WO2022197056A1 - 슬림형 액추에이터 - Google Patents

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WO2022197056A1
WO2022197056A1 PCT/KR2022/003567 KR2022003567W WO2022197056A1 WO 2022197056 A1 WO2022197056 A1 WO 2022197056A1 KR 2022003567 W KR2022003567 W KR 2022003567W WO 2022197056 A1 WO2022197056 A1 WO 2022197056A1
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carrier
magnet
coils
ball
present
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PCT/KR2022/003567
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이병철
김덕현
이환휘
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자화전자 주식회사
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    • G03B2205/0053—Driving means for the movement of one or more optical element
    • G03B2205/0069—Driving means for the movement of one or more optical element using electromagnetic actuators, e.g. voice coils

Definitions

  • the present invention relates to an actuator for a camera, and more particularly, to a slim actuator that can implement linearity in each direction of OIS by applying a diversified coil.
  • the autofocus (autofocus control) function adjusts the focal length with the subject by linearly moving the carrier mounted with the lens in the direction of the optical axis to create a clear image on the image sensor (CMOS, CCD, etc.) provided at the rear end of the lens. means function.
  • the hand shake correction function refers to a function of improving image sharpness by adaptively moving a carrier on which the lens is mounted in a direction to compensate for the shake when the lens shakes due to hand shake.
  • One of the representative methods for implementing the autofocus or OIS function is to install a magnet (coil) on a moving body (carrier), install a coil (magnet) on a fixed body (housing or other type of carrier, etc.), and then install the coil and magnet It is a method of moving the moving object in the direction of the optical axis or in the direction perpendicular to the optical axis by generating electromagnetic force between them.
  • the OIS function corrects the shake by moving the moving object on which the lens or image sensor is mounted in the first direction and/or the second direction, which are two axes perpendicular to the optical axis, in reverse with respect to the relative fixed body.
  • a middle guide is applied between a movable body and a fixed body to realize independent movement in the first and second directions, and a ball is disposed between the movable body and the middle guide and between the middle guide and the fixed body, respectively. is mainly applied.
  • the movable body, the middle guide, and the fixed body have a stacked structure, and since each ball is disposed between them, the height thereof increases with respect to the optical axis direction.
  • an increase in the height of the actuator means an increase in the thickness of the mobile terminal. There is a problem that the usability is lowered.
  • the moving body carrier
  • the middle guide and the fixed body (housing or base) are stacked and each ball is placed between them, which makes the device more complicated, increasing the number of parts and increasing the cost. Of course, the efficiency of the assembly process is also reduced.
  • the present invention has been devised to solve the above-mentioned problems in the background as described above, and it is a slim type that can precisely implement linear movement in each direction while optimizing the height and volume miniaturization of the device or actuator by excluding the middle guide. It aims to provide an actuator.
  • the slim actuator of the present invention for achieving the above object is a first carrier; a second carrier moving in a first direction perpendicular to the optical axis or in a second direction perpendicular to both the optical axis and the first direction with respect to the first carrier; support means for physically supporting between the first and second carriers; first and second magnets provided on the second carrier and provided in directions orthogonal to each other; n (n is a natural number greater than or equal to 2) first coils facing the first magnet; m (m is a natural number greater than or equal to 1) second coils facing the second magnet; k (k is a natural number greater than or equal to 2) first Hall sensors facing the first magnet and provided at different positions; and a driving driver for differentially controlling power applied to at least one first coil among the n first coils according to a difference in electrical signals input from each of the k first Hall sensors.
  • the support means of the present invention may be a ball serving the first and second carriers.
  • At least one of the first carrier or the second carrier of the present invention is configured to accommodate the ball and include a pocket portion for preventing the external departure of the ball.
  • the present invention provides a base for accommodating the first carrier; a second ball disposed between the groove part rail formed on the inner surface of the base and the guide rail formed on the outer surface of the first carrier; AF magnet provided in the first carrier; and an AF coil facing the AF magnet and providing a driving force to linearly move the first carrier in an optical axis direction.
  • some of the n first coils of the present invention are driving coils for driving the OIS in the first direction, and other parts of the n first coils perform linearity correction in the first and second directions. It may be composed of a correction coil for
  • the k first Hall sensors of the present invention face the first magnet, but are configured to be respectively provided at positions deflected from each other in the left and right end directions of the first magnet.
  • the middle guide or other additional configuration equivalent thereto so that the overall structure and shape of the actuator can be configured in a more space-intensive form, thereby minimizing the overall space, and It can be further optimized for miniaturization of the terminal.
  • the middle guide for independent movement in the first direction and the second direction or a member equivalent thereto can be omitted, the number of parts is reduced and price competitiveness is secured accordingly, and the efficiency of the assembly process is further improved can be improved
  • FIG. 1 is a view showing the overall configuration of an actuator according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing the configuration of an electromagnetic field according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a relationship between a first carrier and a second carrier according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a plurality of Hall sensors and coils implementing linear correction
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a processing process for performing linearity correction according to an embodiment of the present invention.
  • actuator 1000 As an actuator 1000 according to an embodiment of the present invention, an embodiment in which AF and OIS functions are integrated is shown in the accompanying drawings, but this is only one embodiment, and the actuator 1000 of the present invention is an embodiment Of course, it can be implemented as an actuator only for OIS functions.
  • the slim actuator (hereinafter referred to as 'actuator') 1000 of the present invention is a first carrier 100, a second carrier 200, a base 300, a circuit board ( 400), the AF yoke 500 and the case 600 may be included.
  • the Z-axis direction shown in FIG. 1 is an optical axis direction, which is a direction in which light is introduced into the lens or lens assembly 50, and corresponds to a direction in which the first carrier 100 moves forward and backward when AF is driven, and is perpendicular to the optical axis.
  • the X and Y axes formed correspond to the direction in which the second carrier 200 moves when the OIS is driven.
  • first direction X-axis direction
  • second direction Y-axis direction
  • any one of the X-axis direction and the Y-axis direction may be the first direction
  • the other direction may be the second direction.
  • the base 300 of the present invention corresponds to a basic frame structure accommodating the internal components of the actuator 1000 according to the present invention, and the case 600 functioning as a shield can may be coupled according to the embodiment. have.
  • the second carrier 200 is a movable body that moves in a first direction or a combined direction of the second direction with respect to the first carrier 100 , and when a lens or an image sensor is mounted on the second carrier 200 , the second As the lens or the image sensor moves according to the movement of the carrier 200, OIS is implemented to resolve external disturbances such as hand shake.
  • the second carrier 200 corresponds to a moving body that moves relatively with respect to the first carrier 100
  • the first carrier 100 corresponds to a relatively fixed body from a corresponding point of view.
  • a support means 700 for physically supporting the second carrier 200 moving with respect to the first carrier 100 may be provided between the first carrier 100 and the second carrier 200 .
  • the support means 700 is referred to as a ball serving each of the first carrier 100 and the second carrier 200 (hereinafter referred to as a first ball B1 to distinguish it from other types of balls). ) can be implemented.
  • the second carrier 200 is at an appropriate distance from the first carrier 100 through the first ball B1 . and can move more flexibly with minimized frictional force due to moving or rolling of the first ball B1, so noise reduction, driving force minimization, driving precision, etc. can be further improved.
  • At least one of the first carrier 100 or the second carrier 200 accommodates the first ball B1 and a pocket for preventing the first ball B1 from leaving the outside. part 150 may be included.
  • the first carrier 100 and the first ball B1 A first magnet (M1) and/or a second magnet (M2) installed in the second carrier 200 in order to effectively maintain a contact relationship between and between the first ball (B1) and the second carrier (200)
  • an attractive yoke made of a metal material for generating an attractive force and the like is configured to be provided on the first carrier 100 .
  • the support means 700 may be implemented as a wire, a spring, etc. that elastically support the movement of the second carrier 200 by OIS.
  • a first magnet (M1) and a second magnet (M2) are installed on the second carrier 200, which is a moving body, and these first magnets (M1) and second magnets (M2) are as shown in FIGS. 1 and 2 and the like. are provided in a direction perpendicular to each other.
  • the number of first coils C1 facing the first magnet M1 may be n to enable mutually differential control in relation to the first magnet M1.
  • n is a natural number equal to or greater than 2, and two first coils C1-1 and C1-2 are shown as an example of this.
  • a detection sensor such as the first Hall sensor H1 may be further included.
  • the driving driver control so that power of the corresponding magnitude and direction is cyclically applied to the first coil C1.
  • the driving driver may be implemented in the form of a single part together with the first hall sensor H1 through SOC, etc., as well as may be provided outside the actuator 1000, so the driving driver is not independently indicated in the drawing. .
  • the driving driver can be designed through an electronic device or a combination of electronic components, an individual driving driver for each Hall sensor can be implemented as one chip, etc., and the number of channels for signal processing can be reduced.
  • one or more drivers may be electrically connected to the same number or more Hall sensors through an extension method or the like.
  • Each Hall sensor shown in the drawing corresponds to an integrated form of individual driving drivers in its size and shape, but in order to increase the efficiency of explanation and understanding, it receives and parses the signal from each Hall sensor and parses it into each coil.
  • the driving driver (D) of the present invention for controlling the magnitude and direction of the applied power will be described on the assumption that it is integrated with the second Hall sensor (H2).
  • the first hall sensor H1 faces the first magnet M1 so as to detect and correct a phenomenon in which linearity such as rotation or twist of the second carrier 200 is disrupted and is provided at different positions consists of k. where k is a natural number greater than or equal to 2.
  • the drawings show two first Hall sensors H1, that is, a 1-1 Hall sensor H1-1 and a 1-2 Hall sensor H1-2.
  • the driving driver (D) of the present invention as described above, according to the difference in electrical signals input from each of the k first Hall sensors (H1), each of the n first coils (C1) or the n first coils (C1)
  • a phenomenon in which linearity such as rotation or twisting of the second carrier 200 is disrupted by differentially controlling the power applied to one or more of the first coils C1 to generate an electromagnetic force having a corresponding magnitude and direction. is configured to correct
  • the driving driver D of the present invention is an electrical signal transmitted from each of the 1-1 Hall sensor H1-1 and the 1-2 Hall sensor H1-2. Differentially control the magnitude and direction of power applied to each of the 1-1 coil (C1-1) and the 1-2 coil (C1-2) by using the difference between the -1) and the magnitude and direction of the power applied to one of the first and second coils C1-2 are controlled.
  • a driving method in which the second carrier 200 moves in the second direction (Y-axis direction) with respect to the first carrier 100 corresponds to this.
  • the second coil C2 and the second Hall sensor ( H2) can also be diversified.
  • the rotation, twist, etc. of the second carrier 200 is a phenomenon made on the basis of a two-dimensional plane, even if the correction driving is performed only on one side of the second carrier 200, the phenomenon in which the linearity is broken can be sufficiently corrected.
  • the second Hall sensor H2 and the second coil C2 in the direction facing the second magnet M2 are single It is preferable to configure the processing for linearity correction to be performed on one of the first magnet M1 and the second magnet M2 as in the method of implementing the number.
  • a part of the n first coils C1 is implemented as a driving coil for driving the OIS in the first direction, and another part of the n first coils C1 has linearity in the first and second directions. It is preferable to implement a correction coil for correction.
  • the first coil (C1), the first Hall sensor (H1), the second coil (C2) and the second Hall sensor (H2), the driving driver (D), etc. are mounted on the circuit board 400 and the base 300 ) can be provided.
  • the AF coil C3 and the third Hall sensor H3 to be described later are also the same.
  • an AF magnet (M3) facing the AF coil (C3) provided in the base 300 is provided, and a groove part rail formed on the inner surface of the base 300 ( A second ball B2 may be disposed between the 310 and the guide rail 120 formed on the outer surface of the first carrier 100 .
  • the first carrier 100 becomes a relatively movable body
  • the base 300 becomes a relatively fixed body from a corresponding point of view.
  • the second carrier 200 accommodated in the first carrier 100 also moves along the optical axis together with the first carrier 100, so that the lens mounted on the second carrier 200 .
  • the assembly 50 is moved linearly in the optical axis direction.
  • an image sensor such as a CCD (Charged-coupled Device) and CMOS (Complementary Metal-oxide Semiconductor) and a lens assembly (not shown) provided at the rear end of the actuator 1000 50) by adjusting the focal length between them, the auto-focus function is implemented.
  • CCD Charge-coupled Device
  • CMOS Complementary Metal-oxide Semiconductor
  • the first carrier 100 of the present invention functions as a relative moving body in the operation of the AF, and functions as a relative stationary in the operation of the OIS.
  • the base 300 of the present invention may be provided with an AF magnet M3 and an AF yoke 500 for generating an attractive force.
  • the first carrier 100 mediated by the second ball B2 is pulled in the direction of the base 300, so that the second ball B2 and the second ball B2 Contact between the first carrier 100 and between the second ball B2 and the base 300 can be continuously maintained.
  • the second carrier 200 is provided with a first magnet (M1) and a second magnet (M2), in the direction facing the first magnet (M1) the 1-1 coil ( C1-1), a 1-2 coil C1-2, a 1-1 Hall sensor H1-1, and a 1-2 Hall sensor H1-2 are disposed.
  • the second coil C2 and the second hall sensor H2 are disposed to face the second magnet M2 installed on the second carrier 200 .
  • the 1-1 Hall sensor H1-1 and the 1-2 Hall sensor H1-2 of the present invention respectively The electric signal corresponding to the distance of the first magnet (M1) facing itself at the location where it is installed (exactly the magnitude/direction of the magnetic field of the part facing itself among the first magnets (M1)) to the driving driver (D) output (S510).
  • the movement of the second carrier 200 (in the first direction or/and Since the second direction) is linear, it means normal driving without the phenomenon that the second carrier 200 is rotated or twisted.
  • step S520 If, in step S520, the electrical signals output by the 1-1 Hall sensor H1-1 and the 1-2 Hall sensor H1-2 are not the same, this means that D1 and D2 do not match, so the second carrier (200) means that the rotation or twisting disturbance has occurred.
  • the driving driver (D) of the present invention performs the 1-1 coil ( Power applied to each of the C1-1) and the 1-2 coils C1-2 is differentially controlled (S530).
  • the driving driver (D) of the present invention is the 1-1 hole
  • the magnitude and direction of the power applied to the 1-1 coil C1-1 are differentially determined based on the difference between the electrical signal values of the sensor H1-1 and the 1-2 Hall sensor H1-2. to control (S530).
  • the 1-1 Hall sensor H1-1 has a first magnet It is deflected to the left (based on the Y-axis) with respect to (M1) (A1), and the 1-2 Hall sensor (H1-2) is provided at a position (A2) that is deflected to the right with respect to the first magnet (M1) (A2) It is preferable to be
  • first and second are only instrumental terms used to relatively distinguish between components, so they are used to indicate a specific order, priority, etc. It should not be construed as a term that

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 슬림형 액추에이터는 제1캐리어; 상기 제1캐리어를 기준으로 광축과 수직한 제1방향 또는 광축 및 제1방향 모두와 수직한 제2방향으로 이동하는 제2캐리어; 상기 제1 및 제2캐리어 사이를 물리적으로 지지하는 지지수단; 상기 제2캐리어에 구비되되, 서로 직교하는 방향에 구비되는 제1 및 제2마그네트; 상기 제1마그네트와 대면하는 n(n은 2이상의 자연수)개 제1코일; 상기 제2마그네트와 대면하는 m(m은 1이상의 자연수)개 제2코일; 상기 제1마그네트와 대면하되, 서로 다른 위치에 구비되는 k(k는 2이상의 자연수)개 제1홀센서; 및 k개 제1홀센서 각각으로부터 입력되는 전기적 신호의 차이에 따라 상기 n개 제1코일 각각에 인가되는 전원을 차등적으로 제어하는 구동드라이버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

슬림형 액추에이터
본 발명은 카메라용 액추에이터에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 다원화된 코일을 적용하여 OIS의 각 방향별 선형성을 구현할 수 있는 슬림형 액추에이터에 관한 것이다.
영상 처리에 대한 하드웨어 기술이 발전하고 영상 촬영 등에 대한 사용자 니즈가 높아짐에 따라, 독립된 카메라 장치는 물론, 휴대폰, 스마트폰 등과 같은 모바일 단말에 장착된 카메라 모듈 등에 오토포커스(AF, Auto Focus), 손떨림 보정(OIS, Optical Image Stabilization) 등의 기능이 구현되고 있다.
오토포커스(자동초점조절) 기능은 렌즈 등이 탑재된 캐리어를 광축 방향으로 선형 이동하여 피사체와의 초점 거리를 조정함으로써 렌즈 후단에 구비된 이미지센서(CMOS, CCD 등)에 선명한 이미지가 생성되도록 하는 기능을 의미한다.
또한, 손떨림 보정 기능은 손떨림에 의하여 렌즈의 흔들림이 발생하는 경우 그 흔들림을 보상하는 방향으로 렌즈가 탑재된 캐리어를 적응적으로 이동시킴으로써 영상의 선명도를 개선하는 기능을 의미한다.
오토포커스 또는 OIS 기능을 구현하는 대표적인 방법 중 하나는 이동체(캐리어)에 마그네트(코일)를 설치하고 고정체(하우징, 또는 다른 형태의 캐리어 등)에 코일(마그네트)을 설치한 후, 코일과 마그네트 사이에 전자기력을 발생시킴으로써 이동체를 광축 방향 또는 광축과 수직한 방향으로 이동시키는 방법이다.
OIS 기능은 광축과 수직을 이루는 평면상의 2축인 제1방향 또는/및 제2방향으로 렌즈 또는 이미지센서가 탑재된 이동체를 상대적 고정체를 기준으로 역 이동시킴으로써 흔들림을 보정한다.
종래 장치 내지 액추에이터의 경우 제1방향 및 제2방향의 독립된 이동이 구현되도록 이동체와 고정체 사이에 미들 가이드를 적용하고, 이동체와 미들 가이드 사이 그리고 미들 가이드와 고정체 사이에 각각 볼을 배치하는 구조가 주로 적용된다.
이러한 종래 액추에이터의 경우, 이동체, 미들 가이드 및 고정체가 적층되는 구조를 가지며 이들 사이에 각각의 볼들이 배치되므로 광축 방향을 기준으로 그 높이가 증가하게 된다.
카메라용 액추에이터는 스마트폰 등과 같은 휴대 단말의 메인 기판에 입설되는 형태로 설치되므로 액추에이터의 높이 증가는 곧 휴대 단말의 두께 증가를 의미하므로 종래 장치 내지 액추에이터의 경우 휴대 단말의 슬림화 경향에 부합되지 못하며 공간 활용성이 낮아진다는 문제점이 있다.
또한, 종래 액추에이터의 경우 이동체(캐리어), 미들 가이드, 고정체(하우징 내지 베이스)를 상호 적층시키고 이들 사이에 각각 볼들을 배치하여야 하므로 장치가 더욱 복잡해지며 부품 수 증가, 비용 증가 등이 발생함은 물론, 조립 공정의 효율성도 저하된다.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 상술된 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 미들 가이드를 배제시켜 장치 내지 액추에이터의 높이 내지 부피 소형화를 최적화시킴과 동시에 각 방향별 선형적 이동을 정밀하게 구현할 수 있는 슬림형 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 아래의 설명에 의하여 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의하여 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 그 구성의 조합에 의하여 실현될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬림형 액추에이터는 제1캐리어; 상기 제1캐리어를 기준으로 광축과 수직한 제1방향 또는 광축 및 제1방향 모두와 수직한 제2방향으로 이동하는 제2캐리어; 상기 제1 및 제2캐리어 사이를 물리적으로 지지하는 지지수단; 상기 제2캐리어에 구비되되, 서로 직교하는 방향에 구비되는 제1 및 제2마그네트; 상기 제1마그네트와 대면하는 n(n은 2이상의 자연수)개 제1코일; 상기 제2마그네트와 대면하는 m(m은 1이상의 자연수)개 제2코일; 상기 제1마그네트와 대면하되, 서로 다른 위치에 구비되는 k(k는 2이상의 자연수)개 제1홀센서; 및 k개 제1홀센서 각각으로부터 입력되는 전기적 신호의 차이에 따라 상기 n개 제1코일 중 하나 이상의 제1코일에 인가되는 전원을 차등적으로 제어하는 구동드라이버를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서 본 발명의 상기 지지수단은 상기 제1 및 제2캐리어와 대접하는 볼일 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 제1캐리어 또는 제2캐리어 중 하나 이상은 상기 볼을 수용하며 상기 볼의 외부 이탈을 방지하는 포켓부를 포함하도록 구성되는 것이 바람직하다.
실시형태에 따라서 본 발명은 상기 제1캐리어를 수용하는 베이스; 상기 베이스의 내측면에 형성된 홈부레일과 상기 제1캐리어의 외측면에 형성된 가이드레일 사이에 배치되는 제2볼; 상기 제1캐리어에 구비되는 AF마그네트; 및 상기 AF마그네트와 대면하며 상기 제1캐리어가 광축 방향으로 선형 이동하도록 구동력을 제공하는 AF코일을 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 상기 n개 제1코일 중 일부는 상기 제1방향 OIS 구동을 위한 구동용 코일이며, 상기 n개 제1코일 중 다른 일부는 상기 제1방향 및 제2방향의 선형성 보정을 위한 보정용 코일로 구성될 수 있다.
나아가 본 발명의 상기 k개 제1홀센서는 상기 제1마그네트와 대면하되, 상기 제1마그네트의 좌측 및 우측 단부 방향으로 서로 편향된 위치에 각각 구비되도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의할 때, 미들 가이드 또는 이에 준하는 다른 추가 구성을 배제시킬 수 있어 액추에이터 전체의 구조와 형상을 더욱 공간 집약된 형태로 구성할 수 있어 전체적인 공간을 최소화할 수 있으며 모바일 단말의 소형화 등에 더욱 최적화될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의할 때, 이원화 내지 다원화되는 홀센서의 신호 체계를 유기적으로 접목시킴으로써, 이동체가 회전하거나 비틀어지는 등 선형성이 와해되는 현상이 발생되더라도 즉각적인 보정 프로세싱을 수행할 수 있어 OIS의 선형성을 효과적으로 구현할 수 있다.
나아가 본 발명에 의하는 경우, 제1방향 및 제2방향의 독립된 이동을 위한 미들가이드 또는 이에 준하는 부재 등을 생략할 수 있으므로 부품 수 감소 및 그에 따른 가격 경쟁력 확보는 물론, 조립 공정의 효율성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 효과적으로 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 이러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 액추에이터의 전체적인 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 전자계 구성을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 제1캐리어와 제2캐리어의 관계를 도시한 도면,
도 4는 선형적 보정을 구현하는 복수 개 홀센서 및 코일에 대한 구성을 도시한 도면,
도 5는 선형성 보정을 수행하는 본 발명의 일 실시예에 의한 프로세싱 과정을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
첨부된 도면에는 본 발명의 일 실시예에 의한 액추에이터(1000)로서, AF 및 OIS 기능이 함께 통합된 실시예가 도시되어 있으나, 이는 하나의 일 실시예일 뿐, 본 발명의 액추에이터(1000)는 실시형태에 따라서 OIS기능만을 위한 액추에이터로 구현될 수 있음은 물론이다.
도 1 및 도 2 등에 도시된 바와 같이 본 발명의 슬림형 액추에이터(이하 '액추에이터'라 지칭한다)(1000)는 제1캐리어(100), 제2캐리어(200), 베이스(300), 회로기판(400), AF요크(500) 및 케이스(600)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1 등에 도시된 Z축 방향은 렌즈 또는 렌즈조립체(50)로 빛이 유입되는 방향인 광축 방향으로서 AF가 구동되는 경우 제1캐리어(100)가 진퇴 이동하는 방향에 해당하며, 광축과 수직을 이루는 X축 및 Y축은 OIS가 구동되는 경우 제2캐리어(200)가 이동하는 방향에 해당한다.
이하 본 발명의 실시예에 대한 설명에서 광축과 수직을 이루는 두 방향 중 하나를 제1방향(X축 방향)으로, 나머지 하나를 제2방향(Y축 방향)으로 지칭하나, 이는 상대적 관점에 따른 하나의 예시일 뿐, X축 방향과 Y축 방향 중 어느 하나의 방향이 제1방향이며, 나머지 하나의 방향이 제2방향이 될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 베이스(300)는 본 발명에 의한 액추에이터(1000)의 내부 구성품을 수용하는 기본 프레임 구조에 해당하며, 실시형태에 따라서 쉴드 캔(shield can)으로 기능하는 케이스(600)가 결합될 수 있다.
제2캐리어(200)는 제1캐리어(100)를 기준으로 제1방향 또는 제2방향의 조합된 방향으로 이동하는 이동체이며, 제2캐리어(200)에 렌즈 또는 이미지센서가 장착되는 경우 제2캐리어(200)의 이동에 따라 렌즈 또는 이미지센서가 이동함으로써 손떨림 등의 외적 교란 현상을 해소하는 OIS가 구현된다.
이러한 점에서 제2캐리어(200)는 제1캐리어(100)를 기준으로 상대적으로 이동하는 이동체에 해당하며, 이에 상응하는 관점에서 제1캐리어(100)는 상대적 고정체에 해당한다.
제1캐리어(100)와 제2캐리어(200) 사이에는 제1캐리어(100)를 기준으로 이동하는 제2캐리어(200)를 물리적으로 지지하는 지지수단(700)이 구비될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 지지수단(700)은 제1캐리어(100)와 제2캐리어(200) 각각에 대접하는 볼(이하 다른 종류의 볼과 구분하기 위하여 제1볼(B1)로 지칭한다)로 구현될 수 있다.
이와 같이 제1볼(B1)이 제1 및 제2캐리어(100, 200) 사이에 구비되는 경우, 제2캐리어(200)는 제1볼(B1)을 통하여 제1캐리어(100)와 적절한 간격을 유지하며 제1볼(B1)의 이동(moving) 또는 구름(rolling) 등에 의한 최소화된 마찰력으로 더욱 유연하게 선형 이동할 수 있어 소음 감소, 구동력 최소화, 구동 정밀성 등이 더욱 향상될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1캐리어(100) 또는 제2캐리어(200)중 하나 이상은 상기 제1볼(B1)을 수용하며 상기 제1볼(B1)의 외부 이탈을 방지하는 포켓부(150)를 포함할 수 있다.
이와 같이 제1캐리어(100)와 제2캐리어(200)를 물리적으로 지지하는 지지수단(700)으로 제1볼(B1)이 적용되는 경우, 제1캐리어(100)와 제1볼(B1) 사이, 그리고 제1볼(B1)과 제2캐리어(200)의 사이의 접촉 관계를 효과적으로 유지하기 위하여 제2캐리어(200)에 설치되는 제1마그네트(M1) 및/또는 제2마그네트(M2)와 인력을 발생시키는 금속재질 등의 인력 요크가 제1캐리어(100)에 구비되도록 구성되는 것이 바람직하다.
실시형태에 따라서 지지수단(700)은 제2캐리어(200)의 OIS에 의한 이동을 탄성적으로 지지하는 와이어, 스프링 등으로 구현될 수도 있다.
이동체인 제2캐리어(200)에는 제1마그네트(M1) 및 제2마그네트(M2)가 설치되며, 이들 제1마그네트(M1)와 제2마그네트(M2)는 도 1 및 도 2 등에 도시된 바와 같이 서로 직교하는 방향에 구비된다.
도면에는 제1마그네트(M1)의 일 실시예로 N극과 S극이 하나씩 노출되는 형태로 도시되어 있으나, 실시형태에 따라 이와 다르게 구비될 수 있음은 물론이다.
후술되는 바와 같이 제1마그네트(M1)와의 관계에서 상호 차등적인 제어가 가능하도록 제1마그네트(M1)와 대면하는 제1코일(C1)은 n개로 이루어질 수 있다. 여기서 n은 2이상의 자연수이며, 도면에는 이에 대한 일 예로 2개의 제1코일(C1-1, C1-2)이 도시되어 있다.
n개의 제1코일(C1) 중 하나 이상에 적절한 크기와 방향의 전원이 인가되면 제2캐리어(200)에 설치된 제1마그네트(M1)에 전자기력이 발생하고 이 발생된 전자기력을 구동력으로 제2캐리어(200)는 제1캐리어(100)를 기준으로 제1방향(X축 방향)으로 이동한다.
실시형태에 따라서 제1홀센서(H1)와 같은 감지 센서가 더 포함될 수 있다. 이 경우 제1홀센서(H1)가 홀효과(hall effect) 등을 이용하여 제2캐리어(200)의 제1마그네트(M1)의 위치를 감지하고 그에 해당하는 신호를 구동 드라이버로 전달하면 구동 드라이버는 이에 대응되는 크기와 방향의 전원이 제1코일(C1)에 순환적으로 인가되도록 제어한다.
구동드라이버는 SOC 등을 통하여 제1홀센서(H1) 등과 함께 단일 부품의 형태로 구현될 수 있음은 물론, 액추에이터(1000)의 외부에 구비될 수도 있으므로 도면에는 구동드라이버가 독립적으로 표시되지 않았을 뿐이다.
또한, 구동드라이버는 전자 소자 또는 전자 부품의 조합을 통하여 설계될 수 있으므로 각 홀센서마다 개별적인 구동드라이버가 하나의 칩(chip) 등으로 구현될 수도 있으며, 신호 처리를 위한 채널(channel)의 수를 확장하는 방법 등을 통하여 하나 또는 그 이상의 드라이버가 동수 또는 그 이상의 홀센서와 전기적으로 연결될 수도 있음은 물론이다.
도면에 도시된 각 홀센서는 그 크기나 형태 등에서 개별 구동 드라이버가 통합된 형태에 해당하기는 하나, 설명과 이해의 효율성을 높이기 위하여 각 홀센서로부터 신호를 입력받아 파싱(parsing)하고 각 코일에 인가되는 전원의 크기와 방향을 제어하는 본 발명의 구동드라이버(D)는 제2홀센서(H2)와 통합되어 있는 것으로 전제하여 설명하도록 한다.
제1홀센서(H1)는 제2캐리어(200)가 회전하거나 비틀어지는 등의 선형성이 와해되는 현상을 감지 및 보정할 수 있도록 상기 제1마그네트(M1)와 대면하되, 서로 다른 위치에 구비되는 k개로 이루어진다. 여기서 k는 2이상의 자연수이다.
도면에는 이에 대한 일 예로 2개의 제1홀센서(H1) 즉, 제1-1홀센서(H1-1) 및 제1-2홀센서(H1-2)가 도시되어 있다.
본 발명의 구동드라이버(D)는 이와 같이 k개 제1홀센서(H1) 각각으로부터 입력되는 전기적 신호의 차이에 따라 상기 n개 제1코일(C1) 각각 또는 상기 n개 제1코일(C1) 중 하나 이상의 제1코일(C1)에 인가되는 전원을 차등적으로 제어함으로써 그에 상응하는 크기와 방향을 가지는 전자기력이 발생되도록 하여 제2캐리어(200)가 회전하거나 비틀어지는 등의 선형성이 와해되는 현상을 보정하도록 구성된다.
도면에 도시된 일 예를 기준으로 할 때, 본 발명의 구동드라이버(D)는 제1-1홀센서(H1-1) 및 제1-2홀센서(H1-2) 각각으로부터 전달되는 전기적 신호의 차이를 이용하여 제1-1코일(C1-1) 및 제1-2코일(C1-2) 각각에 인가되는 전원의 크기와 방향 등을 차등적으로 제어하거나 또는 제1-1코일(C1-1) 및 제1-2코일(C1-2) 중 하나의 코일에 인가되는 전원의 크기와 방향을 제어한다.
이러한 점에서 n개의 제1코일(C1)은 k개의 제1홀센서(H1)와 동수(n=k)인 것이 바람직하나, 실시형태에 따라서 이와 다르게 구현할 수도 있음은 물론이다.
제2캐리어(200)가 제1캐리어(100)를 기준으로 제2방향(Y축 방향)으로 이동하는 구동 방식도 이와 대응된다.
즉, m(m은 1이상의 자연수)개 제2코일(C2)에 적절한 크기와 방향의 전원이 인가되면 제2캐리어(200)의 제2마그네트(M2)에 전자기력이 발생하고 이 발생된 전자기력을 구동력으로 제2캐리어(200)는 제1캐리어(100)를 기준으로 제2방향(Y축 방향)으로 이동한다.
제2캐리어(200)의 선형적 이동이 와해되는 현상은 제1방향 구동에서도 발생될 수 있고 제2방향 구동에서도 발생될 수 있으므로 앞서 설명된 바와 같이 제2코일(C2) 및 제2홀센서(H2) 또한, 다원화될 수 있음은 물론이다.
제2캐리어(200)의 회전, 비틀어짐 등은 2차원 평면을 기준으로 이루어지는 현상이므로 제2캐리어(200)의 일측에서만 보정 구동이 이루어져도 선형성이 와해되는 현상을 충분히 보정할 수 있다.
그러므로 구조의 복잡성 등을 피할 수 있도록 도면에 도시된 본 발명의 실시예와 같이 제2마그네트(M2)와 대면하는 방향의 제2홀센서(H2)와 제2코일(C2)을 단일(single) 개수로 구현하는 방법과 같이 제1마그네트(M1) 및 제2마그네트(M2) 중 하나의 대상으로 선형성 보정에 대한 프로세싱이 수행되도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 n개 제1코일(C1) 중 일부는 상기 제1방향 OIS 구동을 위한 구동용 코일로 구현하고, 상기 n개 제1코일(C1) 중 다른 일부는 상기 제1방향 및 제2방향의 선형성 보정을 위한 보정용 코일로 구현하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성하는 경우, 손떨림 자체를 위한 OIS 기능과 제2캐리어(200)의 선형성 왜곡을 보정하는 기능을 독립적으로 구현함으로써 응답 특성은 물론, OIS의 본질적 기능이 더욱 조화롭게 향상될 수 있다.
제1코일(C1), 제1홀센서(H1), 제2코일(C2) 및 제2홀센서(H2), 구동드라이버(D) 등은 회로기판(400)에 실장되는 형태로 베이스(300)에 구비될 수 있다. 후술되는 AF코일(C3) 및 제3홀센서(H3) 또한, 이와 같다.
한편, 제1캐리어(100)의 일측면에서는, 베이스(300)에 구비되는 AF코일(C3)과 대면하는 AF마그네트(M3)가 구비되며, 베이스(300)의 내측면에 형성된 홈부레일(310)과 제1캐리어(100)의 외측면에 형성된 가이드레일(120) 사이에는 제2볼(B2)이 배치될 수 있다.
앞서 기술된 바와 같이, AF코일(C3)에 적절한 크기와 방향의 전원이 인가되면 AF코일(C3)과 AF마그네트(M3) 사이에 전자기력이 발생하게 되며 이 발생된 전자기력에 의하여 제1캐리어(100)는 베이스(300)를 기준으로 광축 방향(Z축 방향)으로 선형 이동한다.
그러므로 AF의 구동과 관련하여 제1캐리어(100)는 상대적 이동체가 되며, 이에 상응하는 관점에서 베이스(300)는 상대적 고정체가 된다.
제1캐리어(100)가 광축 방향으로 이동하면 제1캐리어(100)에 수용된 제2캐리어(200) 또한, 제1캐리어(100)와 함께 광축으로 이동함으로써 제2캐리어(200)에 탑재된 렌즈조립체(50)가 광축 방향으로 선형 이동하게 된다.
이와 같이 제1캐리어(100)가 광축방향으로 이동하면 액추에이터(1000) 후단에 구비된 CCD(Charged-coupled Device), CMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor)와 같은 이미지센서(미도시)와 렌즈조립체(50) 사이의 초점 거리가 조정됨으로써 자동 초점 기능이 구현된다.
이러한 AF 기능의 구현에서도 앞서 설명된 바와 같이 제3홀센서(H3) 등을 이용한 피드백 순환 제어가 적용될 수 있음은 물론이다.
상술된 바와 같이 본 발명의 제1캐리어(100)는 AF의 구동에서는 상대적 이동체로 기능하며, OIS의 구동에서는 상대적 고정체로서 기능하게 된다.
실시형태에 따라서 본 발명의 베이스(300)에는 AF마그네트(M3)와 인력을 발생시키는 AF요크(500)가 구비될 수 있다.
AF요크(500)와 AF마그네트(M3) 사이의 인력에 의하여, 제2볼(B2)이 매개된 제1캐리어(100)가 베이스(300) 방향으로 당겨지게 되므로 제2볼(B2)과 제1캐리어(100) 사이 및 제2볼(B2)과 베이스(300) 사이의 접촉이 지속적으로 유지될 수 있게 된다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 제2캐리어(200)가 회전 현상 등과 같이 선형성이 와해되는 현상을 보정하는 본 발명의 실시예를 보충적으로 설명하도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제2캐리어(200)에는 제1마그네트(M1)와 제2마그네트(M2)가 구비되어 있으며, 제1마그네트(M1)와 대면하는 방향에는 제1-1코일(C1-1), 제1-2코일(C1-2), 제1-1홀센서(H1-1) 및 제1-2홀센서(H1-2)가 배치된다. 제2코일(C2)과 제2홀센서(H2)는 제2캐리어(200)에 설치된 제2마그네트(M2)와 대면하도록 배치된다.
제1방향 또는/및 제2방향에 의한 OIS가 구동되면(S500, 도 5참조), 본 발명의 제1-1홀센서(H1-1)와 제1-2홀센서(H1-2) 각각은 자신이 설치된 위치에서 자신과 대면하는 제1마그네트(M1)의 거리(정확하게 제1마그네트(M1) 중 자신이 대면하는 부위의 자기장 크기/방향)에 대응하는 전기적 신호를 구동드라이버(D)로 출력한다(S510).
제1방향 및 제2방향 OIS 구동 시 제2캐리어(200)의 선형성이 유지된다면 제1-1홀센서(H1-1)와 제1마그네트(M1) 사이의 거리(D1)와 제1-2홀센서(H1-2)와 제1마그네트(M1) 사이의 거리(D2)는 일치 내지 대응할 것이므로 제1-1홀센서(H1-1)와 제1-2홀센서(H1-2)가 출력하는 전기적 신호는 동일하게 된다(S520).
환언하면, 제1-1홀센서(H1-1)와 제1-2홀센서(H1-2)가 출력하는 전기적 신호가 동일하다는 것은 제2캐리어(200)의 이동(제1방향 또는/및 제2방향)이 선형적으로 이루어지는 것이므로 제2캐리어(200)가 회전하거나 비틀어지는 현상이 없는 정상 구동을 의미한다.
전원 차단, 구동 OFF 등과 같은 OIS 종료 조건이 아니라면(S540) 상술된 프로세싱 과정은 순환적으로 적용된다.
만약, S520단계에서 제1-1홀센서(H1-1)와 제1-2홀센서(H1-2)가 출력하는 전기적 신호가 동일하지 않다면, 이는 D1과 D2가 일치되지 않는다는 것이므로 제2캐리어(200)가 회전하거나 뒤틀어지는 교란 현상이 발생된 것을 의미한다.
이 경우, 본 발명의 구동드라이버(D)는 제1-1홀센서(H1-1)와 제1-2홀센서(H1-2) 각각의 전기적 신호값의 차이에 따라 제1-1코일(C1-1)과 제1-2코일(C1-2) 각각에 인가되는 전원을 차등적으로 제어한다(S530).
만약, 제1-2코일(C1-2)이 제1방향 OIS 구동용 코일이고 제1-1코일(C1-1)이 보정용 코일이라면, 본 발명의 구동드라이버(D)는 제1-1홀센서(H1-1)와 제1-2홀센서(H1-2) 각각의 전기적 신호값의 차이에 기반하여 제1-1코일(C1-1)에 인가되는 전원의 크기와 방향 등을 차등적으로 제어한다(S530).
시계열적이며 연속적인 제어가 가능하도록 상술된 프로세싱 또한, 순환적으로 적용될 수 있음은 물론이다.
D1과 D2의 차이 즉, 제2캐리어(200)의 선형성 와해 현상에 대한 분해능을 향상시킬 수 있도록 도 4의 아래 도면에 도시된 바와 같이 제1-1홀센서(H1-1)는 제1마그네트(M1)를 기준으로 좌측(Y축 기준)으로 편향되며(A1), 제1-2홀센서(H1-2)는 제1마그네트(M1)를 기준으로 우측으로 편향되는(A2) 위치에 구비되는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성하는 경우, 제2캐리어(200)가 회전하는 경우, 제2캐리어(200)의 외측 부분에서 상대적으로 더 큰 변위가 발생하게 되므로 제1-1홀센서(H1-1)와 제1-2홀센서(H1-2) 사이의 신호값 차이를 더욱 대별시킬 수 있으므로 이를 기반으로 한 후속 프로세싱의 정밀성 또한, 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
상술된 본 발명의 설명에 있어 제1 및 제2 등과 같은 수식어는 상호 간의 구성요소를 상대적으로 구분하기 위하여 사용되는 도구적 개념의 용어일 뿐이므로, 특정의 순서, 우선순위 등을 나타내기 위하여 사용되는 용어가 아니라고 해석되어야 한다.
본 발명의 설명과 그에 대한 실시예의 도시를 위하여 첨부된 도면 등은 본 발명에 의한 기술 내용을 강조 내지 부각하기 위하여 다소 과장된 형태로 도시될 수 있으나, 앞서 기술된 내용과 도면에 도시된 사항 등을 고려하여 본 기술분야의 통상의 기술자 수준에서 다양한 형태의 변형 적용 예가 가능할 수 있음은 자명하다고 해석되어야 한다.

Claims (6)

  1. 제1캐리어;
    상기 제1캐리어를 기준으로 광축과 수직한 제1방향 또는 광축 및 제1방향 모두와 수직한 제2방향으로 이동하는 제2캐리어;
    상기 제1 및 제2캐리어 사이를 물리적으로 지지하는 지지수단;
    상기 제2캐리어에 구비되되, 서로 직교하는 방향에 구비되는 제1 및 제2마그네트;
    상기 제1마그네트와 대면하는 n(n은 2이상의 자연수)개 제1코일;
    상기 제2마그네트와 대면하는 m(m은 1이상의 자연수)개 제2코일;
    상기 제1마그네트와 대면하되, 서로 다른 위치에 구비되는 k(k는 2이상의 자연수)개 제1홀센서; 및
    k개 제1홀센서 각각으로부터 입력되는 전기적 신호의 차이에 따라 상기 n개 제1코일 중 하나 이상의 제1코일에 인가되는 전원을 차등적으로 제어하는 구동드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬림형 액추에이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지수단은,
    상기 제1 및 제2캐리어와 대접하는 볼인 것을 특징으로 하는 슬림형 액추에이터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1캐리어 또는 제2캐리어 중 하나 이상은,
    상기 볼을 수용하며 상기 볼의 외부 이탈을 방지하는 포켓부를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬림형 액추에이터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1캐리어를 수용하는 베이스;
    상기 베이스의 내측면에 형성된 홈부레일과 상기 제1캐리어의 외측면에 형성된 가이드레일 사이에 배치되는 제2볼;
    상기 제1캐리어에 구비되는 AF마그네트; 및
    상기 AF마그네트와 대면하며 상기 제1캐리어가 광축 방향으로 선형 이동하도록 구동력을 제공하는 AF코일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬림형 액추에이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 n개 제1코일 중 일부는 상기 제1방향 OIS 구동을 위한 구동용 코일이며, 상기 n개 제1코일 중 다른 일부는 상기 제1방향 및 제2방향의 선형성 보정을 위한 보정용 코일인 것을 특징으로 하는 슬림형 액추에이터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 k개 제1홀센서는,
    상기 제1마그네트와 대면하되, 상기 제1마그네트의 좌측 및 우측 단부 방향으로 서로 편향된 위치에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 슬림형 액추에이터.
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