KR100786349B1

KR100786349B1 - 예압 수단을 구비한 화상 촬영 장치

Info

Publication number: KR100786349B1
Application number: KR1020060027975A
Authority: KR
Inventors: 신경식; 김진기; 남도선
Original assignee: 주식회사 뮤타스
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-12-17
Also published as: KR20070097159A

Abstract

예압 수단을 구비한 화상 촬영 장치가 개시된다. 본 발명의 화상 촬영 장치는, 피사체를 포착하여 광 화상으로 집속시키는 렌즈군을 구비하는 렌즈 홀더; 상기 렌즈 홀더가 광축을 따라 이동 가능하게 삽입되는 것으로, 상기 렌즈 홀더의 예압시 상기 렌즈 홀더가 안착되는 안착부를 구비하는 하우징; 상기 렌즈 홀더를 광축 방향으로 이동시키는 액츄에이터; 상기 렌즈 홀더를 이동 가능하게 지지하는 지지 부재; 상기 광 화상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서; 상기 안착부 방향으로 바이어스되는 자력 또는 탄성력 중 적어도 하나를 상기 렌즈 홀더에 작용하는 예압 수단; 을 포함한다.

Description

예압 수단을 구비한 화상 촬영 장치{Image photographing device including a preload means}

도 1은 본 발명에 따른 화상 촬영 장치의 일 실시예를 도시한 분해 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 화상 촬영 장치의 일 실시예를 도시한 조립 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 다이아프램의 탄성 변형 상태를 도시한 사시도.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 지지 부재의 다양한 실시예를 도시한 사시도.

도 7은 본 발명의 액츄에이터의 구동 특성을 도시한 그래프.

도 8 내지 도 11은 도 2의 A-A' 절단면에 대하여 예압 수단의 다양한 실시예를 도시한 측단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...다이아프램 102...탄성 부재

102a...와이어 스프링 102b...판 스프링

110...제1면 120...제2면

130...브리지 면 135...브리지 홈

140...노치 200...렌즈 홀더

210...자성체 300...하우징

310...코일부 311...제1 코일부

312...제2 코일부 318a...요크부

318b...예압 자석 318c...예압 요크

319...말단부 350...단자부

351...단자 370...안착부

F...자력

본 발명은 화상 촬영 장치에 관한 것으로서, 특히 오토 포커싱이나 자동 줌 기능을 수행할 수 있도록 렌즈군을 광축 방향으로 이동시키는 액츄에이터를 구비하며 모바일 기기에 채용될 수 있도록 컴팩트(compact)한 크기를 갖는 화상 촬영 장치에 관한 것이다.

정보화 기술의 발전에 따라 휴대에 간편하도록 소형화된 핸드폰, MP3, 노트북 컴퓨터, PDA, 디지탈 캠코더, 디지탈 카메라 등의 모바일 기기가 소비자들로부터 각광받고 있다. 이들 모바일 기기는 소비자의 니즈(needs)와 제조 업체의 전략이 맞물려 새로운 개념의 기기들로 진화되고 있다. 최근에는, 여러 가지 기능을 하나의 제품에 통합한 디지탈 컨버전스 제품이 시장을 선도한다. 핸드폰의 경우를 예로 들면, 디지탈 카메라 모듈이 통합된 제품이 대부분이다. 여기서 '화상 촬영 장치'는 디지탈 카메라 모듈이 내장된 컴팩트 형의 모바일 기기를 통칭하는 용어로 사용된다. 화상 촬영 장치로서 디지탈 카메라 모듈이 내장된 핸드폰은 기존의 디지탈 카메라 시장을 위협할 정도로 많은 성능 개선이 이루어져, 최근에는 수백만 화소를 가진 고해상도의 컴팩트형 디지탈 카메라 모듈을 내장하고 있다. 핸드폰 업계의 시장 동향은 단순 촬영 모드에서 화소수를 확대하는 방향으로 진행되었지만, 메가 픽셀 수준으로 화소수가 증가하면서 정밀한 화질의 구현을 위한 카메라 제어 기술의 경합으로 그 양상이 바뀌고 있다. 고해상도를 갖도록 차별화된 컴팩트형 디지탈 카메라 모듈은 작은 크기에 불구하고 정밀한 화질을 구현하기 위하여 자동 초점 조절(auto focusing)이나 광학 줌(zoom)기능을 필요로 한다.

화소수가 낮은 종래의 화상 촬영 장치에서는 제조 단가나 제품 크기를 줄이기 위하여 렌즈군이 광축 방향으로 고정되었다. 렌즈군의 초점이 초기 위치에 고정되므로 렌즈군의 초점이 흐려지면 화상 촬영 장치 자체를 인위적으로 이동시켜 렌즈군과 대상물의 거리를 조절함으로써 초점을 맞추었다. 광학 줌 기능도 구현할 수 없었으며, 이미지 센서 및 화상 처리 칩에 의하여 광 화상에 대한 전기적인 신호를 확대 처리하는 이른바 '디지탈 줌' 기능으로 렌즈군의 배율을 조절하였다.

최근 들어 화소수가 수백만 개 정도로 증가되면서 고화질에 대한 요구가 높아지게 되었고, 렌즈군을 광축 방향으로 이동시킬 수 있는 액츄에이터(actuator)를 구비한 화상 촬영 장치가 등장하였다. 자동 초점 조절 기능이나 광학 줌(zoom)기능은 기존의 디지탈 카메라에서 이미 보편화된 것이지만, 가로 및 세로의 크기가 수십 mm 이내로 축소된 컴팩트형 디지탈 카메라 모듈에서는 여전히 구현하기 어렵다. 예를 들어, 무한 초점 모드에서 촬영할 때는 렌즈군의 이동이 억제된 채 고정되어 야 하고, 렌즈군을 피사체에 근접시켜 촬영하는 매크로 및 접사 모드에서는 렌즈군이 광축 방향으로 이동되면서 자동 초점 조절 기능이 수행되어야 한다. 컴팩트형으로 축소된 화상 촬영 장치에서 자동 초점 조절이나 광학 줌 기능을 구현하려면 액츄에이터를 포함한 구동 메카니즘의 혁신적인 개선을 필요로 한다.

일반적으로, 피사체의 촬영시 모바일 기기의 자세가 불규칙하게 변화되면서, 렌즈군의 자중, 외부 충격, 손 떨림 등에 의하여 렌즈군이 광축의 양 방향으로 흔들리게 된다. 이러한 렌즈군의 움직임은 광초점의 위치 정확도를 떨어뜨리고 렌즈군의 제어 안정성(stability)을 저해하며 화상 품질 불량을 유발한다. 액츄에이터의 구동 전원이 오프(off)된 상태에서 피사체를 촬영시, 렌즈군이 아무런 구속을 받지않고 그 이동이 자유로운 상태에 있다면 상기 흔들림은 더욱 증대될 것이다. 한편, 액츄에이터의 구동 전원이 온(on)될 때 미세한 크기의 전류에 액츄에이터가 동작된다면, 전류의 노이즈 및 리플(ripple)성분에 의하여 목표 위치가 아닌 곳으로 렌즈군이 이동됨으로써 화상 촬영 장치가 오동작될 수 있다. 따라서, 액츄에이터의 전원이 오프된 상태에서는 렌즈군의 자유로운 이동을 억제하고 액츄에이터의 전원이 온된 상태에서는 일정치 이상의 전류에 대하여 액츄에이터의 동작을 허용함으로써, 광초점의 위치 정확도 및 렌즈군의 제어 안정성을 개선하는 수단이 요구된다.

본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로, 광초점의 위치 정확도 및 렌즈군의 제어 안정성을 개선시킬 수 있는 수단을 구비하여 화상 품질 불량이 방지 되는 화상 촬영 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 화상 촬영 장치는,

피사체를 포착하여 광 화상으로 집속시키는 렌즈군을 구비하는 렌즈 홀더;

상기 렌즈 홀더가 광축을 따라 이동 가능하게 삽입되는 것으로, 상기 렌즈 홀더의 예압시 상기 렌즈 홀더가 안착되는 안착부를 구비하는 하우징;

상기 렌즈 홀더를 광축 방향으로 이동시키는 액츄에이터;

상기 렌즈 홀더를 이동 가능하게 지지하는 지지 부재;

상기 광 화상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서;

상기 안착부 방향으로 바이어스되는 자력 또는 탄성력 중 적어도 하나를 상기 렌즈 홀더에 작용하는 예압 수단; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예로서, 상기 예압 수단은, 상기 액츄에이터로서 전자기력을 발생하는 코일부 및 자성체가 구비되고 상기 자성체가 상기 렌즈 홀더에 마련되는 경우, 상기 자성체와 대면되도록 상기 하우징에 마련되며 상기 안착부 방향으로 바이어스되는 자력을 상기 렌즈 홀더에 작용하는 요크부를 구비한다.

일 실시예로서, 상기 예압 수단은, 상기 액츄에이터로서 전자기력을 발생하는 코일부 및 자성체가 구비되고 상기 자성체가 상기 하우징에 마련되는 경우, 상기 자성체와 대면되도록 상기 렌즈 홀더에 마련되며 상기 안착부 방향으로 바이어스되는 자력을 상기 렌즈 홀더에 작용하는 요크부를 구비한다.

일 실시예로서, 상기 예압 수단은, 상기 렌즈 홀더 및 하우징에 각각 마련되 며 상기 안착부 방향으로 바이어스되는 자력을 상기 렌즈 홀더에 작용하는 예압 자석 및 예압 요크를 구비한다.

일 실시예로서, 상기 예압 수단은, 미리 탄성 변형된 상태에서 상기 렌즈 홀더 및 하우징에 체결되는 상기 지지 부재를 포함하며, 상기 안착부 방향으로 바이어스되는 탄성력을 상기 렌즈 홀더에 작용한다.

일 실시예로서, 상기 지지 부재는, 비금속 재질로서 마련되며 상기 렌즈 홀더를 점탄성적으로 지지하는 다이아프램을 구비한다.

일 실시예로서, 상기 지지 부재는, 금속성 재질로서 마련되며 상기 렌즈 홀더를 탄성적으로 지지하는 탄성 부재를 더 구비한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 첨부도면에 도시된 바에 국한되지 않고, 동일한 발명의 범주내에서 다양하게 변형될 수 있음을 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 화상 촬영 장치를 도시한 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명의 화상 촬영 장치를 도시한 조립 사시도이다. 도 1 내지 도 2를 참조하면, 디지탈 컨버전스 경향에 따라 모바일 기기에 채용되는 컴팩트형 화상 촬영 장치가 도시된다. 화상 촬영 장치는 렌즈 홀더(200), 하우징(300), 이미지 센서(500), 지지 부재(100, 102), 액츄에이터(미도시)를 구비한다.

렌즈 홀더(200)에는 렌즈군이 광축 방향으로 이동 가능하게 삽입된다. 도시된 렌즈 홀더(200)는 사각 기둥 형상이지만 원 기둥이나 다각형 기둥 등도 무방하며 그 형상에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 도시되지는 않았지만, 렌즈 군은 적어도 하나 이상의 렌즈가 광축 방향을 따라 차례대로 배열된 것이다. 여기서, 광축이란 피사체에서 화상 촬영 장치로 입사되는 광 화상이 직진하는 가상의 축을 말하며, 도시된 바에 의하면 z축이 광축이 된다. 렌즈군은 피사체를 포착하여 광 화상으로 집속시키며 이미지 센서(500)에 상기 광 화상의 초점을 형성시킨다. 렌즈 홀더(200)가 액츄에이터에 의하여 광축 방향으로 이동됨으로써, 광 화상의 초점이 이미지 센서(500)의 정위치에 형성되며 오토 포커싱 기능이 수행된다. 도시되지는 않았지만, 오토 포커싱 외에도 렌즈군이 적절하게 배치되면 액츄에이터에 의하여 렌즈군이 광축 방향으로 이동됨으로써 광학 줌 기능이 수행된다.

액츄에이터로서, 보이스 코일(voice coil), 압전 소자, 초음파 리니어 모터 등 다양한 실시예가 가능하다. 도시된 액츄에이터는 전원이 인가되는 코일부(310) 및 코일부(310)와 대면된 위치에 자성체(210)를 구비하는 보이스 코일이다. 코일부(310)는 렌즈 홀더(200) 또는 하우징(300) 중 어느 하나에 마련되며 자성체(210)는 렌즈 홀더(200) 또는 하우징(300) 중 나머지 하나에 마련된다.

이하 설명의 편의상, 자성체(210)가 렌즈 홀더(200)에 마련되는 방식을 무빙 마그네트 타입(moving magnet type) 화상 촬영 장치라고 정의하고, 코일부(310)가 렌즈 홀더(200)에 마련되는 방식을 무빙 코일 타입(moving coil type) 화상 촬영 장치라고 정의한다. 무빙 마그네트 타입 화상 촬영 장치에서는 코일부(310)에 전원을 인가하기 위한 부품이 하우징(300)에 마련되므로 작동 부품인 렌즈 홀더(200)의 구조가 간소화되고 관성 질량이 감소되므로 엑츄에이터의 소모 전력이 절감되고 모바일 기기의 배터리 사용 시간이 증가된다.

자성체(210)는 광축에 대하여 축대칭으로 마련된다. 자성체(210)는 영구 자석(미도시)을 구비하는 것이 바람직하다. 영구 자석으로서 네오듐(Nd)을 소결시킨 Nd 마그네트, 자성 재질로서 경량화된 플라스틱 마그네트, 본딩 방법으로 제조된 본드 마그네트 등이 바람직하다. 코일부(310)는 자성체(210)가 부착된 렌즈 홀더(200)가 플레밍의 왼손 법칙에 따라 광축 방향으로 움직일 수 있도록 전원이 인가됨으로써 전자기력을 발생한다.

하우징(300)은 화상 촬영 장치의 외관을 이루고 그 내부에는 렌즈 홀더(200)가 광축 방향으로 이동 가능하게 삽입된다. 하우징(300)에는 전원 공급을 위하여 코일부(310)의 말단부(319)가 연결되는 단자부(350)가 마련된다.

이미지 센서(500)는 렌즈군에 의하여 집속된 광 화상을 전기적 신호로 변환하여 화상 촬영 장치 내부에 마련된 화상 처리 칩이나 화상 촬영 장치 외부에 접속된 컴퓨터, 핸드폰 등의 모바일 기기로 송신한다. 이미지 센서(500)의 일 실시예로서, CCD센서 또는 CMOS센서가 바람직하다. 이미지 센서(500)의 적외선 민감도가 높기 때문에 렌즈군과 이미지 센서(500) 사이에는 IR필터(400)가 마련되는 것이 바람직하다. IR필터(400)는 가시 광선 영역을 벗어난 장파장 및 단파장의 광선들을 차단함으로써 이미지 센서(500)가 상기 파장의 광선들에 의하여 포화되는 것을 방지한다.

소정의 크기와 자중을 갖는 렌즈 홀더(200)는 지지 부재에 의하여 이동 가능하게 지지된다. 일 실시예로서, 지지 부재는 렌즈 홀더(200)를 점탄성적으로 지지하는 비금속 재질의 다이아프램(100)(diaphragm)을 구비한다. 다이아프램(100)은 코일부(310)에서 발생되는 전자기력이 없는 경우, 렌즈 홀더(200)의 정적 하중을 지지한다. 다이아프램(100)은 전원이 인가되어 코일부(310)에 전자기력이 발생되는 경우, 상기 전자기력과 힘의 평형 상태를 이루는 위치까지 점탄성적으로 변형됨으로써 렌즈 홀더(200)를 광축 방향으로 이동 가능하게 지지하여 오토 포커싱 및 광학 줌 기능을 구현한다. 다이아프램(100)은 렌즈 홀더(200)의 정적 하중을 지지할 수 있는 소정의 강성과 렌즈 홀더(200)의 위치 제어시에 코일부(310)의 전자기력 변화에 민감하게 추종되도록 소정의 탄성을 가져야 한다. 아울러, 렌즈 홀더(200)의 동작시 제어 안정성(stability)을 확보하고 외부 충격이나 낙하시 렌즈 홀더(200)의 파손을 방지할 수 있도록 소정의 점성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 렌즈 홀더(200)의 변위가 큰 경우에도 다이아프램(100)은 소성 변형되지 않아야 한다.

그러나, 금속 재질로 된 종래의 지지 부재는 상기 요구 사항을 충족시키는데 많은 문제점이 있었다. 다시 한번 설명하면, 종래의 컴팩트형 화상 촬영 장치에서는 동일한 사이즈에 대하여 큰 강성을 갖는 금속성 재질의 특성상, 지지 부재의 강성을 줄이고 탄성을 증가시키기 위하여 금속 재료의 두께나 직경을 줄이는데 주력하였다. 이는, 지지 부재 자체의 생산 비용은 물론, 조립의 곤란성으로 인하여 화상 촬영 장치의 생산 비용을 증가시킨다. 또한, 충격에 취약하여 지지 부재가 파손되거나 소성 변형으로 정상 작동이 곤란하게 되는 문제점이 있었다.

도 3은 본 발명의 다이아프램(100)의 탄성 변형 상태를 도시한 사시도이다. 상술한 바와 같이, 다이아프램(100)은 렌즈 홀더(200)를 점탄성적으로 지지하는 비 금속 재질로 마련된다. 비금속 재질로 된 다이아프램(100)은 두께를 과도하게 줄이지 않아도 소정의 탄성과 점성을 동시에 가지며 코일부(310)의 신호를 잘 추종하고, 생산성이 양호하며 소성 변형에 강하다.

다이아프램(100)의 재질은 합성수지, 고무, 종이 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다. 상기 합성수지는 폴리머 라미네이드, 폴리프로필렌, HOP, 크로스 카본 , 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 테프론 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다. 다이아프램(100)의 재질로서 종이는 가장 흔한 소재이며, 성형이 용이하므로 생산성이 좋고, 중량이 작으면서 적당한 강성을 갖고 있다. 폴리머 라미네이드는 폴리머 자체를 박판화시키거나 종이에 폴리머를 코팅해서 만든 것으로, 코일부(310)의 신호를 추종하는 성능이 양호하다. 폴리프로필렌은 종이에 비해서 양호한 강성을 가지며 신호 추종성이 좋다. HOP는 합성수지 계열로서 폴리프로필렌보다 작은 질량으로서 동일한 강성을 가진다. 크로스 카본은 다수의 탄소 섬유를 '+' 형상으로 교차 배열하여 적층한 것으로 질량은 작으나 높은 강성을 갖는다. 이들은 스피커나 이어폰 등의 음향기기에서 음향판의 재질로서 자주 사용된다. 스피커 등에 구비되는 음향판은 보이스 코일에 입력된 전기적 신호를 음파로 변환시킨다. 음향판은 강한 출력으로 진동될 때에 소성 변형되지 않으면서, 보통의 출력에서는 보이스 코일의 입력 신호를 정확히 추종하며 진동할 수 있는 특성을 갖는다. 폴리이미드(PI : Polyimide)는 이미드 결합을 주사슬에 포함하는 폴리머의 총칭이다. 1960년대에 미국의 듀폰사가 우주 개발 프로젝트의 일환으로 개발하였다. 연속 사용 온도가 250~300℃로 높아 금속 대체 재료의 상징 적 존재에 해당한다. 내열성, 기계적 강도, 난연성, 내화학성, 내방사선성, 전기 절연성 및 치수 안정성이 우수하다. 폴리아미드(PA : Polyamide)는 "나일론" 이라는 미국 듀폰사의 상품명으로 잘 알려져 있다. 질기고, 내열성, 내화학성, 및 내마모성이 우수하다. 폴리카보네이트(PC : Polycarbonate)는 투명하고 뛰어난 기계적 성질(특히 내충격성), 내열성, 내한성, 전기 절연성이 양호하며, 무독하고 자기소화성(自己消火性)도 있는 엔지니어링 플라스틱이다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET : Polyethylene terephthalate)는, 내열성, 기계적 강성, 전기 절연성, 내유성 등이 뛰어나다. 테프론(TEFRON)은 미국 듀폰사의 상표 및 상품명으로 잘 알려져 있으며, 내구성, 내열성이 뛰어나 코팅 재료로 많이 쓰인다. 아울러, 폴리이미드 기판에 회로 동박을 포함하는 연성 회로 기판(FPC : flexible printed circuit)도 다이아프램(100)으로서 사용 가능하다.

다이아프램(100)은 하우징(300)에 부착되는 제1면(110)과, 렌즈 홀더(200)에 부착되는 제2면(120)과, 제1면(110) 및 제2면(120)을 연결하는 브리지(bridge) 면(130)을 구비한다. 브리지 면(130)은 렌즈 홀더(200)의 이동시에 탄성 변형되면서 제1면(110)과 제2면(120) 사이에 광축 방향의 변위차를 발생시킨다. 제1면(110)은 광축에 수직한 가상면에서 좌우 대칭인 형상으로 구비되며, 브리지 면(130)은 상기 가상면에서 상하 및 좌우 대칭인 형상으로 4개 구비된다. 브리지 면(130)은 제1면(110) 및 제2면(120)에 대한 연결 부분을 기준으로 휨 및 비틀림 변형되면서 렌즈 홀더(200)를 지지한다. 브리지 면(130)과 제2면(120) 사이에는 브리지 홈(135)이 마련되는 것이 바람직하다. 이러한 형상은 다른 방향에 비하여 광축 방 향의 탄성계수가 더 낮은 값이 되도록 한다. 브리지 면(130)은 렌즈 홀더(200)의 이동 방향이 광축을 따르는 일 방향이 되도록 구속한다. 브리지 면(130)은 제1면(110)과 제2면(120)을 곡선상으로 연결하는 것으로서, 그 가운데 부분이 급격하게 변곡되는 것이 바람직하다. 브리지 면(130)이 변곡되는 각도는 광축 방향의 이동량에 따라 달라진다. 브리지 면(130)은 제1면(110)과 연결되는 부분에 'C' 형상의 노치(140)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 연결 부분에서의 균열 발생을 방지하고, 지지 부재의 성형을 용이하게 하기 위함이다. 본 발명에 따른 다이아프램(100)은 도시된 바에 국한되지 않고 렌즈 홀더(200)의 지지 조건에 따라 다양한 형상으로서 마련될 수 있다.

도 2에 다이아프램(100)은 렌즈 홀더(200)의 상측에 체결되지만, 다이아프램(100)이 렌즈 홀더(200)의 하측에 체결되는 실시예도 가능하다. 도 4를 참조하면, 다이아프램(100)은 렌즈 홀더(200)의 상측 및 하측 모두에 각각 1개씩 체결될 수 있다. 한편, 지지 부재는 다이아프램(100)을 보조하여 렌즈 홀더(200)를 탄성적으로 지지하는 금속성의 탄성 부재(102)를 추가적으로 구비할 수 있다. 탄성 부재(102)는 탄성을 갖는 금속성 와이어를 원하는 길이로 잘라 제작되는 와이어 스프링(102a)(wire spring) 또는 금속판의 일부를 원하는 모양으로 절개한 판 스프링(102b) 등 다양하게 변용된 실시예가 가능하다. 도 5를 참조하면, 렌즈 홀더(200)의 상측 부분에는 와이어 스프링(102a)이 체결되고 렌즈 홀더(200)의 하측 부분에는 다이아프램(100)이 체결되는 실시예가 도시된다. 도 6을 참조하면, 렌즈 홀더(200)의 상측 부분에는 판 스프링(102b)이 체결되고 렌즈 홀더(200)의 하측 부 분에는 다이아프램(100)이 체결되는 실시예가 도시된다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 렌즈 홀더(200)가 탄성 부재(102) 및 다이아프램(100)에 의하여 함께 지지되는 실시예에서, 탄성 부재(102)의 탄성은 다이아프램(100)의 점탄성과 함께 렌즈 홀더(200)를 더욱 안정적으로 지지하는 지지력을 제공한다.

도 7은 본 발명의 액츄에이터의 구동 특성을 도시한 그래프이다. 액츄에이터의 일 실시예로서 보이스 코일이 채용되는 경우, 도 7의 수평축은 코일부(310)에 인가되는 전류를 나타내고 수직축은 렌즈 홀더(200)의 광축 방향 변위를 나타낸다. 참조부호 710은 렌즈 홀더(200)가 예압 수단에 의하여 예압되는 구간으로서, 스레스홀드값(TH : threshold value) 미만의 전류가 인가되는 경우 렌즈 홀더(200)는 그 이동이 억제되고 안착부(370)에 안착된 상태를 유지한다. 참조부호 720은 액츄에이터의 하중 곡선(loading curve)으로서, 코일부(310)에 인가되는 전류가 증가됨에 따라 렌즈 홀더(200)가 z축 양의 방향으로 전진하는 경우 액츄에이터의 전류-변위 특성을 나타낸다. 참조부호 730은 제하 곡선(unloading curve)으로서, 코일부(310)에 인가되는 전류가 감소됨에 따라 렌즈 홀더(200)가 z축 음의 방향으로 후퇴하는 경우 액츄에이터의 전류-변위 특성을 나타낸다.

도 8 내지 도 11은 도 2의 A-A' 절단면에 대하여 예압 수단의 다양한 실시예를 도시한 측단면도이다. 도 8을 참조하면, 무빙 마그네트 타입 화상 촬영 장치에 관한 일 실시예로서, 자성체(210)는 렌즈 홀더(200)의 측면에 마련되고 코일부(310)는 하우징(300)의 측면에 마련된다. 자성체(210)와 코일부(310)는 광축에 수직한 방향으로 에어 갭(G)만큼 서로 이격된 상태로 대면된다. 지지 부재로서, 렌 즈 홀더(200)의 상측에 탄성 부재(102)가 체결되고 렌즈 홀더(200)의 하측에 다이아프램(100)이 체결된다. 코일부(310)의 말단부(319)는 지지 부재를 거치지 않고 단자부(350)의 단자(351)에 솔더링된다. 이러한 솔더링 방식은, 솔더링시에 발생하는 플럭스(flux)등의 이물질이 화상 촬영 장치의 내부로 유입될 가능성을 줄인다.

도 9를 참조하면, 무빙 코일 타입 화상 촬영 장치에 관한 일 실시예로서, 자성체(210)는 하우징(300)의 측면에 마련되고 코일부(310)는 렌즈 홀더(200)의 측면에 마련된다. 코일부(310)의 말단부(319)는 렌즈 홀더(200)의 상측에 체결된 금속성 탄성 부재(102)의 일단부에 솔더링된다. 금속성 탄성 부재(102)의 타단부는 단자부(350)의 단자(351)에 연결되며 코일부(310)에 전원을 인가한다.

도 10을 참조하면, 무빙 마그네트 타입 화상 촬영 장치에 관한 다른 실시예로서, 자성체(210)는 렌즈 홀더(200)의 측면에 위치하고 코일부(311,312)는 광축에 평행한 방향인 z축을 따라 자성체(210)의 상측 또는 하측으로 치우친 위치에 적어도 하나가 구비된다. 자성체(210)의 상측에 제1 코일부(311)가 마련되고 자성체(210)의 하측에 제2 코일부(312)가 마련된다. 제1 코일부(311)와 자성체(210) 사이에는 광축 방향으로 에어갭(G1)이 형성되고 제2 코일부(312)와 자성체(210) 사이에는 광축 방향으로 에어갭(G2)이 형성된다. 광축에 수직한 방향에서 측정하면, 자성체(210)와 코일부(311,312)는 참조부호 L 만큼 겹쳐진다. 즉, 코일부(311,312)는 Z축에 수직한 방향을 따라 적어도 그 일부가 자성체(210)와 대면되는 것이 바람직하다. 코일부(311,312)와 자성체(210) 사이에 작용하는 전자기력이 광축 방향으로 직접 작용하므로 화상 촬영 장치의 소모 전력을 줄이고 사용 시간을 증가시키는 장 점이 있다.

도 11을 참조하면, 무빙 마그네트 타입 화상 촬영 장치에 관한 또 다른 실시예로서, 자성체(210)가 렌즈 홀더(200)의 광축 방향 배면에 위치하고 코일부(310)가 하우징(300)의 안착부(370) 근처에 마련되는 실시예가 도시된다. 코일부(310)와 자성체(210)는 그 사이에 에어갭(G3)을 형성하며 서로 이격된 채로 대면된다. 본 실시예에서, 자성체(210)와 코일부(310)는 광축에 수직한 방향을 따라 그 전체 면적이 서로 대면되는 장점을 갖는다. 따라서, 코일부(310)의 소모 전력이 더욱 감소되는 장점이 있다.

도 8 내지 도 11을 함께 참조하면, 예압 수단은 안착부(370) 방향으로 바이어스되는 자력(F) 또는 탄성력 중 적어도 하나를 렌즈 홀더(200)에 작용한다. 이하에서 안착부(370) 방향으로 바이어스되는 자력(F) 또는 탄성력을 스러스트(thrust) 흡인력으로 정의한다. 예압 수단이 렌즈 홀더(200)에 작용하는 스러스트 흡인력으로 인하여, 코일부(310)의 전원이 오프된 상태에서 렌즈 홀더(200)의 자유로운 이동이 억제되고, 코일부(310)의 전원이 온된 상태에서 스레스홀드값 미만의 전류에 대하여 액츄에이터의 동작이 억제된다.

다시 설명하자면, 예압 수단은 광초점의 위치 정확도 및 렌즈 홀더(200)의 제어 안정성을 개선하며, 렌즈 홀더(200)의 자중 또는 외부 충격에 의하여 렌즈 홀더(200)가 z축 양(+) 또는 음(-)의 방향으로 예기치 않게 이동되는 것을 방지한다. 또한, 예압 수단은, 코일부(310)에 인가되는 구동 전류가 스레스홀드값 이상인 경우에 비로소 렌즈 홀더(200)의 이동을 허용함으로써, 구동 전류 인가시의 노이즈 및 리플 성분에 의한 렌즈 홀더(200)의 오동작을 방지한다.

도 8, 도 10, 도 11에 도시된 예압 수단은 하우징(300)에 마련되는 요크부(318a)를 구비한다. 도 9에 도시된 예압 수단은 렌즈 홀더(200)에 마련되는 요크부(318a)를 구비한다. 요크부(318a)는 영구 자석 또는 자성을 갖는 금속성 재질로 제작된다. 요크부(318a)와 자성체(210)의 자기력 중심점은 광축 방향을 따라 소정 거리(Δz)만큼 이격되며, 자기력 중심점이 서로 이격됨으로써 스러스트 흡인력이 발생된다. 촬영시 화상 촬영 장치가 거꾸로 뒤집혔을 때 렌즈 홀더(200)의 자중이나 기타 외부의 충격이 작용하더라도, 렌즈 홀더(200)는 스러스트 흡인력에 의하여 안착부(370)에 안착되도록 예압된다. 코일부(310) 구동 전류의 스레스홀드값은 스러스트 흡인력과 동일한 크기의 전자기력을 발생시키 수 있는 전류의 크기가 된다. 코일부(310)에 스레스홀드값 이상의 전류가 인가되면 렌즈 홀더(200)가 상기 스러스트 흡인력을 극복하고 z축 양의 방향으로 이동된다.

다른 실시예로서, 예압 수단은 예압 자석(318b) 및 예압 요크(318c)를 구비한다. 예압 자석(318b)은 렌즈 홀더(200) 또는 하우징(300) 중 어느 하나에 마련되며, 예압 요크(318c)는 렌즈 홀더(200) 또는 하우징(300) 중 나머지 하나에 마련된다. 예압 자석(318b) 및 예압 요크(318c)는 서로 대면되면서 스러스트 흡인력을 발생함으로써 렌즈 홀더(200)를 안착부(370)에 안착시킨다. 예압 자석(318b) 및 예압 요크(318c)는 도 8 내지 도 10에 도시된 것처럼 렌즈 홀더(200)의 배면에 마련되거나, 도 11에 도시된 것처럼 렌즈 홀더(200)의 측면에 마련될 수 있다.

예압 수단으로서, 요크부(318a)만을 구비하거나, 예압 자석(318b) 및 예압 요크(318c)만을 구비하거나, 요크부(318a)와 예압 자석(318b)과 예압 요크(318c)를 함께 구비하는 등의 다양한 실시예가 가능하다.

자력(F)과 함께 지지 부재의 탄성력에 의하여 스러스트 흡인력을 얻을 수 있다. 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이 예압 수단의 또 다른 실시예는, 미리 탄성 변형된 상태에서 렌즈 홀더(200) 및 하우징(300)에 체결되는 지지 부재를 포함하며, 안착부(370) 방향으로 바이어스되는 탄성력을 상기 렌즈 홀더(200)에 작용한다. 설치 공간이나 부품 단가 등의 문제로 예압 수단의 자력(F)을 증가시키는 것이 곤란할 경우, 지지 부재의 탄성력을 함께 이용함으로써 스러스트 흡인력을 용이하게 증가시킬 수 있다. 도시되지 않은 실시예로서, 지지 부재의 탄성력에 의하지 않고 요크부(318a), 예압 자석(318b) 및 예압 요크(318c)의 자력(F)만을 이용하여 스러스트 흡인력을 획득하는 실시예도 당연히 가능하다.

상술한 바와 같은 본 발명의 화상 촬영 장치는 다음의 효과를 갖는다.

첫째, 코일부의 전원이 오프된 상태에서 렌즈 홀더의 자유로운 이동을 억제하고 코일부의 전원이 온된 상태에서 스레스홀드값 미만의 전류에 대하여 액츄에이터의 동작을 억제함으로써, 광초점이 형성되는 위치의 정확도 및 렌즈 홀더의 제어 안정성을 향상시키며 화상 품질 불량을 예방할 수 있다.

둘째, 렌즈 홀더를 일정한 압력으로 예압할 수 있다. 지지 부재의 탄성력에만 의존하여 스러스트 흡인력을 얻게 되면, 지지 부재의 탄성력 변화, 지지 부재의 소성 변형 등에 의하여 스러스트 흡인력의 경시 변화가 우려된다. 자력에 의하여 스러스트 흡인력을 획득하는 경우, 스러스트 흡인력의 경시 변화를 줄일 수 있다. 이때, 자력과 함께 지지 부재의 탄성력을 동시에 이용하면 스러스트 흡인력의 경시 변화를 억제함과 동시에 그 크기를 용이하게 증가시킬 수 있다.

세째, 화상 촬영 장치의 설계 자유도가 향상된다.

지지 부재는 렌즈 홀더의 동적 특성에 많은 영향을 미치게 되므로 스러스트 흡인력을 획득하기 위하여 지지 부재의 구조 및 재질에 전적으로 의존하는 것은 화상 촬영 장치의 설계 자유도를 떨어뜨린다. 자력을 이용하는 경우 지지 부재의 설계가 구속되지 않으므로 화상 촬영 장치의 설계 자유도가 증가된다.

네째, 렌즈 홀더의 동작시 제어 안정성이 향상된다. 스러스트 흡인력으로서 자력은 렌즈 홀더가 동작 중인 경우에도 작용하며 렌즈 홀더의 변위에 대하여 댐핑(damping) 역할을 함으로써 렌즈 홀더의 제어 안정성이 향상되고, 렌즈 홀더의 변위가 목표값(reference value)에 수렴하는 데 소요되는 정착 시간(settling time)이 감소된다.

다섯째, 광축의 둘레를 따라 스러스트 흡인력이 균일하게 작용되므로 렌즈 홀더의 중심이 광축에 정확하게 센터링되며 렌즈 홀더가 기울어지는 틸트각을 줄일 수 있어 화상 품질이 개선된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims

피사체를 포착하여 광 화상으로 집속시키는 렌즈군을 구비하는 렌즈 홀더;

상기 렌즈 홀더가 광축을 따라 이동 가능하게 삽입되는 것으로, 상기 렌즈 홀더의 예압시 상기 렌즈 홀더가 안착되는 안착부를 구비하는 하우징;

상기 렌즈 홀더를 광축 방향으로 이동시키는 액츄에이터;

상기 렌즈 홀더를 이동 가능하게 지지하는 지지 부재;

상기 광 화상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서;

상기 안착부 방향으로 바이어스되는 자력 또는 탄성력 중 적어도 하나를 상기 렌즈 홀더에 작용하는 예압 수단; 을 포함하며,

상기 예압 수단은 상기 액츄에이터의 구동 전원이 오프(off)된 상태에서 상기 렌즈 홀더의 자유 이동을 구속하고 상기 액츄에이터의 구동 전원이 온(on)된 상태에서 상기 액츄에이터의 구동 전원이 일정치 이상일 때에 상기 렌즈 홀더의 이동을 허용하는 것을 특징으로 하는 화상 촬영 장치.
제 1항에 있어서,

상기 예압 수단은,

상기 액츄에이터로서 전자기력을 발생하는 코일부 및 자성체가 구비되고 상기 자성체가 상기 렌즈 홀더에 마련되는 경우, 상기 자성체와 대면되도록 상기 하우징에 마련되며 상기 안착부 방향으로 바이어스되는 자력을 상기 렌즈 홀더에 작용하는 요크부를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 촬영 장치.
제 1항에 있어서,

상기 예압 수단은,

상기 액츄에이터로서 전자기력을 발생하는 코일부 및 자성체가 구비되고 상기 자성체가 상기 하우징에 마련되는 경우, 상기 자성체와 대면되도록 상기 렌즈 홀더에 마련되며 상기 안착부 방향으로 바이어스되는 자력을 상기 렌즈 홀더에 작용하는 요크부를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 촬영 장치.
제 1항에 있어서,

상기 예압 수단은,

상기 렌즈 홀더 및 하우징에 각각 마련되며 상기 안착부 방향으로 바이어스되는 자력을 상기 렌즈 홀더에 작용하는 예압 자석 및 예압 요크를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 촬영 장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 예압 수단은,

미리 탄성 변형된 상태에서 상기 렌즈 홀더 및 하우징에 체결되는 상기 지지 부재를 포함하며, 상기 안착부 방향으로 바이어스되는 탄성력을 상기 렌즈 홀더에 작용하는 것을 특징으로 하는 화상 촬영 장치.
제 5항에 있어서,

상기 지지 부재는,

비금속 재질로서 마련되며 상기 렌즈 홀더를 점탄성적으로 지지하는 다이아프램을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 촬영 장치.
제 6항에 있어서,

상기 지지 부재는,

금속성 재질로서 마련되며 상기 렌즈 홀더를 탄성적으로 지지하는 탄성 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 촬영 장치.
피사체를 포착하여 광 화상으로 집속시키는 렌즈군을 구비하는 렌즈 홀더;

상기 렌즈 홀더가 광축을 따라 이동 가능하게 삽입되는 하우징;

오토 포커싱 또는 광학 줌을 위하여 상기 렌즈 홀더를 광축 방향으로 이동시키는 것으로 상기 렌즈 홀더 및 하우징 중 어느 하나에 마련되는 자성체와 나머지 하나에 마련되는 코일부를 포함하는 액츄에이터;

상기 렌즈 홀더를 이동 가능하게 지지하는 지지 부재;

상기 광 화상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서;

상기 이미지 센서 방향으로 바이어스되는 예압을 상기 렌즈 홀더에 작용하는 예압 수단; 을 포함하며,

상기 예압 수단은 상기 코일부의 구동 전원이 오프(off)된 상태에서 상기 렌즈 홀더의 자유 이동을 구속하고 상기 코일부의 구동 전원이 온(on)된 상태에서 상기 액츄에이터의 구동 전원이 일정치 이상일 때에 상기 렌즈 홀더의 이동을 허용하는 것을 특징으로 하는 화상 촬영 장치.
제8항에 있어서,

상기 예압 수단은 상기 렌즈 홀더를 상기 이미지 센서 방향으로 예압하는 자력을 작용하는 요크부를 구비하며,

상기 요크부는 상기 자성체가 상기 렌즈 홀더에 마련되는 경우 상기 자성체와 대면되도록 상기 하우징에 마련되고 상기 자성체가 상기 하우징에 마련되는 경우 상기 자성체와 대면되도록 상기 렌즈 홀더에 마련되는 것을 특징으로 하는 화상 촬영 장치.
제8항에 있어서,

상기 예압 수단은,

상기 렌즈 홀더 및 하우징에 각각 마련되며 상기 이미지 센서 방향으로 바이어스되는 자력을 상기 렌즈 홀더에 작용하는 예압 자석 및 예압 요크를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 촬영 장치.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 예압 수단은 미리 탄성 변형된 상태에서 상기 렌즈 홀더 및 하우징에 체결되는 상기 지지 부재를 포함하며,

상기 지지 부재는 상기 이미지 센서 방향으로 바이어스되는 탄성력을 상기 렌즈 홀더에 작용함으로써 상기 렌즈 홀더를 예압하는 것을 특징으로 하는 화상 촬영 장치.
제11항에 있어서,

상기 지지 부재는,

상기 렌즈 홀더를 점탄성적으로 지지하는 비금속 재질의 다이아프램 및 상기 렌즈 홀더를 탄성적으로 지지하는 금속 스프링 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 촬영 장치.