KR101389039B1

KR101389039B1 - 소형 광학렌즈 구동장치

Info

Publication number: KR101389039B1
Application number: KR1020080099979A
Authority: KR
Inventors: 최상수; 권기태; 정재업; 이정형
Original assignee: 주식회사 유진하이텍; (주)유진메카닉스
Priority date: 2008-10-13
Filing date: 2008-10-13
Publication date: 2014-05-28
Also published as: KR20100041011A

Abstract

본 발명은 소형 광학렌즈 구동장치에 관한 것으로, 구동부와 상기 구동부를 구동시키는 자기회로부와; 상기 구동부의 구동시 복원력을 형성하기 위한 스프링부와; 상기 구성요소를 결합하기 위한 하우징과; 상기 구성품들을 고정함과 동시에 접점역할을 수행할 수 있도록 영구자석에 의해 자화되는 자성체를 구비하여, 접점을 할 수 있는 별도의 구성요소를 사용하지 않아도 되기 때문에, 제품을 소형화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 공정수 단축에 따른 제조시간, 제조단가를 줄일 수 있으며, 특히, 스틸링의 사용으로 구동력을 향상시키면서 사각형상의 영구자석의 사용으로 제조단가를 낮출 수 있는 소형 광학렌즈 구동장치를 제공한다.

자동초점, 광학렌즈, 액추에이터

Description

소형 광학렌즈 구동장치{Actuator for Miniature Opitcal Lens}

본 발명은 소형 광학렌즈 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구동부와, 스프링부, 자기회로부, 상, 하측 하우징을 고정하는 역할과 더불어 접점역할을 수행할 수 있는 자성체로 이루어진 요크를 형성하여, 구성요소를 줄임으로써 제품을 소형화시킬 수 있을 뿐만 아니라 공정수 단축에 따른 제조시간 및 제조단가를 줄일 수 있으면서, 영구자석에 의해 자화되는 자성체와 반응하는 스틸링을 구동부에 형성하여 구동부의 구동력을 증가시킴과 동시에 구동부의 구동곡선의 선형성을 유지시켜 구동부의 구동 후 포커스의 응답속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 사각형상의 영구자석을 채택하여 단가를 낮출 수 있는 소형 광학렌즈 구동장치에 관한 것이다.

자동으로 화상초점을 맞출 수 있는 디지털 카메라는 렌즈의 위치를 가변 시킬 수 있는 구동장치가 필요한데, 일반적으로 디지털 카메라에 쓰이는 광학렌즈 구동장치는 스테핑 모터나 DC모터의 회전운동을 기어와 같은 변환장치를 사용하여 초점렌즈를 광축방향으로 직선운동 시키는 방법을 널리 사용하고 있다.

그러나 휴대폰의 카메라모듈과 같이 제한된 공간에서 사용되는 소형 광학렌 즈의 구동장치는 회전형모터와 기어박스를 장착하기 어려워, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 리니어직류모터(Linear DC Motor : LDM)와 같은 구동장치를 사용하고 있다.

또한 소형 광학렌즈 구동장치에 사용되는 리니어직류모터의 방식은 코일이 이동하는 코일가동형 리니어직류모터(Moving Coil Type LDM)와 자석가동형 리니어직류모터(Moving Magnet Type LDM)가 모두 적용되고 있지만 코일보다 영구자석이 더 무거워 가동부의 무게가 증가하기 때문에 도 1 내지 도 2와 같은 코일가동형 방식을 선호하고 있다.

종래의 소형 광학렌즈 구동장치(180)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 렌즈어셈블리(111)가 나사의 체결방식으로 결합된 렌즈홀더(112)로 이루어진 구동부(110)와, 상기 구동부(110)를 자기력을 이용하여 구동하기 위해 상, 하측 영구자석(131, 132)과 코일(133)로 이루어진 자기회로부(130)를 형성하고, 상기 자기회로부(130)에 의해 구동부(110)가 구동할 때에 복원력을 형성시킬 수 있도록 상, 하측 스프링(121, 122)로 이루어진 스프링부(120)를 구성하며, 상기 구성요소(110, 120, 130)를 결합하기 위한 상, 하측 하우징(141, 142) 및 중앙하우징(143)으로 구성된 하우징(140)으로 이루어져 있다.

또한, 상기 상측 하우징(141)과 중앙하우징(143) 사이에는 자기력을 배가시켜 구동부(110)의 구동력을 향상시키기 위해 자성체(144)을 구성하는 구조로 이루어져 있다.

상기와 같은 종래의 소형 광학렌즈 구동장치(180)의 직선운동은 코일(133)에 전류를 인가하여 전류가 자속과 쇄교할 때 발생하는 광축방향 자기력(플레밍의 왼손법칙)을 이용해 직선운동을 하게 된다.

하지만, 상기와 같은 구조로 이루어진 종래의 소형 광학렌즈 구동장치(180)는 통신기기에 장착시 외부의 자기력을 접점(그라운드)처리 하기 위해 도면에는 도시하지 않았지만 별도의 캡을 씌워 접점처리를 함으로써, 제품의 전체적 크기가 커지는 문제점이 제기되었다.

또한, 각각의 구성요소들을 고정결합하기 위한 상, 하측 하우징(141, 142) 및 중앙하우징(143)을 형성하여 부품수가 증가하여 제품의 단가 및 제조시 조립라인에서 발생하는 작업시간이 길어지는 문제점이 노출되었다.

그리고 상기 구동부(110)의 구동시 자기회로부(130)의 영구자석(131)과 코일(132)의 자기력만을 이용하여 구동하기 때문에 구동력이 약한 문제점이 있었다.

또한, 자기력은 로렌츠의 법칙에서 알 수 있듯이, 자속밀도의 세기와 코일 전류량의 곱에 비례하는데, 종래의 소형 광학렌즈 구동장치(180)는 구동부(110)의 구동시 코일이나 스틸링에 인가되는 자속밀도는 영구자석과 거리가 멀어지는 만큼 감소하기 때문에 전류와 구동변위 사이에 비선형특성이 발생한다. 따라서 구동부(110)에 장착된 렌즈(도면에 미도시)가 구동부(110)의 구동 후 초점을 맞추려 할 때에, 포커스 반응속도가 느려지는 문제점이 발생하였다.

아울러, 영구자석을 제작함에 있어 원형형태로 가공함으로써 단가가 높아지는 문제점이 노출되었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 소형 광학렌즈 구동장치는 렌즈어셈블리가 내부에 결합된 렌즈홀더로 이루어진 구동부와 상기 구동부를 초기위치로 복원시킬 수 있도록 구동부에 형성된 스프링부와 항상 자속을 발생하는 영구자석과 내부에서 발생하는 자기력으로 구동부를 움직이는 코일로 구성된 자기회로부와 상기 부품들을 하나로 결합하기 위한 하우징으로 구성되는 소형 광학렌즈 구동장치에 있어서, 상기 하측 하우징에 제1 결합부를 형성하고, 상기 하측 하우징의 제1 결합부와 대응하는 제2 결합부를 형성하되, 상기 구동부 및 스프링부와 자기회로부, 하우징을 감쌀 수 있는 형태로 구성하여, 상기 구성품을 고정하는 역할과 더불어 접점역할을 동시에 수행할 수 있도록 영구자석에 의해 자화되는 자성체를 더 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 소형 광학렌즈 구동장치의 구동부에 형성된 렌즈홀더 상측에는 영구자석에 의해 자화되는 자성체에 반응하여 구동부의 구동력을 증가시킴과 동시에 상기 구동부가 선형성을 유지하며 구동할 수 있도록 스틸링을 더 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 소형 광학렌즈 구동장치의 영구자석은 사각형상으로 이루어진 분할된 자석을 이용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 소형 광학렌즈 구동장치는 구동부와, 스프링부, 자기회로부, 상, 하측 하우징을 고정하는 역할과 더불어 접점역할을 수행할 수 있는 자성체로 이루어진 요크를 형성하여, 구성요소를 줄임으로써 제품을 소형화시킬 수 있을 뿐만 아 니라 공정수 단축에 따른 제조시간 및 제조단가를 줄일 수 있다.

또한, 영구자석에 의해 자화되는 자성체와 반응하는 스틸링을 구동부에 형성하여 구동부의 구동력을 증가시킴과 동시에 구동부의 구동곡선의 선형성을 유지시켜 구동부의 구동 후 포커스의 응답속도를 향상시킬 수 있다.

아울러, 사각형상의 영구자석을 채택하여 단가를 낮출 수 있는 유용한 발명이다.

이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 구성을 더욱 상세히 살펴보면 다음과 같다.

본 발명은 도 3 내지 도 4에서와 같이 렌즈를 장착하여 구동하는 구동부(10)와, 상기 구동부(10)의 구동시 복원력을 형성하기 위한 스프링부(20)와, 상기 구동부(10)를 자기력을 이용하여 구동시킬 수 있는 자기회로부(30)와, 상기 구동부(10), 스프링부(20), 자기회로부(30)를 결합할 수 있는 하우징(40)과, 상기 전 구성요소들을 감쌀 수 있도록 형성된 자성체(50)로 이루어져 있다.

우선, 상기 구동부(10)는 렌즈어셈블리(도면에 미도시)와, 상기 렌즈어셈블리()와 나사결합에 의해 결합하되, 내측에 렌즈를 장착하는 렌즈홀더(도면에 미도시)로 이루어져 있다.

또한, 스프링부(20)는 상기 구동부(10)의 상측에 배치하는 상측 스프링(21)과 구동부(10) 하측에 배치되는 하측 스프링(22)으로 구성된다.

그리고 상기 구동부(10)를 구동시키기 위한 자기회로부(30)는 상기 구동 부(10)의 측면에 결합하며, 전원을 공급받는 코일(32)을 형성하고, 상기 코일(32)의 외측에 형성되는 영구자석(31)으로 구성된다.

상기 영구자석(31)은 다양한 형태로 제작될 수 있지만 제조단가를 낮출 수 있도록 사각형상에서 분할된 형태로 형성하는 것이 좋다.
또한, 하우징(40)은 상기 구동부(10), 스프링부(20), 자기회로부(30)를 결합할 수 있도록 상측하우징(41) 및 하측 하우징(42)으로 구성된다.
한편, 자성체(50)는, 상기 자기회로부(30)의 영구자석(31)에 의해 자화될 수 있도록 영구자석(31) 외측에 형성되며, 상기 구성요소들(구동부(10), 스프링부(20), 자기회로부(30), 하우징(40)) 전체를 감쌀 수 있는 형태로 구된다.
여기서, 상기 하우징(40)의 하측 하우징(42)의 일측으로는 제1 결합부(미도시)를 형성하고, 상기 자성체(50)의 일측에 상기 제1 결합부(미도시)와 대응하는 지점에 제2 결합부(미도시)를 형성하여, 상기 자성체(50)와 상기 하우징(40)을 고정결합할 수 있도록 하며, 상기 제1결합부(미도시) 및 제2 결합부(미도시)는, 다양한 형태로 형성할 수 있지만, 결합 및 분리가 용이한 암, 수로 이루어진 후크형태의 결합방법을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 결합부(미도시) 및 제2 결합부(미도시)에 체결에 의해 상기 자성체(50)는, 상기 구동부(10), 스프링부(20), 자기회로부(30) 및 하우징(40)을 고정시키는 역할을 함과 동시에 접점역할을 수행하는 역할을 한다.

삭제

또한, 상기 구동부(10)의 상측으로는 구동부(10)의 구동력을 향상시킬 수 있도록 스틸링(60)을 더 형성할 수 있다.

상기 스틸링(60)은 영구자석(31)에 의해 자화되는 자성체(50)와 반응하여 자기력을 형성시킬 수 있도록 구성되어, 구동부(10)의 구동력을 증가시킬 수 있으며, 특히, 자기회로부(30)의 영구자석(31)과 코일(32)에 의해 구동부(10)가 구동될 때에 구동부(10)가 선형성을 유지할 수 있도록 구성한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 소형 광학렌즈 구동장치의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

우선, 소형 광학렌즈 구동장치(80)의 각 구성요소를 조립을 한다.

여기서, 본 발명의 조립방법은 소형화 및 경량화를 위해 각 구성요소들 간의 결합은 접착제를 이용하여 결합하는데, 이는, 일반적으로 널리 알려진 조립방법으로 구체적인 기술은 생략하도록 한다.

상기와 같이 조립이 완료된 본 발명의 소형 광학렌즈 구동장치(80)는 자기회로부(30)의 코일(32)에 전원을 인가하여 자기회로부(30)의 영구자석(31)과 코일(32)에서 발생하는 자기력에 의해 구동부(10)가 상하 직선운동함으로써 이루어지게 된다.

여기서, 상기 자기회로부(30)에 의해 구동력이 발생하는 원리를 살펴보면, 영구자석(31)에서 형성되는 자속과 코일(32)에서 흐르는 전류가 쇄교할 때에 코일(32)에서 발생하는 자기력(플레밍 왼손법칙)에 의해 코일(32)과 결합된 구동부(10)가 구동할 수 있는 구동력을 형성하게 되는 것이다.

상기와 같은 원리에 의해 자기회로부(30)의 코일(32)에서 흐르는 전류량을 서서히 증가시키면 코일(32)에서 발생하는 자기력은 전류 증가량과 비례하여 증가하게 되고, 이때에 상기 코일(32)에서 증가하는 자기력이 스프링부(20)의 상, 하측 스프링(21, 22)의 초기 탄성력을 초과하면 구동부(10)가 이동하게 된다.

또한, 상기 구동부(10)의 이동량에 따라 스프링부(20)의 탄성력은 자기력과 상충하는 방향의 동일한 힘의 크기로 증가하게 된다.

즉, 힘의 방향이 서로 상충되면서 동일크기인 자기력과 탄성력의 관계를 이용하게 되면, 상기 자기회로부(30)의 코일(56)에 입력되는 전류량을 조정하여 제어함으로써 본 발명의 소형 광학렌즈 구동장치(80)의 렌즈 이동량을 제어할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 자기회로부(30)의 코일(32)에 흐르는 전류량으로 렌즈의 변위를 제어한 다음 전류를 제거하면 구동부(10)는 스프링부(20)의 상, 하측 스프링(21, 22)의 탄성력에 의해 초기위치로 복원을 하게 된다.

한편, 자성체(50)에서는 상기 자기회로부(30)의 영구자석(31)과 전류가 인가된 코일(32)에 의해 발생하는 자기력을 증가시킬 수 있도록, 영구자석(31)의 자기력을 유도하여 구동부(10)의 구동력을 향상시킬 수 있도록 작용한다.

또한, 상기 자기회로부(30)의 영구자석(31)과 맞닿아 있는 자성체(50)는 자화 된 상태이기 때문에, 구동부(10)의 상측에 형성된 스틸링(60)과 자성체(50)의 상측 사이에서도 자기력이 발생하여, 구동부(10)의 구동력을 더욱 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

여기서, 통상적으로 자기력의 세기는 코일(32)과 스틸링(60)에 인가되는 자속밀도의 크기에 의해 결정되는데 구동시 구동부(10)에 인가되는 자속밀도가 균일하지 못하기 때문에, 종래에는 이러한 현상에 의해 구동부(10)가 선형으로 구동되지 못하기 때문에 구동이 완료된 후, 촛점을 맞추기 위한 포커스 작용시 속도가 느 린 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하고자 본 발명에서는 상기와 같이 스틸링(60)과 자성체(50)간의 자기력을 이용하여 구동부(10)를 구동시킴으로써, 선형성을 유지할 수 있도록 작용할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 종래의 소형 광학렌즈 구동장치를 도시한 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 소형 광학렌즈 구동장치의 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 소형 광학렌즈 구동장치를 도시한 사시도.

도 4는 도 3에 도시된 소형광학렌즈 구동장치의 단면도.

◈도면 주요 부분에 대한 부호의 설명◈

10 : 구동부 11 : 렌즈어셈블리

12 : 렌즈홀더 20 : 스프링부

21 : 상측 스프링 22 : 하측 스프링

30 : 자기회로부 31 : 영구자석

32 : 코일 40 : 하우징

41 : 상측 하우징 41a : 제1 결합부

42 : 하측하우징 50 : 자성체

51 : 제2 결합부 60 : 스틸링

80 : 소형 광학렌즈 구동장치

Claims

렌즈어셈블리가 내부에 결합된 렌즈홀더로 이루어진 구동부와, 상기 구동부를 초기위치로 복원시킬 수 있도록 구동부에 형성된 스프링부와, 항상 자속을 발생하는 영구자석과 내부에서 발생하는 자기력으로 구동부를 움직이는 코일로 구성된 자기회로부와, 상기 구동부, 스프링부 및 자기회로부를 하나로 결합하기 위한 하우징으로 구성되는 소형 광학렌즈 구동장치에 있어서,

상기 하우징은, 상기 구동부, 스프링부 및 자기회로부를 결합할 수 있도록 상측 하우징 및 하측 하우징으로 마련되고,

상기 구동부, 스프링부, 자기회로부 및 하우징을 감쌀 수 있는 형태로 구성되며, 상기 영구자석에 의해 자화되는 자성체를 더 형성하는 것에 특징이 있는 소형 광학렌즈 구동장치.
제 1항에 있어서, 상기 구동부의 렌즈홀더 상측에는 영구자석에 의해 자화되는 자성체에 반응하여 구동부의 구동력을 증가시킴과 동시에 상기 구동부가 선형성을 유지하며 구동할 수 있도록 스틸링을 더 형성하는 것에 특징이 있는 소형 광학렌즈 구동장치.
제 1항에 있어서, 상기 영구자석은 사각형상으로 이루어진 분할된 자석을 이용하는 것에 특징이 있는 소형 광학렌즈 구동장치.