KR101079026B1 - 자동초점 광학 장치 및 이를 적용한 이미징 장치 - Google Patents

Abstract

자동 초점 광학 장치 및 이를 적용하는 이미징 장치에 관해 기술된다. 광학 장치는: 하나의 광 축 상에 배치되는 다수의 렌즈와 이들 렌즈를 지지하는 경통을 포함하는 렌즈부와; 상기 렌즈부가 탈착 가능하게 장착되는 보빈, 상기 광 축 상에서 전자기력에 의해 보빈의 위치를 조절하는 링형 코일, 링형 마그네트 및 요오크, 그리고 상기 광 축 상에서 보빈에 장착된 렌즈 부의 이동을 탄력적으로 지지하는 판상 스프링을 포함하는 액추에이터; 그리고 상기 액추에이터를 지지하는 지지 베이스;를 구비한다.

Description

자동초점 광학 장치 및 이를 적용한 이미징 장치{Auto-focus optical device and imaging apparatus adopting the device}

자동초점 광학 장치 및 이를 적용하는 이미지 장치에 관련하며, 상세하게 자동 초점 조절 메커니즘이 개선된 액추에이터(actuator)를 가지는 렌즈 장치 및 이를 적용하는 카메라 등의 이미징 장치에 관련한다.

최근 융복합 기술의 일반화로 통신용 기기나 개인정보용 단말기 등에 정지 화상 또는 동영상을 촬영하는 카메라의 기능이 부여되고 있다. 이들 기기나 장치 등에 장착되는 카메라는 소형 모듈화되어 다양한 기기에 적합화될 수 있도록 설계된다.

일반적으로 소형 카메라 또는 모듈용 자동초점 렌즈는, 피사체의 거리에 따라 이미지 센서의 수광면에 대한 광학계의 초점이 자동적으로 조절될 수 있는 다양한 액추에이터 구조를 가진다. 소형이 아닌 일반적인 카메라의 경우, 카메라 본체에 초점 조절용 모터가 내장된 카메라도 있으나, 렌즈 자체에 모터를 내장된 렌즈도 많다. 휴대전화 등의 전자기기에 모듈 형태로 설치되는 카메라의 경우, 선형 액추에이터와 이에 의해 지지 및 구동되는 렌즈를 구비한다.

이와 같은 선형 액추에이터는 마그네트와 코일에 의한 동작 구조를 가지는데, 렌즈의 소형화에 따라 여러가지 설계적 제한이 있다. 안정적이고 신뢰성이 있는 소형 렌즈 설계를 위해서는 마그네트와 코일의 배치가 제한적으로 허용되는 렌즈 내의 좁은 공간에 대해 최적화되면서도 효율적인 자기 회로를 구성하는 것이 필요하다. 종래에는 렌즈부 자체에 액추에이터의 일부 요소가 접착제 등에 의해 결합되어 있는 관계로 렌즈부와 액추에이터의 조립이 까다롭고, 일단 조립된 후에는 렌즈부의 분리가 어렵다.

본 발명의 실시 예에 따르면 제작이 용이하고 효율적인 내부 공간 이용구조를 가지는 자동 초점 광학 장치 및 이를 적용한 이미징 장치가 제공된다.

본 발명에 따른 자동초점 광학 장치는:

하나의 광 축 상에 배치되는 다수의 렌즈와 이들 렌즈를 지지하는 경통을 포함하는 렌즈부와;

상기 렌즈부가 탈착 가능하게 장착되는 보빈, 상기 광 축 상에서 전자기력에의해 보빈의 위치를 조절하는 링형 코일 및 링형 마그네트, 그리고 상기 광 축 상에서 보빈에 장착된 렌즈 부의 이동을 탄력적으로 지지하는 현가 스프링을 포함하는 액추에이터; 그리고

상기 액추에이터를 지지하는 지지 베이스;를 구비한다.

본 발명에 따른 이미징 장치:는

이미지 센서와;

이미지 센서로부터의 영상신호를 처리하는 회로부와;

상기 이미지 센서에 결상하는 것으로 하나의 광 축 상에 배치되는 다수의 렌즈와 이들 렌즈를 지지하는 경통을 포함하는 렌즈부와;

상기 렌즈부가 탈착 가능하게 장착되는 보빈 캐리어, 상기 광축 상에서 전자기력에 의해 보빈의 위치를 조절하는 링형 코일 및 링형 마그네트, 그리고 상기 광 축 상에서 보빈에 장착된 렌즈 부의 이동을 탄력적으로 지지하는 현가 스프링을 포함하는 액추에이터; 그리고

상기 액추에이터를 지지하는 지지 베이스;를 구비한다.

상기 본 발명의 한 실시 예에 따르면, 상기 보빈에 상기 코일이 장착되어 보빈과 함께 상기 광 축 상을 이동하며, 상기 마그네트는 상기 베이스에 대해 고정된다.

다른 실시 예에 따르면, 상기 마그네트와 상기 코일를 경유를 하는 순환 자로를 형성하는 링형 요오크를 더 구비한다.

또 다른 실시 예에 따르면, 상기 링형 요오크는, 상기 마그네트의 외측면을 감싸는 원통형 제1부분과 베이스에 대향하는 상기 마그네트의 일측면에 대응하는 것으로 상기 렌즈부에 대응하는 관통공을 가지는 도너츠형 제2부분을 구비한다.

또 다른 실시 예에 따르면, 상기 도너츠형 제2부분의 관통공의 직경이 상기 경통의 내경보다 작다.

또 다른 실시 예에 따르면, 상기 렌즈부의 경통의 외측면과 상기 보빈의 내측면에 나사부가 형성되어 상기 렌즈부와 보빈이 나사 결합할 수 있도록 되어 있다.

액츄에이터 구조물에 대해 렌즈부가 독립적인 구조를 가지고 있으므로 액츄에이터에 대한 렌즈부의 장착 또는 분리가 가능하여 광학 장치 전체의 조립이 용이하며, 부품 고장 시 용이한 수리 또는 교체가 가능하다. 구조적으로 효율적인 공간이용이 가능하기 때문에 광학 장치의 소형화에 유리하다.

도 1은 본 발명에 따른 광학 장치가 적용될 수 있는 이미징 장치의 일례를 보이는 사시도이다.
도 2는 이미징 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 초점 광학 장치의 개략적 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 자동 초점 광학 장치의 부분 절제 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 자동 초점 광학 장치의 구성 요소를 전개해 보인 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 자동 초점 광학 장치에 적용되는 하부 스프링의 개략적 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 자동 초점 광학 장치에 적용되는 상부 스프링의 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 자동 초점 광학 장치에 적용되는 구동 코일의 개략적 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 자동 초점 광학 장치에 적용되는 고정 마그네트의 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 자동 초점 광학 장치에 적용되는 요오크의 단면도이다.
도 11은 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 자동 초점 광학 장치의 부분 발췌해 보인 단면도이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 자동 초점 광학 장치 및 이를 적용하는 이미지 장치의 실시 예에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 이미징 장치의 개략적 구성을 보인다.

도 1은 휴대용 전화기를 이미징 장치(100)의 일 예로서 보인다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이미징 장치(100)는 영상 캡쳐를 위한 광학 장치(200)를 가진다.

광학 장치(200)는 렌즈와 렌즈를 구동하는 액추에이터 등을 구비하며 후에 상세히 설명된다. 한편, 이미지 장치(100)는 상기 광학 장치(200)에 의해 형성되는 결상면에 위치하는 이미지 센서(101, 도 2 참조)를 구비한다.

도 2는 다양한 형태로 구현 가능한 이미징 장치의 개략적인 구성을 보이는 블럭도이다.

도 2를 참조하면 광학장치(200)는 이미지 센서(101)에 결상하며, 이미지 센서(101)로부터의 영상 출력은 영상 처리부(102)에서 처리된다. 한편, 광학 장치(200)의 초점은 자동초점 제어부(106)에 의해 조절된다. 이러한 이미징 장치(100)는 영사처리 회로부로서 기본적으로 내부 전체 기능을 통제하는 중앙처리 장치(103)와 촬영된 이미지를 저장하는 메모리(104)를 포함하며, 대개가 이미지를 표시하는 디스플레이(105)를 같이 구비한다. 본 발명에서의 이미징 장치는 카메라, PDA(personal digital assistant), PMP(personal multimedia player), 휴대용 전화기 등과 같은 디지털 장치로서 그 응용 범위는 제한되지 않는다.

이하의 설명에서는 본 발명의 일 실시 에에 따른 광학 장치의 세부적인 구조를 설명한다.

먼저 조립된 상태의 광학 장치의 구조를 살펴본다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 장치의 조립상태에서의 사시도 이며, 도 4는 이의 조립 상태의 단면도이며, 도 4는 그 분해 사시도 이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 자동초점 광학 장치(200)는, 고정 홈(212)를 갖는 직립된 핑거(211)를 가지는 지지 베이스(210)와 베이스(210)에 대해 내부 부품을 고정하는 것으로 상기 핑거(211)의 고정 홈(211a)에 대응하는 결합 턱(213a)를 가지는 상부 홀더(213)의 결합에 따라 외관상 대략 육면체의 구조를 가진다. 지지 베이스(210)의 하부 측으로는 후술하는 구동 코일(231)로 포커스 제어 전압을 인가하는 판상 전원 단자(241a, 241b)의 하단부가 돌출되어 있다. 그리고 상기 상부 홀더(213)의 상면에는 광 통과를 허용하는 윈도우(215)가 형성되어 있다.

도 4와 도 5를 참조하면, 지지 베이스(210)와 상부 홀더(213)의 사이에 렌즈부(280) 및 렌즈부(280)의 위치를 제어하는 액추에이터 부품이 조립되어 있다.

먼저 렌즈부(280)는 경통(281)의 내부에 단초점 광학계를 구성하는 다수의 렌즈(282, 283, 284, 285)가 하나의 광 축 상에 위치 고정되어 있다. 경통(281)의 외주에는 나사부(286)가 형성되어 있다. 이러한 렌즈부(280)는 액추에이터 구조에서 렌즈 캐리어로서 구동 보빈(250) 내에 장착된다. 구동 보빈(250) 내부에는 상기 경통(281)의 나사부(286)에 대응하는 나사부(252)가 형성되어 있다.

구동 보빈(250)의 중간 부분에는 구동 보빈(250) 둘레를 감싸는 플랜지(251)가 형성되어 있고, 플랜지(251)를 중심으로 플랜지(251)의 하측, 즉 고정 베이스(210) 방향으로 구동 코일(231)이 꿰어져 있다. 구동 코일(231)은 링 형태로서 상기 전원 단자(241a, 241b) 로부터 제어 전압을 공급받는다.

상기 구동 코일(231)의 하부 측에는 극성 배열이 수직방향이 되도록 착자된 고정 마그네트(230, 도 9 참조)와 고정 마그네트(230)를 감싸하는 형태로 결합된 요오크(220)가 마련된다. 요오크(220)는 고정 마스네트 저면에 대응하는 저면 부분(220b)과 측면에 대응하는 측면 부분(220a)을 가지는 대략 "L"자의 단면 형상을 가진다(도 10 참조). 여기에서 구동 코일(231)과 고정 마그네트(230) 간의 순환 자로(循環磁路), 또는 순환 자기회로(循環 磁氣回路)))를 효과적으로 형성하기 위하여, 고정 마그네트(230)와 요오크(220)의 측면부분 사이의 경계 위에 상기 구동 코일(231)이 위치한다.

한편, 상기 구동 코일(231)이 장착된 보빈(250)은 상하의 판상 스프링(241, 240)에 의해 지지된다. 상기 상하 판상 스프링(241, 240)의 사이에는 관상 스페이스(212)가 위치한다. 상부 판 스프링(241)의 외단부 측 위 부분은 상부 홀(213)의 가장자리 하단부에 의해 눌려 있고, 내단부측 가장자리는 보빈의 외주면에 형성된 단차부(253)에 걸려 있다. 구체적으로 도 7을 참조하면, 상부 스프링(241)은 내측테두리(241c)와 외측 테두리(241d), 그 사이를 연결하는 스프링부(241e)를 구비하며, 상기 구동 코일(231)의 양 리이드(231a, 231b, 도 8 참조)가 연결되기 위하여 상기 부분들은 두 분리 부분(241f)(241g)에서 절단된다. 상기 상부 스프링(241)의 분리된 두 부분은 상기 판상 전원 단자(241a, 241b)과 일체적으로 연결되어 있다.

여기에서 상부 판상 스프링(241)의 하부에는 절연용 스페이서(270)가 위치되어 있다. 이는 구동 코일(231)로의 전원 연결 매개체인 상부 스프링(241)과 그 하부의 스페이서(212)와 전기적으로 분리시키기 위한 것이다.

그리고 하부 스프링(240)의 외측 테두리는 상기 스페이서(212)와 요오크(220)의 사이에 끼어 있으며, 그 내측 테두리는 고정 마그네트(230)의 상면에 거의 접촉된 상태에서 상기 보빈(250)의 하단부를 떠 받치고 있다.

이러한 하부 스프링(240)은 도 6에 예시적으로 도시된 바와 같이, 내측 테두리(240a)와 외측 테두리(240b)와 이들 두 부분 사이의 스프링부(240c)를 포함한다. 상기 외측 테두리(240b)는 스페이서(212)와 요오크(220)의 사이에 고정되며, 상기 내측 테두리(240a)는 보빈(250)의 하단부에 결합된다.

상기와 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 광학 장치는, 도 4에 도시된 바와 같이 렌즈부(28)는 구동 보빈(250) 내부에 나사 결합되어 있으며, 기존의 구조와는 달리 렌즈부(280)가 액추에이터 구조물에 구속되어 있지 않고, 구동 보빈(250)으로부터 용이하게 분리될 수 있도록 되어 있다.

또한, 구조적으로 중량이 큰 자석과 요오크를 위치 고정시키고 이에 비해 가벼운 코일을 구동 소자로 이용함으로써 자석과 요오크를 구동 측으로 하는 종래의 구조에 비해 제어 전류를 낮출 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면 상기 요오크(220)의 형상 변경을 통해 고정 마그네트를 안정적으로 지지하면서 보다 효과적인 자로의 형성이 가능하다. 도 11은 이러한 조건에 부합하는 요오크 구조를 보인다.

도 11을 참조하면, 요오크(221)는 고정 마그네트(230)의 측면부분에 대응하는 측면 부분(221a)과, 그 저면 부분에 대응하는 저면 부분(221b)을 구비한다. 여기에서 저면 부분(221b)은 고정 마그네트(230)의 저면을 완전히 덮고 있고, 그 내단부가 렌즈부(280)의 경통(281) 가장자리 하단부 안쪽으로 까지 진입해 있다. 즉, 저면 부분(221b)의 관통공의 내경은 경통(281)의 내경 또는 외경 보다 작다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 이미징 장치
101: 이미지 센서
200: 자동 초점 광학 장치
210: (고정) 베이스
212: 스페이스
230: (고정) 마그네트
231: (구동) 코일
240: 하부 스프링
241: 상부 스프링
250: 구동 보빈
280: 렌즈부

Claims (10)

1. 하나의 광 축 상에 배치되는 다수의 렌즈와 이들 렌즈를 지지하는 경통을 포함하는 렌즈부와;
   상기 렌즈부가 탈착 가능하게 장착되는 보빈, 상기 광 축 상에서 전자기력에의해 보빈의 위치를 조절하는 링형 코일, 링형 마그네트 및 요오크, 그리고 상기 광 축 상에서 보빈에 장착된 렌즈 부의 이동을 탄력적으로 지지하는 판상 스프링을 포함하는 액추에이터; 그리고
   상기 액추에이터를 지지하는 지지 베이스;를 구비하며,
   상기 요오크는, 상기 마그네트의 외측면을 감싸는 원통형 제1부분과 베이스에 대향하는 상기 마그네트의 일측면에 대응하는 것으로 상기 렌즈부에 대응하는 관통공을 가지는 도너츠형 제2부분을 구비하는, 자동 초점 광학 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 보빈에 상기 코일이 장착되어 보빈과 함께 상기 광 축 상을 이동하며, 상기 마그네트는 상기 베이스에 대해 고정되는 것을 특징으로 하는 자동 초점 광학 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 도너츠형 제2부분의 관통공의 직경이 상기 경통의 외경보다 작은 것을 특징으로 하는 자동 초점 광학 장치.
5. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상기 렌즈부의 경통의 외측면과 상기 보빈의 내측면에 나사부가 형성되어 상기 렌즈부와 보빈이 나사 결합할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 초점 광학 장치.
6. 이미지 센서와;
   이미지 센서로부터의 영상신호를 처리하는 회로부와;
   상기 이미지 센서에 결상하는 것으로 하나의 광 축 상에 배치되는 다수의 렌즈와 이들 렌즈를 지지하는 경통을 포함하는 렌즈부와;
   상기 렌즈부가 탈착 가능하게 장착되는 보빈 캐리어, 상기 광축 상에서 전자기력에의해 보빈의 위치를 조절하는 링형 코일, 링형 마그네트 및 요오크, 그리고 상기 광 축 상에서 보빈에 장착된 렌즈 부의 이동을 탄력적으로 지지하는 현가 스프링을 포함하는 액추에이터; 그리고
   상기 액추에이터를 지지하는 지지 베이스:를 구비하며,
   상기 요오크는, 상기 마그네트의 외측면을 감싸는 원통형 제1부분과 베이스에 대향하는 상기 마그네트의 일측면에 대응하는 것으로 상기 렌즈부에 대응하는 관통공을 가지는 도너츠형 제2부분을 구비하는, 이미징 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 보빈에 상기 코일이 장착되어 보빈과 함께 상기 광 축 상을 이동하며, 상기 마그네트는 상기 베이스에 대해 고정되는 것을 특징으로 하는 이미징 장치.
8. 삭제
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 도너츠형 제2부분의 관통공의 직경이 상기 경통의 외경보다 작은 것을 특징으로 하는 이미징 장치.
10. 제 6 항, 제 7 항, 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈부의 경통의 외측면과 상기 보빈의 내측면에 나사부가 형성되어 상기 렌즈부와 보빈이 나사 결합할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 이미징 장치.

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