KR101365713B1

KR101365713B1 - 오토 포커스 및 줌 모듈

Info

Publication number: KR101365713B1
Application number: KR1020087005469A
Authority: KR
Inventors: 로써 웨스터윅; 볼프럼 그르지워; 러셀 엘. 무어
Original assignee: 디지털옵틱스 코포레이션
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2014-02-21
Also published as: CN101300525B; US20070053672A1; US20110292526A1; US20090167926A1; EP1929364A2; WO2007030578A2; JP5786148B2; JP2015018275A; JP2009516857A; KR20080048023A; US8018528B2; US8564715B2; CN101300525A; KR20130041283A; EP1929364B1; US7531773B2; JP6026473B2; CA2620842A1; WO2007030578A3; JP2013092809A

Abstract

광학 모듈로서 제 1 광학 장치 그룹, 제 2 광학 장치 그룹, 그리고 이미지 센서를 포함하며, 제 1 광학 장치 그룹과 제 2 광학 장치 그룹은 이미지 센서에 포커스와 배율을 가진 이미지를 제공하도록 구성된다. 모든 광학장치 조립체는 리드 나사의(lead screws) 회전이, 리드 나사의 축을 따라서 광학 장치 그룹의 평행 이동을 야기하는 리드 나사의 나사선 형성된 부분에 결합되는 제 1 및 제 2 광학장치 그룹, 리드 나사를 회전시키는 액추에이터(actuator); 그리고 리드 나사의 회전의 감지를 허용하도록 구성된 센싱 타깃을 포함한다.

Description

오토 포커스 및 줌 모듈{AUTO FOCUS AND ZOOM MODULE}

이 특허 출원은 2005 년 9월 8일에 제출된, 함께 출원중인, 이 명세서에 참조로 병합된, "3X ZOOM MINI MODULE"이라는 제하의 U.S Provisional Pat. App. No 60/715,533의 35 U.S.C 119(e)하의 우선권을 주장한다.

본 개시는 카메라 광학장치, 특히 오토-포커스 및 줌 모듈에 관련한 것이다.

근래, 디지털 카메라 기술에 많은 발전이 이루어져 왔다. 이러한 발전의 하나는 광학 및 기계 부품의 밀리미터 및 밀리미터 이하의 디멘전으로의 보다 소형화 라고 할 수 있다. 카메라의 이동 부분들의 축소는 현대 디지털 카메라 및 광학 기술의 구현을 보다 넓은 범위의 디바이스들 안에 허용하게 해주어왔다. 이들 디바이스들은 끊임없이 또한 보다 소형화되는 형태 인자의 실시모드로 디자인되고 제조되고 있다. 예를 들어, 휴대폰, 피디에이(PDA:personal digital assitants), 및 손목 시계와 같은 상업적으로 이용가능한 개인용 전자 디바이스들은 소형(miniature) 디지털 카메라를 포함한다. 게다가, 보다 큰 형태 인자의 디바이스들 또한 추가 기능들로 채워 넣어져 있다. 예를 들어, 통상적 비디오 캠코더는 종종 "스틸" 사진 촬영을 위한 디지털 카메라 전체가 캠코더 디바이스에 모션 비디오 리코딩을 위한 메커니즘과 회로와 더불어 내장되어 있다.

보통, 그러나, 현대 디지털 카메라 구현은 다양한 제한 사항들을 격게 된다. 몇가지 이들 제한 사항들은 비용, 사이즈, 기능, 그리고 복잡도를 포함한다. 예를 들어, 사이즈의 축소와 더불어 보통 비용의 증가, 기능의 축소 및/또는 복잡도의 증가가 오게 된다.

본 발명은 광학장치 모듈을 위한 것이다. 광학 장치 모듈은 제 1 광학 장치 그룹, 제 2 광학 장치 그룹, 그리고 이미지 센서를 가진다. 제 1 광학 장치 그룹과 제 2 광학 장치 그룹은 이미지 센서에 포커스와 배율을 가진 이미지를 제공하도록 구성된다.

본 발명의 몇 가지 실시모드에서, 광학 장치 모듈은 제 1 리드 나사의 나사선 형성된 부분에 연결된 제 1 광학 장치 그룹을 포함한다. 제 1 리드 나사의 회전은 제 1 리드 나사의 축을 따른 제 1 광학 장치 그룹의 병진이동을 야기한다. 제 1 액추에이터는 제 1 리드 나사를 회전시킨다. 제 1 센싱 타깃은 제 1 리드 나사의 회전을 감지하는 것을 허용하도록 구성된다. 본 발명의 몇 가지 실시모드에서 광학 장치 모듈은 제 2 리드 나사의 나사선 형성된 부분에 결합되는 제 2 광학 장치 그룹을 더 포함한다. 제 2 리드 나사의 회전은 제 2 리드 나사의 축을 따라서 제 2 광학장치 그룹의 평행 이동을 야기한다. 제 2 액추에이터는 제 2 리드 나사를 회전시킨다. 센싱을 위한 제 2 수단은 제 2 리드 나사의 회전을 감지하도록 구성된다.

하우징이 또한 포함될 수 있다. 제 1 광학 장치 조립체, 제 2 광학 장치 조립체는 하우징 내부에 장착된다.

제 1 센싱 타깃은 제 1 리드 나사의 축 또는 회전 주위로 대칭인 교대하는 패턴으로 배열된 상이한 광학 성질의 인접한 지역들을 가지는 닫힌 표면을 포함할 수 있다. 제 2 센싱 타깃은 제 2 리드 나사의 축 또는 회전 주위로 대칭인 교대하는 패턴으로 배열된 상이한 광학 성질의 인접한 지역들을 가지는 닫힌 표면을 포함할 수 있다. 바람직하게 제 2 센싱 타깃은 제 2 리드 나사를 따른 제 2 광학장치 그룹의 병진이동의 측정을 허용하도록 구성된다. 제 1 센싱 타깃은 제 1 리드 나사를 따른 제 1 광학장치 그룹의 병진이동의 측정을 허용하도록 구성된다. 가장 바람직하게, 제 1 센싱 타깃은 10 마이크론 보다 적은 분해능로 적어도 10mm의 범위에 걸친 측정을 허용한다. 제 2 센싱 타깃은 10 마이크론 보다 적은 분해능로 적어도 2mm의 범위에 걸친 측정을 허용한다.

몇가지 실시모드에서, 제 1 리드 나사는 제 1 외부 쓰레드 직경을 가진 나사선 형성된 부분, 제 1 외부 직경을 가진 비-쓰레드화 부분, 그리고 제 1 액추에이터 정합(registering) 특징부(feature)를 가진다. 제 1 광학장치 그룹은 제 1 광학장치 리드 나사의 나사선 형성된 부분에 결합되어 제 1 리드 나사의 회전이 제 1 리드 나사의 축을 따른 제 1 광학장치 그룹의 병진이동의 결과를 가져오게 한다. 제 1 기어래쉬(gearlash) 방지 스프링은 제 1 광학장치 그룹이 제 1 리드 나사의 비-쓰레드화 부분으로 편향(bias) 하도록 구성된다. 제 1 실린더형 진동 액추에이터는 제 1 리드 나사를 회전시킨다. 제 1 실린더형 진동 액추에이터는 비-쓰레드화 부분 위에 그리고 제 1 리드 나사의 액추에이터 정합 형상부에 맞대어 하우징과 제 1 액추에이터 모두와 접하는 제 1 프리로드 스프링의 스프링 힘에 의해서 고정된다. 제 1 실린더형 진동 액추에이터는 하우징으로의 유연한 커플링에 의해서 노드 포인트에서 한정된다. 센싱을 위한 제 1 수단은 제 1 리드 나사의 회전을 감지한다.

몇 가지 실시모드에서, 제 1 외부 쓰레드 직경은 제 1 외부 직경보다 크다. 다른 실시모드에서 제 1 외부 쓰레드 직경은 제 1 외부 직경보다 작다. 또 다른 실시모드에서, 제 1 외부 쓰레드 직경과 제 1 외부 직경은 같다.

몇가지 실시모드에서 제 2 리드 나사는 제 2 외부 쓰레드 직경을 가진 나사선 형성된 부분, 제 2 외부 직경을 가진 비-쓰레드화 부분, 그리고 제 2 액추에이터 정합 형상부를 가진다. 제 2 광학장치 그룹은 제 2 리드 나사에 결합되어 제 2 리드 나사의 회전이 제 2 리드 나사의 축을 따른 제 2 광학장치 그룹의 병진이동의 결과를 가져오게 한다. 제 2 기어래쉬 방지 스프링은 제 2 광학장치 그룹이 제 2 리드 나사의 비-쓰레드화 부분으로 편향(bias) 하도록 구성된다. 제 2 실린더형 진동 액추에이터는 제 2 리드 나사를 회전시킨다. 제 2 실린더형 진동 액추에이터는 비-쓰레드화 부분 위에 그리고 제 2 리드 나사의 액추에이터 정합 특성부에 맞대어 하우징과 제 2 액추에이터 모두와 접하는 제 2 프리로드 스프링에 의해서 고정된다. 제 2 실린더형 진동 액추에이터는 하우징으로의 유연한 커플링에 의해서 노드 포인트에서 한정된다. 센싱을 위한 제 2 수단은 제 2 리드 나사의 회전을 감지한다.

바람직하게, 제 1 액추에이터 정합 형상부는 제 1 리드 나사의 나사선 형성된 부분과 비-나사선 형성된 부분 사이에 위치된다. 또한 바람직하게, 제 2 액추에이터 정합 형상부는 제 2 리드 나사의 나사선 형성된 부분과 비-나사선 형성된 부분 사이에 위치된다.

몇 가지 실시모드에서, 제 2 외부 쓰레드 직경은 제 2 외부 직경보다 크다. 다른 실시모드에서 제 2 외부 쓰레드 직경은 제 2 외부 직경보다 작다. 또 다른 실시모드에서, 제 2 외부 쓰레드 직경과 제 2 외부 직경은 같다.

본 발명의 몇 가지 실시모드는 스탠딩 웨이브 패턴으로 그 안에 위치된 새프트를 회전시키도록 진동하는(oscillate) 타입의 실린더형 진동 액추에이터를 포함하는 오토 포커스 및 줌 모듈에 관련한 것이다. 이들 실시모드에 따른 오토 포커스 및 줌 모듈은 하우징, 광학장치 조립체, 그리고 이미지 센서를 포함하며, 여기서 광학 장치 그룹은 포커스와 배율을 가진 이미지를 이미지 센서에 제공하도록 구성된다. 광학 장치 조립체는 외부 쓰레드 직경을 가지는 나사선 형성된 부분, 외부 직경을 가지는 비-나사선 형성된 부분, 그리고 액추에이터 정합 형상부를 포함하는 리드 나사를 포함한다. 광학 장치 그룹은 리드 나사의 나사선 형성된 부분에 결합되어 리드 나사의 회전이 리드 나사의 축을 따른 광학 장치 그룹의 병진이동을 야기하게 한다. 실린더형의 진동 액추에이터는 하우징 및 액추에이터 모두와 접하는 프리로드 스프링에 의해서 비-나사선 형성된 부분 위에 그리고 리드 나사의 액추에이터 정합 형상부에 맞대어 고정되며 그리고 하우징에 대한 유연한 커플링에 의해서 바람직한 스탠딩(standing) 웨이브 패턴의 노드 포인트에서 한정되는 리드 나사를 회전시킨다. 센싱을 위한 수단은 리드 나사의 회전을 감지한다. 바람직하게, 액추에이터 정합 형상부는 나사선 형성된 부분과 비-나사선 형성된 부분의 사이에 위치된다.

본 발명의 몇 가지 실시모드에서, 오토-포커스 및 줌 모듈은 제 1 가이드 핀(pin), 제 2 가이드 핀, 제 1 광학 장치 조립체, 제 2 광학 장치 조립체, 그리고 이미지 센서를 포함하며, 여기서 제 1 광학 장치 그룹 및 제 2 광학 장치 그룹은 포커스와 배율을 가진 이미지를 이미지 센서에 제공하도록 구성된다.

몇 가지 실시모드에서, 제 1 광학 장치 조립체는 제 1 외부 쓰레드 직경을 가지는 나사선 형성된 부분, 제 1 외부 직경을 가지는 비-나사선 형성된 부분, 그리고 액추에이터 정합 형상부가 나사선 형성된 부분과 비-나사선 형성된 부분 사이에 위치되는 액추에이터 정합 형상부를 포함하는 제 1 리드 나사를 포함한다. 제 1 광학장치 그룹은 반대하여 배열되고 제 1 리드 나사의 나사선 형성된 부분과 연결되도록 구성된 두 개의 나사선 형성된 커플링 암들의 제 1 스프링-힌지된 조립체를 포함한다. 따라서, 제 1 리드 나사의 회전은 제 1 리드 나사의 축을 따른 제 1 광학 장치 그룹의 병진이동의 결과를 가져온다. 스프링 힌지 조립체는 제 1 가이드 핀과 제 2 가이드 핀에 연결된다. 제 1 액추에이터는 제 1 리드 나사를 회전시킨다. 센싱의 제 1 수단은 제 1 리드 나사의 회전을 감지한다.

본 발명의 몇 가지 실시모드는 나사선 형성된 리드 나사를 드라이브(drive) 요소로 사용하여 시스템에서의 백래쉬(backlash)를 방지하는 방법에 관련한 것이다. 방법은 축과 쓰레드 깊이 및 쓰레드 피치를 가지는 나사선 형성된 지역을 가지는 리드 나사를 제공하는 단계들을 포함한다. 다수의 톱니가 달린 커플링 암들의 스프링-힌지된 조립체는 서로 마주보게 배열되고 리드 나사의 나사선 형성된 부분과 연결하도록 구성되고, 리드 나사의 회전은 제 2 리드 나사의 축을 따른 제 2 광학 장치 그룹의 병진이동의 결과를 가져오며, 여기서 톱니가 달린 커플링 암들의 톱니들은 톱니 깊이(tooth depth)와 이 피치(tooth pitch)를 가지며, 여기서 이 깊이는 실질적으로 쓰레드 깊이보다 작고, 톱니 피치는 쓰레드 피치보다 크다.

본 발명을 따라서 광학 장치 모듈은 바람직하게 광학 장치 그룹에 연결된 프리즘 요소를 포함하며, 여기서 프리즘은 광학 장치 그룹으로 모듈의 평면에 대해서 어떤 각에 있는 이미지를 가이드한다.

본 발명의 새로운 특성은 첨부된 청구사항들에서 보여진다. 그러나, 설명의 목적 때문에, 본 발명의 몇 가지 실시모드는 다음의 도면에 보여진다.

도 1은 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 오토-포커스 및 줌 모듈의 사시도.

도 2는 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 오토-포커스 및 줌 모듈의 사시도.

도 3은 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 오토-포커스 및 줌 모듈의 리드 나사 조립체의 측면도.

도 4는 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 오토-포커스 및 줌 모듈의 단면도.

도 5a는 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 오토-포커스 및 줌 모듈의 단면 사시도.

도 5b는 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 오토-포커스 및 줌 모듈의 단면 사시도.

도 5c는 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 오토-포커스 및 줌 모듈의 단면 사시도.

도 6은 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 오토-포커스 및 줌 모듈의 측면도.

도 7a는 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 오토-포커스 및 줌 모듈에서 사용된 커플링 메커니즘의 개략적 단면도.

도 7b는 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 다른 피치의 쓰레드를 사용한 커플링을 도시한 도면.

도 8a는 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 거리 센서를 개략적으로 도시한 도면.

도 8b는 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 거리 센싱 동안 일어나는 빔 스프레딩을 개략적으로 도시한 도면.

도 8c는 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 거리 센싱 동안 일어나는 빔 스프레딩을 개략적으로 도시한 도면.

도 9a는 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 거리 센싱 동안 일어나는 빔 스프레딩의 개략적 도시에 있어서 거리 센싱을 위한 직접 이미징 솔루션을 개략적으로 도시한 도면.

도 9b는 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 거리 센싱을 위한 렌즈-근거의 이미징 솔루션을 개략적으로 도시한 도면.

도 9c는 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 거리 센싱을 위한 핀홀-근거의 이미징 솔루션을 개략적으로 도시한 도면.

도 10은 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 위치 센싱을 위한 조립체의 전개 사시도.

도 11은 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 위치 센싱을 위한 조립체의 전개 사시도.

도 12a는 본 발명의 몇 가지 실시모드와 일치하는(consistent with) 액추에이터 마운트를 도시하는 조립체의 부분의 단면도.

도 12b는 본 발명의 몇 가지 실시모드와 일치하는 액추에이터 마운트를 도시하는 조립체의 부분의 단면도.

도 12c는 본 발명의 몇 가지 실시모드와 일치하는 액추에이터 마운트를 도시하는 조립체의 부분의 단면도.

도 12d는 본 발명의 몇 가지 실시모드와 일치하는 액추에이터 마운트를 도시하는 조립체의 부분의 단면도.

다음의 기술에서 설명의 목적을 위해서 다수의 세부 설명과 대안들이 설명된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이들 특정적 세부사항의 사용없이 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 경우에, 잘 알려진 구조와 디바이스들은 불필요한 세부사항으로 본 발명의 기술을 불명확하게 하지 않도록 블록 다이어그램 형태로 도시된다.

A. 구조적

도 1은 본 발명의 몇 가지 실시모드에 따른 오토-포커스 및 줌 모듈(1000)을 도시한다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 모듈(1000)은 전면 광학 장치 그룹(400), 후미 광학 장치 그룹(500), 이미지 센서(1010)를 포함한다. 전면 광학 장치 그룹(400)과 후미 광학 장치 그룹(500)은 전형적으로 렌즈와 같은 하나 또는 그 이상의 광학적 요소를 포함한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 모듈(1000)은 전면 광학 장치 그룹(400)과 후미 광학 장치 그룹(500) 모두에 몇 개의 광학 렌즈들을 포함한다. 그러나, 당업자는 광학 장치 그룹들에 대해서 보다 복잡하고 보다 단순한 장치들을 인지할 것이다.

B. 조립체 세부사항

도 1 및 도 2는 모듈(1000)의 보다 상세한 사항을 도시한다. 몇 가지 실시모드의 모듈은 서로에 연결되고 가이드 핀에 의해서 정렬되는 전면 및 후미 하우징을 포함한다. 가이드 핀들은 더 나아가 배럴들의 움직임을 가이드하기 위해 사용된다. 도 5a는 하우징을 도시하며, 후미 컴포넌트(1050)와 전면 컴포넌트(1060)를 포함하며, 이는 모듈(1000)의 다양한 조립체들을 위한 구조적 프레임을 제공한다. 리드 나사 조립체들(200, 300)과 가이드 핀들(600, 700)은 하우징에 연결된다. 이 커플링은 컴포넌트들을 서로와 이미지 센서(1010)의 타깃 지역(1012)에 대해서 위치시키고 고정시키며, 타깃 지역(1012)에 배율과 줌을 가진 이미지를 제공할 수 있는 오토-포커스 및 줌 모듈을 위한 새시를 제공한다.

전면 하우징에는 전면 배럴 그리고 선택적으로 프리즘이 부착된다. 모듈의 하우징은 바람직하게 케이싱과 커버 메커니즘을 더 포함한다. 커버 메커니즘은 바람직하게 광 누출 및 먼지 오염이 모듈의 내부 컴포넌트, 특히 렌즈 그룹들과 이미지 센서에 영향을 미치지 못하도록 한다. 후미 하우징에는 이미지 센서, 그리고, 선택적으로, 적외선(IR) 필터 및/또는 저역 통과(low pass) 필터가 부착된다.

이미지 센서

도면에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(1010)는 바람직하게 평면에을 한정한다. 도 1에서, 이 평면은 x-y 평면에 평행하다. 전형적으로, 모듈(1000)은 z-축과 평행한 이미지 벡터를 따라서 이미지 센서(1010)에 이미지를 제공하도록 구성된다.

가이드 핀

도 1은 몇 가지 실시모드에 따른 오토-포커스 및 줌 모듈을 위한 가이드 핀 장치를 도시한다. 몇 가지 실시모드는 한 쌍의 가이드 핀을 포함하며, 한편 다른 실시모드들은 상이한 수의 가이드 핀들을 사용한다. 이들의 수에 관계없이, 가이드 핀들(600, 700)은 전형적으로 후미 배럴(530)과 전면 배럴(430)이 이미지 센서(1010)에 상대적으로 이동하도록 허용하기 위해서 모듈(1000)의 선형 축을 따라 서 장착된다. 모듈(1000)에서, 제 1(primary) 가이드 핀(600)과 제 2 (secondary) 가이드 핀(700)은 이들의 축들이 서로와 z-축에 실질적으로 평행하도록 정렬된다. 더 나아가, 리드 나사 조립체(200, 300)은 또한 이들의 축들이 서로와, z-축, 그리고 가이드 핀들(600, 700)에 실질적으로 평행하도록 배열된다.

전형적으로, 가이드 핀들(600, 700)은 이미지 센서(1010)의 이미지 벡터의 반대 면들 상의 하우징의 전면 컴포넌트(1050)와 후미 컴포넌트(1060)에 연결된다. 그러나, 당업자는 다른 구성이 가능하다는 것을 인지할 것이다. 리드 나사(200, 300)은 전형적으로 이미지 센서(1010)의 동일 면상의 하우징의 전면 컴포넌트(1050) 및 후미 컴포넌트(1060)에 연결된다.

몇 가지 실시모드에서, 기이드 핀들(600, 700)에 의해서 후미 배럴(530)에 제공되는 운동의 범위는 근사적으로 7 밀리미터이다. 몇 가지 실시모드에서, 가이드 핀들(600, 700)에 의해서 전면 배럴(430)에 제공되는 운동의 범위는 근사적으로 2 밀리미터이다. 이 운동의 범위 때문에, 몇 가지 실시모드의 가이드 핀들(600, 700)은 종종 모듈(1000)의 형태 인자(form factor)에 영향을 준다. 따라서, 몇 가지 실시모드는 모듈(1000)의 형태 인자를 수정하거나 및/또는 숨기는(conceal) 수단을 더 포함한다.

프리즘 형상부

선택사항의 프리즘 형상부가 또한 포함될 수 있다. 이 형상부는 오토-포커스 및 줌 모듈이 다양한 배향으로 위치되고 및/또는 장착되도록 해준다. 예를 들어, 특정 구현의 수평 폭은 종종 모듈이 바람직하게 인클로저(enclosure)의 수직 평면에 길이방향으로 위치되는 식으로 한정된다. 이 배향은 가이드 핀들을 따른 전면 및 후미 배럴들의 운동 범위가, 위에 기술된 바와 같이, 작은 폭 및/또는 깊이 형태 인자를 가지는 디바이스로 구현되게 해준다.

도 1 및 도 5b는 이들 실시모드의 몇 가지의 프리즘 형상부를 도시한다. 도 1은 전면 배럴(430)에 장착된 프리즘(100)을 가진 모듈(1000)을 포함한다. 프리즘(100)은 전면 배럴(430)에 대해서 어떤 각으로 이미지로부터의 광을 재인도한다(redirect). 위에 기술된 바와 같이, 전면 배럴(430)은 전형적으로 전면 렌즈 그룹을 수용한다. 전면 렌즈 그룹은 도 5b에 도시된 전면 렌즈(440)과 같은 하나 또는 그 이상의 전면 광학 요소들을 포함한다. 따라서, 프리즘(100)은, 모듈(1000)이 전형적으로 조망되거나 및/또는 사진 찍히는 주제물에 대해서 어떤 각으로 고정되는 디바이스 안에서 다양한 배향으로 위치되게 해준다.

도 5b는 몇 가지 실시모드에 따라서 모듈(1000) 상에 장착된 작은 형태 인자의 프리즘(100)을 도시한다. 이들 실시모드에서, 프리즘 홀더와 프리즘 브래킷의 조합이 유리하게 프리즘을 모듈(1000)의 전면 렌즈(440)에 인접하게 장착시킨다. 위에 기술된 바와 같이, 프리즘(100)은 전형적으로 모듈(1000)의 전면 렌즈(440)에 대해서 어떤 각에 있는 주제물 이미지로부터 빛을 재인도한다.

렌즈 시스템

도면에 도시된 바와 같이, 후미 광학 장치 그룹(500)과 전면 광학 장치 그룹(400)은 미리 정해진 구조를 가지고 있다. 후미 광학 장치 그룹(500)은 후미 배럴(530), 후미 가이드 슬리브(510), 그리고 후미 가이드 슬롯(520)을 더 포함한다. 후미 배럴은 전형적으로 하나 또는 그 이상의 렌즈들 또는 다른 광학 요소들을 수용한다. 도시된 바와 같이, 후미 배럴(530)은 후미 렌즈(540)을 수용한다. 후미 배럴(530)은 중앙 축을 가지는 실질적으로 실린더형 몸체이다. 후미 렌즈(540)는 후미 배럴(530)의 축을 따라서 빛을 인도하도록 구성된다. 후미 가이드 슬리브(510)는, 후미 배럴(530)의 중앙 축과 후미 가이드 슬리브(510)의 축이 실질적으로 평행하도록 후미 배럴(530)과 연결된, 연장된, 실질적으로 실린더형의 몸체이다. 후미 가이드 슬롯(520)은 실린더와 인터페이스하도록 구성된 슬롯이 있는 형상부이다.

전면 광학 장치 그룹(400)은 전면 배럴(430), 전면 가이드 슬리브(410), 그리고 전면 가이드 슬롯(420)을 더 포함한다. 전면 배럴은 전형적으로 (예를 들어 도 5B의) 전면 렌즈(440)를 수용한다. 전면 배럴(430)은 실질적으로 중앙 축을 가지는 실린더 형 몸체이다. 전면 렌즈(440)는 전면 배럴(430)의 중앙 축을 따라서 빛을 인도하도록 구성된다. 전면 가이드 슬리브(410)는 전면 배럴(430)의 중앙 축과 전면 가이드 슬리브(410)의 축이 실질적으로 평행하도록 전면 배럴(430)과 연결된, 연장된, 실질적으로 실린더형의 몸체이다. 전면 가이드 슬롯(420)은 실린더와 인터페이스하도록 구성된 슬롯이 있는 형상부이다.

렌즈-가이드 핀 인터페이스

이제 도 5b에 참조하여, 전면 광학 장치 그룹(400)은 전면 가이드 슬리브(410)을 포함하며, 상기 슬리브는 제 1 가이드 핀(600)과 연결한다. 도시된 바와 같이, 전면 가이드 슬리브(410)는 전면 배럴(430)에 대해 실질적으로 연장된다. 또한, 전면 가이드 슬리브(410)은 전면 배럴(430)과 단단하게 연결된다. 이 구성은, 가이드 핀(600)이 z-축을 따라 놓인다는 가정아래, 전면 광학 장치 그룹(400)이 제 1 가이드 핀(600)에 대해서 y-z 평면 또는 x-z 평면 안에서 회전하지 못하게 하지만, x-y 평면에서의 회전은 허용한다. 후미 광학 장치 그룹(500)은 후미 가이드 슬리브(510)를 포함하며, 상기 슬리브는 제 1 가이드 핀(600)과 연결한다. 도시된 바와 같이, 후미 가이드 슬리브(510)는 후미 배럴(530)에 상대적으로 실질적으로 연장되어 있다. 더 나아가, 후미 가이드 슬리브(510)는 후미 배럴(530)과 단단하게 연결된다. 이 구성은, 가이드 핀(600)이 z-축을 따라 놓인다는 가정아래, 후미 광학 장치 그룹(500)이 제 1 가이드 핀(600)에 대해서 y-z 평면 또는 x-z 평면 안에서 회전하지 못하게 하지만 x-y 평면에서의 회전은 허용한다.

이제 도 1을 참조로 하여, 전면 광학 장치 그룹(400)은 또한 전면 가이드 슬롯(420)을 포함하며, 제 2 가이드 핀(700)과 결합하도록 구성된다. 가이드 슬롯(420)과 제 2 가이드 핀(700) 사이의 커플링은 전면 광학 장치 그룹(400)이 가이드 핀들(600, 700)에 상대적으로 x-y 평면 내에서 회전하지 못하게 한다. 전면 광학 장치 그룹(400)과 가이드 핀들(600, 700) 사이의 커플링은 전면 광학 장치 그룹(400)이 두 개의 가이드 핀들에 의해서 정의된 축을 따라서 (도 1의 z-축) 병진이동하는 것을 허용하나, 이 축에 수직인 어느 축을(여기서 x및 y 축) 따라서도 움직이지 못하게 한다.

후미 광학 장치 그룹(500)은 또한 후미 가이드 슬롯(520)을 포함하며, 제 2 가이드 핀(700)과 연결하도록 구성된다. 가이드 슬롯(520) 그리고 제 2 가이드 핀(700) 사이의 커플링은 후미 광학 장치 그룹(500)이 가이드 핀(600, 700)의 어느 것에 대해서도 상대적으로 x-y 평면 안에서 회전하지 못하게 한다. 후미 광학 장치 그룹(500) 그리고 가이드 핀들(600, 700) 사이의 커플링은 후미 광학 장치 그룹(500)이 두 개의 가이드 핀들에 의해서 정의된 축을(도 1의 z-축)따라서 병진이동하는 것을 허용하나, 이 축에 수직인 어느 축을(여기서 x및 y 축) 따라서도 움직이지 못하게 한다.

리드 나사 조립체들

도 3에 참조하여, 예시 리드 나사 조립체(300')가 후미 컴포넌트(1050') 그리고 전면 컴포넌트(1060')를 포함하는 단면의 하우징과 연결된 것이 도시된다. 리드 나사 조립체(300')는 리드 나사(1) 주위에 구성된다. 조립체는 액추에이터(10), 커플링 너트(35), 그리고 센싱 타깃(50)을 포함한다. 이에 더해, 조립체는 프리로드 스프링(20) 그리고 반-기어래쉬 스프링(40)을 포함한다. 리드 나사(1)는 나사선 형성된 지역(5) 그리고 두 개의 비-나사선 형성된 지역들을 포함한다. 액추에이터(20)는 제 1 비-나사선 형성된 지역과 연결되며, 반면에 센싱 타깃(50)은 제 2 비-나사선 형성된 지역에 연결된다. 하우징에 연결될 때, 리드 나사 조립체(300')는 후미 컴포넌트(1050')와 전면 컴포넌트(1060')의 특수화된 형상부와 접촉한다. 이들 형상부는 리드 나사 유지 오목부(well)(1051, 1065)과 기어래쉬 스프링 기준 형상부(1063)를 포함한다. 바람직하게, 이들 형상부들은 리드 나사들의 회전을 용이하게 해주도록 구성된 베어링들을 포함한다.

도 5c는, 도 3에 도시된 타입의, 리드 나사 조립체(300)가 전면 컴포넌 트(1060) 그리고 후미 컴포넌트(1050)을 포함하는 단면의 하우징과 연결되는 것을 도시한다. 도시된 바와 같이, 리드 나사(300)의 축은 후미 광학 장치 그룹(500) 그리고 전면 광학 장치 그룹(400)의 렌즈 그룹을 통해서 형성되는 광학 경로와 평행하다.

센싱 타깃

본 발명의 몇 가지 실시모드를 따른 리드 나사 조립체는 센싱 타깃을 포함한다. 도 3의 리드 나사 조립체(300')는 리드 나사 유지 오목부(1063)과 기어래쉬 스프링 기준 형상부(1063) 사이에 위치되는 센싱 타깃(50)을 포함한다. 전형적으로, 센싱 타깃은 리드 나사의 제 2 비-나사선 형성된 지역의 정합 형상부와 인터페이스하는 형상부를 포함한다. 예를 들어, 도 5a에 도시된 부분 단면도에서 보여지는 바와 같이, 리드 나사(260)는 그 비-나사선 형성된 지역안에 정합 형상부를 포함한다. 도시된 바와 같이, 리드 나사(260)의 제 2 비-나사선 형성된 지역은 센서 타깃-정합 형상부(261)를 포함한다. 레지스터일 형상부(261)는 센싱 타깃의 상응하는 형상부와 인터페이스하도록 구성된다.

액추에이터(Actuator)

액추에이터(20)는 제 1 비-나사선 형성된 지역의 부분에 걸쳐서 위치된다. 전형적으로, 액추에이터(20)는 리드 나사(1)의 제 1 비-나사선 형성된 지역의 정합 형상부와 인터페이스하는 형상부를 포함한다. 예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이, 리드 나사(260)는 액추에이터-정합 형상부(263)를 그 제 1 비-나사선 형성된 지역 내에 포함한다. 액추에이터-정합 형상부(263)와 액추에이터(220)의 상응하는 형상부는 서로 인터페이스하도록 구성된다.

더 나아가, 액추에이터(20)는 전형적으로 하우징에 다수의 수단으로 연결된다. 리드 나사 조립체(300')에서, 프리로드 스프링(10)은 액추에이터(20)를 하우징의 후미 컴포넌트(1050)에 연결하여, 액추에이터(20)가 리드 나사(1)의 기준 형상부에 맞닿도록 강제한다. 또 다른 예시에서, 도 5a의 리드 나사 조립체(200)는, 액추에이터(220)의 형상부가 리드 나사(260)의 액추에이터-정합 형상부(263)에 맞닿도록 강제하도록, 하우징의 후미 컴포넌트(1050)와 액추에이터(220) 모두에 스프링 힘을 행사하는 프리로드 스프링(210)을 포함한다. 액추에이터, 프리로드 스프링, 그리고 정합 형상부(들)의 다른 구성은 도 12a 내지 도 12d를 참조로 아래에 논의된다.

또 다른 커플링 수단은 액추에이터 접촉 패드(예를 들어 도 1의 1023, 1022)이며, 이는 액추에이터의 부분을 하우징에 상대적으로 고정된 위치에 유지하여, 액추에이터가 회전 모드에서 리드 나사를 진행시키게 해준다. 예를 들어, 액추에이터 접촉 패드(1020)는 액추에이터(20)가 하우징에 상대적으로 회전하지 못하게 해준다.

액추에이터(20)를 리드 나사에 연결하는 것에 더하여, 프리로드 스프링(10)은 리드 나사가 회전하는 베어링들에 프리로드를 제공한다. 전형적으로 베어링들은 하우징에 연결되어 있으며 리드 나사 유지 오목부들(1051, 1065)에 위치된다. 몇 가지 실시모드에서, 추가 베어링들이 기어 래쉬 스프링 기준 형상부(1063)에 위치된다. 적절하게 기능하기 위해서, 다수의 베이링 디자인들이 어떤 최소 제한 힘 이 베어링의 다양한 부분을 함께 수용하도록 공급되는 것을 요구한다. 이 힘은 전형적으로 "프리로드"라고 불린다. 본 발명의 몇 가지 실시모드에서, 프리로드 스프링은 리드 나사 유지 오목부들(1051, 1065) 안에 위치된 베어링들 상에 힘을 행사한다.

본 발명은 액추에이터와 리드 나사 사이의 인터페이스를 위한 다양한 수단을 제공한다. 예를 들어, 도 12a는 본 발명에 따른, 이 경우 액추에이터(20)와 리드 나사(60) 사이의, 바람직한 인터페이스를 도시한다. 액추에이터(20)는 리드 나사(60)의 비-나사선 형성된 지역에 연결된다. 액추에이터(20)의 형상부는, 하우징(1)과 액추에이터(20)에 대해서 힘을 행사하는, 프리로드 스프링(10)에 의해서, 리드 나사(60)의 액추에이터-정합 형상부(63)와 맞닿도록 강제된다. 이 예시에서, 액추에이터-정합 형상부(63)는, 비-나사선 형성된 지역이 나사선 형성된 지역보다 작은 외부 직경을 가지는, 리드 나사(60)의 비-나사선 형성된 지역과 나사선 형성된 지역 사이에 위치되며, 그리고 제 2 상대적으로 짧은 비-나사선 형성된 지역은 액추에이터-정합 형상부(63)와 나사선 형성된 지역 사이에 위치된다.

또 다른 예시에서, 도 12b는 본 발명에 따른, 이 경우 액추에이터(20')와 리드 나사(60') 사이의, 인터페이스를 도시한다. 액추에이터(20')는 리드 나사(60')의 비-나사선 형성된 지역에 연결된다. 액추에이터(20')의 형상부는, 하우징(1)과 액추에이터(20')에 대해서 힘을 행사하는, 프리로드 스프링(10)에 의해서, 리드 나사(60')의 액추에이터-정합 형상부(63')와 맞닿도록 강제된다. 이 예시에서, 액추에이터-정합 형상부(63)는 리드 나사(60)의 비-나사선 형성된 지역과 나사선 형성된 지역 사이에 위치되며, 여기서 비-나사선 형성된 지역과 나사선 형성된 지역은 근사적으로 같은 외부 직경을 가진다.

또 다른 예시에서, 도 12c는 본 발명에 따른, 이 경우 액추에이터(20'')와 리드 나사(60'') 사이의, 인터페이스를 도시한다. 액추에이터(20'')는 리드 나사(60'')의 비-나사선 형성된 지역에 연결된다. 액추에이터(20'')의 형상부는, 하우징(1)과 액추에이터(20'')에 대해서 힘을 행사하는, 프리로드 스프링(10)에 의해서, 리드 나사(60'')의 액추에이터-정합 형상부(63'')와 맞닿도록 강제된다. 이 예시에서, 액추에이터-정합 형상부(63'')는, 비-나사선 형성된 지역이 나사선 형성된 지역보다 좁은 외부 직경을 가지는, 리드 나사(60)의 비-나사선 형성된 지역과 나사선 형성된 지역 사이에 위치되며, 그리고 제 2 상대적으로 긴 비-나사선 형성된 지역은 액추에이터-정합 형상부(63)와 나사선 형성된 지역 사이에 위치된다.

또 다른 예시에서, 도 12d는 본 발명에 따른, 이 경우 액추에이터(20''')와 리드 나사(60''') 사이의, 인터페이스를 도시한다. 액추에이터(20''')는 리드 나사(60''')의 비-나사선 형성된 지역에 연결된다. 액추에이터(20''')의 형상부는, 하우징(2)과 액추에이터(20''')에 대해서 힘을 행사하는, 프리로드 스프링(10''')에 의해서, 리드 나사(60''')의 액추에이터-정합 형상부(63''')와 맞닿도록 강제된다. 이 예시에서, 액추에이터-정합 형상부(63''')는 리드 나사(60)의 비-나사선 형성된 지역과 나사선 형성된 지역 사이에 위치되고, 비-나사선 형성된 지역과 나사선 형성된 지역은 상대적으로 더 큰 외부 직경을 가진다. 또한, 프리로드 스프링(10''')과 하우징 부분(2)은 비-나사선 형성된 지역과 나사선 형성된 지역 사이에 위치된다.

커플링 너트

리드 나사 조립체는 전형적으로 커플링 너트를 포함한다. 바람직하게, 커플링 너트는 리드 나사의 나사선 형성된 지역과 인터페이스하도록 구성된 톱니들을(teeth) 포함한다. 커플링 너트의 톱니들은 몇가지 기능들을 수행하는데, 이는 아래서 논의된다. 전형적인 구성에서, 톱니들은 리드 나사의 회전이 리드 나사의 긴 축을 따른 커플링 너트의 병진이동을 야기하는 식으로 구성된다. 예를 들어, 도 1에서, 리드 나사(200)가 회전함에 따라, 커플링 너트(230)가 리드 나사의 z-축을 따라서 병진이동하게 된다. 병진이동의 방향은 회전의 방향과 상호 관련되며, 정확한 상호 관련성은 리드 나사 쓰레드 방향에 의존한다.

커플링 너트는 또한 전형적으로 리드 나사 쓰레드에 상대적으로 커플링 너트의 톱니들을 편향하도록 구성된 적어도 하나의 스프링을 통해서 하우징에 연결된다. 예를 들어, 도 3의 리드 나사 조립체(300')는 반-기어래쉬 스프링(40)을 포함한다. 반-기어래쉬 스프링은 바람직하게 액추에이터 프리로드 스프링과 떨어져있다. 이제 5a에 참조하여, 리드 나사 조립체(200)는 커플링 너트(230)와 하우징의 전면 컴포넌트(1060)의 기어래쉬 스프링 기준 형상부(1063) 사이에 위치된 반-기어래쉬 스프링(240)을 포함하고, 이들 각각에 대해서 스프링 힘을 행사한다. 또한, 프리로드 스프링(210)은 액추에이터(220)와 리드 나사 유지 오목부(1051)에 인접한 후미 컴포넌트(1050)의 면 사이에 위치되며, 이들 각각에 대해서 스프링 힘을 행사한다.

더나아가, 반-기어래쉬 스프링은, 두 스프링들의 스프링 힘들이 기계적으로 서로로부터 격리되는 식으로, 선적재 스프링으로부터 떨어져서 하우징에 연결된다. 리드 나사 조립체 구성의 몇 가지 형상부들은 스프링 힘들을 격리시키는 것을 돕는다; 1) 하우징을 형성하기 위한 후미 컴포넌트(1050)와 전면 컴포넌트(1060) 단단한 커플링 2) 리드 나사(260)의 강도, 3) 리드 나사(260)의 나사선 형성된 지역(205)이 커플링 너트(230)의 축상 운동을 제한하며, 그리고 4) 액추에이터-정합 형상부(263)가 액추에이터(200)의 축상 운동을 제한하게 된다.

렌즈-커플링 너트 인터페이스

이제 도 6에 참조하여, 전면 광학 장치 그룹(400)과 후미 광학 장치 그룹(500)의 제 1 가이드 슬리브(410, 510)는(예를 들어 도 2에 도시된), 각각, 커플링 너트(230, 330)를 통하여 리드 나사들과 결합한다. 제 1 가이드 슬리브들(410, 510) 모두는 제 1 가이드 핀(600)과 결합한다. 후미 제 1 가이드 슬리브(510)는 커플링 너트(330)의 슬롯된 형상부와 인터페이스하는 돌출하는 형상부(512)를 포함한다. 커플링 너트(330)의 돌출하는 형상부(512)와 슬롯된 형상부 사이의 인터페이스의 시시도는 도 5b에 도시된다. 슬롯된 형상부는 암들(335)에 의해서 형성되며, 기준 표면들(336)을 포함한다. 기준 표면들(336)은 커플링 너트(330)의 슬롯된 형상부 안으로 돌출하여, 돌출하는 형상부(512)를 수용할 사이즈의 갭(gap)을 형성하게 된다. 바람직하게, 갭과 돌출하는 형상부(512)는 실질적으로 두 개의 부품 사이에 제로 "유격(play)"을 가지며 함께 맞물리도록 크기를 갖는다.

유사하게, 전면 제 1 가이드 슬리브(410)는 커플링 너트(230)의 슬롯된 형상부와 인터페이스하는 돌출하는 형상부(412)를 포함한다. 슬롯된 형상부는 암들(235)에 의해서 형성되며, 기준 표면들(236)을 포함한다. 기준 표면들(236)은 커플링 너트(230)의 슬롯된 형상부 안으로 돌출하여, 돌출하는 형상부(412)를 수용할 사이즈의 갭(gap)을 형성하게 된다. 바람직하게, 갭과 돌출하는 형상부(412)는 실질적으로 두 개의 부품 사이에 제로 "유격"을 가지며 함께 맞물리도록 크기를 갖는다.

이 바람직한 구성에서, 리드 나사 축을 따른 커플링 너트의 운동은 가이드 핀을 따른 그의 대응 가이드 슬리브의 병진이동의 결과를 가져온다. 가이드 슬리브들이 각기 광학 장치 그룹의 단단하게 연결된 컴포넌트이기 때문에, 커플링 너트의 병진이동은 상대 광학 장치 그룹의 병진이동의 결과를 가져온다. 그러나, 커플링 너트와 가이드 슬리브 사이의 단순한 단단한 연결은 이러한 기능을 달성할 수 있었다. 도시된 구성은 가이드 슬리브를 커플링 너트의 비-병진이동 운동으로부터 격리시킴에 의해서 추가 이점을 제공한다. 가이드 슬리브의 기준 표면들과 돌출하는 형상부 사이의 작은 접촉 면적은 마찰을 최소화하게 도우며, 리드 나사의 축에 수직인 축방향으로 가이드 슬리브에 상대적인 커플링 너트의 운동을 허용해준다. 이 구성은 광학 장치 그룹으로부터의 커플링 너트의 대부분의 기계적 진동 또는 교란을 격리시켜준다. 더나아가, 이 격리는 오직 커플링 너트의 병진이동 자유도만 이 광학 장치 그룹의 위치지정에 대해서 요구되는 정확도를 얻기 위해 제어될 필요가 있다는 것을 의미한다.

전형적인 리드 나사 조립체에 포함되는 스프링들은 다수의 목적에 이용된다. 예를 들어 반-기어래쉬 스프링은 리드 나사 기준 형상부를 커플링 너트에 연결한다. 이 커플링은 각 요소에 대해서 스프링 힘을 행사하여, 커플링 너트가 기준 형상부로부터 기울어지게 한다.

C. 기능성

전면 광학 장치 그룹(400)은 제 1 리드 나사 조립체(200)를 포함하는 제 1 광학 장치 조립체의 부분이다. 후미 광학 장치 그룹(500)은 제 2 리드 나사 조립체(300)를 포함하는 제 2 광학 장치 조립체의 부분이다. 모듈(1000)의 다른 요소들과 함께, 제 1 및 제 2 광학 장치 조립체들은 이미지 센서(1010)에 상대적으로 광학 장치 그룹(400, 500)의 제어된 운동과 위치지정을 제공한다.

리드 나사 조립체(200)는 나사선 형성된 지역(205)을 포함한다. 커플링 너트(230)는 광학 장치 그룹(400)과 나사선 형성된 지역(205) 사이의 인터페이스를 제공하며, 리드 나사(260)의 회전을 광학 장치 그룹(400)의 평행 이동으로 변환시킨다. 리드 나사 조립체(200)의 다른 요소들과 컴비네이션으로 커플링 너트(230)는 결합없이 병진이동하며 외부 참조를 위해 광학 장치 그룹(400)의 강한 멈춤을 허용한다.

리드 나사 조립체(200)는 또한 액추에이터(220)를 포함하며, 액추에이터는 리드 나사(260)를 회전시킴에 의해서 광학 장치 그룹(400)의 운동을 수행하도록 구성된다. 리드 나사 조립체(200)의 다양한 스프링 요소들과의 컴비네이션으로 액추에이터(220)의 구성은 커플링 너트(230) 상의 높은 마찰 부하를 회피시키며 액추에이터로부터 리드 나사(260)로의 효과적인 에너지 전달을 허용하게 해준다.

리드 나사 조립체(300)는 나사선 형성된 지역(305)을 포함한다. 커플링 너트(330)는 광학 장치 그룹(500)과 나사선 형성된 지역(305) 사이의 인터페이스를 제공하며, 리드 나사(360)의 회전을 광학 장치 그룹(500)의 평행 이동으로 변환시킨다. 리드 나사 조립체(300)의 다른 요소들과 컴비네이션으로 커플링 너트(330)는 결합없이 병진이동하며 외부 참조를 위해 광학 장치 그룹(500)의 강한 멈춤을 허용한다.

리드 나사 조립체(300)는 또한 액추에이터(320)를 포함하며, 액추에이터는 리드 나사(360)를 회전시킴에 의해서 광학 장치 그룹(500)의 운동을 수행하도록 구성된다. 리드 나사 조립체(300)의 다양한 스프링 요소들과의 컴비네이션으로 액추에이터(320)의 구성은 커플링 너트(330) 상의 높은 마찰 부하를 회피시키며 액추에이터로부터 리드 나사(360)로의 효과적인 에너지 전달을 허용하게 해준다.

제 1 가이드 핀(600)과 제 2 가이드 핀(700)은, 광학 장치 그룹(400, 500) 그리고 커플링 너트(230, 330)와의 컴비네이션으로, 결합없이 이들 운동의 범위에 걸쳐서 광학 장치들 그룹의 광학 요소들의 정렬을 유지시켜준다.

리드 나사 조립체(200, 300) 안의 위치 센싱 타깃들(250, 350)의 포함은, 모듈(1000의 위치 센서들(1030)과의 컴비네이션으로, 비-선형 액추에이터들(즉, 220, 320)이 리드 나사들(260, 360)을 밀어넣도록 허용한다.

D. 작동 세부사항

가이드 핀 배열

이제 도 5b에 참조하여, 전면 광학 장치 그룹의 전면 가이드 슬리브(410)는 전면 배럴(430)의 길이에 상대적으로 연장된다(도 5a). 유사하게, 후미 광학 장치 그룹(500)은 연장된 후미 가이드 슬리브(510)를 포함하며, 이는 제 1 가이드 핀(600)과 결합한다. 이 구성은, 가이드 핀(600)이 z-축을 따라서 놓인다는 가정하에, 광학 장치 그룹(400, 500)이 제 1 가이드 핀(600)에 상대적으로 y-z 평면 또는 x-z 평면 안에서 회전하지 못하게 하나 x-y 평면 안에서의 회전은 허용한다. 더 나아가, 가이드 슬리브는 단단하게 배럴에 연결된다. 이 구성은, 가이드 핀(600)이 z-축을 따라서 놓인다는 가정하에, 광학 장치 그룹들이 제 1 가이드 핀(600)에 상대적으로 y-z 평면 또는 x-z 평면 안에서 회전하지 못하게 하나 x-y 평면 안에서의 회전은 허용한다.

이제 도 1에 참조하여, 전면 광학 장치 그룹(400)은 또한 전면 가이드 슬롯(420)을 포함하며, 제 2 가이드 핀(700)과 연결하도록 구성된다. 유사하게, 후미 광학 장치 그룹(500)은 후미 가이드 슬롯(520)을 포함한다. 가이드 슬롯들과 제 2 가이드 핀(700) 사이의 커플링은 전면 및 후미 광학 장치 그룹들이 가이드 핀들(600, 700)의 어느 하나에 상대적으로 x-y 평면 안에서 회전하는 것을 방지해준다. 전면 및 후미 광학 장치 그룹 그리고 가이드 핀들(600, 700) 사이의 커플링은 광학 장치 그룹들이 두 개의 가이드 핀들에 의해서 정의된 축을 따라서(도 1의 z-축) 병진이동하는 것을 허용해주나, 이 축에 수직인 축들의(여기서 x 및 y 축들) 어느 하나의 방향으로 운동하지 못하게 한다.

나사-렌즈 커플링

도 4, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 몇 가지 실시모드를 따른 커플링 너트와 리드 스크류 사이의 인터페이스의 보다 세부사항을 도시한다. 몇 가지 실시모드에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 리드 나사(260)의 수 쓰레드는 커플링 너트(230)의 톱니(teeth) 쓰레드와 서로 맞물린다. 그러나, 몇 가지 실시모드에서, 다른 구성이 사용된다. 예를 들어, 도 7a에 도시된 바와 같이, 커플링 너트(2230)는 바람직하게 제 1 커플링 암(2231) 및 제 2 커플링 암(2232)을 포함하며, 이들 각각은 스프링(2233)에 의해서 리드 나사(2260)에 맞대어 지도록 강요된다. 더 나아가, 커플링 너트(2230)는 가이드 슬리브(2510)와 상호작용한다. 바람직하게, 가이드 슬리브(2510) 및 커플링 너트(2230)는 '소프트'하게 연결되어 가이드 나사/가이드 핀 축들 방향으로 정렬된 운동만이 이들 둘 사이에서 평행 이동된다.

도 7b는, 커플링 암들(2231, 2232) 각각의 커플링 톱니(2231', 2232')와 리드 나사(2260)의 나사 쓰레드(2261) 사이의 인터페이스를 도시한다. 커플링 톱니(2231', 2232')는 나사 쓰레드(2261)보다 더 평평한 쓰레드 각을 가진다. 다른식으로 말하자면, 나사 쓰레드(2261)의 (방사상으로 측정된) 높이는 커플링 톱니(2231', 2232')의 높이를 초과한다. 이 구성은 톱니와 쓰레드가 상이한 피치들을 가지는 것을 필연적이게 한다. 도시된 바와 같이, 커플링 톱니(2231', 2232')의 피치는 바람직하게 나사 쓰레드(2261)의 쓰레드 피치를 초과한다. 나사 쓰레드(2261)의 피치는 바람직하게 리드 나사(2260)를 따라서 일정하다. 따라서, 커플 링 너트(2230)가 리드 나사(2260)를 따라서 운동하는 동안, 커플링 톱니(2231', 2232')의 피치 및 이들이 결합하는 쓰레드 사이에서 일정한 비가 유지된다.

커플링 톱니(2231', 2232') 와 나사 쓰레드(2261) 사이의 쓰레드 각에 있어 그레이디언트는, 스프링(2233)에 의한 커플링 암들(2231, 2232)의 강제와 컴비네이션으로, 커플링 너트(2230)의 기계적인 강한 정지를 통해서 광학 장치 그룹의 참조를 허용한다. 수 쓰레드-암 쓰레드 커플링에 있어서, 커플링 너트의 기계적인 강한 정지는 리드 나사가 회전하는 한편 결합 및 쓰레드 손상에 이를 수 있다. 반대로, 도시된 시스템에 있어서, 만일 리드 나사(2260)가 커플링 너트(2230)의 기계적인 강한 정지동안 수행되면, 가파른 나사 쓰레드(2261)가 플랫 커플링 너트 톱니(2231', 2232')에 대해 웨지로서 작용하여, 스프링(2233)을 연장시키고 커플링 암들(2231, 2232)을 서로 떨어지게 된다. 따라서, 회전 동안의 커플링 너트(2230)의 기계적인 강한 정지는 커플링 톱니(2231', 2232')를 쓰레드 톱니(2261)로부터 풀리게 만들어, 결합을 제거시킨다. 이는 참조동안 리드 나사 액추에이터의 정확한 스위칭없이 강한 기계적인 정지를 통해서 커플링 너트에 결합된 광학 장치 그룹의 위치 참조를 허용한다.

더 나아가, 그레이디언트와 스프링 힘은 커플링 톱니가 상호작용하는 두 개의 쓰레드 부분 사이의 각각의 커플링 톱니의 자연적인 중심결정(centering)을 제공한다. 스프링이 각 커플링 톱니에 고른 힘을 적용하는 한, 톱니는 자연스럽게 쓰레드 부분에 상대적으로 정의된 위치에 놓이게 된다. 이 중심결정은 매치되는 피치와 각을 갖는 너트와 볼트 사이에 일어날 수 있는 "백래쉬(Backlash)"의 사고 를 줄여준다. 백래쉬는 너트 쓰레드가 볼트 쓰레드의 그루브안에서 이동할 공간이 있을 때 볼트에 상대적으로 너트의 떨림(jittering)을 말한다.

도 3에 참조하여, 반-기어래쉬 스프링(40)은 또한 백래쉬를 방지하는 것에 일조한다. 스프링(40)은 커플링 너트(30)를 기어래쉬 스프링 기준 형상부(1063)로부터 멀리 강요하는 스프링 힘을 생성한다. 커플링 너트(30)의 톱니는 전형적으로 리드 나사의 나사선 형성된 부분(5)의 쓰레드와 맞물리며, 따라서 스프링 힘은 커플링 너트(30)의 톱니를 기어래쉬 스프링 기준 형상부(1063)에 가까운 쓰레드의 면쪽으로 밀어낸다.

액추에이터 구성

이제 도 4에 참조하여, 본 발명의 몇 가지 실시모드는 액추에이터(220)에 의해서 리드나사(260)의 회전을 허용하기 위한 리드 나사(260)로 구성된 액추에이터(220)를 포함한다. 바람직하게, 본 발명의 실시모드는 액추에이터의 효과적인 작동을 보장하도록 적합하게 된 형상부를 포함한다.

예를 들어, 본 발명의 몇 가지 실시모드는 비-쓰레드화된 새프트의 회전을 수행시키도록 구성될 수 있는 실린더 형의 진동 액추에이터를 사용한다. 이러한 타입의 예시 액추에이터들은 마찰을 통하여 비-나사선 형성된 새프트와 인터페이스하는 압전 초음파 모터들이며, 새프트가 병진이동함 없이 회전하게 해준다. 바람직하게 실린더형 액추에이터들은 진동의 공명 모드로 여기될 때 이들 안에 위치된 새프트가 회전하게 한다. 이들 액추에이터들은 이들에 대해서 실질적으로 일정한 셋의 힘들로 정의된 공간에서 유리하게 작동된다.

도 4 및 도 6은 본 발명에 따른 액추에이터들(220, 320)의 바람직한 구성을 도시한다. 위에 언급된 바와 같이, 진동 액추에이터들(220, 320)은 이들이 실질적인 일정-힘 수단에 의해서 정의된 공간안에서 연결될 때 더 높은 효율로 작동한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 프리로드 스프링(210)은 액추에이터(220)가 리드 나사의 액추에이터-정합 형상부(263)에 맞대어 지도록 강요한다. 이 커플링은 액추에이터(220)와 액추에이터-정합 형상부(263) 사이에 평균 힘(normal force)을 형성하며, 이는 액추에이터(220)와 리드 나사(260) 사이의 어떤 잠재적 마찰력을 증가시킨다. 액추에이터(220)가 마찰을 통해서 리드 나사(260)의 회전을 수행시키기 때문에, 프리로드 스프링(210)은 액추에이터(220)의 잠재적 구동력을 증가시킨다. 그러나, 액추에이터(220)와 리드 나사(260) 사이의 지나치게 높은 마찰력은 획득가능한 리드 나사 회전율을 감소시킬 수 있다. 바람직하게, 프리로드 스프링(210)의 세기는 충분히 높은 회전율을 허용하면서 효율이 최적화 되도록 선택된다.

더 나아가, 도시된 실시모드에서, 액추에이터 정합 형상부(263)와 액추에이터(220) 사이의 평균 힘은 오직 프리로드 스프링(210)에 의해서 결정된다. 반-기어래쉬 스프링(205)이 리드 나사 조립체(200)를 따르는 어떤 다른 곳에 힘들을 행사한다 하더라도, 이들 힘들은 액추에이터(200)로부터 격리된다. 액추에이터(200)는 리드 나사(260)을 따라서 병진이동하지 않으며, 액추에이터(220)와 하우징(1050) 사이의 공간은 일정하게 남는다. 따라서, 액추에이터(220)와 하우징(1050) 모두 상에 프리로드 스프링(210)에 의해서 행사되는 힘이 이들 사이의 간격에 비례하기 때문에, 힘은 액추에이터(220)의 작동 동안 실질적으로 일정하게 남는다.

도 6에 도시된 바와 같이, 프리로드 스프링(310)은 리드 나사 조립체(300) 안의 액추에이터(320)에 대해서 유사한 기능들을 제공한다. 이에 더해, 도 6은 액추에이터 접촉 패드(1023)를 통한 액추에이터 상의 선택된 점들의 하우징(1050)으로의 커플링을 도시한다.

위에 언급된 바와 같이, 액추에이터(320)는 정의된 공간에서 작동함에 의해서 혜택을 얻는다. 프리로드 스프링(310)은 리드 나사(360)의 세로 지역 내에서 액추에이터(320)를 유지하도록 돕는다. 그러나, 도시된 실시모드내에서 사용되는 바람직한 타입의 액추에이터는 리드 나사에 회전력을 행사하기 위한 추가적 안정화를 요구한다. 액추에이터와 리드 나사 사이의 상호작용은 다른 상대에 상대적으로 하나의 회전을 야기한다. 모듈(1000)이 리드 나사(360)가 하우징(1050)에 상대적으로 회전할 것을 요구하기 때문에, 액추에이터(320)는 액추에이터 접촉 패드(1023)에 의해서 하우징(1050)에 회전적으로 고정된다.

접촉 패드(1023)의 위치지정과 제조의 양상은 액추에이터(320)의 효율에 대한 어떠한 부정적 영향도 최소화하도록 적합하게 된다. 액추에이터 접촉 패드(1023)는 바람직한 셋의 공명들에서 액추에이터(320)의 작동 동안 실질적으로 정지상태인 액추에이터(320) 상의, 노드 포인트라고 불리는 위치들에 위치된다. 이에 더하여, 접촉 패드들(1023)은 바람직하게 늘어났다(strech) 되돌아오도록(rebound) 구성되는 탄성적 물질로 구성되어, 이들의 정지 위치들로부터 멀어지는 노드 포인트들의 제한된 운동을 허용한다.

두 개의 액추에이터 접촉 패드들(1023)이 도 6에 도시되지만, 몇 가지 실시모드는 더 많은 수의 패드들을 가지며, 반면에 다른 실시모드들은 더 적은 수를 가진다. 이에 더하여, 액추에이터 접촉 패드(1022)는 리드 나사(260)의 회전을 허용하기 위해 액추에이터(220)를 하우징(1050)에 커플링하는 데 있어 유사한 기능을 수행한다.

바람직하게, 본 발명의 실시모드들은 액추에이터를 제어하기 위한 위치 센싱 시스템으로부터의 피드백을 사용한다. 이러한 피드백 시스템을 사용하는 것은 본 발명의 실시모드 내에서 비-선형 액추에이터의 사용을 허용하며, 반복성(repeatab ility)을 용이하게 해준다.

참조(referencing)

유리하게, 본 발명의 몇 가지 실시모드는 시스템의 기계적인 결합없이 렌즈 그룹의 강한 기계적 정지를 허용하도록 적합하게 된 형상부들을 포함한다. 이러한 기계적인 정지는 바람직하게 렌즈 그룹의 위치지정을 제어하는 데 있어서의 참조(referencing)를 위해서 사용된다.

이제 도 7a 그리고 도 7b에 참조하여, 커플링 톱니(2231' 및 2232') 그리고 나사 쓰레드(2261) 사이의 쓰레드 각에서의 그레이디언트는, 스프링(2233)에 의한 커플링 암들(2231, 2232)의 강요와 컴비네이션으로, 커플링 너트(2230)의 기계적인 강한 정지를 통한 광학 장치 그룹의 참조를 허용한다. 수 쓰레드/암 쓰레드 커플링들에 있어서, 커플링 너트의 기계적인 강한 정지는 리드 나사가 회전하는 동안 결합 및 쓰레드 손상을 야기할 수 있다. 반대로, 예시된 시스템에 있어서, 만일 리드 나사(2260)가 커플링 너트(2230)의 기계적인 강한 정지동안 밀어 넣어 지게 되면, 가파른 나사 쓰레드(2261)가 커플링 너트 톱니(2231', 2232')에 대하여 웨지로서 작용하여, 스프링(2233)을 연장시키고 커플링 암들(2231, 2232)을 떨어지게 만든다. 따라서, 회전 동안의 커플링 너트(2230)의 기계적인 강한 정지는 커플링 톱니(2231', 2232')를 쓰레드 톱니(2261)로부터 풀어지게 하여, 결합을 방지한다. 이는 강한 기계적인 정지를 통한 커플링 너트에 연결된 광학 장치 그룹의 위치 참조를 참조동안 리드 나사 액추에이터의 정확한 스위칭없이 허용한다.

위치 센싱

다른 곳에서 언급된 바와 같이, 본 발명의 몇 가지 실시모드는 비-선형 액추에이터 모터들의 사용에도 불구하고 정확한 위치지정을 허용하기 위해서 액추에이터 제어 시스템에의 피드백을 제공하도록 구성된 위치-센싱 형상부들을 포함한다. 예시 위치 센싱 시스템은 도 1의 모듈(1000)의 위치 센서들(1030)과 위치 센싱 타깃들(250, 350)을 포함한다.

위치 센싱 시스템은 렌즈 그룹에 대한 위치 데이터를 그 운동 범위에 걸쳐서 제공한다. 본 발명의 몇 가지 실시모드에 있어서, 위치 센싱 시스템은 10mm의 범위에 걸쳐서 10마이크론 안 까지 광학 장치 그룹의 상대적인 위치를 추적한다.

몇 가지 실시모드에서, 실린더형 센싱 타깃에 연결된 반사 인코딩 센서가 리드 나사의 회전을 측정하기 위해서 사용된다. 광학 장치 그룹이, 알려진 쓰레드 피치를 가지는, 리드 나사와 연결되어 있기 때문에, 리드 나사 회전은 리드 나사 축을 따르는 광학 장치 그룹의 병진이동에 비례한다.

본 발명의 몇 가지 실시모드들 안에 사용된 위치 센싱 시스템의 보다 상세한 도면은 도 10에 도시된다. 이미터/디텍터(3030)는 제 1 센서(3034a), 제 2 센서(3034b), 그리고 이미터(3032)를 포함한다. 마스크 구조(3030')은 이미터 윈도우(3032') 그리고 4개의 센서 윈도우들(3034a', 3034a'', 3034b', 3034b'')을 포함한다. 몇 가지 실시모드에서, 이미터/디텍터(3030)는 광반사체이다. 몇 가지 실시모드에서, 이미터는 LED이다.

센싱 타깃(3350)의 어두운 밴드들은 이미터로부터 방출되는 복사선을 흡수하며, 반면에 센싱 타깃의 밝은 밴드들은 이미터로부터 방출되는 복사선을 반사한다. 센서들은, 밴드들이 센서 윈도우들에 상대적으로 이동함에 따라 흡수율 및 반사율의 전이를 감지한다. 제 1 센서(3034A) 및 제 2 센서(3034B) 모두 전이들을 감지한다. 바람직하게, 제 2 센서(3034B)는 제 1 디텍터(3034A)와 이상(out of phase) 전이를 감지한다. 따라서, 두 센서들로부터 이상 데이터를 결합함에 의해서, 제어 시스템은 운동의 방향 및 크기를 감지할 수 있다. 센싱 시스템이 실린더형의 스캐닝 타깃과 함께 도시되더라도, 본 발명의 몇 가지 실시모드들은 선형 타깃을 사용하는 비슷한 시스템들을 포함한다.

종래의 반사 인코딩에서, 사용된 복사선은 센싱 타깃에 도달하는 시간까지 과도하게 발산될 수 없다. 도 8b는 일련의 흡수 및 반사(오른쪽에 도시) 밴드들쪽으로 빛을 방출하는 일련의 광 소스들(왼쪽에 흰 사각들로 표시)에 대한 최적 최대 빔 스프레드들(beam spreads)을 도시한다. 도 8c에 도시된 세부사항은 20-마이크 론 폭의 광 소스를 도시한다. 이 경우, 최대 최적 스프레드는 10 마이크론이다. 보통의 조건하에서, 이는 갭(d)이 56.7 마이크론 보다 적어야만 한다는 것을 의미한다. 따라서, 도 10의 장치에서 도시된 상대적으로 좁은 형상부들에 대해서, 요구되는 허용치는 매우 작게될 것이다.

그러나, 본 발명의 실시모드는 이들 반사 인코딩 동안 사용되는 복사선 확산의 공차 또는 감소 문제점들을 완화하도록 적합하게된 다양한 특성과 구성을 포함한다.

몇 가지 테크닉들은 보다 낮은 분해능 타깃들의 사용을 허용하는 하드웨어 또는 소프트웨어 수단을 포함한다. 몇 가지 실시모드는 감지된 전이들 사이의 선형 보간(interpolation)을 수행하기 위해 추가 하드웨어 및/또는 펌웨어(예를 들어 타이밍과 분석을 위한 클럭)를 사용한다. 그러나, 액추에이터가 매우 비-선형일 경우, 보간은 위치 지정 에러를 가져올 수 있다.

몇 가기 실시모드는 반복되는 패턴의 보다 낮은 분해능 타깃을 사용하나, 보다 높은 효과적이 분해능을 제공하기 위한 센서 데이터의 추가 프로세싱을 사용한다. 예시들은 아날로그 회로를 통한 센서 데이터 안에 기록된 전이동안의 다중 쓰레스홀드들의 감지와 출력을 디지털로 변환하는 것을 포함한다. 그러나, 이러한 실시모드는 아날로그 회로와 센싱 동안의 아날로그/디지털 콘버터의 추가 교정(calibration)을 요구한다. 몇 가지 이런 실시모드에서, 교정은 전원이 들어와 있는 동안 자동적으로 수행된다.

몇 가지 실시모드는 보다 낮은 분해능 타깃의 사용을 허용하기 위한 선형 보 간과 아날로그-디지털 콘버터 회로의 조합을 사용한다. 이들 그리고 다른 테크닉들을 사용함에 의해서, 본 발명의 실시모드들은 보다 낮은 분해능 타깃들을 사용할 수 있다.

바람직하게, 타겟들을 감지하는 보다 낮은 분해능의 사용은 오직 작은 수의 타깃 특성들이 임의의 주어진 순간에 센서의 시야 안에 있는 구성을 허용해준다. 이 타입의 시스템은 도 8a에 도시된다. 횡단면도에 의해서 도시된 바와 같이, 위치 센싱 시스템은 이미터/디텍터(3030)로부터 거리(d)에 위치된 실린더형 타깃(3350)을 포함한다. 이미터/디텍터(3030)의 시야는 두 개의 전이의 최대치를 포함하는 타깃(3350)의 지역의 경계를 이룬다. 몇 가지 실시모드에서, 이미터/디텍터는 광반사기이다. 바람직하게, 단일 형상부(예를 들어 띠)가 시야를 지배한다. 따라서, 전이 감지에 있어서 인위적 작위물 또는 에러의 가능성이 최소화된다. 전형적으로, 타깃의 특징 사이즈는 시야에 따라서 선택된다. 그러나, 요구되는 분해능은 또한 특징 사이즈를 정하는 인자일 수 있다.

도 11은 몇 가지 실시모드들 안에서 사용되는 위치 센싱 시스템의 보다 상세한 도면을 도시하며, 본 발명의, 바람직한 실시모드를 포함한다. 이미터/디텍터(4030)는 센서(4034), 이미터(4032)를 포함한다. 마스크 구조(4030')는 이미터 윈도우(4032') 및 두 개의 센서 윈도우들(4034', 4034'')를 포함한다. 몇 가지 실시모드에서 이미터는 LED이다.

센싱 타깃(4350)의 어두운 밴드들은 이미터로부터 방출되는 복사선을 흡수하며, 반면에 센싱 타깃의 밝은 밴드들은 이미터로부터 방출되는 복사선을 반사한다. 센서들은 밴들들이 센서 윈도우들에 상대적으로 이동함에 따라 흡수율 및 반사율의 전이를 감지한다. 바람직하게, 센서(4034)는 센서 윈도우들(4032', 4034'') 모두의 전이를 개별적으로 감지한다. 몇 가지 실시모드에서, 이미터/디텍터(4030)는 광반사기이다.

몇 가지 실시모드에서, 센서(4034)는 두 개의 윈도우 사이의 이상 전이를 감지할 수 있다. 이들 실시모드에서, 두 개의 센서들로부터 이상 데이터를 결합함에 의해서, 제어 시스템은 운동의 크기 뿐만 아니라 운동의 방향도 감지할 수 있다. 센싱 시스템이 실린더형의 스캐닝 타깃으로 도시된다 하더라도, 본 발명의 몇 가지 실시모드는 선형 타깃을 사용하는 유사한 시스템들을 포함한다.

몇 가지 실시모드에서, 각 형상부는 실린더 형 타깃의 원주의 60도를 커버한다. 따라서, 한 실시모드에서, 12mm의 원주를 가진 실린더형 타깃은 교대하는 반사/흡수 패턴의 6개의 2mm 띠들을 포함한다. 그러나, 센싱 타깃의 회전당 6 카운트(counts)보다 더 큰 분해능이 요구될 경우, 위에 요약된 바와 같은 추가 프로세싱 단계가 바람직하게 사용된다.

이에 더해, 몇 가지 실시모드는 LED로부터 방출된 복사선을 센싱 타깃에 제공하기 전에 이에 대한 추가 프로세싱 단계들을 수행한다. 도 10에 도시된 방법은 직접 이미징(direct imaging)이라고 불린다. 직접 이미징의 또다른 예시는 도 9a에 도시된다. 이미터(흰 사각형)로부터의 복사선은 타깃으로부터 디텍터로(음영된 사각형) 반사한다. 직접 이미징은 타깃 및 센서가 서로에 매우 근접할 것을 요구한다.

도 9b는 렌즈가 디텍터로부터의 복사선을 시준하기 위해 사용되는 시스템을 도시한다. 시준은 타깃-센서 거리가 증가하게 해준다. 최대 거리 및 공차는 복사선의 스프레딩에 의해서 결정된다.

도 9c는 핀홀이 인접 지역으로부터의 '넘쳐 나감(bleed over)'이 전이의 감지를 못하게 하는 것을 방지하기 위해서 사용되는 시스템을 도시한다. 이 경우, 반사된 복사선은 디텍터에 도달하기 전에 타깃 표면 근처에 위치된 중심 핀홀을 통해 지나갈 수 밖에 없다. 이 시스템은 더 높은 세기의 LED를 요구할 수 있으며, 이는 핀홀을 통해 상대적으로 작은 광이 얻어지기 때문이다.

E. 장점

앞의 예시들에서 도시된 바와 같이, 몇 가지 실시모드의 모듈은 전자-기계적 제어에 의해서 상이한 광학 위치의 연속 공간체로 설정된다. 이들 상이한 광학적 위치들은 유리하게 다양한 촬영 모드들을 제공한다. 반복 가능한 위치 지정과 소프트웨어 제어를 통해서, 다양한 위치들 및/또는 촬영 모드가 모듈의 고정된 포커스 구성으로 최적으로 미리 세팅될 수 있다. 따라서, 위에 기술된 몇 가지 실시모드는 다양한 적은 형태 인자의 고정 초점 거리(focal lengths)를 제공한다. 이들 실시모드는 유리하게 전형적으로 다중 포커스 광학 및/또는 카메라 메커니즘의 한정된 능력을 가지는 소형 디바이스의 보다 정교한 구현을 허용해준다. 예를 들어, 몇 가지 실시모드는 유리하게 다른 식으로 단순하고 컴팩트한 디바이스들에서의 다수의 포커스 및 줌 위치들을 포함한다. 기술된 실시모드는 한정된 운동 범위를 요구하며, 최소 공간 요구사항을 가지기 때문에, 이들 실시모드는, 예를 들어, 휴대 폰 및 다른 소비자 가전제품과 같은, 초소형 휴대 디바이스들에서 다양하게 응용할 수 있다. 몇 가지 특정 의료 디바이스 응용제품을 포함하기도 한다.

더나아가, 다중 포커스 기능의 이점을 실현하는 동시에, 위에 기술된 실시모드는 적은 공간을 요구하며, 오직 한정된 운동의 범위를 요구하는 동시에 저 비용이 소요된다.

위에 기술된 바와 같이, 몇 가지 실시모드의 광학 요소들은 두 개의 그룹으로 나뉘어 지며, 한 그룹은 전면 배럴에 수용되고, 다른 그룹은 후미 배럴에 수용된다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 전면 그룹은 렌즈들(440, 442, 444, 446)을 포함하며, 반면에 후미 그룹은 렌즈들(540, 542, 544, 546)을 포함한다. 보통, 한정된 공간 내에서 이들 광학 장치 그룹의 정확한 운동은 위에 기술된 메커니즘(들)을 사용함에 의해서 성취된다.

몇 가지 실시모드의 오토-포커스 및 줌 모듈의 형태 인자는 프리즘이 없이 근사적으로 10x14x22mm 이며 또는 프리즘을 포함하여 10x14x30mm 이다.

본 발명이 다수의 구체적 세부사항을 참조하여 기술되었으나, 당업자는 본 발명이 본 발명의 내용으로부터 벗어나지 않는 다른 특정 형태로 실시될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 당업자는 본 발명이 위의 예시 세부사항에 의해 한정되지 않으며, 첨부된 청구사항등에 의해서 한정된다는 것을 이해할 것이다.

본 발명은 카메라 광학장치, 특히 오토-포커스 및 줌 모듈에 관련한 것으로서 산업상 이용 가능하다.

Claims

광학 모듈로서,

a) 제 1 리드 나사의 회전이 제 1 리드 나사의 축을 따라서 제 1 광학 장치 그룹의 병진이동의 결과를 가져오도록 제 1 리드 나사의 나사선 형성된 부분(threaded portion)에 연결된 제 1 광학 장치 그룹으로서, 상기 제 1 리드 나사는 비-나사선 형성된 부분(non-threaded portion)을 포함하는, 제 1 광학 장치 그룹과,

b) 상기 제 1 광학 장치 그룹을 제 1 리드 나사의 축을 따라 제 1 리드 나사의 비-나사선 형성된 부분쪽으로 편향시키도록 구성된 제 1 스프링과;

c) 제 1 리드 나사를 회전시키기 위한 제 1 액추에이터와,

d) 제 1 리드 나사의 회전의 감지를 허용하도록 구성된 제 1 센싱 타깃과,

e) 제 2 리드 나사의 회전이 제 2 리드 나사의 축을 따라 제 2 광학 장치 그룹의 병진이동의 결과를 가져오도록 제 2 리드 나사의 나사선 형성된 부분에 연결된, 제 2 광학 장치 그룹으로서, 상기 제 2 리드 나사는 비-나사선 형성된 부분을 포함하는, 제 2 광학 장치 그룹과,

f) 상기 제 2 광학 장치 그룹을 제 2 리드 나사의 축을 따라 제 2 리드 나사의 비-나사선 형성된 부분쪽으로 편향시키도록 구성된 제 2 스프링과;

g) 제 2 리드 나사를 회전시키기 위한 제 2 액추에이터와,

h) 제 2 리드 나사의 회전의 감지를 허용하도록 구성된 제 2 센싱 타깃과,

i) 이미지 센서를

포함하는, 광학 모듈.
제 1항에 있어서, 제 1 광학 장치 그룹 및 제 2 광학 장치 그룹이 포커스와 배율을 가진 이미지를 이미지 센서에 제공하도록 구성된, 광학 모듈.
제 1항에 있어서, 이미지 센서가 상보(complementary) 금속 산화물 반도 체(CMOS), 전하-결합 소자(CCD)로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 광학 모듈.
제 1항에 있어서, 제 1 광학 장치 그룹에 연결된 프리즘 요소를 더 포함하며, 여기서 프리즘은 모듈의 평면에 대해서 어떤 각에 있는 이미지를 제 1 광학 장치 그룹으로 향하게 하는, 광학 모듈.
제 1항에 있어서, 제 1 센싱 타깃 및 제 2 센싱 타깃의 적어도 하나가 제 2 리드 나사의 축 또는 회전에 대해서 대칭인 교대하는 패턴으로 배열된 상이한 광학 특성의 인접 지역들을 가지는 닫힌 표면을 포함하는, 광학 모듈.
제 5항에 있어서, 시그널을 방출하고 방출된 시그널의 반사율의 변화에 근거하여 제 1 센싱 타깃 및 제 2 센싱 타깃의 적어도 하나의 운동을 감지하도록 구성된 액티브 센싱 어레이를 더 포함하는, 광학 모듈.
제 6항에 있어서, 액티브 센싱 어레이가 시야(field of view)를 가지는, 광학 모듈.
제 7항에 있어서, 지역들이 모든 시야의 경계를 이루도록, 센싱 타깃의 지역들이 각각의 사이즈를 가지며, 센싱 타깃은 액티브 센싱 어레이에 상대적으로 구성되는, 광학 모듈.
제 5항에 있어서, 제 1 센싱 타깃이 제 1 리드 나사를 따라서 제 1 광학 장치 그룹의 병진이동의 측정을 허용하도록 구성된, 광학 모듈.
제 9항에 있어서, 제 1 센싱 타깃이 10 마이크론 이하의 분해능으로 적어도 10밀리미터의 영역에 걸친 제 1 광학 장치 그룹의 병진이동의 측정을 허용하는, 광학 모듈.
제 5항에 있어서, 제 2 센싱 타깃이 제 2 리드 나사를 따라서 제 2 광학 장치 그룹의 병진이동의 측정을 허용하도록 구성된, 광학 모듈.
제 11항에 있어서, 제 2 센싱 타깃이 10 마이크론 이하의 분해능으로 적어도 2밀리미터의 영역에 걸친 제 2 광학 장치 그룹의 병진이동의 측정을 허용하는, 광학 모듈.
오토-포커스 및 줌 모듈로서,

a) 하우징과,

b) 제 1 광학 장치 조립체로서,

i) 제 1 외측 쓰레드(thread) 직경을 가지는 나사선 형성된 부분, 제 1 외측 직경을 가지는 비-나사선 형성된 부분, 및 제 1 액추에이터 정합 형상부를 포함하는, 제 1 리드 나사와,

ii) 제 1 리드 나사의 회전이 제 1 리드 나사의 축을 따라 제 1 광학 장치 그룹의 병진이동의 결과를 가져오도록 제 1 리드 나사의 나사선 형성된 부분에 연결된, 제 1 광학 장치 그룹과,

iii) 제 1 광학 장치 그룹을 제 1 리드 나사의 축을 따라 제 1 리드 나사의 비-나사선 형성된 부분쪽으로 편향시키도록 구성된 제 1 스프링과,

iv) 제 1 리드 나사를 회전시키기 위한 제 1 액추에이터로서, 상기 제 1 액추에이터는 제 1 프리로드 스프링의 스프링 힘에 의해서 제 1 리드 나사의 비-나사선 형성된 부분 위에 그리고 제 1 리드 나사의 액추에이터 정합 형상부에 맞대어 고정된, 제 1 액추에이터와,

v) 제 1 리드 나사의 회전을 감지하도록 구성된 센싱을 위한 제 1 수단을

포함하는 제 1 광학 조립체와,

c) 제 2 광학 장치 조립체로서,

i) 제 2 외부 쓰레드 직경을 가지는 나사선 형성된 부분, 제 2 외측 직경을 가지는 비-나사선 형성된 부분, 그리고 제 2 액추에이터 정합 형상부를 포함하는, 제 2 리드 나사와,

ii) 제 2 리드 나사의 회전이 제 2 리드 나사의 축을 따라서 제 2 광학 장치 그룹의 병진이동의 결과를 가져오도록 제 2 리드 나사의 나사선 형성된 부분에 연결된, 제 2 광학 장치 그룹과,

iii) 제 2 광학 장치 그룹을 제 2 리드 나사의 축을 따라 제 2 리드 나사의 비-나사선 형성된 부분 쪽으로 편향시키도록 구성된, 제 2 스프링과,

iv) 제 2 리드 나사를 회전시키기 위한 제 2 액추에이터로서, 상기 제 2 액추에이터는 제 2 프리로드 스프링에 의해서 제 2 리드 나사의 비-나사선 형성된 부분 위에 그리고 제 2 리드 나사의 액추에이터 정합 형상부에 맞대어 고정된, 제 2 액추에이터와,

v) 제 2 리드 나사의 회전을 감지하도록 구성된 센싱을 위한 제 2 수단을

포함하는, 제 2 광학 조립체와,

d) 이미지 센서를

포함하는, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 13항에 있어서, 제 1 스프링 및 제 2 스프링의 적어도 하나가 기어래쉬(gearlash)를 방지하는, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 13항에 있어서, 제 1 스프링이 제 1 프리로드 스프링보다 더 낮은 스프링 상수를 가지는, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 13항에 있어서, 제 2 스프링이 제 2 프리로드 스프링보다 더 낮은 스프링 상수를 가지는, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 13항에 있어서, 제 1 액추에이터 및 제 2 액추에이터의 적어도 하나가 실린더형 진동 액추에이터인, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 13항에 있어서, 제 1 프리로드 스프링이 하우징과 제 1 액추에이터 모두와 인접하는(abut), 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 13항에 있어서, 제 2 프리로드 스프링이 하우징과 제 2 액추에이터 모두와 인접하는(abut), 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 13항에 있어서, 제 1 액추에이터 및 제 2 액추에이터의 적어도 하나가 하우징에 유연한 커플링(flexible coupling)에 의해서 노드 포인트에서 제한되는, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 13항에 있어서, 제 1 광학 장치 그룹 및 제 2 광학 장치 그룹이 포커스와 배율을 가지는 이미지를 이미지 센서에 제공하도록 구성되는, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 13항에 있어서, 이미지 센서가 상보 금속 산화물 반도체(CMOS), 전하-연결 소자(CCD)로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 13항에 있어서, 제 1 외부 쓰레드 직경이 제 1 외부 직경보다 더 큰, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 13항에 있어서, 제 1 액추에이터 정합 형상부가 제 1 리드 나사의 나사선 형성된 부분과 비-나사선 형성된 부분의 사이에 위치되는, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 13항에 있어서, 제 2 액추에이터 정합 형상부가 제 2 리드 나사의 나사선 형성된 부분과 비-나사선 형성된 부분의 사이에 위치되는, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 13항에 있어서, 제 2 리드 나사의 비-나사선 형성된 부분이 제 2 액추에이터 정합 형상부와 나사선 형성된 부분의 사이에 위치되는, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 13항에 있어서, 제 1 리드 나사의 비-나사선 형성된 부분이 제 2 액추에이터 정합 형상부와 나사선 형성된 부분의 사이에 위치되는, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 13항에 있어서,

e) 제 1 가이드 핀과,

f) 제 2 가이드 핀을 더 포함하고.

상기 제 1 광학 장치 그룹은 두 개의 톱니가 있는(teethed) 커플링 암들의 제 1 스프링-힌지된 조립체를 포함하고, 상기 제 1 스프링-힌지된 조립체는 서로 반대로 배열되며, 제 1 리드 나사의 나사선 형성된 부분에 연결되도록 구성되고, 제 1 가이드 핀과 제 2 가이드 핀에 연결되도록 구성되고,

상기 제 2 광학 장치 그룹은 두 개의 톱니가 있는 커플링 암들의 제 2 스프링-힌지된 조립체를 포함하고, 상기 제 2 스프링-힌지된 조립체는 서로 반대로 배열되며, 제 2 리드 나사의 나사선 형성된 부분에 연결되도록 구성되고, 제 1 가이드 핀과 제 2 가이드 핀에 연결되도록 구성되는, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 28항에 있어서, 제 1 광학 장치 그룹 및 제 2 광학 장치 그룹이 포커스와 배율을 가지는 이미지를 이미지 센서에 제공하도록 구성된, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 28항에 있어서, 제 1 톱니가 있는 커플링 암의 톱니가 제 1 리드 나사의 나사선 형성된 부분의 쓰레드보다 더 얕은 쓰레드 깊이로 구성된, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 28항에 있어서, 제 2 톱니가 있는 커플링 암의 톱니가 제 2 리드 나사의 나사선 형성된 부분의 쓰레드보다 더 얕은 쓰레드 깊이로 구성된, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 28항에 있어서, 이미지 센서가 상보 금속 산화물 반도체(CMOS), 전하-연결 소자(CCD)로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 28항에 있어서, 제 1 외부 쓰레드 직경이 제 1 외부 직경보다 더 큰, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 28항에 있어서, 제 2 외부 쓰레드 직경이 제 2 외부 직경보다 더 큰, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 28항에 있어서, 제 1 액추에이터 정합 형상부가 제 1 리드 나사의 나사선 형성된 부분과 비-나사선 형성된 부분 사이에 위치된, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 28항에 있어서, 제 2 액추에이터 정합 형상부가 제 2 리드 나사의 나사선 형성된 부분과 비-나사선 형성된 부분 사이에 위치된, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 28항에 있어서, 제 2 리드 나사의 비-나사선 형성된 부분이 제 2 액추에이터 정합 형상부와 나사선 형성된 부분 사이에 위치된, 오토-포커스 및 줌 모듈.
제 28항에 있어서, 제 2 리드 나사의 비-나사선 형성된 부분이 제 2 액추에이터 정합 형상부와 나사선 형성된 부분 사이에 위치된, 오토-포커스 및 줌 모듈.
오토 포커스 및 줌 모듈로서,

a) 하우징과;

b) 광학 장치 조립체로서,

i) 외측 쓰레드 직경을 가지는 나사선 형성된 부분, 외측 직경을 가지는 비-나사선 형성된 부분, 및 액추에이터 정합 형상부를 포함하는, 리드 나사와,

ii) 리드 나사의 회전이 리드 나사의 측을 따라서 광학 장치 그룹의 병진이동의 결과를 가져오도록 리드 나사의 나사선 형성된 부분에 연결된, 광학 장치 그룹과,

iii) 상기 광학 장치 그룹을 리드 나사의 축을 따라 리드 나사의 비-나사선 형성된 부분쪽으로 편향시키도록 구성된 제 1 스프링과;

iv) 하우징과 액추에이터 모두와 접하는 프리로드 스프링에 의해서 리드 나사의 비-나사선 형성된 부분 위에 그리고 액추에이터 정합 형상부에 접해서 고정되며 하우징에의 유연한 커플링에 의해서 바람직한 스탠딩(standing) 웨이브 패턴의 노드 포인트에서 속박되는 리드 나사를 회전시키기 위해서 그 안에 위치된 새프트가 회전하도록 가동시키기 위한 스탠딩 웨이브 패턴으로 진동하는 타입의 실린터 형태의 진동 액추에이터와,

v) 리드 나사의 회전을 감지하도록 구성된 센싱 수단

을 포함하는, 광학 장치 조립체와;

c) 광학 장치 그룹이 포커스와 배율을 가지는 이미지를 이미지 센서에 제공하도록 구성된, 이미지 센서를

포함하는, 오토 포커스 및 줌 모듈.
제 39항에 있어서, 제 1 외측 쓰레드 직경이 제 1 외측 직경보다 더 큰, 오토 포커스 및 줌 모듈.
제 39항에 있어서, 액추에이터 정합 형상부가 나사선 형성된 부분과 비-나사선 형성된 부분 사이에 위치된, 오토 포커스 및 줌 모듈.
가동(drive) 요소로서 나사선 형성된 리드 나사를 사용하여 시스템에서 백래쉬(backlash)를 방지하는 방법으로서,

리드 나사의 회전이 리드 나사의 축을 따라서 광학 장치 그룹의 병진이동의 결과를 가져오도록, 리드 나사의 나사선 형성된 부분에 연결된 광학 장치 그룹을 제공하는 단계로서, 상기 리드 나사는 비-나사선 형성된 부분을 더 포함하고, 상기 나사선 형성된 부분은 쓰레드 깊이와 쓰레드 피치를 갖는, 광학 장치 그룹을 제공하는 단계와;

상기 광학 장치 그룹을 리드 나사의 축을 따라 리드 나사의 비-나사선 형성된 부분쪽으로 편향시키도록 구성된 스프링을 제공하는 단계와;

리드 나사의 회전이 리드 나사의 축을 따라서 광학 장치 그룹의 병진이동의 결과를 가져오도록, 서로 반대로 배열되며 리드 나사의 나사선 형성된 부분과 연결되도록 구성되는 다수의 톱니가 있는(teethed) 커플링 암들의 스프링-힌지된(spring-hinged) 조립체를 제공하는 단계로서, 상기 톱니가 있는 커플링 암들의 톱니는 톱니 깊이와 톱니 피치를 가지며, 상기 톱니 깊이는 쓰레드 깊이보다 작고, 톱니 피치는 쓰레드 피치보다 더 큰, 다수의 톱니가 있는 커플링 암들의 스프링-힌지된 조립체를 제공하는 단계를

포함하는, 시스템에서 백래쉬(backlash)를 방지하는 방법.