KR100762992B1 - 렌즈구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표면 탄성파를 발생시키는 기판; 광학렌즈가 탑재되며, 상기 기판위에서 표면탄성파의 진행방향과 반대방향으로 병진운동을 수행하는 가동부재를 포함하는 렌즈구동장치를 제공한다.
표면 탄성파, 선형모터, 렌즈

Description

렌즈구동장치{Driving Unit for Movement of Lens}
도 1은 본 발명에 따른 렌즈구동장치의 일실시예로서 표면탄성파 선형모터의 사시도
도 2는 본 발명에 따른 표면탄성파 선형모터의 작동과정의 설명도로서, (a)는 사시도, (b)는 기판과 가동부재의 계면의 단면도
도 3은 본 발명에 따른 표면탄성파 선형모터를 구성하는 가동부재의 기판 접촉면의 다양한 패턴도
도 4는 2군 렌즈 방식의 광학 줌 카메라 모듈의 개념도
도 5는 표면 탄성파 선형모터를 사용한 렌즈구동장치의 개념도
도 6은 표면탄성파 선형모터를 사용한 2군 렌즈 방식의 카메라 모듈의 일예시도
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
1: 기판 2: 가동부재
3,4: 빗모양 전극 11: 하부압착부재
12: 상부압착부재 21: RF전원
30: 렌즈군 31: 줌 렌즈군
32: 자동초점 렌즈군 33: 이미지 센서
41: 연결부재 51: 가이드
60,61,62: 표면탄성파 선형모터
본 발명은 렌즈 구동장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 변위의 증가가 자유로우며, 저전력을 소모하면서도 복잡한 메커니즘을 요구하지 않고 기어부의 마찰 및 소음 등이 없으며, 소형화 및 경량화에 적합하므로 광학렌즈가 적용되는 다양한 산업분야로의 응용이 가능한 렌즈구동장치에 관한 것이다.
최근 통신 기술 및 디지털 정보 처리 기술의 발전과 더불어 정보 처리 및 연산, 통신, 화상 정보 입출력 등 다양한 기능이 집적된 휴대용 단말기 기술이 새롭게 대두되고 있다. 디지털 카메라와 통신 기능이 장착된 PDA, 디지털 카메라와 PDA 기능이 장착된 핸드폰 등을 그 예로 들 수 있는데, 디지털 카메라 기술 및 정보 저장 능력의 발달로 인하여 고사양의 디지털 카메라 모듈(digital camera module)의 장착이 점차 보편화하고 있는 것이 추세이다.
제반 기술의 발달로 휴대용 단말기 등에 장착되는 디지털 카메라 모듈에 메가 픽셀(mega pixel)급 이미지 센서(image sensor)가 사용되면서, 자동 초점(auto focus) 및 광학 줌(optical zoom) 등 부가 기능의 중요성은 더욱 부각되고 있다. 이러한 소형 디지털 카메라 모듈에서 자동 초점 및 광학 줌 기능을 구현하기 위해서는 상대적으로 적은 부피를 차지하면서 빠른 기동 속도, 저전력 소모, 큰 변위 등의 성능을 충족시킬 수 있는 구동기가 필요하다. 특히 광학 줌 기능의 향상에 따른 필요 변위의 증가에 대응할 수 있는 구동기가 요구되는데, 종래의 VCM(voice coil motor) 등의 전자력 구동기(magnetic actuator)의 경우 변위를 증가시키는 데 한계가 있으며, 줌 기능을 위한 기동시 지속적으로 전력을 소모하는 단점이 있다. 또한 스테핑 모터(stepping motor) 등 회전 운동을 하는 구동기로 리드 스크류(lead screw)를 회전시켜 가동부재를 선형적으로 이동시키는 경우, 복잡한 매커니즘과 기어부의 마찰 및 소음 등의 단점이 있다. 또한, VCM 방식 및 스테핑 모터를 이용한 구동기의 경우 복잡한 구조로 인하여 저가의 구동기를 제작하는데 어려움이 있으며, 소형화하는데 있어서 크기의 제한이 있다.
본 발명은 상기 종래 기술이 가지는 한계를 극복하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 변위의 증가가 자유로우며, 저전력을 소모하면서도 복잡한 메커니즘을 요구하지 않고 기어부의 마찰 및 소음 등이 없으며, 소형화 및 경량화에 적합하므로 광학렌즈가 적용되는 다양한 산업분야로의 응용이 가능한 렌즈구동장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 표면 탄성파를 발생시키는 기판; 광학렌즈가 탑재되며, 상기 기판위에서 표면탄성파의 진행방향과 반대방향으로 병진운동을 수행하는 가동부재를 포함하는 렌즈구동장치를 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 기판의 양끝단에 표면탄성파를 발생시키도록 빗모양 전극이 구비된 렌즈구동장치를 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 기판과의 접촉면에 돌기를 가지는 렌즈구동장치를 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 가동부재가 상기 기판위에 접촉하도록 압착부재가 더 구비되어짐을 특징으로 하는 렌즈구동장치를 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 압착부재는 상기 가동부재의 상부 및 기판의 하부에 각각 접착되어지는 한쌍의 영구자석, 또는 영구자석과 이에 결합이 가능한 금속편인 것을 특징으로 하는 렌즈구동장치를 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 압착부재는 상기 가동부재의 위에서 작용하여 가동부재와 기판을 압착시키는 스프링인 것을 특징으로 하는 렌즈구동장치를 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 광학렌즈는 줌기능을 수행하는 적어도 1개 이상의 렌즈인 것을 특징으로 하는 렌즈구동장치를 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 광학렌즈는 자동초점 기능을 수행하는 적어도 1개 이상의 렌즈인 것을 특징으로 하는 렌즈구동장치를 제공한다.
본 발명은 바람직하게는 상기 줌렌즈가 탑재된 적어도 1개 이상의 가동부재와, 자동초점렌즈가 탑재된 적어도 1개 이상의 가동부재가 동일한 기판상에 집적된 것을 특징으로 하는 렌즈구동장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 내용을 바람직한 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에서는 미세 가공 기술 또는 마이크로머시닝 공정으로 제작되는 표면 탄성파 선형모터(SAW linear motor)와 이를 사용한 렌즈 구동장치 및 카메라 모듈 광학계를 제공한다. 본 발명에 의한 표면 탄성파 선형모터는 표면 탄성파를 발생시키는 기판과 표면 탄성파에 의해 구동되는 가동부재를 포함하며, 기판과 가동부재의 형상과 조립 방법에 따라 다양한 구조로 제작이 가능하다. 표면 탄성파 선형모터를 사용하여 자동 초점 렌즈 및 줌 렌즈를 구동하는 광학계는 본 발명이 적용되는 대표적인 분야로서 이들은 이하의 실시예로부터 더욱 명확하게 설명되어질 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 렌즈구동장치로서 표면 탄성파 선형 모터의 일례를 나타낸 사시도이다. 그림에서 보는 바와 같이 표면 탄성파가 형성되는 기판(1)과 가동부재(2)는 각각 가동부재의 상부에 위치한 상부 압착 부재(12)와 기판의 하부에 위치한 하부 압착 부재(11)에 의해 일정한 압력으로 밀착되고 있다.
기판(1)의 양 끝단에 형성된 빗모양 전극(inter-digital electrode)에 소정의 RF 전압을 인가하면 가동부재(2)가 상부 압착 부재(12)와 함께 구동된다. 기판(1)으로는 표면 탄성파의 형성이 용이한 소재인 한 특별한 한정을 요하지는 아니하며, 예를 들어 리튬니오베이트(LiNbO3), 리튬탄탈레이트(LiTaO3), PZT 기판 등의 압전 소재를 들 수 있다. 가동부재(2)는 실리콘 등의 반도체, 세라믹, 금속, 폴리머 등의 재질로 제작이 가능하며 기판과의 접촉면에 미세한 돌기의 형성이 용이한 재질이 바람직하다. 압착 부재는 가동부재와 기판간에 소정의 압력을 가하기 위한 수단으로, 가동부재에 압력을 가할 수 있는 별도의 부재가 있을 경우 선택적으로 사용이 가능하다. 상부 압착 부재(12)와 하부 압착 부재(11)로 각각 자석-자석, 자석-금속, 금속-자석의 조합을 사용할 경우 별도의 부재 없이 가동부재에 소정의 압력을 가할 수 있다.
도 2는 표면 탄성파 선형모터의 구동 방법과 원리를 나타낸 개략도이다. 그림 2(a)에서 보는 바와 같이 빗모양 전극1(3)에 RF 전원(21)을 연결하여 소정의 펄스 전압을 인가하면, 기판(1) 표면에 표면 탄성파가 형성되고, 표면 탄성파의 진행 방향(201)와 반대 방향(102)으로 가동부재(2)가 이동하게 된다. 도 2(b)는 가동부재와 기판의 계면을 확대하여 나타낸 개념도이다. 표면 탄성파가 그림상에서 좌측(201)으로 진행할 때, 기판 표면은 시계 방향(202)의 입자운동(particle motion)을 하게 되고, 이로 인해 가동부재(2)는 우측(102)으로 이동하게 된다. 따라서 표면 탄성파로 인한 입자운동의 가동부재(2)의 병진 운동(translation)으로의 변환 효율을 최적화하기 위해서는 가동부재와 기판간에 가해지는 압착 부재에 의한 압력과 가동부재 기판 접촉면의 형상을 최적화하여야 한다.
도 3은 가동부재 기판 접촉면에 적용 가능한 다양한 형상을 나타낸 것이다. 그림과 같은 어레이(array) 형태의 돌기를 형성함으로써 기판 접촉면에 가해지는 압력을 증가시키고, 구동시 가동부재의 미끄러짐 현상을 방지할 수 있다. 돌기의 형상으로는 원, 마름모, 사각형, 사인파(sine wave) 등이 사용 가능하며, 도 3(e)와 같이 구동시 가동부재와 기판 계면에서 공기의 흐름을 원활히 하여, 공기로 인한 댐핑(damping)을 완화할 수 있는 유로를 구동 방향으로 형성하는 것이 바람직하다.
도 4는 2개의 렌즈군을 사용한 광학 줌과 자동 초점 기능이 적용된 카메라 모듈의 개념도이다. 광학 줌 기능을 구현하기 위해서 줌 렌즈군(31)이 소정의 위치로 이동하게 되면, 자동 초점 렌즈군(32)은 줌 렌즈군의 위치에 의해 결정되는 소정의 위치로 이동하여 이미지 센서(33, image sensor)에 화상을 결상하게 된다. 일반적으로 2군 렌즈 방식의 광학 줌 카메라 모듈에서 줌 렌즈군은 상대적으로 큰 변위를 필요로 하며, 자동 초점 렌즈군은 빠른 기동을 필요로 한다. 본 발명에 의한 표면 탄성파 선형모터는 광학계의 종류와 무관하게 렌즈 구동장치로 사용이 가능하다.
도 5는 위와 같은 표면 탄성파 선형모터를 사용한 렌즈 구동기의 개념도이다. 그림에서 보는 바와 같이 렌즈군(30)의 구동 방향(110)과 가동부재(2)의 구동 방향이 일치하도록 연결 부재(41)를 사용하여 렌즈군(30)과 가동부재를 연결하며, 압착 부재(11, 12)는 선택적으로 사용이 가능하며, 연결 부재(41)에 스프링 등을 사용하여 연결 부재를 가동부재와 기판을 압착시킬 수도 있다.
도 6은 표면 탄성파 모터를 사용한 2군 방식의 줌 및 자동 초점 기능 카메라 모듈의 일례를 도시한 것이다. 줌 렌즈군(31)과 자동 초점 렌즈군(32)이 각각 표면 탄성파 모터에 의해 구동되며, 2개의 표면 탄성파 선형모터는 그림과 같이 각각 독립된 패키지를 사용하거나 하나의 패키지 안에 집적할 수 있다. 이 경우 렌즈군의 초기 및 이동시의 정렬(alignment)을 위해 별도의 가이드(51) 구조물을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 렌즈구동장치는 기존의 회전 모터와 기어 및 스크류를 사용한 구동장치와는 달리 별도의 매커니즘이 없이도 렌즈의 병진운동을 구현할 수 있으며, 소형화 및 경량화에 적합하므로 광학렌즈가 적용되는 다양한 산업분야로의 응용이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 표면 탄성파를 발생시키는 기판; 광학렌즈가 탑재되며, 상기 기판위에서 표면탄성파의 진행방향과 반대방향으로 병진운동을 수행하는 가동부재를 포함하고,
    상기 가동부재가 상기 기판위에 접촉하도록 상기 가동부재 상부 및 기판 하부에 압착부재가 구비되는 렌즈구동장치
  2. 제1항에 있어서, 기판의 양끝단에 설치된 빗모양 전극을 포함함을 특징으로 하는 렌즈구동장치
  3. 제1항에 있어서, 기판과의 접촉면에 돌기를 가짐을 특징으로 하는 렌즈구동장치
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 압착부재는 상기 가동부재의 상부 및 기판의 하부에 각각 접착되어지는 한쌍의 영구자석, 또는 영구자석과 이에 결합이 가능한 금속편인 것을 특징으로 하는 렌즈구동장치
  6. 제1항에 있어서, 상기 압착부재는 상기 가동부재의 위에서 작용하여 가동부재와 기판을 압착시키는 스프링인 것을 특징으로 하는 렌즈구동장치
  7. 제1항에 있어서, 광학렌즈는 줌기능을 수행하는 복수개의 렌즈인 것을 특징으로 하는 렌즈구동장치
  8. 제1항에 있어서, 광학렌즈는 자동초점 기능을 수행하는 복수개의 렌즈인 것을 특징으로 하는 렌즈구동장치
  9. 제1항에 있어서, 줌렌즈가 탑재된 복수개의 가동부재와, 자동초점렌즈가 탑재된 복수개의 가동부재가 동일한 기판상에 집적된 것을 특징으로 하는 렌즈구동장치
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