이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 카메라 렌즈 어셈블리의 손떨림 보정 장치(100)는 메인 프레임(101), 구동 프레임(102), 코일(143) 및 영구 자석(125a)을 포함하여 구성되며, 상기 코일(143)과 영구 자석(125a)의 상호 작용에 의해 상기 구동 프레임(102)이 상기 메인 프레임(101) 상에서 유동하여 카메라 소자(103)의 위치를 변경시킴으로써 사용자의 손떨림으로 인한 촬영 영상의 흐트러짐을 보정하는 구성이다.
상기 메인 프레임(101)은 피사체 영상이 카메라 소자(103)로 입사되도록 상면의 적어도 일부분이 개방된 형상이며, 서로 마주보는 한 쌍의 내측벽에는 제1 방향(X)을 따라 서로 근접하는 방향으로 각각 연장되어 그의 단부들이 서로 마주보는 제1 가이드 돌기들(115)이 형성되어 있다. 상기 메인 프레임(101)의 하단 내측벽에는 적어도 하나 이상의 가이드 리브(111)가 형성되어 있다. 상기 가이드 리브(111)는 상기 메인 프레임(101) 하단면의 적어도 일부분을 폐쇄시키고, 그 상면에는 적어도 하나 이상의 베어링 홀(미도시)이 형성되어 있다. 본 실시 예에 따른 상기 손떨림 보정 장치(100)는 세 개의 가이드 리브(111)들이 형성된 구성을 개시하고 있으나, 하나의 가이드 리브(111)를 형성하되 상기 메인 프레임(101)의 내측벽 전체에 걸쳐 형성하고 그 상면에 다수의 베어링 홀을 형성할 수 있다.
상기 베어링 홀 내에는 볼(113)이 수용되어 유동하게 된다. 이때, 상기 베이링 홀의 직경은 상기 볼(113)의 직경보다 크게 형성함으로써 상기 볼(113)이 상기 베어링 홀 내에서 유동할 수 있게 구성되면서, 그 깊이는 상기 볼(113)의 직경보다 작게 형성함으로써 상기 볼(113)의 일부분은 상기 가이드 리브(111)의 상면으로 돌 출됨이 바람직하다.
상기 메인 프레임(101)의 하면은 코일부(104)에 의해 폐쇄된다. 상기 코일부(104)는 일단에 커넥터(149)가 형성된 인쇄회로 기판(141)과, 상기 인쇄회로 기판(141) 상에 장착되는 한 쌍의 코일들(143)과 상기 구동 프레임(102)의 유동 여부 및 그 양을 검출하는 위치검출용 센서들(145)이 장착된다. 상기 코일들(143)은 일반적으로 권선기로 권선된 권선코일을 사용할 수 있으며, 또한 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기법을 이용하여 제작된 적층코일을 사용할 수 있다. 상기 인쇄회로 기판(141)의 하부면에는 요크(147)가 장착된다.
상기 구동 프레임(102)은 상기 메인 프레임(101)에 의해 감싸지게 구성된 제1 프레임(102a)과, 상기 제1 프레임(102a)에 의해 감싸지게 구성된 제2 프레임(102b)을 구비한다.
상기 제1 프레임(102a)에는 상기 제1 가이드 돌기(115)들에 상응하는 제1 가이드 홀(121a)들이 형성되어 있다. 상기 제1 가이드 돌기(115)들이 상기 제1 가이드 홀(121a)들에 각각 슬라이딩 이동 가능하게 결합되어 상기 메인 프레임(101)에 대한 구동 프레임(102), 구체적으로 상기 제1 프레임(102a)의 상기 제1 방향(X)을 따르는 유동을 안내하게 된다.
상기 제1 가이드 홀(121a)들이 형성되지 않은 상기 제1 프레임(102a)의 내측벽에는 각각 서로 근접하는 방향으로 연장되어 그의 단부들이 서로 마주보는 제2 가이드 돌기(123)들이 형성되어 있다. 상기 제1 가이드 홀(121a)들이 연장된 방향 즉, 상기 제1 방향(X)과 상기 제2 가이드 돌기(123)들이 연장된 방향은 서로 수직 으로 교차하게 된다. 여기서, 상기 제2 가이드 돌기(123)들이 연장된 방향을 제2 방향(Y)으로 정의하기로 한다.
상기 제2 프레임(102b)에는 이미지 센서(131)가 포함된 카메라 소자(103)가 장착되고, 상기 제2 가이드 돌기(123)들에 상응하는 제2 가이드 홀(121b)들이 형성되어 있다. 상기 제2 가이드 돌기(123)들이 상기 제2 가이드 홀(121b)들에 각각 슬라이딩 이동 가능하게 결합됨으로써, 상기 제2 프레임(102b)은 상기 제1 프레임(102a) 상에서 상기 제2 방향(Y)으로 유동하게 된다. 결국 상기 제2 프레임(102b)은 상기 제1 프레임(102a)과 함께 상기 제1 방향(X)으로 유동하는 것이 가능하고, 동시에 상기 제1 프레임(102a) 내에서 제2 방향(Y)으로 유동하게 되는 것이다.
상기 제2 프레임(102b)의 하부면은 상기 볼(113)들의 지지를 받게 된다. 상기 볼(113)들이 상기 제1 프레임(102a)에 간섭되지 않고 상기 제2 프레임(102b)만을 지지할 수 있도록 상기 베어링 홀은 상기 메인 프레임(101)의 내측벽으로부터 충분히 이격된 위치에 형성됨이 바람직하다.
상기 볼(113)들은 각각 상기 베어링 홀 내에서 유동 가능하게 설치됨으로써, 상기 제1 방향(X) 또는 제2 방향(Y)을 따르는 상기 제2 프레임(102b)의 유동을 원활하게 해 준다. 상기 볼(113)들의 배치를 살펴보면, 상기 제1 가이드 돌기(115)들을 축으로 일측에는 한 쌍의 볼들이, 타측으로는 하나의 볼이 각각 배치되어 있다. 상기 제1 가이드 돌기(115)들이 일직선 상에 위치되어 상기 제1 프레임(102a)이 상기 제1 가이드 돌기(115)들을 축으로 회전할 우려가 있으나, 상기 제2 프레임(102b)이 상기 제1 프레임(102a)에 결합된 상태로 상기 볼(113)들의 지지를 받게되 므로 상기 제1 가이드 돌기(115)들을 축으로 상기 제1 프레임(012a)이 회전하는 것이 제한된다.
또한, 상기 제2 가이드 돌기(123)들을 축으로 양측에 각각 하나의 볼이 위치하게 되고, 나머지 하나의 볼은 상기 제2 가이드 돌기(123)들이 이루는 축 상에 위치된다. 따라서, 상기 제2 가이드 돌기(123)들을 축으로 상기 제2 프레임(102b)이 회전하는 것이 제한된다.
한편, 상기 카메라 소자(103), 구체적으로 상기 이미지 센서(131)의 광축은 상기 제1, 제2 방향(X, Y)에 각각에 대하여 수직하게 연장되는 제3 방향(Z)을 따르게 된다. 이때, 상기 제1, 제2 가이드 돌기(115, 123)들과 제1, 제2 가이드 홀(121a, 121b)들은 각각 상기 제1, 제2 방향(X, Y)을 따르는 유동을 제외한 어떠한 움직임도 제한하게 구성되므로 상기 이미지 센서(131)가 그의 광축을 중심으로 회전하는 것을 제한하게 된다. 즉, 상기 제1, 제2 가이드 돌기(115, 123)들, 제1, 제2 가이드 홀(121a, 121b)들은 상기 제1, 제2 방향(X, Y)을 따르는 상기 제2 프레임(102b) 및 카메라 소자(103)의 유동을 안내함과 동시에 상기 이미지 센서(131)가 광축 방향으로 회전하는 것을 제한하는 회전 방지 수단의 역할을 수행하게 되는 것이다.
상기 제2 프레임(102b)에는 상기 한 쌍의 코일들(143)과 각각 대면하는 한 쌍의 구동용 영구 자석들(125a)과, 상기 위치검출용 센서들(145)에 각각 대면하는 센서용 영구 자석들(127)이 설치된다. 또한, 상기 구동용 영구 자석들(125a)의 상면에는 각각 자로를 형성하는 요크(125b)가 부착되어 상기 구동용 영구 자석들 (125a)의 자기력을 효과적으로 활용할 수 있게 구성된다. 상기 구동용 영구 자석들(125a)과 센서용 영구 자석들(127)의 설치를 위하여 상기 제2 프레임 상에는 조립홀(129)들이 형성되어 있다.
상기 구동용 영구 자석들(125a)은 상기 코일들(143)과의 상호작용에 의해 상기 제2 프레임(102b)을 유동시키는 구동력을 발생시키며, 상기 위치검출용 센서(145)는 상기 센서용 영구 자석들(127)의 위치 변화를 검출함으로써, 상기 제2 프레임(102b)이 유동한 위치를 감시하게 된다.
상기 제2 프레임(102b) 상에 장착된 상기 카메라 소자(103)는 피사체의 영상을 입력받는 이미지 센서(131)와, 상기 이미지 센서(131)로부터 입력된 영상 신호를 전달하는 가요성 인쇄회로(133)로 구성되며, 소정의 기판(135)에 의해 지지되어 상기 제2 프레임(102b) 상에 장착된다. 따라서, 상기 카메라 소자(103)는 상기 제2 프레임(102b)과 함께 상기 메인 프레임(101)에 대하여 제1, 제2 방향(X, Y)으로 유동할 수 있게 구성된다.
상기 메인 프레임(101)은 디지털 카메라 또는 이동통신 단말기와 같은 촬영 기기에 장착, 고정되고, 촬영 시 사용자의 손떨림 정도에 따라 상기 코일들(143)에 전류가 인가되어 상기 제2 프레임(102b), 구체적으로 상기 카메라 소자(103)의 위치를 변경하게 된다.
이때, 상기 코일들(143) 중 어느 하나는 그에 대면하는 구동용 영구 자석(125a)과 함께 상기 제1 방향(X)으로 설치되고, 다른 하나는 그에 대면하는 구동용 영구 자석(125a)과 함께 상기 제2 방향(Y)으로 설치된다. 상기 코일들(143)에 인가 되는 전류에 따라 발생되는 전자기력은 상기 구동용 영구 자석들(125a)의 자기력과 상호 작용하여, 상기 제2 프레임(102b)을 제1 또는 제2 방향(X, Y)으로 유동시키게 된다.
상기 코일들(143)에 전류가 인가되지 않는 상태에서, 상기 구동용 영구 자석들(125a)은 상기 코일부(104)의 요크(147)와의 사이에서 인력이 작용하여 상기 제2 프레임(102b)을 최초 조립시 설정된 초기 위치로 복귀하게 된다.
한편, 상기 구동용 영구 자석들(125a)의 상면에 부착되는 요크(125b)와 상기 코일부(104)의 요크(147)는 상기 구동용 영구 자석(125a)의 자기력이 효과적으로 작용하도록 그 자기장을 유도하면서, 외부로 유출되는 것을 제한하는 자계차폐 구조를 형성함으로써 상기 구동용 영구 자석(125a)의 자기력이 주변의 회로 장치 등에 영향을 미치는 것을 제한하게 된다. 또한, 상기 구동용 영구 자석들(125a)의 자기력과 상기 코일부(104)에 제공된 요크(147) 사이의 인력은 상기 제2 프레임(102b)이 상기 이미지 센서(131)의 광축 방향으로 유동하는 것을 제한하게 된다.
상기 위치검출용 센서(145)는 상기 제2 프레임(102b)의 이동 위치를 추적하기 위한 것이며, 상기 코일들(143)에서 발생되는 전자기력의 영향을 받지 않도록 상기 코일들(143)로부터 일정 거리만큼 이격시키는 것이 바람직하다. 상기와 같은 위치검출용 센서(145)로는 광센서, 홀센서 등을 사용할 수 있다. 광센서는 고정밀도의 검출이 가능한 장점이 있으나 고가이기 때문에 제조 비용의 상승을 유발할 수 있다. 홀센서는 광센서에 비해 검출감도는 상대적으로 낮지만, 비용이 저렴하면서 손떨림에 보정에 적절한 정도의 감도는 충분히 확보할 수 있다. 본 실시 예에서는 한 쌍의 홀센서를 사용하여 상기 위치검출용 센서(145)를 구성하고, 상기 제2 프레임(102b)에 센서용 영구 자석들(127)을 장착하여 상기 제2 프레임(102b)의 위치 변동을 감지할 수 있게 구성되어 있다.
한편, 상기와 같은 손떨림 보정 장치(100)를 구비하는 촬영 기기는 대부분 충전식 전지를 사용하기 때문에 상기 손떨림 보정 장치(100)에서 소모되는 전력을 절감하기 위해 상기 구동용 영구 자석(143)의 세기가 큰 ND계열의 영구 자석을 사용하게 된다. 이때, 자력의 세기가 큰 영구 자석을 사용하는 경우 상기 코일부(104)의 요크(147)와 상기 제2 프레임(102b) 상의 영구 자석들(125a) 간의 과도한 인력으로 인해 상기 구동 프레임(102)의 반응 속도 또는 보정 속도가 저하될 우려가 있으므로 자력에 의한 인력, 구동 프레임의 무게, 손떨림 보정을 위한 유동 시 마찰력 등을 고려하여 영구 자석의 세기를 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 메인 프레임(101)의 일측에 투자율을 갖는 요크 또는 별도의 영구 자석을 배치하여 상기 제2 프레임(102b)의 영구 자석들(125a)과의 인력 또는 반력을 이용하여 상기 카메라 소자(103)의 최초 정지 위치를 더 정밀하게 유지할 수 있게 된다. 따라서 상기 제2 프레임(102b)의 위치 제어 알고리즘의 구현이 용이하고 보정 속도를 향상시킬 수 있다.
상기 영구 자석들(125a)의 상면에 부착되어 자극의 자로를 형성하는 요크(125b)는 상기 영구 자석들(125a)에서 발생하는 자속의 자기저항을 감소시키면서 상기 코일들(143)에 공급하는 자력의 세기를 증가시키는 역할을 수행하고 있는 것으로 투자율이 높은 금속재질을 사용하는 것이 바람직하며 상기 영구 자석들(125a) 의 위치에 맞추어 분리, 적층시키는 것도 가능하고 일체형으로 제작하는 것도 가능하다.
상기 이미지 센서(131)는 촬영 대상인 피사체상을 입사 받아 피사체상의 색상 및 밝기 등 영상정보를 디지털 처리하는 것이 가능한 광전 변환 소자로서 CCD 센서, CMOS 센서 등을 사용할 수 있다. 상기 이미지 센서(131)는 상기 제2 프레임(102b)의 상단에 노출된 상태로 탑재되어 제2 방향(Y)의 흐트러짐은 제2 프레임(102b)의 유동으로 보정하고 제1 방향(X)의 흐트러짐은 상기 제1 프레임(102a)의 유동으로 보정하여 선명한 영상을 촬영할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따른 카메라 렌즈 어셈블리의 손떨림 보정 장치(200)를 각각 도시하고 있다. 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따른 손떨림 보정 장치(200)는 구동 프레임(202)의 유동을 가이드하면서 이미지 센서(미도시)의 광축을 중심으로 상기 구동 프레임(202)이 회동하는 것을 제한하기 위하여 자성체들(또는 요크들)(217a, 217b)을 이용한 구성이다.
상기 손떨림 보정 장치(200)는 메인 프레임(201), 구동 프레임(202), 코일(243) 및 영구 자석(225a, 226, 227)을 포함하여 구성되며, 상기 코일(243)과 영구 자석(225a, 226)의 상호 작용에 의해 상기 구동 프레임(202)이 상기 메인 프레임(201) 상에서 유동하여 카메라 소자(203)의 위치를 변경시킴으로써 사용자의 손떨림으로 인한 촬영 영상의 흐트러짐을 보정하는 구성이다.
상기 메인 프레임(201)은 피사체 영상이 카메라 소자(미도시)로 입사되도록 상면의 적어도 일부분이 개방된 형상이며, 상기 메인 프레임(201)의 하단면은 일부 분만 개방되고 나머지 일부분은 가이드 리브(211)에 의해 폐쇄된 구성이다. 상기 가이드 리브(211)의 상면에는 다수의 베어링 홀, 바람직하게는 세 개 또는 네 개의 베어링 홀들이 형성되어 있다. 본 실시 예에 따른 상기 손떨림 보정장치(200)는 네 개의 베어링 홀이 형성된 구성을 개시하고 있다.
상기 베어링 홀 내에는 볼(213)이 수용되어 유동하게 된다. 이때, 상기 베이링 홀의 직경은 상기 볼(213)의 직경보다 크게 형성함으로써 상기 볼(213)이 상기 베어링 홀 내에서 유동할 수 있게 구성되면서, 그 깊이는 상기 볼(213)의 직경보다 작게 형성함으로써 상기 볼(213)의 일부분은 상기 가이드 리브(211)의 상면으로 돌출됨이 바람직하다.
상기 메인 프레임(201)의 하부면 중 개방된 부분은 코일부(204)에 의해 폐쇄된다. 상기 코일부(204)는 일단에 커넥터(249)가 형성된 인쇄회로 기판(241)과, 상기 인쇄회로 기판(241) 상에 장착되는 한 쌍의 코일들(243)과 상기 구동 프레임(202)의 유동 여부 및 그 양을 검출하는 위치검출용 센서들(245)이 장착된다. 상기 코일들(243)은 일반적으로 권선기로 권선된 권선코일을 사용할 수 있으며, 또한 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기법을 이용하여 제작된 적층코일을 사용할 수 있다. 상기 인쇄회로 기판(241)의 하부면에는 요크(247)가 장착된다.
상기 요크(247)의 배열 또는 형상은 상기 구동 프레임(202)의 영구 자석들(225a, 226, 227)과 동일한 형태로 배치하여 광축을 중심으로 상기 구동 프레임(202)이 회동하는 것을 제한하고 있다.
상기 구동 프레임(202)은 선행 실시 예와 다르게 하나의 평판 형태로 제작되 며 상기 영구 자석들(225a, 226, 227)을 수용하기 위한 조립홀들(219)이 형성되어 있다. 상기 영구 자석들(225a, 226, 227)은 하나의 코일(243)에 대면하는 구동용 영구자석(225a), 다른 코일(243) 및 하나의 위치검출용 센서(245)에 동시에 대면하는 구동 및 센서 겸용 영구자석(226), 다른 위치검출용 센서(245)에 대면하는 센서용 영구 자석(227)으로 구성된다.
상기 구동 프레임(202)이 상기 메인 프레임(201) 내에 위치되었을 때, 상기 영구자석들(225a, 226, 227)과 상기 코일부(104)의 요크(247)가 상호 작용하여 상기 구동 프레임(202)은 상기 메인 프레임(201)으로부터 이탈하지 않게 구속되며, 상기 구동 프레임(202)의 하부면은 상기 베어링 홀 내에 위치된 볼(213)들의 지지를 받게된다. 상기 볼(213)들은 상기 베어링 홀 내에서 원활한 유동이 가능하고 상기 구동 프레임(202)의 하부면이 상기 볼(213)들의 지지를 받게 되므로, 상기 구동 프레임(202)은 상기 메인 프레임(201) 내에서의 유동이 자유로운 상태이다. 상기 구동 프레임(202) 상에 카메라 소자가 장착됨은 선행 실시 예를 통해 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
상기 구동 프레임(202)의 유동을 일정하게 제어하기 위하여, 상기 메인 프레임(201)의 내측벽과 상기 구동 프레임(202)의 외측벽에는 자성체들 또는 요크들(217a, 217b)이 서로 마주보게 부착된다.
좀더 구체적인 자성체들, 요크들(217a, 217b)의 구성의 예를 살펴보면, 상기 제1 방향 및 제2 방향(X, Y)을 따르는 상기 메인 프레임(201)의 내측벽에는 각각 제1 자성체들(217a)이 부착되고, 그와 대면하는 제2 자성체들 또는 요크들(217b)이 상기 구동 프레임(202)의 외측벽에 부착된다.
상기 제1 자성체들(217a)과 제2 자성체들(또는 요크들)(217b) 사이에 작용하는 인력 또는 척력은 상기 구동 프레임(202)의 외측벽이 상기 메인 프레임(201)의 내측벽과 일정 간격으로 이격된 상태를 유지시키게 된다. 또한, 상기 제1 자성체들(217a)과 제2 자성체들(또는 요크들)(217b) 사이에 작용하는 인력이나 척력은 상기 구동 프레임(202)이 상기 메인 프레임(201) 내에서 이미지 센서의 광축 방향을 중심으로 회전하는 것을 제한한다.
상기 제1, 제2 자성체들(또는 요크들)(217a, 217b) 사이에 작용하는 자기력에 의해 상기 구동 프레임(202)의 유동을 제어하거나 광축 방향을 중심으로 회전하는 것을 제한하게 구성됨을 고려할 때, 상기 손떨림 보정 장치(200)의 외부로부터 발생될 수 있는 전자기력 등이 상기 제1, 제2 자성체들(또는 요크들)(217a, 217b)에 영향을 미치는 것을 차단하는 것이 바람직하다. 이는 상기 손떨림 보정 장치(202) 전반을 감싸는 전자기 차폐재, 예를 들면 또 다른 요크들을 활용하여 구성할 수 있다.
상기와 같이, 본 실시 예에 따른 손떨림 보정 장치는 상기 영구 자석들(225a, 226, 227)과 코일부(204)의 요크(147) 사이에 작용하는 자기력에 의해 상기 구동 프레임(202)을 상기 메인 프레임(201) 내에 구속시키고, 상기 제1, 제2 자성체들(또는 요크들)(217a, 217b)을 활용하여 상기 구동 프레임(202)의 위치를 제어하게 되는 것이다. 아울러, 상기 코일들(243)에 전류가 인가되어 전자기력이 발생되면, 이는 상기 영구 자석들(225a, 226)의 자기력과 상호 작용하여 상기 구동 프 레임(202)이 유동하게 된다. 물론, 상기 코일들(243)에 인가되는 전류는 사용자의 손떨림등을 감지한 제어회로로부터 발생된 것이며, 그에 따라 상기 구동 프레임(202)을 유동시켜 사용자의 손떨림에 의한 촬영 영상의 흐트러짐을 보정하게 되는 것이다.
상기 코일들(243)에 인가된 전류가 차단되면 상기 손떨림 보정 장치(200)에 구성된 영구 자석들(225a, 226, 227), 자성체 및 요크들(217a, 217b, 247)의 상호 작용에 의하여 상기 구동 프레임(202)은 최초 설정된 위치로 복귀하게 된다.
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 제2 실시 예에서 구동 프레임의 위치를 제어하고, 광축을 중심으로 하는 회전을 제한하기 위한 구성으로서 메인 프레임에 장착되는 제1 자성체들과 구동 프레임에 장착되는 제2 자성체 또는 요크를 개시하였으나, 자성체와 자성체의 조합 또는 자성체와 요크의 조합으로 구성되는 것만으로 구동 프레임의 위치 제어나 회전 제한이 가능함은 자명한 것이다. 또한, 코일들을 메인 프레임 상에 고정시키고 구동 프레임 상에 구동용 영구 자석들을 배치하였으나, 코일들이 구동 프레임 상에 배치될 수 있을 것이다.