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KR20190092459A - 확장된 광-폴딩-요소 스캐닝 범위를 갖는 폴디드 카메라 구조 - Google Patents

확장된 광-폴딩-요소 스캐닝 범위를 갖는 폴디드 카메라 구조 Download PDF

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KR20190092459A
KR20190092459A KR1020197018509A KR20197018509A KR20190092459A KR 20190092459 A KR20190092459 A KR 20190092459A KR 1020197018509 A KR1020197018509 A KR 1020197018509A KR 20197018509 A KR20197018509 A KR 20197018509A KR 20190092459 A KR20190092459 A KR 20190092459A
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opfe
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scanning range
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에브라임 골든베르그
길 바쳐
이타이 저비
이타이 예디드
요나단 멘델
갈 샤브타이
노이 코헨
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코어포토닉스 리미티드
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Abstract

광학 이미지 안정화(OIS)에 필요한 스캐닝/회전 범위에 비해 확장된 스캐닝 범위에 걸쳐 광경로 폴딩 요소(OPFE)를 회전시키기 위한 보이스 코일 모터(VCM) 액츄에이터를 개시한다.

Description

확장된 광-폴딩-요소 스캐닝 범위를 갖는 폴디드 카메라 구조
관련 출원에 대한 상호 참조
이 출원은 2016 년 12 월 28 일자로 제출된 미국 가출원 제 62/439,518 호에 관한 것으로서, 그 우선권을 주장하며, 이는 전체로서 참조로 본 명세서에 포함된다.
본 명세서에 개시된 실시 예는 일반적으로 디지털 카메라, 특히 얇은 멀티-애퍼처 줌 디지털 카메라에 관한 것이다.
2 개의 후면 카메라("듀얼 카메라" 또는 "듀얼 애퍼처 카메라"라고도 함)를 갖는 스마트 폰과 같은 개인용 전자 장치는 상업적으로 알려져 있고 상업적으로 이용 가능하다. 2 개의 후면 카메라는 이미지 데이터(또는 "이미지")를 캡처하도록 작동하는 각각의 이미지 센서(또는 간단히 "센서"), 및 고정된 상이한 초점 길이를 갖는 각각의 렌즈를 구비한다. 각각의 렌즈/센서 조합이 동일한 방향으로 보도록 정렬되어 있어도, 각각은 서로 상이한 시야(FOV)를 갖는 동일한 장면의 이미지를 캡처한다.
줌 기능을 최대화하기 위한 조정 가능한 FOVT를 갖는 텔레 카메라는 예컨대 본 출원인에 의해 소유되고 발명된 PCT 특허 출원 PCT/IB2016/057366 "자동 조절 가능한 텔레 시야를 갖는 듀얼-애퍼처 줌 디지털 카메라"에 개시되어 있다. 조절 가능한 FOV는 스텝 모터에 가능하게 되는 스캐닝과 관련된다. 최근에는 스텝 모터가 보이스 코일 모터(VCM) 기술로 대체되었다. VCM 작동은 오토 포커스(AF) 및/또는 광학 이미지 안정화(OIS)에 사용된다. 그러나, 특히 폴디드 카메라에 사용되는 것과 같은 공지된 VCM 액츄에이터 기술은 제한된 스캐닝 범위를 가질 수 있고, 주어진 VCM 액츄에이터는 매우 제한된 범위 내에서 움직임 보상을 필요로 하는 OIS만을 수행할 수 있다.
OIS를 위해 OPFE를 회전시키는 시스템은 예컨대, 본 출원인에 의해 공동-소유된 국제 특허 출원 PCT/IB2016/052179 [제목: "컴팩트 폴디드 카메라에서의 자동 초점 및 광학 이미지 안정화"]에 기재되어 있다.
따라서, 확장된 스캐닝 범위를 가지면서 조정 가능한 FOVT를 위한 VCM 작동 메커니즘을 구비하는 것이 요구되며, 이로울 것이다. 또한 확장된 범위내의 스캐닝 및 OIS를 동시에 지원할 수 있는, 확장된 스캐닝 범위를 갖는 조정 가능한 FOVT을 위한 VCM 작동 메커니즘을 갖는 것이 유리할 것이다.
명세서에 개시된 실시 예는 PCT/IB2016/057366에 기술된 카메라와 같이, 조정 가능한 FOVT를 갖는 텔레 폴디드 카메라용 VCM 액츄에이터에 관한 것이다. 개시된 액츄에이터는 주밍 및 스캐닝 능력을 최대화하도록 설계된다. 일부 예시적인 실시 예들은 또한 이미지 스캐닝과 병행하여 OIS를 가능하게 한다.
예시적인 실시 예에서, 스캐닝 범위에 걸쳐 광경로 폴딩 요소(OPFE)를 회전시키는 액츄에이터가 제공되며, 여기서 상기 OPFE 위치는 허용 가능한 지터 리밋(jitter limit)을 결정하는 비-정밀 위치 센싱 메커니즘에 의해 제어되고, 상기 액츄에이터는, 상기 OPFE에 강성으로(rigidly) 결합되며 회전축을 정의하는 2개의 힌지들을 갖는 작동 서브-어셈블리, 및 2개의 하우징을 갖는 고정 서브-어셈블리로서, 각각의 하우징이 하우징-힌지 쌍을 형성하기 위해 고정 서브-어셈블리의 각각의 힌지에 네스트되는(nested) 고정 서브-어셈블리를 포함하고, 상기 작동 서브-어셈블리의 질량 중심이 상기 회전축과 일치하도록 위치되어, 상기 OPFE가 주어진 OPFE 위치로 회전하고 상기 주어진 OPFE 위치에서 정지할 때 발생하는 지터를 허용 가능한 리밋 이하로 제한한다.
일 실시 예에서, 각각의 하우징-힌지 쌍은 OPFE가 상기 주어진 OPFE 위치로 회전하고 상기 주어진 OPFE 위치에서 정지할 때 발생하는 지터를 허용 가능한 리밋 이하로 제한하는 것을 돕도록 설계된 마찰 정도를 갖는다.
일 실시 예에서, 상기 고정 서브-어셈블리는 상기 주어진 OPFE 위치를 감지하기 위한 위치 센서를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 위치 센서는 홀 바 센싱 요소를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 스캐닝 범위는 상기 OPFE의 휴지(rest) 위치를 중심으로 ± 1.5도보다 크다.
일 실시 예에서, 상기 스캐닝 범위는 상기 OPFE의 휴지 위치를 중심으로 적어도 ± 5도이다.
일 실시 예에서, 상기 스캐닝 범위는 상기 OPFE의 휴지 위치를 중심으로 ± 20도까지이다.
본 명세서에 개시된 실시 형태의 비-제한적인 예가 첨부된 도면을 참조하여 아래에 설명된다. 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조, 요소 또는 부품은 일반적으로 모든 그림에서 동일한 숫자로 표시되어 있다. 도면 및 설명은 본 명세서에 개시된 실시 예를 나타내고 명료하게 하기 위한 것이며, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
도 1a는 예시적인 실시 예에 따른, 확장된 스캔을 가능하게 하는 액츄에이터의 사시도이다;
도 1b는 도 1의 액츄에이터의 배면도이다;
도 1c는 도 1의 액츄에이터의 분해도이다;
도 2는 렌즈와 센서를 갖는 폴디드 카메라에 장착된 도 1a 내지 도 1c의 액츄에이터를 도시한다;
도 3은 듀얼 카메라에서의 도 2의 폴디드 카메라 및 액츄에이터를 도시한다;
도 4는 축(104)을 중심으로 회전하는 작동 서브-어셈블리(116) 및 자석(110)의 함수로서, 센싱 요소(sensing element) 상에서의 X 방향으로의 자기장 효과의 시뮬레이션을 도시한다;
도 5는 도 1a 내지 1c의 액츄에이터를 위한 센싱 회로를 개략적으로 도시한다;
도 6a는 다른 실시 예에 따른, 확장된 스캔 + OIS를 가능하게 하는 액츄에이터의 사시도이다;
도 6b는 도 6의 액츄에이터의 분해도이다;
도 7은 렌즈와 센서를 갖는 폴디드 카메라에 장착된 도 6a 내지 도 6c의 액츄에이터를 도시한다;
도 8은 듀얼 카메라에서의 도 7의 폴디드 카메라 및 액츄에이터를 도시한다;
도 9는 도 6a 내지 도 6b의 액츄에이터를 위한 센싱 회로를 개략적으로 도시한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일례에 따른 회전 보이스 코일 모터(VCM)의 액츄에이터(100)의 다양한 도면을 도시한다. 액츄에이터(100)는 OIS를 위해 OPFE를 회전시키는 다른 시스템(예컨대, 공동-양도받은 PCT 특허출원 PCT/IB2016/052179에 기술된 시스템과 같이, 회전은 전형적으로 ±1 도이다)의 필요에 비해, 확장된 OPFE 스캐닝 범위를 가능하게 하고, FOVT 조정 또한 가능하게 한다. 도 1a는 액츄에이터(100)의 사시도이고, 도 1b는 액츄에이터(100)의 배면도이고, 도 1c는 액츄에이터(100)의 분해도이다. 액츄에이터(100)는 단일 축(104)을 중심으로(즉, 모든 도면에 도시된 좌표계에서의 X 축을 중심으로) OPFE(102)(예컨대, 프리즘 또는 거울)의 회전(Φ로 표시된 각도로)을 가능하게 한다. 축(104)은 또한 "회전 축"으로 지칭될 수 있다. 다양한 실시 예에서, φ의 확장된 범위는 예컨대 10도 내지 40도의 범위(또는 초기의 "휴지(rest)" 위치 중심으로 ± 5도 내지 ± 20도)일 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 휴지 위치를 중심으로 φ = 20도 또는 ± 10도이다. 대조적으로, OIS 목적을 위해 OPFE가 회전(틸트)되는 공지된 설계는 단지 0.5도 내지 3도 또는 휴지 위치를 중심으로 ± 0.25도 내지 ± 1.5도의 제한된 회전 범위를 가능하게 한다.
액츄에이터(100)에서, OPFE(102)는 예컨대 플라스틱 몰딩에 의해 OPFE(102)의 형상에 맞춰질 수 있는 광학 요소 홀더(또는 단순히 "홀더")(106) 내에 수용된다. 작동 자석(108)은 아래쪽(도 1b의 음의 Z 방향)으로부터 광학 소자 홀더(106)에 고정적으로 부착(예컨대, 접착제에 의한 접착)된다. 센싱 자석(110)은 홈(112)이 있는 홀더의 일측에서 홀더(106)에 고정적으로 부착(예컨대, 접착)된다. 2 개의 힌지(114a, 114b)는 홀더(106)의 2 개의 측면에 고정적으로 부착(예컨대, 접착)된다. 힌지(114a, 114b)는 예컨대 경질 금속, 예컨대 스테인레스 스틸로 제조된다. OPFE(102), 광학 요소 홀더(106), 작동 자석(108), 센싱 자석(110), 및 힌지(114a, 114b)의 조립체는 이하에서 "작동 서브-어셈블리"(116)로 지칭될 것이다.
액츄에이터(100)는 예컨대 플라스틱으로 제조된 베이스(118), 및 예컨대 플라스틱으로 또한 제작되며 베이스(118)에 고정적으로 부착(예컨대, 접착)되는 2 개의 하우징(120a, 120b)을 포함한다. 일부 실시 예에서, 베이스(118) 및 하우징(120a, 120b)의 하나 또는 모두는 단일 부품으로 성형될 수 있다. 일부 실시 예에서, 하우징(120a) 및/또는 하우징(120b)은 단지 액츄에이터 조립 공정 중에, 조립 및 예컨대, 접착되는 몇몇 부품을 포함할 수 있다. 베이스(118) 및 하우징(120a, 120b)은 "고정 서브-어셈블리"(122)를 형성한다. 고정 서브-어셈블리(122)는 홀 바 센싱 요소(126) 및 코일(124)을 더 포함하며, 이들 모두 아래에서 설명된다.
작동 서브-어셈블리(116)는 힌지(114a, 114b)가 하우징(120a, 120b) 내측에 각각 위치되도록, 고정 서브-어셈블리(122) 내측에 위치된다. 힌지(114a, 114b)는 동심이며, 축(104)(도면에서 X 축에 평행) 상에 놓인다. 기술된 기계적 구조는 작동 서브-어셈블리(116) 및 OPFE(102)를 축(104) 중심으로 회전시킬 수 있게 한다. 베이스(118) 및/또는 광학 요소 홀더(106)의 플라스틱 몰딩은 φ도 이상의 동작을 방지하기 위한 작동 서브-어셈블리(116)용 기계적 스토퍼로 사용될 수 있다.
일부 실시 예에서, 축(104)은 작동 서브-어셈블리(116)의 질량 중심을 관통하게 위치된다. "질량"은 요소들(102, 106, 108, 110, 114a 및 114b)를 포함한다. 이러한 실시 예에서, 액츄에이터(100)의 외부에서 작용하는 회전(예컨대, 사용자가 액츄에이터를 포함하는 장치를 회전시킴으로써 야기됨)은 작동 서브-어셈블리(116)와 고정 서브-어셈블리(122) 사이의 상대적인 회전을 야기하지 않을 것이다.
액츄에이터(100)는 전형적으로 수십 개의 권선(예컨대, 50-250의 비-제한적 범위) 및 통상적인 10-30 ohm의 저항을 갖는, 예컨대 스타디움 형태의 권선 코일(124)을 더 포함한다. 코일(124)은 자석(108) 아래에 위치하여, 작동 서브-어셈블리가 휴지 상태에 있을 때, 공칭(nominally) 그 중심이 중첩된다(overlap). 자석(108)은 예컨대, 네오디뮴 합금(예컨대, Nd2Fe14B) 또는 사마륨-코발트 합금(예컨대, SmCo5)으로 제조된 영구 자석일 수 있다. 자석(108)은 자극 방향을 변화시키도록 제조(예컨대, 소결)될 수 있다: 양의 Y 측에서 북쪽 자극은 음의 Z 방향을 향하는 반면, 음의 Y 측에서 북쪽 자극은 양의 Z 방향을 향한다. 코일(124)은 외부 전류 구동 회로(도시되지 않음)에 연결되고, 구동 회로는 입력 전류를 코일(124)에 전달할 수 있다. 코일(124)내의 전류는 자석(108)의 자기장으로 인해 로렌츠 힘을 생성한다: 예컨대, 시계 방향으로의 전류는 양의 Y 방향으로 힘을 생성하는 반면, 반시계 방향의 전류는 음의 Y 방향으로 힘을 생성한다. 전체 자기 구조(즉, 자석(108)에 의해 야기된 자기장의 전체 자기 시뮬레이션)는 당해 기술 분야에 공지되어 있으며, 예컨대 특허 출원 PCT/IB2016/052179에 상세히 기술되어 있다.
코일(124)에 의해 인가된 자기력이 양의 및 음의 Y 방향에 있을 때, 힌지 기계적 구조는 작동 서브-어셈블리(116)가 축(104)을 중심으로 회전하도록 구속한다(confine). 홀 바 소자(126)는 센싱 자석(110)의 자기장의 강도 및 방향을 감지 할 수 있다. 센싱 자석(110)은 예컨대 네오디뮴 합금(예컨대, Nd2Fe14B) 또는 사마륨-코발트 합금(예컨대, SmCo5)으로 제조된 영구 자석일 수 있다. 자석(110)은 액츄에이터(100)가 휴지 상태에 있을 때, 그 북극이 Z 방향을 향하도록 제조(예컨대, 소결)될 수 있다. 작동시, 작동 서브-어셈블리(116)와 홀 바 요소(126)의 상대 위치가 변경된다. 홀 바 소자(126)에 의해 감지되는 자기장의 강도 및 방향은 또한 변경되고, 따라서 작동 서브-어셈블리(116)의 위치가 결정될 수 있다. 폐 루프 제어 회로(도시되지 않음)가 작동 서브-어셈블리의 위치를 제어하고 광학적 요구에 의해 요구되는 위치로 설정하도록 사용된다. 폐 루프 제어 회로는 단일 입력-홀 바 소자(126)의 신호, 및 단일 출력-코일(124)에 인가된 전류의 양을 갖는다. 폐 루프 제어 회로는 집적 회로(IC)(도시되지 않음)로 구현될 수 있다. 단일 입력 및 단일 출력(SISO) 시스템을 갖는 폐 루프 제어 시스템의 동작은 당 업계에 공지되어 있다. 이러한 폐 루프 제어 회로는 예컨대 선형 "비례-적분-미분"(PID) 제어일 수 있다. 일부 실시 예에서, 단일 IC가 홀 바 소자(126) 내부의 제어기내에 구현될 수 있다. 다른 실시 예에서, IC는 카메라의 외부에 위치할 수 있는 별도의 칩일 수 있다.
후술되는 바와 같이, 액츄에이터(100)의 스텝 분해능 및 지터(노이즈)는 "비-정밀(non-accurate)" 센싱 메커니즘 회로에 의해 φ의 1/1000로 제한될 수 있다. 사용 요건에 대해서는 PCT 특허 출원 PCT/IB2016/057366에 기술된 바와 같이, φ 스텝 분해능의 1/80이 허용될 수 있다. 그러나, 액츄에이터(100)가 OPFE를 특정 위치에 위치시킨 후에, 이미지 흐려짐(blur)을 방지하기 위한 고려사항은 1/200도 이하의 지터를 요한다. 시스템(100)에서, 예컨대, 1/200도는 φ의 1/4000이고, 이것은 센싱 회로에 의해 허용되는 1/1000 φ 지터 리밋보다 작다. 이 문제를 해결하기 위해, 지터를 허용 가능한 리밋(예컨대, 1/200도, 즉 φ의 1/4000)을 초과하지 않는 레벨로 제한하는 마찰-기반 메커니즘이 제공된다. 예컨대, 어떤 경우에는 상당한 마찰이 힌지(114a, 114b)와 하우징(120a, 120b) 사이에 설계 및 도입될 수 있다. 제어 명령이 광학 요구에 의해 요구되는 바와 같이 그리고 후술하는 센싱 메커니즘에 의해 감지되는 바와 같이, 작동 서브-어셈블리(116)를 원하는 위치로 이동시킨 후(구동 전류를 통해 이동함, 이하 참조), 구동 전류는 비-정밀 센싱 메커니즘에 의해 야기되는 지터를 감소시키기 위해 턴오프될 수 있다. 작동 서브-어셈블리(116)의 질량 중심을 관통하는 축(104)의 위치 설정 및 상당한 마찰은 (예컨대, 사용자의 손 흔들림에 의해 야기되는) 외부 토크 및 힘들이 고정 서브-어셈블리에 대해 작동 서브-어셈블리(116)를 고정되게 유지하게 하는 것을 보증할 것이다. 또한, 전원 턴-오프는 시스템 전력 소비를 감소시키는데 도움을 준다.
예컨대, 질량이 500mg이고, 축(104)을 중심으로 하는 관성 모멘트가 1000mg-mm2인 작동 서브-어셈블리를 가정한다. 스테인레스 스틸 힌지(114a, 114b)와 플라스틱 하우징(120a-b) 사이의 마찰 계수를 0.7로 가정한다. 0.7mm의 직경을 갖는 축(104)이 작동 서브-어셈블리(106)의 질량 중심을 통과하도록 공칭상 설계된다. 그러나, 조립 중의 기계적 허용 오차로 인해, 축(104)은 최대 20 마이크로미터(μm) 만큼 이동할 수 있으며, 최대 0.0001N-mm의 중력 토크를 발생시킬 것이다. 일반적인 손 흔들림은 최대 2Hz 및 0.1도이며, 최대 0.3 rad/sec2의 각 가속도를 유발하고, 관성-제공 토크 모멘트는 전형적으로 0.0003 N-mm로 제한된다. 따라서, 중력 및 손 흔들림 토크는 전류가 턴오프된 후, 0.001225 N-mm의 마찰 토크(질량 x 마찰 계수 x 힌지 반경)를 극복하지 못할 것이다.
도 2는 폴디드 카메라 구조(FCS) 또는 간단히 "폴디드 카메라"(200)의 부품으로서의 액츄에이터(100)를 도시한다. 폴디드 카메라(200)에서, 액츄에이터(100)는 OPFE(예컨대, 프리즘)(102)를 회전시키는데 사용된다. 폴디드 카메라에서의 액츄에이터(100)의 동작(작동)은 예컨대, 미국 가특허 출원 제 62/272367 호 및 제 62/361150 호에 기재된 유형의 확장된 텔레 시야(FOVT)를 생성한다. 이 경우의 액츄에이터(100)의 전형적인 회전 작동 스트로크는 적어도 8의 분해능 및 100까지의 구별가능한(distinguishable) 스텝(가능한 OPFE 위치)을 가지면서, OPFE(102)의 원래 위치의 ± 5 내지 ± 20도 범위내일 수 있다. 카메라(200)는 렌즈 요소(202) 및 이미지 센서(204)를 더 포함한다. 카메라(200)는 렌즈 요소(202)의 포커싱 및/또는 오토-포커스(AF)를 위한 작동 메커니즘을 더 포함할 수 있다. 이러한 작동 메커니즘은 도 2에 도시되지 않지만, 예컨대 미국 특허 제 9392188 호에 기술된 바와 같을 수 있다.
도 3은 듀얼-카메라((또는 "듀얼-애퍼처 카메라")(300)의 부분인 폴디드 카메라(200)를 도시한다. 듀얼 카메라(300)는 또한 표준 "직립형" 카메라(302)를 포함한다. 카메라(302)는 당 업계에 공지된 표준 카메라 구조를 가지며, 렌즈(304) 및 이미지 센서(306)를 포함한다. 카메라(302)는 또한 렌즈를 위한 작동 메커니즘, 기계적 쉴드, 섀시 및 다른 부품과 같은 다른 부품을 포함할 수 있고, 이는 당해 기술 분야에 공지되어 있고, 도 3에 별도 도시되지 않는다. 카메라(300)와 같은 듀얼-애퍼처 카메라 및 그 동작 및 사용은 예컨대, 국제 특허 출원 PCT/IB2016/056060에 상세히 기재되어 있다.
자기 센싱 요소(126)는 예컨대(위에서 언급한 바와 같이) 홀 바 소자이며, 이는 도 1에 도시된 X 방향의 자기장을 측정할 수 있다. 액츄에이터(100)에서, 자석(110)은 작동 서브-어셈블리(116)에 강성으로(rigidly) 결합되고(또는 그 일부이다), 센싱 요소(126)는 고정 서브-어셈블리(122)에 강성으로 결합된다(또는 그 일부이다). 자석(110)은 예컨대, Z 축 방향을 따른 자기장 방향을 가져, 북쪽 자극이 양의 Z 방향에 있고, 남쪽 자극이 음의 Z 방향에 있다.
도 4는 축(104)을 중심으로 회전하는 작동 서브-어셈블리(116)(및 자석(110))의 함수로서, 센싱 요소(126) 상에서의 X 방향으로의 자기장 효과의 시뮬레이션을 도시한다. 자기장은 이동 범위의 한쪽 끝에서 약 -0.2T의 음의 값으로부터 이동(회전) 범위의 다른쪽 끝에서 +0.2T까지 점증적으로 단조롭게 변함이 명백하다.
도 5는 홀 바 소자(126)에 의한 자기장의 판독을 가능하게 하는 공지된 전기 회로(500)를 도시한다. 홀 바 소자(126)는 Iin, Gnd, V + 및 V-로 표시된 4 개의 커넥터를 갖는다. 전형적으로 1-20mA 범위의 전류가 Iin에 인가되고 홀 바 소자(126)를 통해 접지(GND)로 흐른다. 홀 바 소자(126)는 200 내지 3000 kΩ 범위의 전형적인 저항을 갖는다. 이 예에서, 저항 1200ohm 및 전류 Iin = 2.5mA를 갖는 센싱 요소를 고려하면, Iin과 Gnd 사이의 전압 강하는 3V이고, Vin = 3V로 표시된다. X 방향으로 0(제로) 자기장 B의 경우, Vp = Vm = Vin/2 = 1.5V 이다. 홀 바 요소(126)에 자기장이 존재하면, Vout = Vp - Vm으로 표시되는, 전압 강하가 Vp와 Vm 사이에 생성되어, Vp = (Vin + Vout)/2 및 Vm = (Vin - Vout)/Vm이 될 것이다. Vout의 크기는 센싱 요소 상의 자기장 B에 비례하며, 즉 Vout = αB 이다. 일정 전류 Iin = 2.5mA의 경우, α는 0.2 내지 2mV/mT 범위내의 전형적인 값을 갖는다. 이 예에서, α = 0.5mV/mT를 고려하면, 도 4b에 도시된 그래프와 같이, Vout은 이동 범위에서 -100mV 내지 100mV의 범위내에 있다.
증폭기(502)는 3V 구동 전압을 갖는 연산 증폭기(오피-앰프)이다. 연산 증폭기(502)의 동작의 세부 사항은 당 업계에 공지되어 있으며, 여기에서 간단히 설명된다. 연산 증폭기(502)는 5 내지 200 범위의 증폭 인자 β를 갖는다. 이 예에서, β = 15의 증폭률을 가정한다. 연산 증폭기(502)의 입력은 Vp 및 Vm이다. 연산 증폭기(502)의 출력은 Vp + β(Vp-Vm) 이다. 그러므로, 이 예에서 연산 증폭기(502)(Vamp)의 전압 출력은 0 내지 3V의 범위내에 있다. Vamp는 8 내지 14 비트 범위의 분해능[이 예에서는 12 비트이다]을 가지면서, 아날로그-투-디지털 변환기(ADC)(504)에 의해 샘플링된다. 즉, 범위 0 내지 3V는 4096 레벨로 분할된다. 따라서, 회로(500)는 12 비트 최대 분해능(또는 다른 경우에는 8 내지 16 비트)으로 액츄에이터(100)의 동작 범위를 측정할 수 있게 한다. 20도 스캐닝 범위의 경우, 약 0.005도의 분해능을 가능하게 한다. 이러한 분해능은 요구되는 것보다 양호하지 않다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 회전 VCM의 액츄에이터(600)의 입체적인 사시도를 도시하고, 도 6b는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 회전 VCM의 액츄에이터(600)의 분해도이다. 액츄에이터(600)은 확장된 OPFE 스캔 범위와 OIS 기능을 가능하게 한다. 액츄에이터(100)와 비교해 볼 때, 액츄에이터(600)는 하기에 기술된 바와 같이, 1/200도의 정확도를 가능하게 하는 정확한 위치 센싱 메커니즘을 갖는다. 따라서, 액츄에이터(600)의 제어 회로는 OPFE가 이미지 광학 품질을 감소시키지 않으면서, 원하는 부분으로 회전되는 동안, 동작 상태를 유지할 수 있다.
액츄에이터(600)는 액츄에이터(100)와 기계적으로 유사하며, 액츄에이터(100)(모든 번호는 동일한 번호로 매겨짐)와 같은 모든 구성요소를 포함한다. 액츄에이터(600)와 액츄에이터(100)의 차이점은 액츄에이터(600)가 전형적으로 스테인레스 스틸로 만들어진 두 개의 볼 베어링(602a, 602b)을 더 포함한다는 것이다. 볼 베어링(602a, 602b)은 하우징(120a, 120b) 내측에 각각 고정식으로 부착(예컨대, 접착)된다. 작동 서브-어셈블리(116)는 힌지(114a, 114b)가 각각 볼 베어링(602a, 602b) 내측에 위치되도록, 고정 서브-어셈블리(122) 내부에 위치된다. 힌지(114a, 114b) 및 베어링(602a, 602b)은 모두 동심이며, 축(104) 상에 놓인다. 기술된 기계적 구조는 아주 낮은 마찰을 가지면서, 작동 서브-어셈블리(116) 및 광 폴딩 요소(102)가 X 축 중심으로 회전할 수 있게 한다. 볼 베어링(602a, 602b)의 전형적인 저 마찰 계수는 0.001-0.005의 범위일 수 있다.
도 7은 폴디드 카메라(700)의 부분으로서의 액츄에이터(600)를 도시한다. 폴디드 카메라(700)에서, 액츄에이터(600)는 카메라(200)를 참조하여 전술한 바와 같이, 광 폴딩 요소를 회전시키는데 사용된다. 작동은 언급된 바와 같이 확장된 줌 시야(FOV)를 생성하고, 또한 예컨대 PCT/IB2016/052179에 기술된 바와 같이 OIS를 제공한다. 전술한 바와 같이, 액츄에이터(600)의 전형적인 회전 작동 스트로크는 적어도 0.002도의 분해능을 가지면서, 광 폴딩 요소의 원래 위치의 ± 8 내지 ± 18도 범위 내에 있어야 한다. 카메라(700)는 상기 카메라(200)를 참조하여 설명된 요소들을 더 포함할 수 있다.
도 8은 듀얼 카메라(800)의 부분으로서의 카메라(700)로 도시한다. 듀얼 카메라(800)의 설명 및 사용은 카메라(300)의 그것들과 유사하므로 반복하지 않는다.
액츄에이터(600)에서, 작동 메커니즘은 확장된 스캐닝 범위 및 OIS 모두를 책임진다. 따라서, 액츄에이터(100)에 비해, 보다 높은 스캐닝 분해능이 요구된다. 도 9는 본 명세서에 개시된 예시적인 실시 예에 따른 확장된 스캐닝을 위하여, 홀 바 센싱 요소(126)에 의한 자기장의 판독을 가능하게 하는 전기 회로(900)를 도시한다. 회로(900)는 회로(500)의 소자에 부가하여, 8 내지 14 비트의 범위[이 예에서는 12 비트]의 분해능을 갖는 디지털-투-아날로그 변환기(DAC)(902)를 포함함으로써, 회로(500)를 확장시킨다. 즉, 범위 0 내지 3V는 4096 레벨 또는 1mV 미만으로 분할된다. DAC(902)는 다음에 설명되는 바와 같이, 제 2 증폭 단계를 위한 기준 전압을 제공한다. DAC(902)의 아날로그 출력은 Vdac으로 표시된다. 회로(900)는 3V의 전압 하에서 동작하며 100 내지 4000 범위의 증폭 γ를 갖는 연산 증폭기(904)를 더 포함한다. 예시적인 연산 증폭기(904)는 γ = 500의 증폭을 나타낸다. 연산 증폭기(904)의 입력은 Vamp 및 Vdac이다. 연산 증폭기(904)의 출력은 Vdac + γ(Vdac - Vamp)이다. Vdac은 다음과 같은 방식으로 설정된다: 액츄에이터(600)의 틸트(회전) 목표는 알려진다(사용자에 의해 결정됨). 목표 범위 φ는 S 스텝들로 분할되고, S는 정수이고, S > γ이고, 이 예에서 S = 3000(이 예에서 0.2도)이다. 주어진 틸트 목표에 대해, 값 "s"는 범위 내에서 가장 가까운 정수 스텝을 표시한다. 예컨대, 목표가 -5도이면, s = 750이다. DAC 출력은 Vin/2 - Vrange/2 + Vrange*s/S로 설정된다. DAC 출력의 이러한 설정은 액츄에이터의 위치가 연산 증폭기(502)의 출력인 φ/S보다 목표에 더 가까울 때, Vamp2가 0 내지 3V 범위에 있음을 보장할 수 있다. Vamp2는 8 내지 14 비트의 분해능(이 예에서는 12 비트이다)을 가지면서, ADC(906)에 의해 샘플링된다. 즉, 범위 0 내지 3V는 4096 레벨로 분할된다. 따라서, 회로(900)는 회로(500)보다 γ배 정확도를 가지고 액츄에이터(100)의 동작 범위 측정을 가능하게 한다. γ = 500 을 갖는 20도 주사 범위에 대해, 이는 약 0.00001도(10 마이크로-도) 분해능을 가능하게 한다.
본 명세서에서 언급된 모든 간행물, 특허 및 특허 출원은 각각의 개별 간행물, 특허 또는 특허 출원이 구체적으로 및 개별적으로 참조로 여기에 포함되는 것과 동일한 정도로 본 명세서에 참조로서 전체적으로 포함된다. 또한, 본 출원에서의 임의의 참고 문헌 인용 또는 식별은 그러한 참조가 본 개시내용에 대한 선행 기술로서 이용 가능하다는 인정으로 해석되어서는 안된다.
본 개시내용이 특정 실시 예들 및 일반적으로 연관된 방법들의 관점에서 설명되었지만, 실시 예들 및 방법들의 변경 및 치환은 당업자에게 명백할 것이다. 본 개시내용은 본원에 기술된 특정 실시 예에 의해 제한되지 않고, 첨부된 청구 범위에 의해서만 이해되어야 한다.

Claims (7)

  1. 스캐닝 범위에 걸쳐 광경로 폴딩 요소(OPFE)를 회전시키는 액츄에이터로서, 상기 OPFE 위치가 허용 가능한 지터 리밋을 결정하는 비-정밀 위치 센싱 메커니즘에 의해 제어되는 액츄에이터에 있어서, 상기 액츄에이터는,
    a) 상기 OPFE에 강성으로 결합되며 회전축을 정의하는 2개의 힌지들을 갖는 작동 서브-어셈블리; 및
    b) 2개의 하우징을 갖는 고정 서브-어셈블리로서, 각각의 하우징이 하우징-힌지 쌍을 형성하기 위해 고정 서브-어셈블리의 각각의 힌지에 네스트되는 고정 서브-어셈블리;를 포함하고,
    상기 작동 서브-어셈블리의 질량 중심이 상기 회전축과 일치하도록 위치되어, 상기 OPFE가 주어진 OPFE 위치로 회전하고 상기 주어진 OPFE 위치에서 정지할 때 발생하는 지터를 허용 가능한 리밋 이하로 제한하는 액츄에이터.
  2. 제 1 항에 있어서, 각각의 하우징-힌지 쌍은 OPFE가 상기 주어진 OPFE 위치로 회전하고 상기 주어진 OPFE 위치에서 정지할 때 발생하는 지터를 허용 가능한 리밋 이하로 제한하는 것을 돕도록 설계된 마찰 정도를 갖는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 고정 서브-어셈블리는 상기 주어진 OPFE 위치를 감지하기 위한 위치 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 위치 센서는 홀 바 센싱 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 스캐닝 범위는 상기 OPFE의 휴지 위치를 중심으로 ± 1.5도보다 큰 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 스캐닝 범위는 상기 OPFE의 휴지 위치를 중심으로 적어도 ± 5도인 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 스캐닝 범위는 상기 OPFE의 휴지 위치를 중심으로 ± 20도까지인 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
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