KR101249462B1

KR101249462B1 - 초소형 셔터장치의 액추에이터

Info

Publication number: KR101249462B1
Application number: KR1020110045218A
Authority: KR
Inventors: 박민규
Original assignee: 성우전자 주식회사
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2013-04-03
Also published as: KR20120127022A

Abstract

광통과공을 개폐하는 적어도 하나의 블레이드를 구동하기 위한 초소형 셔터장치의 액추에이터가 개시된다. 상기 액추에이터는 인가되는 전류의 방향에 따라 양단부에 N극 및 S극이 교대로 전환되며, 상기 양단부의 길이가 서로 다른 U자형 요크; 상기 U자형 요크에 권선된 코일; 상기 U자형 요크의 양단부에 선택적으로 인접 배치되는 마그네트; 및 상기 마그네트를 선단에 구비하며, 상기 U자형 요크의 양단부에 교대로 서로 다른 자극이 형성됨에 따라 시계방향 및 반시계방향으로 회전하면서 상기 블레이드를 구동하는 암 레버를 포함하며, 상기 U자형 요크의 양단부는 각각 자계가 가장 강한 제1 홀딩포인트 및 제2 홀딩포인트를 형성하고, 상기 마그네트의 자계가 가장 강한 마그네트 중앙부의 이동범위(θ1)는 상기 제1 및 제2 홀딩포인트 간의 설정범위(θ3)에 포함되는 것을 특징으로 한다.

Description

초소형 셔터장치의 액추에이터{ACTUATOR FOR SUBMINIATURE SHUTTER APPARATUS}

본 발명의 초소형 셔터장치의 액추에이터에 관한 것으로, 특히 휴대전화 등 소형 포터블 기기에 설치되는 초소형 카메라모듈에 적용되는 초소형 셔터장치의 액추에이터에 관한 것이다.

디지털 기술의 발달에 따라, 이동통신 단말기, 휴대용 게임기, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Personal Multimedia Player), 디지털 캠코더와 같은 휴대용 디지털 기기는 카메라 기능이 결합된 다양한 제품이 출시되고 있다.

이와 같은 휴대용 디지털 기기에 설치되는 카메라 유닛은 일반 카메라와 마찬가지로 사진 촬영을 할 수 있는 셔터 장치를 포함하고 있다. 특히, 이동통신 단말기인 핸드폰의 카메라가 고화질화 되면서 기계식 셔터의 채용이 필수적이다. 핸드폰을 슬림화하기 위해서는 카메라 모듈의 소형화 및 슬림화도 필수적이므로 셔터 장치의 구조를 단순화시키는 것이 중요하다. 또한, 카메라 유닛은 좋은 품질의 사진을 촬영하기 위해서는 셔터의 동작속도를 가능한 한 빠르게 하는 것이 바람직하다.

그런데, 이러한 휴대용 디지털 기기에 사용되는 종래 기술에 의한 카메라 셔터장치는 셔터의 빠른 구동속도를 보장 받기 위해서는 셔터에 소정 구동력을 전가하기 위한 비교적 큰 사이즈를 갖는 동력원을 채용하게 되었으며, 이에 따라 셔터장치는 물론 렌즈유닛 전체 사이즈가 증가하게 되는 문제점이 있었다. 이러한 문제는 결국 휴대용 디지털 기기 전체의 사이즈에 영향을 주게 되므로 휴대용 디지털 기기의 휴대성을 저하시키는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해 본 출원인은 국내 등록특허 제989795호에 개시된 바와 같이, 셔터장치의 블레이드의 스피드 저하를 방지하면서 장치의 크기를 콤팩트하게 유지할 수 있는 셔터장치를 제안한 바 있다.

이와 같은 셔터장치는 U자형 요크(51)(도 1 및 도 2 참고)를 구비한 액추에이터를 포함하며, U자형 요크(51)의 양단부(51a,51b)에는 코깅력(cogging force)이 작용하는 제1 및 제2 홀딩포인트(P1,P2)가 형성되어 있다.

이 경우 암 레버(57)의 선단에 고정된 마그네트(55)는 U자형 요크(51) 양단부(51a,51b)에 교대로 형성되는 N극 및 S극의 자기장과 반응하고, 이에 따라 암 레버(57)가 시계방향 및 반시계방향으로 교대로 회전하면서 블레이드(미도시)를 구동하여 광통과공(미도시)을 개방 및 폐쇄한다. 광통과공은 렌즈(미도시)로 투사되는 빛이 통과하는 통로이다.

한편, 도 3을 참고하면, 상기 U자형 요크(51)의 제1 및 제2 홀딩포인트(P1,P2)의 설정범위(θ2)가 암 레버(57)의 구동각도 즉, 마그네트(55)의 자계가 가장 강한 마그네트 중앙부(55a)의 이동범위(θ1)를 포함하지 않는다.

상기 광통과공이 블레이드에 의해 개방되는 경우 마그네트(55)가 제1 홀딩포인트(P1)에 인접한 위치에 멈추고, 반대로 광통과공이 블레이드에 의해 폐쇄상태인 경우 제2 홀딩포인트(P2)를 지나 소정 거리 이동 후 멈춘다.

그런데 마그네트(55)가 광통과공의 폐쇄 위치에서 개방 위치로 이동할 때 제2 홀딩포인트(P2)의 코깅력으로 인해 제2 홀딩포인트(P2)를 넘어서지 못하고 그대로 광통과공 폐쇄 위치에 머물러 있게 되는 동작 불량이 발생하였다.

더욱이, 셔터장치의 액추에이터가 외부로부터 충격을 받을 경우, 마찬가지로 마그네트(55)는 광통과공 폐쇄 위치에 그대로 머물러 있거나, 광통과공 폐쇄 위치를 벗어나더라도 제2 홀딩포인트(P2)에 인접한 위치에 있게 되어 광통과공이 일부 개방된 상태를 유지하게 되는 문제가 있었다.

또한, 통상적으로 셔터장치의 블레이드의 속도(완전 개방된 광통과공을 폐쇄하는 속도)는 고해상도의 영상을 촬영하는데 많은 영향을 미치는 중요한 팩터이다. 그런데 종래기술은, 마그네트(55)의 자력이 가장 강한 중간부(55a)가 제2 홀딩포인트(P2)를 지나칠 때 제2 홀딩포인트(P2)의 코깅력(cogging force)에 의해 마그네트(55)와 제2 홀딩포인트(P2) 간에 부하가 발생하여 암 레버(57)의 각속도가 느려지는 현상이 발생하였고 이에 따라, 블레이드의 동작 속도가 감소하게 되므로 고해상도의 영상을 획득하는데 있어 방해 요인이 되었다.

상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 U자형 요크의 제1 및 제2 홀딩포인트를 마그네트 중심부의 이동범위를 포함하도록 설정함으로써 암 레버의 동작불량을 해소하고 블레이드의 속도를 향상할 수 있는 초소형 셔터장치의 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 광통과공을 개폐하는 적어도 하나의 블레이드를 구동하기 위한 초소형 셔터장치의 액추에이터에 있어서, 인가되는 전류의 방향에 따라 양단부에 N극 및 S극이 교대로 전환되며, 상기 양단부의 길이가 서로 다른 U자형 요크; 상기 U자형 요크에 권선된 코일; 상기 U자형 요크의 양단부에 선택적으로 인접 배치되는 마그네트; 및 상기 마그네트를 선단에 구비하며, 상기 U자형 요크의 양단부에 교대로 서로 다른 자극이 형성됨에 따라 시계방향 및 반시계방향으로 회전하면서 상기 블레이드를 구동하는 암 레버를 포함하며, 상기 U자형 요크의 양단부는 각각 자계가 가장 강한 제1 홀딩포인트 및 제2 홀딩포인트를 형성하고, 상기 마그네트의 자계가 가장 강한 마그네트 중앙부의 이동범위(θ1)는 상기 제1 및 제2 홀딩포인트 간의 설정범위(θ3)에 포함되는 것을 특징으로 하는 초소형 셔터장치의 액추에이터를 제공한다.

상기 U자형 요크는 상기 마그네트와 마주하는 양단부의 각 부분이 상기 암 레버의 회전에 따라 형성되는 상기 마그네트의 회전궤적에 대응하는 곡률로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 제1 및 제2 홀딩포인트(P1,P2)는 상기 U자형 요크의 양단부 곡면이 이루는 가상의 원주(R2)상에 위치하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 본 발명에 있어서는, U자형 요크의 제1 및 제2 부분에 위치하는 제1 및 제2 홀딩포인트(P1,P2)가 마그네트 중앙부의 이동범위(θ1)를 포함하도록 더 넓은 설정범위(θ3)로 이루어짐에 따라, 암 레버의 동작불량을 근본적으로 해결할 수 있고, 셔터장치에 외부 충격이 가해지는 경우에도 암 레버가 광통과공을 폐쇄하는 위치나 또는 광통과공을 일부만 개방하는 위치에만 지속적으로 멈추는 동작 불량을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 블레이드의 속도를 종래기술에 비하여 약 10% 정도 향상시킴으로써 고해상도 촬영에 더 유리하게 작용하는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 종래 초소형 셔터장치의 액추에이터를 나타내는 개략도,
도 3은 종래 초소형 셔터장치의 액추에이터의 U자형 요크의 제1 및 제2 홀딩포인트에 대한 암 레버의 구동각도를 나타내는 개략도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 셔터장치를 나타내는 분해사시도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 셔터장치의 액추에이터의 암 레버의 동작범위를 나타내는 개략도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 셔터장치의 액추에이터의 U자형 요크의 제1 및 제2 홀딩포인트에 대한 암 레버의 구동각도를 나타내는 개략도,
도 8및 도 9는 본 발명 및 종래기술에 따른 블레이드의 광통과공 폐쇄속도에 대한 실험 데이터를 각각 나타내는 테이블이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 셔터장치의 액추에이터의 구성을 설명한다.

도 4를 참고하면, 상기 본 실시예의 초소형 셔터장치는 광통과공(101)을 갖는 하우징(100)과, 상기 하우징(100)에 결합되며 상기 광통과공(101)에 대응하는 관통공멍(111)을 갖는 커버(110)와, 상기 광통과공(101)을 개폐하기 위한 한 쌍의 블레이드(131,133)와, 상기 한 쌍의 블레이드(131,133)를 구동하기 위한 액추에이터(150)를 포함한다.

이 경우 하우징(100), 커버(110) 및 한 쌍의 블레이드(131,133)는 통상의 초소형 셔터장치에 적용되는 공지된 구성으로 본 발명의 특징부분이 아니므로 상세한 설명은 생략한다.

도 5 및 도 6을 참고하면, 액추에이터(150)는 U자형 요크(151), 상기 U자형 요크(151)의 일측에 권선된 코일(153), 마그네트(155) 및 암 레버(arm lever)(157)를 포함한다.

U자형 요크(151)는 서로 다른 길이로 이루어지는 제1 부분(151a) 및 제2 부분(151b)을 포함한다. 이와 같이 제1 및 제2 부분(151a,151b)은 다른 길이로 형성됨에 따라 마그네트(155)와 대향하는 부분이 서로 상이하다.

즉, 제1 부분(151a)은 끝단부(151c)가 마그네트(155)에 대향하고 제2 부분(151b)은 내측면의 일부(151d)가 마그네트(155)에 대향한다. 이 경우, 마그네트(155)에 대향하는 제1 부분(151a)의 끝단부(151c)와 제2 부분(151b)의 내측면의 일부(151d)는 암 레버(157)에 의해 회동하는 마그네트(155)의 회전궤적(R1)에 대응하는 곡률로 형성된다.

한편, 암 레버(157) 선단에 결합된 마그네트(155)는 암 레버(157) 구동 중에 코일(153)에 전가되는 전류가 차단되는 동안 한 쌍의 블레이드(131,133)가 광통과공(101)을 개방상태 또는 폐쇄상태를 선택적으로 유지하도록 상기 제1 부분(151a) 또는 제2 부분(151b)에 인접하게 위치한다.

도 7을 참고하면, 상기와 같이 마그네트(155)가 정지하게 되는 제1 및 제2 부분(151a,151b)에는 각각 코깅력(cogging force)이 가장 강한 돌출부분에 제1 및 제2 홀딩포인트(P1,P2)가 형성된다. 상기 제1 및 제2 홀딩포인트(P1,P2)는 제1 부분(151a)의 끝단부(151c)와 제2 부분(151b)의 내측면의 일부(151d)가 이루는 가상의 원주(R2) 상에 배치된다.

이 경우 제1 및 제2 홀딩포인트(P1,P2)는 마그네트(155)의 자기장이 가장 강하게 발생하는 마그네트 중앙부(155a)의 이동범위(θ1)를 포함하는 설정범위(θ3)를 이루도록 상기 이동범위(θ1)의 바깥쪽에 있다. 이때, 상기 마그네트 중앙부(155a)의 이동범위(θ1)는 암 레버(157)의 구동각도와 동일하다. 따라서 암 레버(157)가 회전 시 마그네트 중앙부(155a)가 제1 및 제2 부분(151a,151b)에 가장 인접하게 멈추는 위치는 제1 및 제2 홀딩포인트(P1,P2)를 넘어서지 않는다.

이에 따라 블레이드(131,133)가 광통과공(101)을 폐쇄하는 경우 암 레버(157)는 제2 부분(151b) 측으로 이동하고, 마그네트 중앙부(155a)는 제2 부분(151b)에 가장 인접한 위치에서 멈추되 제2 홀딩포인트(P2)를 넘어가지 않는다. 이 상태에서 반대로 한 쌍의 블레이드(131,133)가 광통과공(101)을 개방하는 경우 암 레버(157)는 제1 부분(151a) 측으로 이동하고, 마그네트 중앙부(155a)는 제1 홀딩포인트(P1)를 넘어서지 않는 위치에서 멈춘다.

이와 같이 본 실시예는 U자형 요크(151)는 종래기술과 달리, U자형 요크(151)의 제1 및 제2 부분(151a,151b)에 위치하는 제1 및 제2 홀딩포인트(P1,P2)가 마그네트 중앙부(155a)의 이동범위(θ1)를 포함하도록 더 넓은 설정범위(θ3)로 이루어짐에 따라, 암 레버(157)의 동작불량을 근본적으로 해결할 수 있고, 셔터장치에 외부 충격이 가해지는 경우에도 암 레버(157)가 한 쌍의 블레이드(131,133)가 광통과공(101)을 폐쇄하는 위치나 일부만 개방되는 위치에만 지속적으로 멈추는 오동작을 미연에 방지할 수 있다.

한편, 도 8은 상기 테스트는 50개의 본 발명에 따른 셔터장치에 대하여 각각 블레이드(131,133)가 광통과공(101)을 완전 개방한 상태에서 폐쇄하는데 까지 걸린 시간(Ta, 단위는 ms(millisecond)임)을 측정한 테스트 결과이다. 이 경우 블레이드(131,133)의 클로징 시간(Ta)의 평균은 0.6828ms이다.

이에 반해, 도 9와 같이 종래의 셔터장치에 대한 블레이드의 클로징 시간(Tb)은 평균이 0.7602ms로 측정되었다.

이 결과를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 블레이드(131,133)의 속도가 종래에 비하여 약 10% 정도 향상되었다는 것을 알 수 있으며, 따라서 종래에 비해 고해상도 촬영에 더 유리하게 작용하는 이점이 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

100: 하우징 101: 광통과공
110: 커버 131,133: 블레이드
150: 액추에이터 151: U자형 요크
151a: 제1 부분 151b: 제2 부분
153: 코일 155: 마그네트
157: 암 레버 P1: 제1 홀딩포인트
P2: 제2 홀딩포인트

Claims

광통과공을 개폐하는 적어도 하나의 블레이드를 구동하기 위한 초소형 셔터장치의 액추에이터에 있어서,
인가되는 전류의 방향에 따라 양단부에 N극 및 S극이 교대로 전환되며, 상기 양단부의 길이가 서로 다른 U자형 요크; 상기 U자형 요크에 권선된 코일; 상기 U자형 요크의 양단부에 선택적으로 인접 배치되는 마그네트; 및 상기 마그네트를 선단에 구비하며, 상기 U자형 요크의 양단부에 교대로 서로 다른 자극이 형성됨에 따라 시계방향 및 반시계방향으로 회전하면서 상기 블레이드를 구동하는 암 레버를 포함하며,
상기 U자형 요크의 양단부는 각각 자계가 가장 강한 제1 홀딩포인트 및 제2 홀딩포인트를 형성하고,
상기 마그네트의 자계가 가장 강한 마그네트 중앙부의 이동범위(θ1)는 상기 제1 및 제2 홀딩포인트 간의 설정범위(θ3)에 포함되며,
상기 U자형 요크는 상기 마그네트와 마주하는 양단부의 일부분이 상기 암 레버의 회전에 따라 형성되는 상기 마그네트의 회전궤적에 대응하는 곡률을 갖는 곡면으로 형성되고, 상기 곡면은 상기 마그네트와 일정한 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 초소형 셔터장치의 액추에이터.
삭제
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 홀딩포인트(P1,P2)는 상기 U자형 요크의 양단부 곡면이 이루는 가상의 원주(R2)상에 위치하는 것을 특징으로 하는 초소형 셔터장치의 액추에이터.