KR100952084B1 - 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치에 관한 것으로서, 특히 압전소자를 이용하여 렌즈홀더를 상하방향으로 구동시켜 렌즈를 이송시킬 수 있도록 하는 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치에 관한 것이다.
본 발명의 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치는, 하우징과; 상기 하우징에 내장되고, 렌즈가 장착되어 광축방향으로 구동되는 렌즈홀더와; 상기 하우징에 결합되어 상기 렌즈홀더를 감싸는 가동부재와; 상기 가동부재에 형성되어 상기 렌즈홀더의 외주면과 접촉하는 구동부와; 상기 가동부재에 장착된 제1압전소자 및 제2압전소자와; 상기 제1압전소자 및 제2압전소자의 상부 또는 하부에 장착된 관성체로 이루어지되, 상기 가동부재에는 상기 렌즈홀더가 관통하여 삽입되는 삽입공이 형성되고, 상기 구동부는 상기 제1압전소자와 제2압전소자에 90도의 위상차를 갖는 전압이 인가되면 타원형의 변위 운동을 하면서 상기 렌즈홀더를 광축방향으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.
압전소자, 카메라,

Description

압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치 { Camera Actuator using the piezoelectric element }
본 발명은 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치에 관한 것으로서, 특히 압전소자를 이용하여 렌즈홀더를 상하방향으로 구동시켜 렌즈를 이송시킬 수 있도록 하는 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치에 관한 것이다.
휴대폰과 같은 소형의 통신기기에는 소형의 카메라장치가 장착된다.
도 1은 종래의 VCM방식의 소형 카메라장치의 단면구조도이고, 도 2는 도 1에 도시된 소형 카메라장치의 사용상태 단면구조도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 소형 카메라장치는, 피사체의 배율 변환 또는 피사체의 포커스조정을 위한 다수의 렌즈들로 이루어진 렌즈군(500)과, 렌즈군(500)을 장착하여 광축방향으로 구동하기 위한 렌즈 홀더(550)와, 고정부(600)와, 고정부(600)에 지지되어 렌즈 홀더(550)를 광축방향으로 유동가능한 상태가 되도록 부상시키며 렌즈 홀더(550)가 정확히 광축 방향으로 구동하도록 가이드하기 위한 판스프링(650)과, 렌즈 홀더(550)에 지지되어 고정부(600)를 광축 방향으로 구동시키기 위한 액츄에이터와, 렌즈군(500)을 통과한 피사체의 상을 촬상하기 위한 이미지 센서(800)와, 액츄에이터 및 이미지센서(800)를 제어하기 위한 제어부로 이루어진다.
이러한 판스프링(650)은, 고정부(600)에 고정되는 부분과 렌즈 홀더(550)에 고정되는 부분 사이에 폭을 좁게하여 광축 방향으로의 변형이 용이하게 이루어지는 형상을 갖는다.
따라서 판스프링(650)은 렌즈 홀더(550)를 광축 방향으로 유동할 수 있도록 탄성적으로 지지한다.
또한 판스프링(650)은 렌즈 홀더(550)의 네곳 이상에 고정되어, 렌즈 홀더(560)가 광축 방향과 직교되는 방향으로 유동하는 것을 방지하는 가이드 역할을 한다.
한편 액츄에이터는, 고정부(600)에 고정되는 마그네트(710)와, 렌즈 홀더(550)에 고정되며 제어부로부터 전원이 공급될 때 마그네트(710)로부터 나오는 자속을 받아 렌즈 홀더(550)를 광축 방향으로 구동시키는 힘을 발생시키기 위한 코일(720)로 이루어진다.
이러한 액츄에이터의 구조를 VCM방식이라고 한다.
이러한 마그네트(710)와 코일(720)은 대칭되는 부분에 각각 한 쌍이 구비된다.
또한 액츄에이터는, 마그네트(710)의 자속을 효율적으로 순환시키기 위한 요크(730)를 갖는다.
이와 같은 구성을 갖는 소형 카메라장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 제어부 로부터 액츄에이터의 코일(720)에 전기가 인가되면, 마그네트(710)로부터 나오는 자속의 영향으로 코일(720)이 광축 방향으로 이동하려는 전자력이 발생한다.
따라서 코일(720)이 고정된 고정부(600)가 광축 방향으로 이동하게 된다.
이와 같이하여 제어부는 렌즈군(500)을 광축방향으로 상승시키거나 하강시켜 이미지센서(800)에 촬상되는 영상이 선명하게 되도록 한다.
위와 같은 VCM방식은 렌즈홀더의 크기가 작거나 무게가 경량인 경우에는 잘 작동되지만, 렌즈홀더의 크기가 커지거나 무게가 무거워지면 가동력이 약해 작동이 잘되지 않게 되는 문제점이 있다.
또한, VCM방식은 견고하지 못하여 낙하실험을 할 경우 불량제품이 많이 발생하고, 렌즈홀더의 이동거리가 짧아 고화소 센서를 사용한 카메라의 경우에는 사용하기가 곤란한 문제점이 있다.
본 발명은 렌즈홀더의 무게가 무거워도 잘 작동이 되고, VCM방식보다 견고하며, 렌즈홀더의 이동거리가 길어 고화소 센서를 장착한 카메라에 사용될 수 있는 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치는, 하우징과; 상기 하우징에 내장되고, 렌즈가 장착되어 광축방향으로 구동되는 렌즈홀더와; 상기 하우징에 결합되어 상기 렌즈홀더를 감싸는 가동부재와; 상기 가동부재에 형성되어 상기 렌즈홀더의 외주면과 접촉하는 구동부와; 상기 가동부재에 장착된 제1압전소자 및 제2압전소자와; 상기 제1압전소자 및 제2압전소자의 상부 또는 하부에 장착된 관성체로 이루어지되, 상기 가동부재에는 상기 렌즈홀더가 관통하여 삽입되는 삽입공이 형성되고, 상기 구동부는 상기 제1압전소자와 제2압전소자에 90도의 위상차를 갖는 전압이 인가되면 타원형의 변위 운동을 하면서 상기 렌즈홀더를 광축방향으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.
상기 가동부재는 상기 렌즈홀더의 구동방향에 대해 수직방향으로 배치되고, 상기 구동부는 상기 가동부재에 돌출되어 상기 렌즈홀더의 구동방향에 대해 평행하게 형성되어 배치된다.
상기 삽입공의 지름은 상기 렌즈홀더의 지름보다 크고, 상기 렌즈홀더의 외주면에는 상기 구동부 방향으로 돌출되어 상기 구동부와 접하는 마찰부가 형성된 다.
상기 가동부재는 사각평판 형상으로 이루어지고, 상기 가동부재는 일단 양측은 상기 하우징에 고정 결합되며, 타단 양측에는 상기 제1압전소자와 제2압전소자가 각각 장착된다.
상기 구동부는 상기 제1압전소자와 상기 삽입공 사이에 형성된다.
상기 구동부는 일면이 상기 가동부재에 일체로 연결되어 형성되고, 상기 구동부의 양측은 상기 가동부재와 이격되어 있다.
상기 관성체의 단위면적당 중량은 상기 가동부재의 단위면적당 중량보다 크다.
상기 렌즈홀더의 외주면과 상기 하우징의 측면 사이에는 상기 하우징에 결합되어 상기 렌즈홀더를 상기 구동부 방향을 가압하는 탄성부재가 배치된다.
상기 렌즈홀더의 외주면에는 볼부재가 배치되고, 상기 탄성부재는 상기 볼부재와 접하여 상기 렌즈홀더에 힘을 가한다.
상기 제1압전소자 및 제2압전소자는 상기 렌즈홀더의 구동방향으로 진동한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치에 따르면, 렌즈홀더의 무게가 무거워도 잘 작동이 되고, VCM방식보다 견고하며, 렌즈홀더의 이동거리가 길어 고화소 센서를 장착한 카메라에 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소형카메라 구동장치의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 소형카메라 구동장치의 일방향 분해사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 소형카메라 구동장치의 타방향 분해사시도이고, 도 6은 도 3에서 하우징을 제외한 상태의 사시도이며, 도 7은 도 6의 평면도이다.
도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 소형카메라 구동장치는, 하우징(10)과, 렌즈홀더(20)와, 가동부재(30)와, 구동부(40)와, 제1압전소자(50)와, 제2압전소자(60)와 관성체(70), 탄성부재(80) 등으로 이루어진다.
상기 하우징(10)은 케이스와 같은 것으로써, 본 발명의 다른 구성들을 내포한다.
상기 렌즈홀더(20)는 원통형상으로 상기 하우징(10)에 내장되고, 렌즈가 내장되어 있으며, 광축방향 즉 상기 렌즈에 입사되는 빛의 방향 다시 말해 상기 렌즈홀더(20)의 상하방향으로 구동된다.
상기 가동부재(30)는 스테인레스스틸 또는 철판과 같은 재질로 평판형상으로 이루어지되, 상기 하우징(10)에 결합되어 상기 렌즈홀더(20)의 외주면을 감싸고 있다.
이때, 상기 가동부재(30)에는 상기 렌즈홀더(20)가 삽입되기 위한 삽입공(35)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 삽입공(35)의 지름은 상기 렌즈홀더(20)가 광축방향 즉 상하방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 하기 위해 상기 렌즈홀더(20)의 지름보다 약간 크게 형성한다.
상기 가동부재(30)는 상기 렌즈홀더(20)의 구동방향에 대해 수직방향 즉 상기 렌즈홀더(20)의 외주면 방향으로 평행하게 배치된다.
상기 구동부(40)는 상기 가동부재(30)에 형성되어 상기 렌즈홀더(20)의 외주면에 접촉한다.
이때, 상기 렌즈홀더(20)의 외주면에는 상기 구동부(40) 방향으로 돌출되어 상기 구동부(40)와 접하는 마찰부(22)가 형성된다.
상기 마찰부(22)는 밋밋한 평면으로 형성할 수도 있지만, 상기 구동부(40)와 보다 큰 마찰력을 발생하도록 하기 위해 울퉁불퉁하게 형성하거나 마찰계수가 큰 물질로 이루어지도록 함이 바람직하다.
상기 구동부(40)는 상기 가동부재(30)에 일체로 이루어지되, 상방향으로 돌출 형성 즉 상기 렌즈홀더(20)의 구동방향에 대해 평행하게 형성되어 배치되도록 한다.
상기 제1압전소자(50) 및 제2압전소자(60)는 각각 상기 가동부재(30)에 장착된다.
본 실시예에서 상기 가동부재(30)는 사각평판 형상으로 형성되어 있는데, 상기 가동부재(30)는 일단 양측은 상기 하우징(10)에 고정 결합되고, 타단 양측에는 상기 제1압전소자(50)와 제2압전소자(60)가 각각 장착된다.
상기 제1압전소자(50) 및 제2압전소자(60)는 상기 가동부재(30)에 장착되어 상기 렌즈홀더(20)의 구동방향 즉 상하방향으로 진동한다.
상기 제1압전소자(50)와 제2압전소자(60)에는 후술하는 바와 같이, sine곡선 형태를 갖는 정현파 전압이 인가되어 상하운동을 하게 되는데, 이때 상기 제1압전소자(50)와 제2압전소자(60)에 인가되는 전압은 상호 90도의 위상차를 가지고 인가된다.
상기 관성체(70)는 상기 제1압전소자(50) 및 제2압전소자(60)의 상부 또는 하부에 장착되어, 상기 가동부재(30)에 관성력을 부가하는 역할을 한다.
본 실시예에서는 상기 관성체(70)는 상기 제1압전소자(50) 및 제2압전소자(60)의 상부에 장착되었다.
상기 관성체(70)의 단위면적당 중량은 상기 가동부재(30)의 단위면적당 중량보다 크다.
따라서, 상기 제1압전소자(50) 및 제2압전소자(60)가 상하방향으로 진동할 경우 상기 관성체(70)의 관성력에 의해, 상기 가동부재(30) 상기 제1압전소자(50) 및 제2압전소자(60)와 동일하게 운동하지 않고 즉 제자리에서 상하방향으로 확장 또는 축소운동을 하지 않고, 상하방향으로 유동하면서 운동을 한다.
즉, 상기 제1압전소자(50) 및 제2압전소자(60)의 상하진동시 상기 관성체(70)의 관성력에 의해 상기 가동부재(30)는 주기적으로 상방향 또는 하방향으로 파도를 치듯이 유동하게 된다.
위와 같이, 상기 제1압전소자(50)와 제2압전소자(60)에 인가되는 전압의 위상차를 90도로 하고, 상기 관성체(70)를 장착함으로써, 상기 가동부재(30)에 일체로 형성된 상기 구동부(40)는 측면에서 보았을 때 타원형의 변위운동을 하게 된다.
이로 인해 상기 구동부(40)와 접촉하는 상기 렌즈홀더(20)는 상기 구동부(40)가 타원형의 변위로 진동하기 때문에 광축방향으로 구동되게 된다.
상기 제1압전소자(50)와 제2압전소자(60)에 90도의 위상차를 갖는 전압을 인가할 경우 상기 구동부(40)가 타원형의 변위운동을 하는 것과 관련하여, 이러한 변위운동은 본 발명의 출원전에 공지된 등록특허공보 제10-0817470호에 잘 나타나 있는바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 구동부(40)는 상기 제1압전소자(50)와 상기 삽입공(35) 사이에 형성된다.
이때, 상기 구동부(40)는 일면 자세하게는 후면 하부가 상기 가동부재(30)에 일체로 연결되어 있고, 상기 구동부(40)의 양측은 상기 가동부재(30)와 이격되어 있다.
이는 상기 구동부(40)의 운동시 상기 구동부(40)가 상기 가동부재(30)와의 연결부위를 최소화하여 상기 구동부(40)가 원활하게 운동할 수 있도록 하기 위함이다.
상기 탄성부재(80)는 상기 렌즈홀더(20)의 외주면과 상기 하우징(10)의 측면 사이에서 상기 하우징(10)에 결합되어 상기 렌즈홀더(20)를 상기 구동부(40) 방향을 가압하는 역할을 한다.
본 실시예에서는 상기 탄성부재(80)을 판스프링 형상으로 형성하였다.
상기 탄성부재(80)를 판스프링 형상으로 형성하고 상기 렌즈홀더(20)가 상기 구동부(40) 방향으로 가압되도록 상기 렌즈홀더(20) 외주면의 일부를 감싸도록 장착함으로써, 상기 렌즈홀더(20)가 좌우로 유동됨이 없이 상기 구동부(40)에 강하게 접촉하도록 할 수 있다.
또한, 상기 렌즈홀더(20)의 외주면에는 볼부재(90)가 배치되고, 상기 탄성부재(80)는 상기 볼부재(90)와 접하여 상기 렌즈홀더(20)에 힘을 가한다.
즉, 상기 탄성부재(80)는 상기 렌즈홀더(20)의 외주면에 직접 접하지 않고, 상기 볼부재(90)를 통하여 접하기 때문에 상기 렌즈홀더(20)의 상하운동시 상기 탄성부재(80)와의 마찰을 최소화할 수 있다.
상기 렌즈홀더(20)의 외주면에는 상기 볼부재(90)가 안착되기 위한 안착부(24)가 형성되어 있다.
이하, 상술한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동에 대하여 살펴본다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 소형카메라 구동장치의 작동과정을 도시한 상태도이다.
도 8에서 실선은 상기 제1압전소자(50) 및 제2압전소자(60)에 전압을 인가하지 않은 상태를 표시한 것이고, 색채가 들어간 부분은 시간에 따라 변화된 상기 가동부재(30) 및 구동부(40)를 나타내고 있다.
상기 제1압전소자(50)와 제2압전소자(60)에 전압을 인가하되, 상기 제1압전소자(50)와 제2압전소자(60)에 인가되는 전압은 90도의 위상차를 갖도록 한다.
상기 제1압전소자(50)와 제2압전소자(60)에 전압이 인가됨에 따라서, 상기 제1압전소자(50)와 제2압전소자(60)는 상하방향으로 확장 또는 축소되면서 진동을 하게 된다.
상기 제1압전소자(50) 및 제2압전소자(60)의 상하진동에 의해 상기 가동부재(30)도 상하방향으로 확장 또는 축소되는 운동을 한다.
만일, 상기 관성체(70)가 없다면, 상기 가동부재(30)는 제자리에서 상하방향으로 확장 또는 축소되는 운동만을 할 것이다.
그러나, 상기 제1압전소자(50) 및 제2압전소자(60)의 상부에는 상기 관성체(70)가 장착되어 있는바, 상기 관성체(70)의 관성력에 의해 상기 제1압전소자(50) 및 제2압전소자(60)의 상하진동시 상기 가동부재(30)는 도 8에 도시된 바와 같이 상방향 또는 하방향으로 파동을 일으키며 유동을 하게 된다.
이때, 상기 제1압전소자(50) 와 제2압전소자(60)에 인가되는 전압은 90도의 위상차를 가지고 있는바, 상기 가동부재(30)에 일체로 형성된 상기 구동부(40)는 타원형의 변위운동을 하게 된다.
상기 구동부(40)가 타원형상의 변위운동을 함에 따라서, 상기 마찰부(22)에 의해 상기 구동부(40)와 접촉하고 있는 상기 렌즈홀더(20)는 상방향 또는 하방향으로 이동하게 되어, 렌즈의 줌 또는 피사체의 포커싱 기능을 수행할 수 있게 된다.
또한, 상기 렌즈홀더(20)는 상기 탄성부재(80)에 의해 상기 구동부(40) 방향으로 가압되기 때문에, 상기 구동부(40)와 마찰부(22)가 더욱 강하게 접촉되도록 할 수 있고, 이로 인해 상기 렌즈홀더(20)가 자중에 의해 하강하는 것을 방지할 수 있다.
이때, 상기 탄성부재(80)는 상기 렌즈홀더(20)를 볼부재(90)를 통해 접촉하고 있기 때문에, 상기 렌즈홀더(20)의 상하운동시 상기 렌즈홀더(20)와 상기 탄성부재(80) 사이에 많은 마찰이 발생하여 상하운동이 저해되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명인 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
도 1은 종래의 VCM방식의 소형 카메라장치의 단면구조도,
도 2는 도 1에 도시된 소형 카메라장치의 사용상태 단면구조도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소형카메라 구동장치의 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 소형카메라 구동장치의 일방향 분해사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 소형카메라 구동장치의 타방향 분해사시도,
도 6은 도 3에서 하우징을 제외한 상태의 사시도,
도 7은 도 6의 평면도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 소형카메라 구동장치의 작동과정을 도시한 상태도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 하우징, 20 : 렌즈홀더, 22 : 마찰부, 24 : 안착부, 30 : 가동부재, 35 : 삽입공, 40 : 구동부, 50 : 제1압전소자, 60 : 제2압전소자, 70 : 관성체, 80 : 탄성부재, 90 : 볼부재,

Claims (9)

  1. 하우징과;
    상기 하우징에 내장되고, 렌즈가 장착되어 광축방향으로 구동되는 렌즈홀더와;
    상기 하우징에 결합되어 상기 렌즈홀더를 감싸는 가동부재와;
    상기 가동부재에 형성되어 상기 렌즈홀더의 외주면과 접촉하는 구동부와;
    상기 가동부재에 장착된 제1압전소자 및 제2압전소자와;
    상기 제1압전소자 및 제2압전소자의 상부 또는 하부에 장착된 관성체로 이루어지되,
    상기 가동부재에는 상기 렌즈홀더가 관통하여 삽입되는 삽입공이 형성되고,
    상기 구동부는 상기 제1압전소자와 제2압전소자에 90도의 위상차를 갖는 전압이 인가되면 측면에서 보았을 때 타원형의 변위로 진동을 하면서 상기 렌즈홀더와 접촉에 따른 마찰에 의해 상기 렌즈홀더를 광축방향으로 구동시키는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가동부재는 상기 렌즈홀더의 구동방향에 대해 수직방향으로 배치되고,
    상기 구동부는 상기 가동부재에 돌출되어 상기 렌즈홀더의 구동방향에 대해 평행하게 형성되어 배치된 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 삽입공의 지름은 상기 렌즈홀더의 지름보다 크고,
    상기 렌즈홀더의 외주면에는 상기 구동부 방향으로 돌출되어 상기 구동부와 접하는 마찰부가 형성된 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 가동부재는 사각평판 형상으로 이루어지고,
    상기 가동부재는 일단 양측은 상기 하우징에 고정 결합되며, 타단 양측에는 상기 제1압전소자와 제2압전소자가 각각 장착된 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 제1압전소자와 상기 삽입공 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 구동부는 일면이 상기 가동부재에 일체로 연결되어 형성되고,
    상기 구동부의 양측은 상기 가동부재와 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치.
  7. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 렌즈홀더의 외주면과 상기 하우징의 측면 사이에는 상기 하우징에 결합되어 상기 렌즈홀더를 상기 구동부 방향을 가압하는 탄성부재가 배치된 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 렌즈홀더의 외주면에는 볼부재가 배치되고,
    상기 탄성부재는 상기 볼부재와 접하여 상기 렌즈홀더에 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1압전소자 및 제2압전소자는 상기 렌즈홀더의 구동방향으로 진동하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치.
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