KR102009197B1 - 광학계 3차원 틸팅 조절장치 - Google Patents

광학계 3차원 틸팅 조절장치 Download PDF

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황병무
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    • H04N5/2253—
    • H04N5/23299—

Abstract

본 발명에 의한 광학계 3차원 틸팅 조절장치는 제1마그네트가 구비되는 하우징; 상기 하우징 내측에 구비되며 제1방향을 기준으로 회전 이동하는 제1회전캐리어; 상기 제1회전캐리어에 구비되되, 상기 제1마그네트와 대면하는 위치에 구비되는 제1코일어셈블리; 상기 제1회전캐리어에 구비되되, 상기 제1코일어셈블리와 직각을 이루는 위치에 구비되는 제2코일어셈블리; 광학계가 탑재되고, 상기 제1회전캐리어 내측에 구비되며 상기 제1방향과 수직을 이루는 제2방향을 기준으로 회전 이동하는 제2회전캐리어; 및 상기 제2회전캐리어에 구비되되, 상기 제2코일어셈블리와 대면하는 위치에 구비되는 제2마그네트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광학계 3차원 틸팅 조절장치{APPARATUS FOR ADJUSTING 3 DIMENSION TILTING OF OPTICAL OBJECT}
본 발명은 광학계(카메라, 렌즈, 미러 등)의 방향을 조절하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로 광학계의 3차원 방향성을 조절하되, 광학계를 이동시키는 전자계 등을 3차원으로 이루어지는 이동 ?향성에 최적화되는 구조로 개선시킴으로써, 구동 성능의 정밀성과 정확성을 더욱 향상시킬 수 있는 광학계 3차원 ?팅 조절장치에 관한 것이다.
근래, 렌즈 등과 같은 광학계를 특정 방향으로 이동시킴으로써 영상 등의 품질을 개선시키는 기술이 적용되고 있다. 그 대표적인 예로, 렌즈와 촬상소자(CMOS, CCD 등) 사이의 거리를 조절하는 AF(Auto Focus)와 손떨림에 의한 움직임을 보상하는 방향으로 광학계를 이동시킴으로써 영상을 보정하는 OIS(Optical Image Stabilization)를 들 수 있다.
이와 같이 광학계를 이동 또는 회전시키는 기술은 레이저 등과 같은 빛 신호를 조사하여 객체의 위치, 거리 등을 측정하고 응용하는 라이더(LIDAR, Light Detection And Range) 등에도 적용되고 있다.
옥외 CCTV와 같이 크기, 공간 등의 제약이 없고 전기적 효율성이 문제되지 않는 기술 분야에서는 전기 모터 등을 이용하여 광학계를 회전시키거나 이동시키는 기술이 적용될 수 있다.
그러나 사용자가 휴대 내지 소지하는 카메라 또는 휴대단말 그리고 사용자가 착용하는 형태로 구현되는 다양한 광학 장치 등은 소형화가 본질적인 특징임은 물론, 전기 효율성이 상당히 중요하므로 이러한 기술 분야에서는 전기 모터를 이용한 기술이 근본적으로 적용되기 어렵다는 한계를 가진다.
이러한 기술 분야에서는 소형화 등의 구현을 위하여 코일과 마그네트 상호 간의 자력 또는 자기력과 전기력이 공존하는 경우 발생되는 힘(플레밍의 왼손 법칙)을 이용하여 광학계를 이동시키는 기술이 주로 적용된다.
그러나 이러한 기술이 적용된 대표적인 예인 AF나 OIS 등의 경우, X축 또는 Y축 방향을 기준으로 광학계를 선형적으로 이동시키는 기술이므로 광학계를 회전시키는 구조에 적용하는 데에는 상당한 제약이 따른다고 할 수 있다.
나아가 광학계를 3차원 방향으로 회전시키는 경우 광학계의 자세(posture) 내지 위치(position)가 다양하게 변화되므로 코일과 마그네트 사이의 자력 등을 단순히 적용하는 경우 코일과 마그네트가 상호 대면하는 영역의 변화에 따른 자력 소실이 발생하게 되어 구동 성능의 정밀성이나 효율성이 높지 않다는 문제점도 반드시 개선되어야 할 사항이라고 할 수 있다.
한국공개특허공보 10-2014-0144126(2014.12.18.) 한국등록특허공보 10-1593999(2016.02.04.)
본 발명은 상기와 같은 배경에서 상술된 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 광학계가 3차원 방향으로 유연하게 이동하도록 유도함은 물론, 각 방향을 기준으로 변화되는 광학계의 방향성 등을 고려하여 자력 발생 등을 위한 구조를 최적화시킴으로써 구동 성능을 향상시킴은 물론, 광학계를 더욱 정밀하게 3차원 방향으로 이동 내지 틸팅 시킬 수 있는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 아래의 설명에 의하여 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의하여 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 그 구성의 조합에 의하여 실현될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학계 3차원 틸팅 조절장치는 하우징 내측에 구비되며 제1방향을 기준으로 회전 이동하는 제1회전캐리어; 상기 하우징 및 제1회전캐리어 중 어느 하나에 구비되는 제1마그네트; 상기 하우징 및 제1회전캐리어 중 상기 제1마그네트가 구비되지 않는 다른 하나에 구비되되, 상기 제1마그네트와 대면하는 위치에 구비되는 제1코일어셈블리; 상기 제1회전캐리어 내측에 구비되며 상기 제1방향과 수직을 이루는 제2방향을 기준으로 회전 이동하는 제2회전캐리어; 및 상기 제1 및 제2회전캐리어 중 어느 하나에 구비되되, 상기 제1마그네트와 수직을 이루는 위치에 구비되는 제2마그네트; 및 상기 제1 및 제2회전캐리어 중 상기 제2마그네트가 구비되지 않는 다른 하나에 구비되되, 상기 제2마그네트와 대면하는 위치에 구비되는 제2코일 어셈블리를 포함하여 구성될 수 있다.
더욱 바람직한 실시형태를 구현하기 위하여 본 발명의 상기 제1마그네트는 상기 하우징에 구비되고, 상기 제2마그네트는 제2회전캐리어에 구비되며, 상기 제1 및 제2코일어셈블리는 모두 상기 제1회전캐리어에 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 제1코일어셈블리 또는 제2코일어셈블리는 코어 요크; 및 상기 코어 요크에 권선되는 코일을 포함할 수 있으며, 이 경우 본 발명의 상기 코어 요크는 제1 또는 제2회전캐리어의 회전 방향과 대응되는 방향으로 라운드진 형상을 가지도록 구성하는 것이 바람직하다.
나아가 본 발명은 상기 하우징에 형성된 제1홀 및 상기 제1회전캐리어에서 상기 제1홀과 대응되는 위치에 형성된 제1통공에 함께 축결합되는 제1체결부재를 더 포함할 수 있다. 이 경우 본 발명의 상기 제1축결합부재는 상기 하우징 외측에서 상기 제1홀에 결합된 후, 상기 제1통공에 결합되도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 제1회전캐리어에서 상기 제1통공과 수직을 이루는 방향에 형성된 제2홀 및 상기 제2회전캐리어에서 상기 제2홀과 대응되는 위치에 형성된 제2통공에 함께 축결합되는 제2체결부재를 더 포함할 수 있다. 이 경우 본 발명의 상기 제2체결부재는 상기 제1회전캐리어 외측에서 상기 제2홀에 결합된 후, 상기 제2통공에 결합되도록 구성될 수 있다.
더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여 본 발명은 상기 제1결합부재와 상기 제1통공 사이 또는 제2결합부재와 상기 제2통공 사이에 구비되는 3개 이상의 볼을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의할 때, 내부와 외부를 상대적으로 공유하는 구조를 통하여 광학계를 3차원 방향으로 이동시킬 수 있어 장치를 더욱 간단히 구현할 수 있음은 물론, 소형화에 최적화된 구조로 구현할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의할 때, 자력 등을 발생시키는 코일의 물리적 구조를 광학계의 이동 경로에 대응되도록 라운드진 형상으로 구현함으로써, 광학계가 어떠한 위치에 있더라도 자력 소실을 최소화할 수 있어 구동 성능을 더욱 향상시킬 수 있음은 물론, 구동 정밀성을 높일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의할 때, 전력 공급 등이 필요한 복수 개 코일을 하나의 객체에 구비시키는 구조적 개선을 통하여 전력 공급을 위한 배선 라인, FPCB 등을 더욱 간단히 구현할 수 있어 조립 과정의 효율성 증진은 물론, 작동 과정에서 발생되는 오동작이나 고장 등을 현저히 낮출 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 효과적으로 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 이러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 광학계 3차원 틸팅 조절장치의 전체적인 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 제1 및 제2회전캐리어의 구조와 구성을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 제2회전캐리어가 제1회전캐리어를 기준으로 회전 이동하는 모습을 도시한 도면,
도 4는 제2회전캐리어의 회전 이동에 따른, 제2코일어셈블리와 제2마그네트 사이의 관계를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 하우징 및 제1회전캐리어의 구조와 구성을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 제1회전캐리어가 하우징을 기준으로 회전 이동하는 모습을 도시한 도면,
도 7은 제1회전캐리어의 회전 이동에 따른, 제1코일어셈블리와 제1마그네트 사이의 관계를 도시한 도면,
도 8은 도 1에 도시된 본 발명의 광학계 3차원 틸팅 조절장치의 A-A선에 의한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 광학계 3차원 틸팅 조절장치(이하 '조절장치'라 지칭한다)(100)의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.
이하 후술되는 바와 같이 본 발명의 조절장치(100)는 제1방향(도 1 기준 YZ평면) 및 제2방향(도 1 기준 XZ 평면)을 기준으로 광학계(50)의 3차원 기울기를 변화시킴(틸팅(tilting))으로써 광학계(50)를 3차원 방향으로 회전 이동시키는 장치에 해당한다. 본 발명의 광학계(50)는 카메라, 렌즈, 미러(mirror), 프리즘, 광원모듈 등과 같이 광학적 기능을 이용하는 다양한 모듈, 장치, 기구 등으로 이루어질 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 조절장치(100)는 크게, 장치 최외부에 위치하는 하우징(110), 하우징(110) 내측에 위치하는 제1회전캐리어(120) 및 제1회전캐리어(120) 내측에 위치하는 제2회전캐리어(130)를 포함할 수 있다.
후술되는 바와 같이 본 발명의 제1회전캐리어(120)는 하우징(110) 내측에 구비되는 구성으로서 하우징(110)을 기준으로 제1방향으로 회전 이동한다. 이러한 점에서 제1회전캐리어(120)가 이동체라면 하우징(110)은 이에 상응하는 관점에서 고정체에 해당한다.
광학계(50)는 제2회전캐리어(130)에 장착되고 제2회전캐리어(130)는 제1회전캐리어(120)에 장착되며 광학계(50)는 제2회전캐리어(130)에 구비되므로 제1회전캐리어(120)가 하우징(110)을 기준으로 제1방향으로 회전 이동(tilting) 될 때, 그 물리적 이동을 함께 하여 제2회전캐리어(130)가 회전이동하고 그에 따라 광학계(50) 또한, 제1방향을 기준으로 회전 이동하게 된다.
본 발명의 제2회전캐리어(130)는 제1회전캐리어(120) 내측에 구비되는 구성으로서, 제1회전캐리어(120)를 기준으로 제2방향으로 회전 이동한다. 이러한 점에서 제2회전캐리어(130)가 이동체라면 제1회전캐리어(120)는 이에 상응하는 관점에서 고정체가 된다.
본 발명은 이와 같이 회전 이동하는 이동체와 고정체가 상호 상대적으로 내부 및 외부를 이루도록 구성되므로 장치를 더욱 간단하게 구현할 수 있음은 물론, 각 방향별 이동이 다른 방향 이동에 미치는 영향이 최소화될 수 있어 3차원 이동을 더욱 정밀하게 구현할 수 있다.
제1회전캐리어(120) 및 제2회전캐리어(130)의 회전 이동은 다양한 물리적 구동 수단에 의하여 구현될 수 있으나, 소비전력, 저소음, 공간 활용, 반응 속도 등을 고려하여 이하 후술되는 바와 같이 코일과 마그네트에 의해 구현되는 것이 바람직하다.
코일과 마그네트 사이의 자력은 상대적인 힘의 관계를 가지므로 실시형태에 따라서 이동체에 마그네트가 구비되고 고정체에 코일이 구비되도록 구성할 수 있음은 물론, 이와는 반대로 이동체에 코일이 구비되고 고정체에 마그네트가 구비되도록 구성할 수도 있다.
전기적 배선 관계와 이를 구현하기 위한 FPCB의 배치 효율성을 더욱 높이고, 상호 자력에 의한 구동 효율성을 높이기 위하여 물리적으로 가운데에 위치하는 제1회전캐리어(120)에 코일이 구비되고, 하우징(110) 및 제2회전캐리어(130) 각각에 마그네트가 구비되는 것이 바람직하다.
이와 같이 배치되는 경우 도 1에 도시된 바와 같이 외부 전원이 인가되는 회로기판(FPCB)(170)을 제1회전캐리어(120) 방향으로만 전개(deploy)시켜 제1회전캐리어(120)와 결합시키면 되므로 조립 공정의 효율성을 높일 수 있음은 물론, 전기적 배선 관계를 더욱 간단히 구성할 수 있어 제1회전캐리어(120) 및 제2회전캐리어(130)의 각 이동에 따른 물리적 접촉 등을 최대한 피할 수 있어 단선 등에 의한 고장이나 오동작을 최소화할 수 있다.
이하 설명에서는 이와 같이 제1회전캐리어(120)에 코일이 구비되는 실시예를 기준으로 본 발명의 상세 구성을 설명하나 앞서 기술된 바와 같이 마그네트와 코일 상호 간의 자기력을 적용할 수 있다면 코일과 마그네트의 배치는 도면 등에 도시된 실시예와 다르게 적용될 수 있음은 물론이다.
도 1에 도시된 바와 같이 제1마그네트(140-1)는 본 발명의 하우징(110)에 구비되며, 제1코일어셈블리(150-1)는 본 발명의 제1회전캐리어(120)에 구비되되, 제1마그네트(140-1)와 대면하는 위치에 구비된다.
적절한 크기와 방향의 전원이 제1코일어셈블리(150-1)에 인가되면, 이에 대응하는 크기와 방향의 전자기력이 제1마그네트(140-1)와의 상대적 관계에서 발생하게 되므로 이 전자기력에 의하여 제1회전캐리어(120)가 하우징(110)을 기준으로 제1방향으로 회전 이동한다.
구동효율성을 높이기 위하여 도 1 등에 도시된 바와 같이 제1코일어셈블리(150-1)는 제1회전캐리어(120)에서 동일 방향 면부 각각에 복수 개로 구비되는 것이 바람직하다.
대응되는 관점에서, 제2마그네트(140-2)는 가장 내측에 위치하는 제2회전캐리어(130)에 구비되며, 이 제2마그네트(140-2)와의 상대적 관점에서 구동력을 발생시키는 제2코일어셈블리(150-2)는 제1회전캐리어(120)에 구비된다.
적절한 크기와 방향의 전원이 제2코일어셈블리(150-2)에 인가되면, 이에 대응하는 크기와 방향의 전자기력이 제2마그네트(140-2)와의 상대적 관계에서 발생하므로 이 전자기력에 의하여 제2회전캐리어(130)는 제1회전캐리어(120)를 기준으로 상기 제1방향과 수직을 이루는 방향인 제2방향으로 회전 이동한다.
각 방향별 이동이 독립적으로 구현되도록 하기 위하여, 도면 등에 도시된 바와 같이 제1코일어셈블리(150-1)와 제2코일어셈블리(150-2)는 상호 수직을 이루는 방향에 배치된다. 또한, 제1마그네트(140-1)는 제1코일어셈블리(150-1)에 대면하고, 제2마그네트(140-2)는 제2코일어셈블리(150-2)에 대면하도록 배치되므로 제1마그네트(140-1)와 제2마그네트(140-2) 또한, 상호 수직을 이루는 방향에 배치된다.
실시형태에 따라서 광학계(50)의 제1방향 및 제2방향의 위치를 감지하는 위치감지 센서(미도시)와 이 신호를 해석하여 적절한 방향과 크기의 전원이 코일 측으로 인가되도록 제어하는 구동 드라이버(미도시)가 추가적으로 구비될 수 있다. 위치감지 센서는 홀 효과(hall effect)를 이용하는 홀센서, 빛 감지 센서, 자이로 센서 등이 이용될 수 있다.
이와 같이 위치감지 센서와 구동 드라이버가 적용되는 경우, 위치 감지 센서가 출력하는 신호 및 코일에 인가되는 전원의 크기/방향을 함께 피드백 제어로 활용함으로써 광학계(50)의 회전 이동을 더욱 정밀하게 구현할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면 등을 참조하여 제2회전캐리어(130)가 제1회전캐리어(120)를 기준으로 제2방향으로 이동하는 실시예를 먼저 설명하고, 제1회전캐리어(120)가 하우징(110)을 기준으로 제1방향으로 회전 이동하는 실시예를 후술하도록 한다.
도 2는 본 발명의 제1회전캐리어(120) 및 제2회전캐리어(130)의 구조와 구성을 도시한 도면, 도 3은 제2회전캐리어(130)가 제1회전캐리어(120)를 기준으로 회전 이동하는 모습을 도시한 도면이며, 도 4는 제2회전캐리어(130)의 회전 이동에 따른, 제2코일어셈블리(150-2)와 제2마그네트(140-2) 사이의 관계를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2회전캐리어(130)는 제1회전캐리어(120)의 내측에 위치되는 구성으로서, 자력에 의한 구동력 생성을 위한 제2마그네트(140-2)가 구비된다.
제1회전캐리어(120)에는 상기 제2마그네트(140-2)와 대면하는 위치에 제2코일어셈블리(150-2)가 구비되고, 이들 상호 간의 전자기력에 의하여 구동력이 발생되면 제2회전캐리어(130)가 제1회전캐리어(120)를 기준으로 제2방향으로 회전이동하게 된다.
제2회전캐리어(130)의 회전 이동이 유연하게 구현되도록 하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 제2회전캐리어(130)는 제1회전캐리어(120)와 축-결합되는 것이 바람직하다.
구체적으로 제2회전캐리어(130)의 상부(도 2의 Z축 기준)에는 제2통공(132)이 형성되며, 이 제2통공(132)과 대응되는 위치의 제1회전캐리어(120)에는 제2홀(122)가 형성되고, 제2체결부재(160-2)가 이들 제2통공(132)과 제2홀(122)에 함께 끼움 결합되는 방법 등으로 제2회전캐리어(130)가 제1회전캐리어(120)에 축-결합될 수 있다.
제2회전캐리어(130)가 제1회전캐리어(120)에 축-결합되는 방식은 다양하게 구현될 수 있음은 물론이다. 다만, 본 발명은 회전 이동하는 객체들이 상호 내측과 외측을 이루는 복합 구조로 구현되므로 조립 공정의 효율성이 높아질 수 있도록 도면에 예시된 실시예와 같이 본 발명의 제2체결부재(160-2)가 제1회전캐리어(120)의 외측에서 상기 제2홀(122)에 결합된 후 제2통공(132)에 결합되는 구조가 되도록 구성하는 것이 바람직하다.
제2코일어셈블리(150-2)는 조립 공정의 효율성을 높이기 위하여 도면에 예시된 바와 같이 제1회전캐리어(120) 하부에 돌출형상으로 구비되는 결합부(123)와 끼움 결합되는 홀(hole)(155)이 양단에 형성되는 것이 바람직하다. 실시형태에 따라서 오목과 볼록의 상응 구조는 도면에 예시된 구조와 반대로 구현될 수도 있음은 물론이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 적절한 크기와 방향의 전원이 제2코일어셈블리(150-2)에 인가되면, 제2코일어셈블리(150-2)와 제2마그네트(140-2) 사이에 구동력이 발생하게 되고, 발생된 구동력의 크기와 방향에 따라 제2회전캐리어(130)가 제1회전캐리어(120)를 기준으로 제2방향(XZ 평면을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향)으로 회전 이동하게 된다.
이와 같이 제2회전캐리어(130)가 제2체결부재(160-2)의 축 방향을 기준으로 회전 이동하게 되면, 이 제2회전캐리어(130)에 탑재된 광학계(50)는 제2회전캐리어(130)의 회전 이동과 함께 회전 이동하게 된다.
제2체결부재(160-2)와 제2통공(132) 사이에는 복수 개의 볼(B)이 위치할 수 있다. 이와 같이 제2체결부재(160-2)와 제2통공(132) 사이에 복수 개의 볼(B)이 위치하는 경우 제2회전캐리어(130)는 볼(B)의 구름(rolling) 운동과 점접촉(point-contact)에 의한 최소화된 마찰력으로 회전 이동할 수 있어 제2회전캐리어(130)의 회전 이동이 더욱 유연하게 구현될 수 있다. 대칭적 지지가 가능하도록 볼(B)은 3개 이상 구비되는 것이 바람직하다.
도 4의 (b)는 기준 위치(전원이 인가되지 않는 상태)의 제2코일어셈블리(150-2) 및 제2마그네트(140-2)를 도시한 도면이다. 이 상태에서 전원이 제2코일어셈블리(150-2)의 코일(151)에 인가되면 발생된 구동력에 의하여 제2회전캐리어(130)가 반시계 방향(도 4의 (a)) 또는 시계 방향(도 4의 (c))으로 회전 이동한다.
제2마그네트(140-2)는 제2회전캐리어(130)에 구비된 구성이므로 도 4에 도시된 바와 같이 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전 이동한다.
본 발명의 제2코일어셈블리(150-2)는 도 4 (d) 등에 도시된 바와 같이, 금속 재질 등으로 이루어지는 코어 요크(153) 및 상기 코어 요크(153)에 권선되는 형태로 구비되는 코일(151)으로 이루어질 수 있다.
코어 요크가 직선 형상으로 이루어지는 경우 기준 위치(도 4의 (b))에서는 코일과 마그네트가 설계된 최대 영역에서 상호 대면하나, 마그네트가 회전 이동하는 경우 코일과 마그네트가 상호 대면하지 않는 영역이 발생하게 된다.
코일과 마그네트가 상호 대면하지 않는 영역에서는 구동력이 발생하지 않으므로 1차적으로 구동 효율이 저하됨은 물론, 구동력이 발생되지 않는 영역이 회전 각도의 크기에 따라 불균일하게 발생되므로 구동력의 선형적 특성이 와해되고 이로 인하여 광학계가 회전 이동하도록 제어하는 제어 알고리즘을 구현하는 것이 상당히 어려워지는 2차적인 문제도 발생할 수 있다.
이를 위하여, 본 발명의 제2코일어셈블리(150-2)의 코어 요크(153)는 도 4 등에 도시된 바와 제2회전캐리어(130), 구체적으로 제2마그네트(140-2)의 회전 방향 내지 이동 방향과 대응되는 방향으로 라운드진 형상으로 구현된다. 후술되는 제1코일어셈블리(150-1)의 코어 요크(153)도 이와 동일하다.
이와 같이 코어 요크(153)가 라운진 형상으로 이루어지는 경우 제2마그네트(140-2)가 회전 이동하여도 코어 요크(153)에 권선된 코일(151)과 제2마그네트(140-2)가 상호 대면하는 최대 영역이 지속될 수 있어 구동력 손실을 최소화할 수 있음은 물론, 상술된 문제점을 근본적으로 해소할 수 있게 된다.
이하에서는 첨부된 도 5 내지 도 7 등을 참조하여 제1회전캐리어(120)가 하우징(110)을 기준으로 제1방향으로 이동하는 실시예를 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 하우징(110) 및 제1회전캐리어(120)의 구조와 구성을 도시한 도면, 도 6은 본 발명의 제1회전캐리어(120)가 하우징(110)을 기준으로 회전 이동하는 모습을 도시한 도면이며, 도 7은 제1회전캐리어(120)의 회전 이동에 따른, 제1코일어셈블리(150-1)와 제1마그네트(140-1) 사이의 관계를 도시한 도면이다.
도 5의 아래 부분에 도시된 제1회전캐리어(120)는 앞서 기술된 제2회전캐리어(130)가 결합된 제1회전캐리어(120)에 해당한다. 이와 같이 제1회전캐리어(120)는 제2회전캐리어(130)가 결합된 상태에서 하우징(110) 내측으로 결합된다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1회전캐리어(120)는 하우징(110) 내측에 위치하는 구성으로서, 앞서 기술된 바와 같이 자력에 의한 구동력을 생성하는 제1코일어셈블리(150-1)가 구비된다.
이와 상응하도록 하우징(110)에는 상기 제1코일어셈블리(150-1)와 대면하는 위치에 제1마그네트(140-1)가 구비되고 이들 상호 간의 전자기력에 의하여 구동력이 발생되면 제1회전캐리어(120)가 하우징(110)을 기준을 제1방향으로 회전이동하게 된다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된 바와 같이, 본 발명의 제1회전캐리어(120) 또한, 하우징(110)에 축-결합된다. 구체적으로 하우징(110)의 상부(도 5의 Z축 기준) 측면 중 앞서 기술된 제2홀(122) 또는 제2통공(132)이 구비된 방향과 수직을 이루는 일 측면에 제1홀(111)이 형성되며, 이 제1홀(111)과 대응되는 위치의 제1회전캐리어(120)에는 제1통공(121)이 형성되고, 제1체결부재(160-1)가 이들 제1홀(111) 및 제1통공(121)에 함께 끼움 결합되는 방법 등으로 제1회전캐리어(120)가 하우징(110)에 축 결합될 수 있다.
제1회전캐리어(120)를 기준으로 할 때, 제1회전캐리어(120)에 형성된 제1통공(121)은 하우징(110)의 제1홀(111)과 축-결합되며, 제1회전캐리어(120)에서 상기 제1통공(121)과 수직을 이루는 방향에 형성된 제2홀(122)는 제2회전캐리어(130)의 제2통공(132)와 축-결합된다.
앞서 제2회전캐리어(130)가 제1회전캐리어(120)에 축-결합되는 방식에 설명된 바와 같이 조립 공정의 효율성을 높이기 위하여, 도 5 등에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1체결부재(160-1)가 하우징(110)의 외측에서 상기 제1홀(111)에 결합된 후 제1통공(121)에 결합되는 구조가 되도록 구성하는 것이 바람직하다.
도 6에 도시된 바와 같이, 적절한 크기와 방향의 전원이 제1코일어셈블리(150-1)에 인가되면, 제1코일어셈블리(150-1)와 제1마그네트(140-1) 사이에서 발생된 구동력에 의하여 제1회전캐리어(120)가 하우징(110)을 기준으로 제1방향(YZ 평면을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향)으로 회전이동하게 된다.
제2회전캐리어(130)가 제1회전캐리어(120)에 축-결합된 방향은 제1회전캐리어(120)가 하우징(110)에 축-결합된 방향과 수직을 이루고 있으므로 제1회전캐리어(120)가 제1방향으로 회전 이동하는 경우, 제2회전캐리어(130) 또한, 제1회전캐리어(120)와 함께 회전 이동하게 되고 제2회전캐리어(130)에 탑재된 광학계(50) 또한, 동일하게 회전 이동한다.
제1회전캐리어(120)가 최소화된 마찰력으로 회전 이동하는 것을 유도하기 위하여 앞서 기술된 바와 같이 제1체결부재(160-1)와 제1통공(121) 사이에는 복수 개의 볼(B)이 구비되는 것이 바람직하다.
도 7의 (b)는 기준 위치의 제1코일어셈블리(150-1) 및 제1마그네트(140-1)를 도시한 도면이다. 하우징(110)이 제1회전캐리어(120)의 외부에 존재하므로 제1마그네트(140-1)는 제1코일어셈블리(150-1)보다 외부에 위치한다.
도 7은 제1마그네트(140-1)와 제1코일어셈블리(150-1) 사이의 관계를 현출시키기 위하여 제1마그네트(140-1)의 외곽 라인만 실선으로 표현하고, 제1마그네트(140-1)의 가운데 부분은 투명하게 도시한 도면에 해당한다.
제1코일어셈블리(150-1)는 제1회전캐리어(120)에 구비된 구성이므로 도 7에 도시된 바와 같이 제1회전캐리어(120)가 시계 방향 도는 반시계 방향으로 회전 이동하는 경우 제1코일어셈블리(150-1) 또한, 제1회전캐리어(120)와 함께 회전 이동한다.
앞서 도 4을 통하여 설명된 바와 같이 본 발명의 제1코일어셈블리(150-1) 또한, 도 7 (d) 등에 도시된 바와 같이, 금속 재질 등으로 이루어지는 코어 요크(153) 및 상기 코어 요크(153)에 권선되는 형태로 구비되는 코일(151)으로 이루어질 수 있다. 또한, 제1코일어셈블리(150-1)가 회전 이동하더라도 제1마그네트(140-1)와 대면하는 최대 영역이 지속될 수 있도록 제1코일어셈블리(150-1)를 구성하는 코어 요크(153) 또한, 제1회전캐리어(120)의 회전 방향과 대응되는 방향으로 라운드진 형상을 가지는 것이 바람직하다.
도 8은 도 1에 도시된 본 발명에 의한 조절장치(100)의 A-A선에 의한 단면도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 외부에서 내부로 향하는 방향의 순으로 하우징(110), 제1회전캐리어(120), 제2회전캐리어(130) 및 광학계(50)가 위치한다.
하우징(110)에 구비된 제1마그네트(140-1)와 제1회전캐리어(120)에 구비된 제1코일어셈블리(150-1) 사이에서 구동력이 발생하면 하우징(110)을 기준으로 제1회전캐리어(120)가 제1방향으로 회전 이동한다.
또한, 제1회전캐리어(120)에 구비된 제1코일어셈블리(150-1)와 제2회전캐리어(130)에 구비된 제2마그네트(140-2) 사이에서 구동력이 발생하면, 제1회전캐리어(120)를 기준으로 제2회전캐리어(130)가 제2방향으로 회전 이동한다.
앞서 기술된 바와 같이 제1회전캐리어(120)의 회전 이동과 제2회전캐리어(130)의 이동은 상호 독립적으로 이루어짐은 물론이다.
이와 같이 본 발명에 의한 조절장치(100)는 상대적 관점의 이동체와 고정체가 상호 내측과 외측을 이루는 복합 구조를 가지며, 최종적으로 광학계(50)는 제1회전캐리어(120)의 회전이동(제1방향 기준) 또는 제2회전캐리어(130)의 회전이동(제2방향 기준)의 조합에 의한 3차원 방향으로 틸팅 내지 회전 이동하게 된다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명의 설명과 그에 대한 실시예의 도시를 위하여 첨부된 도면 등은 본 발명에 의한 기술 내용을 강조 내지 부각하기 위하여 다소 과장된 형태로 도시될 수 있으나, 앞서 기술된 내용과 도면에 도시된 사항 등을 고려하여 본 기술분야의 통상의 기술자 수준에서 다양한 형태의 변형 적용 예가 가능할 수 있음은 자명하다고 해석되어야 한다.
또한, 본 발명의 설명에 있어 제1, 제2 또는 상부, 하부 또는 상하 등과 같은 표현은 상호 간의 각 구성(요소)을 상대적으로 구분하기 위하여 사용되는 도구적 개념의 용어일 뿐, 특정의 순서, 우선순위 등을 나타내기 위하여 사용되는 용어이거나, 절대적인 기준에서 각각의 구성(요소)을 물리적으로 구분하기 위하여 사용되는 용어가 아님은 자명하다.
50 : 광학계 100 : 본 발명에 의한 조절장치
110 : 하우징 111 : 제1홀
120 : 제1회전캐리어 121 : 제1통공
122 : 제2홀 123 : 결합부
130 : 제2회전캐리어 132 : 제2통공
140-1 : 제1마그네트 140-2 : 제2마그네트
150-1 : 제1코일어셈블리 150-2 : 제2코일어셈블리
151 : 코일(권선형) 153 : 코어 요크
155 : 통공
160-1 : 제1체결부재 160-2 : 제2체결부재
170 : 회로기판(FPCB)

Claims (8)

  1. 하우징 내측에 구비되며 제1방향을 기준으로 회전 이동하는 제1회전캐리어;
    상기 하우징에 구비되는 제1마그네트;
    상기 제1회전캐리어에 구비되되, 상기 제1마그네트와 대면하는 위치에 구비되는 제1코일어셈블리;
    상기 제1회전캐리어 내측에 구비되며 상기 제1방향과 수직을 이루는 제2방향을 기준으로 회전 이동하는 제2회전캐리어; 및
    상기 제2회전캐리어에 구비되되, 상기 제1마그네트와 수직을 이루는 위치에 구비되는 제2마그네트;
    상기 제1회전캐리어에 구비되되, 상기 제2마그네트와 대면하는 위치에 구비되는 제2코일어셈블리;
    상기 하우징에 형성된 제1홀 및 상기 제1회전캐리어에서 상기 제1홀과 대응되는 위치에 형성된 제1통공에 함께 축결합되는 제1체결부재; 및
    상기 제1회전캐리어에서 상기 제1통공과 수직을 이루는 방향에 형성된 제2홀 및 상기 제2회전캐리어에서 상기 제2홀과 대응되는 위치에 형성된 제2통공에 함께 축결합되는 제2체결부재를 포함하고,
    상기 제1코일어셈블리 또는 제2코일어셈블리는,
    코어 요크; 및
    상기 코어 요크에 권선되는 코일을 포함하며,
    상기 코어 요크는 제1 또는 제2회전캐리어의 회전 방향과 대응되는 방향으로 라운드진 형상을 가지며,
    상기 제1회전캐리어에 형성된 제1통공 및 제2홀은 상기 제1회전캐리어의 서로 직각을 이루는 측면의 상부 가운데 부분에 구비되며, 상기 제1코일어셈블리 및 제2코일어셈블리는 상기 제1회전캐리어의 서로 직각을 이루는 각 측면에 구비되되, 상기 제1통공 또는 제2홀보다 낮은 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 광학계 3차원 틸팅 조절장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제1체결부재는,
    상기 하우징 외측에서 상기 제1홀에 결합된 후, 상기 제1통공에 결합되는 것을 특징으로 하는 광학계 3차원 틸팅 조절장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제2체결부재는,
    상기 제1회전캐리어 외측에서 상기 제2홀에 결합된 후, 상기 제2통공에 결합되는 것을 특징으로 하는 광학계 3차원 틸팅 조절장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1체결부재와 상기 제1통공 사이 또는 제2체결부재와 상기 제2통공 사이에 구비되는 3개 이상의 볼을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계 3차원 틸팅 조절장치.
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