[논문]손 떨림 방지를 위한 OIS 액추에이터의 설계

허영준; 박노철; 박영필; 박경수

doi:10.9797/tsiss.2011.7.2.075

손 떨림 방지를 위한 OIS 액추에이터의 설계
Design of Optical Image Stabilization Actuator for Compensating Hand Tremble 원문보기

정보저장시스템학회논문집 = Transactions of the society of information storage systems, v.7 no.2, 2011년, pp.75 - 79

허영준 ((주) 한화) , 박노철 (연세대학교 기계공학과) , 박영필 (연세대학교 기계공학과) , 박경수 (연세대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently mobile phone camera become generally spread, it is required to develop high resolution, multi-functional camera module for obtaining high image quality. To satisfy this demand, number of pixels has been increased and pixel size decreased in small mobile phone cameras. As a result, image quality is seriously dropped by blur phenomena. Especially when hand tremble is occurred, image quality is dropped by camera shake. Therefore, to obtain high quality image, it is necessary to compensate user's hand tremble. In this paper, we propose voice coil actuator for compensating hand tremble, which can apply optical image stabilization (OIS) system. Sensitivity analysis and size optimization are performed to obtain high driving force. Finally, it is confirmed that the optimized electromagnetic circuit can be applied in OIS system.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 기존에 제안된 액추에이터의 전자기 회로를 보다 고성능으로 설계하기 위하여 두가지 형태의 전자기 회로에 대한 분석을 수행하였다. 전자기 회로는 홀 센서의 위치에 따라 코일의 중심에 홀 센서가 위치한 형태와 코일의 외곽에 홀 센서가 위치한 형태로 구분되며, 제한된 설계 영역 내에서 보다 높은 구동 힘을 발생시키기 위하여 자기회로의 설계 변수들을 선택하여 감도해석과 최적설계를 수행하였다.
본 연구에서는 손 떨림으로 인해 발생하는 이미지 신호의 화질 저하 현상을 보상하기 위한 OIS 액추에이터의 전자기 회로를 제안하였다. 두 가지 전자기 회로가 갖는 장점과 단점을 고려하여 보다 적합한 시스템을 선정하기 위하여 감도해석과 최적설계를 수행하였고 최종적으로 최적화된 구동 힘을 통해 각 전자기 회로가 갖는 특성을 분석하였다.

제안 방법

5 을 통해 확인할 수 있다. 구동 힘에 영향을 미치는 7 개의 설계변수를 선정하였고, 홀 센서를 코일 중심에 위치한 형태와 가장자리에 위치한 형태 모두 감도해석과 최적설계를 수행하였다.
본 연구에서는 손 떨림으로 인해 발생하는 이미지 신호의 화질 저하 현상을 보상하기 위한 OIS 액추에이터의 전자기 회로를 제안하였다. 두 가지 전자기 회로가 갖는 장점과 단점을 고려하여 보다 적합한 시스템을 선정하기 위하여 감도해석과 최적설계를 수행하였고 최종적으로 최적화된 구동 힘을 통해 각 전자기 회로가 갖는 특성을 분석하였다.
마지막 방법은 AF 액추에이터와 OIS 액추에이터를 모두 렌즈 배럴을 이동시키는 것으로 센서가 고정되어 안정적인 장점을 갖지만 동일 구조 내에서 AF 액추에이터와 OIS 액추에이터 설계해야만 하는 어려움이 있다. 본 연구에서는 네번째 방식을 적용하여 액추에이터의 설계를 진행하였다.
Figure 4 은 전체 설계 과정을 보여준다. 유한요소해석을 통해 전자기 회로에서 발생하는 구동 힘을 확보하였고, 코일의 설계 변경에 따른 적합한 저항 및 입력 전류를 계산하여 적용하였다. 최종적으로는 주어진 설계 조건 내에서 최적의 성능을 발생하도록 감도해석과 최적화를 수행하였다.
본 연구에서는 기존에 제안된 액추에이터의 전자기 회로를 보다 고성능으로 설계하기 위하여 두가지 형태의 전자기 회로에 대한 분석을 수행하였다. 전자기 회로는 홀 센서의 위치에 따라 코일의 중심에 홀 센서가 위치한 형태와 코일의 외곽에 홀 센서가 위치한 형태로 구분되며, 제한된 설계 영역 내에서 보다 높은 구동 힘을 발생시키기 위하여 자기회로의 설계 변수들을 선택하여 감도해석과 최적설계를 수행하였다. 최종적으로 적용하려는 시스템에 따라 적합한 자기 회로를 제안하였다.
전자기 회로는 홀 센서의 위치에 따라 코일의 중심에 홀 센서가 위치한 형태와 코일의 외곽에 홀 센서가 위치한 형태로 구분되며, 제한된 설계 영역 내에서 보다 높은 구동 힘을 발생시키기 위하여 자기회로의 설계 변수들을 선택하여 감도해석과 최적설계를 수행하였다. 최종적으로 적용하려는 시스템에 따라 적합한 자기 회로를 제안하였다.
유한요소해석을 통해 전자기 회로에서 발생하는 구동 힘을 확보하였고, 코일의 설계 변경에 따른 적합한 저항 및 입력 전류를 계산하여 적용하였다. 최종적으로는 주어진 설계 조건 내에서 최적의 성능을 발생하도록 감도해석과 최적화를 수행하였다. 감도해석을 위한 설계변수는 Fig.

이론/모형

감도해석의 수행을 위해 3 레벨 완전 배치 요인법을 적용하였으며, 각 설계 변수의 주 효과는 Fig. 6 에 나타나 있다. 홀 센서가 코일의 중심에 위치한 형태는 코일의 두께가 구동 힘에 가장 큰 영향을 미치는 것을 확인할 수 있으며 요크의 형상 변경에 따른 영향은 적은 것을 볼 수 있다.
7 과 같다. 먼저 국소적으로 최소화에 빠지는 것을 방지하기 위하여 전역설계를 통해 설계 변수들에 대한 영향을 전역적으로 탐색한 뒤 국소적으로 최소가 되는 지점을 탐색하는 기울기 기반 방식의 Design Explorer 를 사용하였다 [4].

성능/효과

최적화를 위한 목적함수는 구동 힘을 최대화하기 위한 방향으로 선정하였고, Figure 8 은 최적화가 진행되는 결과를 보여준다. 홀 센서가 코일 중심에 위치한 형태의 최적화된 구동 힘은 7.95mN이고 가장자리에 위치한 형태의 구동 힘은 10.56mN 으로 홀 센서가 가장자리 위치한 모델이 32.8% 구동 힘이 더 높은 것은 확인할 수 있다. 두 가지 방식 모두 센서의 측면과 액추에이터의 성능 측면에서 적용하기 용이한 시스템으로 분류될 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Auto Focusing기능이 포함된 OIS 구조의 렌즈 또는 센서를 이동시키는 방법에 대해서 각각 설명하시오.	1 과 같이 크게 렌즈를 이동시키는 방법과 센서를 이동시키는 방식이 있다. 첫 번째 방식은 AF 액추에이터가 렌즈 배럴을 이동시키고 광 경로를 조정하기 위하여 렌즈를 추가로 설치하여 OIS 액추에이터를 통해 손 떨림을 보정하는 것으로 광학 부품의 추가와 전체 광 경로의 변경이 불가피하여 용이하지 않다. 두 번째 방식은 AF 액추이터가 렌즈 배럴을 이동시키고 OIS 액추에이터는 센서를 이동시키는 것으로 설계의 변경을 최소화할 수 있는 장점이 있지만 센서의 이동 시 발생하는 에러를 보정하기 위한 시스템이 추가로 요구된다. 세번째는 AF 액추에이터를 통해 센서를 움직이고 OIS 액추에이터를 통해 렌즈 배럴을 움직이는 방식으로 이 방식 역시 센서의 안정성에 문제점을 갖게 된다. 마지막 방법은 AF 액추에이터와 OIS 액추에이터를 모두 렌즈 배럴을 이동시키는 것으로 센서가 고정되어 안정적인 장점을 갖지만 동일 구조 내에서 AF 액추에이터와 OIS 액추에이터 설계해야만 하는 어려움이 있다. 본 연구에서는 네번째 방식을 적용하여 액추에이터의 설계를 진행하였다.
	본논문에서 감도해석의 수행을 위해 적용한 배치 요인법은?	감도해석의 수행을 위해 3 레벨 완전 배치 요인법을 적용하였으며, 각 설계 변수의 주 효과는 Fig. 6 에 나타나 있다.
	손 떨림으로 인한 영향으로 이미지의 화질 저하 현상문제를 해결하기위한 방법에는 무엇이 있는가?	이를 해결하기 위한 방법은 크게 Digital Image Stabilization (DIS), Electronic Image Stabilization (EIS), Optical Image Stabilization(OIS)의 세 가지 방법으로 분류된다. 이는 진동으로 인해 발생하는 이미지 신호를 전기적으로 혹은 신호처리를 통해 보정하는 간접적인 방법과 실제 발생하는 진동을 보상하기 위하여 광학 부품을 기구적으로 이동시키는 직접적인 방법으로 송명규 등은 렌즈 그룹을 이동시켜 광이 입사되는 경로를 변경함으로써 손 떨림으로 인해 발생하는 문제를 보상하는 OIS 방식을 적용하였고, 렌즈 등의 광 소자들을 이동시키기 위한 전자기식 액추에이터를 개발하였다 [1,2,3].

참고문헌 (4)

Myeong-Gyu Song, Young-Jun Hur, No-Cheol Park, Kyoung-Su Park, Young-Pil Park, Soo-Cheol Lim, and Jae-Hyuk Park, "Design of a Voice-Coil Actuator for Optical Image Stabilization Based on Genetic Algorithm", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 45, No. 10, pp.4558-4561

상세보기
H.W. Baek, Y.J. Hur, M.G. Song, N.C. Park, Y.P. Park, K.S.Park, S.C Lim and J.H. Park, 2008, "Development of OIS actuator to compensate for trembling," Proceedings of the KSNVE Annual Autume Conference, pp. 509-511.
C.W. Chiu, C.P. Chao, D.Y. Wu, 2007, " Optimal Design of a Magnetically Actuated Optical Image Stabilizer Mechanism for cameras in Mobile Phones ", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 43, No. 6, pp.2582-2584

상세보기
Jung-Hyun Woo, No-Cheol Park , Young-Pil Park, Kyoung-Su Park, Young-Se Oh, and Ki-Beom Kim, 2010, "Development of Asymmetric Twin Objective Lens Actuator Using Integrated Design Method". Jpn. J. Appl. Phys, Vol.49, No.8, 08KA02-1-2

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