을 따라 4개의 그루브들(122a-d)로 몰딩된다. 하부 작동 서브 어셈블리(120)는 그루브들(122a-d)이 그루브들(112e-h)과 각각 평행하도록 베이스(122)의 상부에 위치된다. 도시된 실시 예에서, 베이스(122)는 액추에이터(100)의 일부로서만 작용한다. 다른 실시 예에서, 베이스 플라스틱 몰딩은 카메라 센서를 유지하기 위해, 시일드를 유지하기 위해, 누설된 빛과 먼지가 이미지 센서 등에 도달하는 것을 방지하기 위해, 프리즘과 결합된 액추에이터용 베이스와 같은 다른 용도를 위해 작용하도록 연장될 수 있다.
4개의 볼들(124a-d)은 볼들(124a-d)이 중간 이동 프레임(112)을 베이스(122)로부터 이격시켜 두 부품이 서로 접촉하는 것을 방지하도록 그루브들(122a-d)(각 그루브의 상부에 하나의 볼)의 상부에 위치된다. 다른 실시 예에서, 액추에이터(100)는 각 그루브들(122a-d)의 상부에 하나 이상의 볼, 예를 들어 그루브 당 7개의 볼들을 가질 수 있다. 볼들(124a-d)과 관련된 크기, 재료 및 다른 고려사항들은 볼들(114a-d)의 그것과 유사하다.
액추에이터(100)는 각각의 요크가 각각의 자석들(104, 106 및 108) 아래에 위치되도록 상부(도면에서 양의 Z 방향)로부터 베이스(122)에 고정적으로 부착된(예를 들어, 접착된) 3개의 금속 강자성 요크들(130, 132 및 134)을 더 포함한다. 다른 실시 예에서, 강자성 요크들(130, 132 및 134)은 베이스(122)에 아래쪽에서 고정적으로 부착될 수 있다. 각각의 요크는 자력에 의해 그 각각의 자석을 음의 Z 방향으로 당기고, 따라서 모든 요크는 상부 작동 서브 어셈블리(110) 및 하부 작동 서브 어셈블리(120)가 베이스(122)로부터 분리되는 것을 방지한다. 볼들(114a-d)은 상부 작동 서브 어셈블리(122)에 접촉하는 것을 방지한다. 상부 작동 서브 어셈블리(110) 및 하부 작동 서브 어셈블리(120)는 모두 Z- 축을 따라 구속되고 양 또는 음의 Z 방향으로 이동하지 않는다. 그루브 및 볼 구조는 상부 작동 서브 어셈블리(110)를 Y-축만을 따라 이동하도록 구속하고 하부 작동 서브 어셈블리(120)를 X-축만을 따라 이동하도록 구속한다.
액추에이터(100)는 전자기(EM : electro-magnetic) 서브 어셈블리(140)를 더 포함한다(도 1b 및 도 1g 참조). EM 서브 어셈블리(140)는 3개의 코일들(142,144,146), 2개의 홀 바 요소들(148, 150) 및 PCB(152)를 포함한다. 코일들(142-146) 및 홀 바 요소들(148-150)은 PCB(152)에 납땜된다. 코일들(142-146)은 전형적으로 각각 "스타디움" 형상을 갖고 전형적으로 10-30 ohm의 전형적인 저항을 갖는 수십개의 코일 권선(즉, 비제한적 범위의 50-250의)을 포함한다. PCB(152)는 코일들(142-146) 및 홀 바 요소들(148-150)에 대한 입력 및 출력 전류의 전송을 허용하고, 상기 전류는 작동에 필요한 전력 및 전자 신호 모두를 운반한다. PCB(152)는 와이어(미도시)에 의해 외부 카메라에 전자적으로 접속될 수 있다. EM 서브 어셈블리(140)는 각각의 코일들(142-146)이 각각의 자석들(104-108)과 각각의 요크들(130-134) 사이에 위치되도록 자석들(104-108)과 요크들(130-134) 사이에 위치된다. 코일(예를 들어, 코일(142))에서 전류를 구동하면, 각각의 자석(즉, 자석(104))에 로렌츠 힘이 생성되고; 시계 방향의 전류는 양의 Y 방향의 힘을 생성하는 반면, 반시계 방향의 전류는 음의 Y 방향의 힘을 생성한다. 유사하게, 코일들(144 또는 146)에서의 전류 구동은 자석들(106 또는 108)에 대해 각각의 로렌츠 힘을 생성할 것이며; 시계 방향의 전류는 양의 X 방향의 힘을 생성하는 반면, 반시계 방향의 전류는 음의 X 방향의 힘을 생성한다. 전체 자기 방식(예를 들어, 고정 자석들(130-134)의 극 방향)은 예를 들어 공동 소유의 특허출원 PCT/IB2016/052179에 상세히 기술되어 있으며, 본 기술분야에서 공지되어 있다.
홀 바 요소(148)는 코일(142) 내부에 위치되어 자석(102)의 자기장의 강도 및 방향을 감지할 수 있다. 따라서, 홀 바 요소(148)는 Y 방향을 따라 자석(104)의 각각의 위치를 측정할 수 있다. 홀 바 요소(150)는 코일(144) 내부에 배치되어 자석(106)의 자기장의 강도 및 방향을 감지할 수 있고, 따라서 X 방향을 따라 자석(106)의 각각의 위치를 측정할 수 있다. 따라서, 2개의 홀 바 요소는 X-Y 평면에서 상부 작동 서브 어셈블리(110)의 이동을 감지할 수 있고, 당업계에 공지된 바와 같이 예를 들어 공동 소유의 특허출원 PCT/IB2016/052179에 상세히 기술된 바와 같이 폐루프 제어를 위한 위치 센서로서 기능할 수 있다. 따라서, 액추에이터(100)는 광학 요구에 의해 필요에 따라 렌즈(150)를 X-Y 평면으로 이동시키는 역할을 할 수 있다. 제어 회로(미도시)는 집적 회로(IC)로 구현될 수 있다. 일부의 경우에, IC는 홀 요소들(148 및/또는 150)과 결합될 수 있다. 다른 경우에, IC는 카메라(미도시)의 외부에 위치될 수 있는, 개별 칩일 수 있다.
액추에이터(100)에 필요한 모든 전기적 연결은 베이스(122) 및 외부 세계에 대해 고정되어 있는, EM 서브 어셈블리(140)에 관한 것임을 알 수 있다. 따라서, 이동 부품에 전류를 전송할 필요가 없다.
실시 예(100)는 일반적인 2방향 액추에이터를 설명한다. 다른 실시 예는 다음과 같은 변형을 가질 수 있다.
실시 예(100)에서, 상부 작동 서브 어셈블리(110)는 중간 이동 프레임(112) 및 베이스(122)에 대해 Y 방향으로 이동하고 하부 작동 서브 어셈블리(120)는 베이스(122)에 대해 X 방향으로 이동한다. 도 1j 및 도 1k 하부에 도시된 액추에이터(100")와 같은 다른 액추에이터 실시 예에서, 상부 작동 서브 어셈블리(110)는 중간 이동 프레임(112) 및 베이스(122)에 대해 X 방향으로 이동할 수 있는 반면, 하부 작동 서브 어셈블리(120)는 베이스(122)에 대해 Y 방향으로 이동할 수 있다.
실시 예(100)에서, X 방향으로 힘을 제공하는 2개의 VCM이 있다. 이는 전력 소모를 감소시키기 위해 수행된다. 다른 실시 예에서, 액추에이터는 Y 방향으로 힘을 제공하는 하나의 VCM만을 가질 수 있다.
실시 예(100)에서, Y 방향으로 힘을 제공하는 하나의 VCM이 있다. 이것은 공간을 감소시키기 위해 수행된다. 다른 실시 예에서, 액추에이터는 X 방향으로 하나 이상의 VCM(예를 들어, 2개의 VCM)을 가질 수 있다.
실시 예(100)에서, 자석들(106 및 108)은 상부 작동 서브 어셈블리(110)의 일부로서 렌즈 캐리어(102)에 고정적으로 부착된다. 자석들(106 및 108)은 X 방향으로 힘을 제공하고 베이스에 대해 X 방향으로만 이동할 필요가 있기 때문에, 다른 실시 예에서, 자석들(106 및 108)은 중간 이동 프레임(112)에 고정적으로 부착될 수 있다.
일부 실시 예에서, 액추에이터(100)는 도면에 도시되지 않은 부품을 포함할 수 있다. 이들은 기계적 시일드, 외부 세계와의 전기적 연결, IC 구동, 다른 카메라 부품에 연결하기 위한 인터페이스 등이 포함될 수 있다.
도 1h는 여기에 개시된 다른 예시적인 실시 예에 따른 선형 볼 가이드 VCM 액추에이터(100')의 등각 투영도를 도시한다. 도 1i는 액추에이터(100')의 분해도를 도시한다. 액추에이터(100')는 단일의 차이점을 제외하고 구조 및 기능에서 액추에이터(100)와 유사하다(따라서, 유사한 요소/컴포넌트는 번호가 매겨지지 않고 및/또는 설명된다). 즉, 액추에이터(100)에서, 자석들(106, 108)은 렌즈 캐리어(102)에 부착되는 반면, 액추에이터(100')에서, 자석들(106 및 108)은 렌즈 캐리어(102)가 아니라 중간 이동 프레임(112)에 부착된다. 중간 이동 프레임(112)에 대한 자석들(106 및 108)의 부착은 자석들(106 및 108)로부터 Y 축에 따른 렌즈 이동의 완전한 디커플링(decoupling)을 허용하고; 즉, Y 축에 따른 렌즈 캐리어(102)의 임의의 이동은 홀 센서 요소(150)에 의한 위치 판독에 영향을 미치지 않을 것이다.
도 1j는 여기에 개시된 다른 예시적인 실시 예에 따른 선형 볼 가이드 VCM 액추에이터(100")의 등각 투영도를 도시한다. 도 1k는 액추에이터(100")의 분해도를 도시한다. 액추에이터(100")는 하기의 차이를 제외하고 구조 및 기능에서 액추에이터(100)와 유사하다(따라서, 유사한 요소/컴포넌트는 번호가 매겨지지 않고 및/또는 설명된다).
a) 실시 예(100)에서, 상부 작동 서브 어셈블리(110)는 중간 이동 프레임(112) 및 베이스(122)에 대해 Y 방향으로 이동하는 반면, 하부 작동 서브 어셈블리(120)는 베이스(122)에 대해 X 방향으로 이동한다. 실시 예(100")에서, 상부 작동 서브 어셈블리(110)는 중간 이동 프레임(112) 및 베이스(122)에 대해 X 방향으로 이동할 수 있는 반면, 하부 작동 서브 어셈블리(120)는 베이스(122)에 대해 Y 방향으로 이동할 수 있다.
b) 액추에이터(100)에서, 자석(104)은 렌즈 캐리어(102)에 부착된다. 액추에이터(100")에서, 자석(104)은 렌즈 캐리어(102)가 아니라 중간 이동 프레임(112)에 부착된다. 중간 이동 프레임(112)에 대한 자석(104)의 부착은 자석(104)으로부터의 X 축에 따른 렌즈 이동의 완전한 디커플링을 허용하고; 즉, X 축에 따른 렌즈 캐리어(102)의 임의의 이동은 홀 센서 요소(148)에 의한 위치 판독에 영향을 미치지 않을 것이다.
c) 액추에이터(100")는 Z 축에 따른 전체 높이가 렌즈(150)의 직경 + 두께(t)와 동일하도록 설계되며, 여기서 t는 약 500㎛일 수 있다. 액추에이터(100")에서, 렌즈는 상부로부터 삽입된다. 즉, 도 1j 및 도 1k에 도시된 바와 같이, 렌즈 홀더(102)는 그 상부가 개방된 몸체부(body)로 이루어지고, 렌즈(150)가 상기 몸체부의 개방된 상부 개구부를 통해 렌즈 홀더(102)내로 삽입될 수 있다. 상부로부터의 삽입은 액추에이터의 높이를 감소시킬 수 있다.
d) 액추에이터(100")에서 요크(130)가 없다. 전술한 바와 같이, 요크들(132, 134)에 의해 충분한 당김력(pull force)이 생성된다. 요크들(132 및 134)은 각각 자석들(106 및 108)을 당기며, 상부 작동 서브 어셈블리(110) 및 하부 작동 서브 어셈블리(120) 모두가 베이스(122)로부터 분리되는 것을 방지한다. 다른 실시 예에서, 단일 요크면 충분할 수 있다.
도 2a는 폴디드 카메라 구조(200)에 포함된 액추에이터(100, 100' 또는 100")와 같은 액추에이터를 도시한다. 간략화를 위해, 하기의 설명은 액추에이터들(100' 및 100")에 동등하게 적용된다는 점을 감안하여 액추에이터(100)에 적용한다. FCS(200)에서, 액추에이터(100)는 예시적으로 렌즈(150)를 이동시키는 역할을한다. 액추에이터(100)의 작동은 FCS(200)에서 수행되어 공동 소유의 PCT/IB2016/052179에 기술된 바와 같이, 오토 포커스(AF)(X-축에 따른 렌즈 이동) 및 광학 이미지 안정화(OIS)(Y-축에 따른 렌즈 이동)을 생성한다. FCS(200)는 OPFE(202) 및 이미지 센서(204)를 더 포함한다. OPFE(202)는 제2 광축(206)으로부터의 광을 제1 광축(160)으로 폴딩한다.
FCS(200)는 카메라를 보호하기 위한 기계적 시일드, 미광 리미터, 먼지 트랩, IR 필터(들), 외부 장치에 연결하기 위한 전기 회로, 제어 하드웨어, 메모리 유닛(예를 들어, EEPROM), 자이로스코프 등과 같은, 도 2a에 도시되지 않은 다른 부품을 더 포함할 수 있다. FCS(200)는 OIS용 OPFE(202)를 축(208) 주위로 이동 또는 틸팅하기 위한 작동 메커니즘을 더 포함할 수 있으며, 축(208)은 광축(160) 및 광축(206)에 실질적으로 수직이다. FCS(200)에서, 자석(104) 및 코일(142)은 렌즈(150)의 "후방 초점 거리(back focal length : BFL)"로서 당업계에 공지된 영역 인, 렌즈(150)와 이미지 센서(204) 사이에 위치된다.
도 2b는 액추에이터(100, 100'또는 100")와 같은 액추에이터를 포함하는 다른 FCS의 번호 210이 부여된 실시 예를 도시한다. FCS(210)에서, OPFE(202)는 번호 212가 부여된 회전 스프링 기반 메커니즘의 제1 실시 예에 의해 틸팅가능하다. 예시적으로, 상기 메커니즘은 VCM에 기반할 수 있다. VCM의 작동 방법에 대한 설명과 함께, 회전 스프링 기반 VCM에 대한 전체 설명은 공동 소유의 PCT/IB2016/052179에 제공되어 있다. FCS(210)에서, 액추에이터(100)와 VCM(212)은 물리적으로 분리되어 있다. 다른 실시 예에서, 이들은 예를 들어 단일의 통일된 플라스틱 베이스를 가짐으로써 연결되거나 또는 부품을 공유할 수 있다.
도 2c는 액추에이터(100 또는 100'또는 100")와 같은 액추에이터를 포함하는 또 다른 FCS의 번호 220이 부여된 실시 예를 도시한다. FCS(220)에서, OPFE(202)는 회전 볼 기반 메커니즘(222)의 제2 실시 예에 의해 틸팅(회전) 가능하다. 예시적으로, 상기 메커니즘은 VCM에 기반할 수 있다. 작동 방법의 설명과 함께, 회전 볼 가이드 VCM(222)의 전체 설명은 PCT IB2017/052383에 제공되어 있다. FCS(220)에서, 액추에이터(100)와 VCM(222)은 물리적으로 분리되어 있다. 다른 실시 예에서, 이들은 예를 들어 단일의 통일된 플라스틱 베이스를 가짐으로써 연결되거나 또는 부품을 공유할 수 있다.
도 3은 FCS(200, 210 또는 220)와 같은 FCS 및 논-폴디드(업라이트) 카메라(320)를 포함하는 듀얼-애퍼처 카메라(듀얼 카메라)의 번호 300이 부여된 예시적인 실시 예를 도시한다. 도시된 예시적인 실시 예에서, FCS는 FCS(220)와 유사하지만, FCS는 여기에 개시된 임의의 다른 FCS일 수 있음을 이해해야 한다. 업라이트 카메라(320)는 렌즈(302) 및 이미지 센서(304)를 포함한다. 렌즈(302)는 제2 광축(206)에 실질적으로 평행한 광축(306)을 갖는다. 업라이트 카메라(320)는 렌즈 (302)를 위한 작동 메커니즘, 시일드, 전기 회로 등과 같은 다른 부품(미도시)을 포함할 수 있다. 듀얼-카메라 구조의 사용 및 작동은 예를 들어 공동 소유의 미국 특허 제9392188호에 기술되어 있다.
상기 개시된 액추에이터들 중 임의의 액추에이터가 폴디드 카메라에 포함될 수 있으며, 상기 폴디드 카메라는 예를 들어 공동 소유의 미국 특허 제9392188호에 기술된 바와 같이 폴디드 렌즈를 갖는 듀얼-애퍼처 카메라에 업라이트(논-폴디드) 카메라와 함께 포함될 수 있다.
본 개시가 제한된 수의 실시 예들을 설명하고 있지만, 그러한 실시 예들의 많은 변경, 변형 및 다른 응용이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 일반적으로, 본 개시는 여기에 설명된 특정 실시 예들에 의해 제한되지 않고 첨부된 청구범위의 범주에 의해서만 이해되어야 한다.
본 명세서에서 언급된 모든 참조문헌들은, 각각의 개별 참조문헌이 구체적으로 그리고 개별적으로 참조로 여기에 포함되어 있는 것과 마찬가지로, 본 명세서에 참조로서 전체적으로 포함된다. 또한, 본원의 참조문헌의 인용 또는 식별은 그러한 참조문헌들이 본원에 대한 선행기술로서 이용가능하다는 인정으로서 해석되어서는 안된다.

Claims (20)

  1. 폴디드 카메라로서,
    렌즈 직경(DL) 및 렌즈 광축을 가지며, 렌즈 홀더에 수용되어 고정 결합되는 렌즈;
    제1 광학 경로로부터의 광을 상기 제1 광학 경로에 수직인 제2 광학 경로로 폴딩하는 광학 경로 폴딩 요소(OPFE), 여기서 상기 제2 광학 경로는 상기 렌즈 광축에 평행하고;
    이미지 센서; 및
    상기 렌즈 홀더를 제1 방향을 따라 작동시키는 제1 모터, 및 상기 렌즈 홀더를 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라 작동시키는 제2 모터를 포함하는 액추에이터, 여기서 상기 액추에이터는 상기 제2 광학 경로에 평행한 방향으로 높이(HA)를 갖고;
    를 포함하고,
    여기서, HA ≤ DL + 0.5mm인 폴디드 카메라.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 3 내지 40 mm 범위의 길이 및/또는 폭 및/또는 높이 치수를 갖는 폴디드 카메라.
  3. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 제1 방향을 따른 작동을 가이드하도록 작동하는 제1 선형 볼 가이드 레일을 포함하고, 상기 액추에이터는 상기 제2 방향을 따른 작동을 가이드하도록 작동하는 제2 선형 볼 가이드 레일을 포함하는 폴디드 카메라.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 방향은 상기 렌즈 광축에 평행한 폴디드 카메라.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 방향을 따른 작동은 포커스를 위한 것이고, 상기 제2 방향을 따른 작동은 광학 이미지 안정화를 위한 것인 폴디드 카메라.
  6. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 제1 방향으로 적어도 하나의 그루브, 및 상기 제2 방향으로 적어도 하나의 그루브를 포함하는 중간 이동 프레임을 더 포함하는 폴디드 카메라.
  7. 제6항에 있어서, 상기 액추에이터는 고정 베이스를 더 포함하고, 상기 렌즈 홀더는 상기 중간 이동 프레임에 대해 제1 방향으로만 이동 가능하고, 상기 중간 이동 프레임은 상기 고정 프레임에 대해 제2 방향으로만 이동 가능한 폴디드 카메라.
  8. 제6항에 있어서, 상기 액추에이터는 고정 베이스를 더 포함하고, 상기 렌즈 홀더는 상기 중간 이동 프레임에 대해 제2 방향으로만 이동 가능하고, 상기 중간 이동 프레임은 상기 고정 베이스에 대해 제1 방향으로만 이동 가능한 폴디드 카메라.
  9. 제3항에 있어서, 상기 제1 선형 볼 가이드 레일 및 상기 제2 선형 볼 가이드 레일 각각은 이들 사이에 위치한 적어도 하나의 볼을 갖는 한 쌍의 그루브를 포함하는 폴디드 카메라.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터는 보이스 코일 모터(VCM)인 폴디드 카메라.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 모터는 제1 VCM 자석을 포함하고, 상기 제2 모터는 제2 VCM 자석을 포함하는 폴디드 카메라.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 VCM 자석은 상기 렌즈에 고정 부착되는 폴디드 카메라.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제1 VCM 자석은 렌즈에 고정 부착되고, 상기 제2 VCM 자석은 이동 프레임에 고정 부착되는 폴디드 카메라.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제1 VCM 자석은 이동 프레임에 고정 부착되고, 상기 제2 VCM 자석은 렌즈에 고정 부착되는 폴디드 카메라.
  15. 제10항에 있어서, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터는 상기 고정 베이스에 기계적으로 결합된 각각의 제1 및 제2 VCM 코일을 포함하는 폴디드 카메라.
  16. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 제1 방향 및 제2 방향으로의 이동 시, 상기 렌즈의 위치를 각각 측정하는 제1 위치 센서 및 제2 위치 센서를 더 포함하는 폴디드 카메라.
  17. 제1항에 있어서, 상기 OPFE는 상기 제2 방향을 중심으로 틸팅 가능한 폴디드 카메라.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 듀얼-애퍼처 카메라에 업라이트 카메라와 함께 포함되는 폴디드 카메라.
  19. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 모바일 장치에 포함되는 폴디드 카메라.
  20. 제19항에 있어서, 상기 모바일 장치는 스마트폰인 폴디드 카메라.
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