KR102209069B1

KR102209069B1 - 오토 포커스 구동 유닛 및 이를 구비한 촬영장치

Info

Publication number: KR102209069B1
Application number: KR1020140059293A
Authority: KR
Inventors: 심재규; 구본민; 조우종
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2021-01-28
Also published as: US20170068068A1; KR20150131879A; US10330886B2; WO2015174603A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 오토 포커스 구동 유닛은, 이미지 센서에 대하여, 적어도 하나의 렌즈를 지지하는 렌즈 홀더를 광축 방향으로 이동시키기 위한 것으로서, 리드 스크류; 상기 렌즈 홀더가 상기 광축 방향으로 제1 거리의 정수 배만큼 이동되도록 상기 리드 스크류를 회전시키며, 고정자 및 회전자를 포함하는 제1 구동원; 및 상기 렌즈 홀더가 광축 방향으로 상기 제1 거리와 다른 거리로 이동되도록, 리드 스크류 및 회전자를 상기 제1 구동원의 고정자에 대하여 광축과 평행한 제1 방향으로 이동시키는 제2 구동원;을 포함할 수 있다.

Description

오토 포커스 구동 유닛 및 이를 구비한 촬영장치{Auto focus driving unit and photographing apparatus having the same}

실시예들은 오토 포커스 구동 유닛 및 이를 구비한 촬영장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분해능이 향상된 오토 포커스 구동 유닛 및 이를 구비한 촬영장치를 제공하는 데 있다.

디지털 카메라나 캠코더 등과 같은 촬영장치에는 렌즈를 광축 방향으로 이동시키는 렌즈 구동 조립체를 포함한다. 렌즈 구동 조립체는 렌즈의 초점을 피사체에 맞추어 자동으로 조절하는 오토 포커스 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해, 렌즈 구동 조립체는, 이미지 센서에 대하여 렌즈를 광축 방향으로 이동시키는 오토 포커스 구동 유닛을 포함할 수 있다.

오토 포커스 구동 유닛은 렌즈를 광축 방향으로 이동시키기 위한 리드 스크류와 리드 스크류를 회전시키는 구동원을 포함할 수 있다. 구동원으로서, 직류 모터, 초음파 모터, 스텝 모터 등 다양한 모터가 사용될 수 있다.

일 예로서, 구동원의 무게 및 소음을 고려하여, 오토 포커스 구동 유닛의 구동원으로 스텝 모터를 사용할 수 있다. 리드 스크류 및 스텝 모터를 포함하는 오토 포커스 구동 유닛은 리드 스크류의 나사 산의 간격에 따라 위치 정밀도와 구동 속도가 결정될 수 있다.

빠른 구동 속도를 위하여, 리드 스크류의 나사 산의 간격을 넓힐 경우, 렌즈가 멈출 수 있는 위치 정밀도가 저하될 수 있다.

반대로, 위치 정밀도를 향상시키기 위하여, 나사 산의 간격을 줄일 경우, 소정의 구동 속도를 만족시키기 위하여 스텝 모터의 더 많은 회전 수가 필요하게 되며, 이는 소음 및 진동 발생의 원인으로 작용할 수 있다.

한편, 위치 정밀도를 향상시키기 위하여, 나사 산의 간격을 유지하고 1 회전당 스텝수가 많은 스텝 모터를 사용하는 경우, 동일 크기의 모터 내부에 더 많은 자석의 극수가 필요하게 된다. 그로 인해, 모터 내부의 유효 자석 면적이 줄어들게 되며, 이는 구동 효율 및 구동 토크를 저하시키는 원인으로 작용할 수 있다.

실시예들의 목적은, 렌즈의 이동 속도를 향상시키면서도, 높은 분해능을 가지는 오토 포커스 구동 유닛 및 이를 구비한 촬영장치를 제공하는데 있다.

일 실시예에 관한 오토 포커스 구동 유닛은, 이미지 센서에 대하여, 적어도 하나의 렌즈를 지지하는 렌즈 홀더를 광축 방향으로 이동시키기 위한 것으로서,

상기 광축과 평행인 방향으로 길이를 가지며, 회전에 의해 상기 렌즈 홀더를 상기 렌즈 홀더가 상기 광축 방향으로 제1 거리의 정수 배만큼 이동되도록 상기 리드 스크류를 회전시키며, 상기 리드 스크류의 외주에 설치된 회전자와, 상기 회전자와 이격되며 상기 회전자를 회전시키는 고정자를 포함하는 제1 구동원; 및

상기 렌즈 홀더가 상기 광축 방향으로 상기 제1 거리와 다른 거리인 제2 거리로 이동되도록, 상기 리드 스크류 및 상기 회전자를 상기 고정자에 대하여 상기 광축과 평행한 제1 방향으로 이동시키는 제2 구동원;을 포함할 수 있다.

상기 오토 포커스 구동 유닛은, 상기 리드 스크류의 길이 방향으로의 양 단부에 배치되며, 상기 리드 스크류를 회전 가능하도록 지지하는 제1, 제2 베어링을 더 포함할 수 있다.

상기 제2 구동원은 상기 제1, 제2 베어링 중 적어도 하나의 단부에 설치될 수 있다. 상기 제2 구동원은 상기 제1, 제2 베어링, 상기 리드 스크류 및 상기 회전자를 상기 제1 방향으로 이동시킬 수 있다.

상기 제1, 제2 베어링 중 적어도 하나에 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성 부재;를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 구동원은, 상기 광축 방향으로의 길이 변형이 가능한 가변 부재를 포함할 수 있다. 상기 가변 부재는, 압전 물질, 자기변형 물질, 형상기억합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 가변 부재는 상기 광축 방향으로의 길이가 변형될 때 상기 광축과 수직인 방향으로의 폭이 변형되며, 상기 제2 구동원은, 상기 가변 부재의 폭 변형을 상기 광축 방향으로의 길이 변형으로 전환하는 전환 프레임을 더 포함할 수 있다.

상기 전환 프레임은, 상기 가변 부재에 접촉하는 접촉부와, 상기 가변 부재로부터 광축 방향으로 이격된 이격부를 가질 수 있다.

상기 제2 거리는 상기 제1 거리보다 작을 수 있다. 상기 제2 거리는 5 um ~ 15 um일 수 있다.

상기 제1 구동원은, 상기 고정자와 상기 회전자의 광축 방향으로의 이격 거리가 상기 제2 거리보다 클 수 있다. 상기 제1 구동원은 스텝 모터일 수 있다.

일 실시예에 관한 촬영장치는, 이미지 센서; 렌즈군을 지지하는 렌즈 홀더; 및 상기 렌즈 홀더를 상기 이미지 센서에 대하여 광축 방향으로 이동시키기 위한 것으로서, 상술한 오토 포커스 구동 유닛을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 실시예들에 관한 오토 포커스 구동 유닛 및 이를 구비한 촬영장치는, 리드 스크류를 광축 방향으로 이동시키기 위한 별도의 제2 구동원을 포함함으로써, 렌즈의 이동 속도를 향상시키면서도, 렌즈의 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 위치 정밀도 향상을 위하여 제1 구동원의 회전 수를 증가시킬 필요가 없기 때문에, 오토 포커스 구동 유닛의 소음 저감의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촬영 장치를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 구동 조립체의 일 예를 나타낸 블럭도이다.
도 3a은 도 2의 오토 포커스 구동 유닛의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3b는 도 3a의 오토 포커스 구동 유닛의 분리 사시도이다.
도 4는 도 3a의 리드 스크류의 일부를 확대 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 오토 포커스 구동 유닛에 의한 렌즈 홀더의 위치 이동을 개념적으로 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 도 3a에서 제2 구동원의 모습을 확대 도시한 것이다.
도 7은 도 3a에 개시된 제2 구동원에 전압을 가함에 따라 렌즈 홀더의 이동량을 실험적으로 측정한 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 도 3a에 따른 오토 포커스 구동 유닛에 의해 렌즈 홀더가 광축 방향으로 이동하는 모습을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 9은 도 8b에서 제1 구동원의 모습을 확대 도시한 것이다.
도 10은 도 2의 오토 포커스 구동 유닛의 다른 예를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 예시적 실시예를 상세하게 설명한다. 또한, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 오토 포커스 구동 유닛 및 이를 구비한 촬영장치를 상세히 설명한다. 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.

“제1”, “제2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. “및/또는” 이라는 용어는 복수의 관련된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 항목들 중의 어느 하나의 항목을 포함한다.

본 출원서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촬영 장치를 나타내는 개략적인 사시도이다.

도 1을 참조하면, 촬영 장치(100)는 전면에 렌즈(101)와 플래시(102)를, 후면에 디스플레이 화면(도시되지 아니함)과 촬영 장치(100)의 기능 제어에 대응되는 조작 버튼(도시되지 아니함, 예를 들어, 메뉴 버튼 등)을 포함할 수 있다. 촬영 장치(100)는 전면과 후면을 연결하는 측면에 셔터 버튼(103), 전원 버튼(104) 및 스트랩(strap) 걸이(도시되지 아니함)를 포함할 수 있다. 촬영 장치(100)에 포함되는 버튼은 물리적인 버튼뿐만 아니라 터치 버튼으로 구현될 수 있다. 또한, 촬영 장치(100)는 촬영 장치(100) 및 모터의 구동을 제어하는 제어 유닛(processor, 110) 및 촬영 장치(100)에 전원을 공급하는 배터리(도시되지 아니함)를 포함할 수 있다.

촬영 장치(100)는 휴대폰, 스마트 폰, 태블릿 PC, 디지털 카메라, 캠코더(camcorder), 디지털 일안 반사식 카메라(digital single-lens reflex camera), 또는 미러리스 카메라(mirror-less camera) 등을 포함할 수 있다. 또한, 촬영 장치(100)는 적어도 하나의 렌즈 또는 적어도 하나의 렌즈군 조립체를 이용하여 스틸 이미지 및/또는 동영상을 촬영 가능한 전자 장치(도시되지 아니함)를 포함할 수 있다. 촬영 장치(100)는 전자 장치(도시되지 아니함)와 일체형이거나 또는 분리형일 수 있다. 예를 들어, 분리형 촬영 장치(100)는 전자 장치(도시되지 아니함)와 유/무선으로 연결가능하고, 촬영 장치(100)로/에 촬영 및/또는 기 저장된 데이터(예를 들어, 스틸 이미지 또는 동영상)를 전자 장치(도시되지 아니함)로 송/수신 할 수 있다.

촬영 장치(100)는 제어 유닛(110)과 적어도 하나의 렌즈를 가지는 렌즈 구동 조립체(lens driving assembly, 200)를 포함한다. 제어 유닛(110)은 도 1에 상세히 도시되지는 않았지만, 렌즈 구동 조립체(200)를 포함하는 촬영 장치(100)의 구성 요소들과 전기적으로 연결된다. 제어 유닛(110)은 프로세서(Processor, 도시되지 아니함), 촬영 장치(100)의 제어를 위한 제어 프로그램이 저장된 롬(ROM, 도시되지 아니함) 및 촬영 장치(100)의 외부로부터 입력되는 신호 또는 데이터를 저장하거나, 촬영 장치(100)에서 수행되는 다양한 작업에 대한 저장 영역으로 사용되는 램(RAM, 도시되지 아니함)을 포함할 수 있다. 제어 유닛(110)은 마이크로 칩 또는 마이크로 칩을 포함하는 회로 보드로 구현될 수 있으며, 제어 유닛(110)에 포함되는 구성 요소들은 제어 유닛(110)에 내장되는 소프트웨어 및/또는 회로들로 구현될 수 있다.

제어 유닛(110)은 촬영 장치(100)의 전반적인 동작 및 촬영 장치(100)의 구성 요소들 사이의 신호 흐름을 제어하고, 데이터를 처리하는 기능을 수행한다. 또한, 사용자의 입력 또는 설정되어 저장된 조건을 만족하는 경우, 제어 유닛(110)은 OS(Operation System) 및 다양한 어플리케이션을 실행할 수 있다.

렌즈 구동 조립체(200)는 피사체에 자동으로 초점을 맞추는 오토 포커스 기능을 수행할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 구동 조립체(200)의 일 예를 나타낸 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 렌즈 구동 조립체(200)는 오토 포커스 기능을 구현하기 위하여, 이미지 센서(210), 적어도 하나의 렌즈(221)을 지지하는 렌즈 홀더(220) 및 오토 포커스 구동 유닛(300)을 포함한다.

이미지 센서(210)는 렌즈(221)을 통과한 빛을 촬상하여 화상신호를 생성한다. 이미지 센서(210)는 매트릭스 형태로 배열된 복수의 광전변환부 및 광전변환부에서 전하를 이동시켜서 화상신호를 읽기 시작하는 수직 및/또는 수평 전송로 등을 포함할 수 있다. 이미지 센서(210)의 예로서, CCD(charge coupled device)센서, CMOS(complementary metal oxide semiconductor)센서 등이 사용될 수 있다.

렌즈 홀더(220)는 적어도 하나의 렌즈(221)을 지지한다. 렌즈 홀더(220)는 이미지 센서(210)로부터 광축(Z) 방향으로 이동 가능한 구조를 가진다. 이를 위한 예로서, 렌즈 홀더(220)는 광축(Z) 방향으로 연장 형성된 가이드 로드(230; 도 3a 참조)에 의해 광축(Z) 방향으로의 이동이 가이드될 수 있다.

오토 포커스 구동 유닛(300)은, 이미지 센서(210)에 대하여 렌즈 홀더(220)를 광축(Z)을 따라 이동시키는 기능을 수행한다. 렌즈 홀더(220)에 의해 지지된 렌즈(221)가 광축(Z)을 따라 전진 또는 후진함으로써, 렌즈 구동 조립체(200)의 오토 포커스 기능이 수행된다.

도 3a은 도 2의 오토 포커스 구동 유닛(300)의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3b는 도 3a의 오토 포커스 구동 유닛(300)의 분리 사시도이다. 도 4는 도 3a의 리드 스크류(310)의 일부를 확대 도시한 도면이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 오토 포커스 구동 유닛(300)은, 브라켓(380)과, 리드 스크류(310)와, 리드 스크류(310)의 양 단부에 배치된 제1, 제2 베어링(331, 332)과, 리드 스크류(310)를 회전시키는 제1 구동원(320)과, 제1, 제2 베어링(331, 332) 중 적어도 하나를 광축(Z)과 평행한 방향으로 이동시키는 제2 구동원(340)을 포함한다.

브라켓(380)은 오토 포커스 구동 유닛(300)을 촬영 장치의 다른 구성에 고정 설치하기 위한 부재이다. 예를 들어, 브라켓(380)에 의해, 이미지 센서(210)가 설치된 몸체(미도시)에 오토 포커스 구동 유닛(300)이 고정 설치될 수 있다.

브라켓(380)에 제1 구동원(320) 및 제1 베어링(331)이 설치될 수 있다. 브라켓(380)은, 바닥판(381)과, 제1 구동원(320)을 지지하는 제1 구동원 지지판(382)과, 제1 베어링(331)이 설치되는 베어링 지지판(383)을 포함한다. 제1 구동원 지지판(382)은 바닥판(381)의 일 단부에 수직으로 형성될 수 있으며, 베어링 지지판(383)은 바닥판(381)의 타 단부에 수직으로 형성될 수 있다. 제1 구동원 지지판(382)에는 리드 스크류(310)가 통과하는 관통공(h1)이 형성되며, 베어링 지지판(383)에는 제1 베어링(331)이 통과하는 관통공(h2)이 형성될 수 있다.

리드 스크류(310)는 광축(Z)과 평행한 방향으로 길이를 가지며, 적어도 일부에 나사(311)가 형성된다. 리드 스크류(310)의 나사 산 사이의 간격은, 0.2 mm ~ 0.6 mm일 수 있다.

렌즈 홀더(220)는 리드 스크류(310)의 나사(311)에 결합된다. 도 4를 참조하면, 리드 스크류(310)가 회전됨에 따라, 리드 스크류(310)의 나사(311)에 결합된 렌즈 홀더(220)는 광축(Z)을 따라 전진 또는 후진된다. 렌즈 홀더(220)는 리드 스크류(310)가 1회전 할 때, 나사 산 사이의 간격(p)만큼 광축(Z)을 따라 이동될 수 있다.

제1 구동원(320)은 브라켓(380)의 제1 구동원 지지판(382)에 설치된다. 리드 스크류(310)의 일부(312)는 제1 구동원(320)을 관통하도록 배치된다.

제1 구동원(320)은, 리드 스크류(310)의 외주에 설치된 회전자(321)와, 회전자(321)와 이격된 고정자(322, 323)를 포함한다. 회전자(321)의 예로서, 마그넷이 사용될 수 있다. 고정자(322, 323)는, 회전자(321)를 회전시키기 위한 코일부(322)와, 코일부(322)를 둘러싸며 코일부(322)를 브라켓(380)에 고정 설치하기 위한 커버부(323)를 포함한다. 커버부(323)는 제1 구동원 지지판(382)에 고정 설치된다. 코일부(322)에 전압을 공급함으로써, 회전자(321)가 설치된 리드 스크류(310)를 회전시킬 수 있다. 제1 구동원(320)을 관통하는 리드 스크류(310)는 제1 구동원(320)의 구동축으로서 기능을 수행한다. 리드 스크류(310)를 회전시킴으로써, 리드 스크류(310)에 결합된 렌즈 홀더(220)가 광축(Z) 방향으로 이동될 수 있다.

제1 베어링(331) 및 제2 베어링(332)은 리드 스크류(310)의 길이 방향으로의 양 단부에 배치된다. 제1 베어링(331)과 제2 베어링(332)은 리드 스크류(310)를 회전 가능하도록 지지한다. 제1 베어링(331)과 리드 스크류(310) 사이 및 제2 베어링(332)과 리드 스크류(310) 사이에는 원활한 회전을 위하여 윤활제(미도시)가 배치될 수 있다.

제1 베어링(331)은 브라켓(380)의 베어링 지지판(383)에 설치되며, 제2 베어링(332)은 베어링 지지 홀더(391)에 설치된다. 베어링 지지 홀더(391)는 제2 베어링(332)의 광축(Z)과 교차하는 방향으로의 위치를 유지하는 센터 가이드(391a)와, 제2 베어링(332)의 적어도 일부를 커버하는 커버(391b)를 포함한다.

제1 구동원(320)으로서 스텝 모터가 사용될 수 있다. 제1 구동원(320)의 1 회전당 스텝 수는, 10스텝, 20스텝, 또는 40 스텝일 수 있다. 제1 구동원(320)은 1 스텝마다 소정의 각도로 리드 스크류(310)를 회전시킬 수 있다. 그에 따라, 리드 스크류(310)에 결합된 렌즈 홀더(220)는 광축(Z) 방향으로 제1 거리(u) 단위로 이동된다. 제1 구동원(320)에서 정수(n) 스텝이 진행됨에 따라, 렌즈 홀더(220)는 제1 거리(u)의 정수(n) 배만큼 이동된다. 제1 거리(u)는 렌즈 홀더(220)의 광축(Z) 방향으로의 이동 거리의 단위로서, 약 5 um ~ 약 60 um 일 수 있다.

제1 구동원(320)으로서 스텝 모터를 사용함으로써, 별도의 피드백 신호 없이, 리드 스크류(310)가 정해진 각도로 회전 및 정지될 수 있다. 또한, 오토 포커스 기능을 위한 구성에 의한 무게 증가를 최소화하고, 소음을 줄일 수 있다.

렌즈 홀더(220)의 광축(Z) 방향으로의 이동 거리의 단위인 제1 거리(u)는 제1 구동원(320)의 1 회전당 스텝 수와 리드 스크류(310)의 나사 산 사이의 간격(p)에 의해 결정된다.

일 예로서, 제1 구동원(320)이 1 회전당 스텝 수가 20스텝을 가지는 스텝 모터이고, 리드 스크류(310)의 나사 산 사이의 간격(p)이 0.4 mm일 경우, 리드 스크류(310)는 18도(=360도/20) 단위로 회전되고, 렌즈 홀더(220)는 20 um (=0.4 mm/20) 단위로 광축(Z) 방향으로 이동될 수 있다. 이 경우, 제1 거리(u)는 20um 일 수 있다. 다른 예로서, 제1 구동원(320)이 1 회전당 스텝 수가 10스텝을 가지는 스텝 모터이고, 리드 스크류(310)의 나사 산 사이의 간격(p)이 0.6 mm일 경우, 제1 거리(u)는 60um 일 수 있다. 또 다른 예로서, 제1 구동원(320)이 1 회전당 스텝 수가 40스텝을 가지는 스텝 모터이고, 리드 스크류(310)의 나사 산 사이의 간격(p)이 0.2 mm일 경우, 제1 거리(u)는 5 um 일 수 있다.

제1 구동원(320)의 스텝 수와 리드 스크류(310)의 나사 산 사이의 간격(p)에 의해 결정되는 제1 거리(u)는 렌즈 홀더(220)의 이동 속도 및 위치 정밀도와 관련된다. 제1 거리(u)가 클 경우, 렌즈 홀더(220)를 광축(Z) 방향으로 신속하게 이동시킬 수 있는 반면, 렌즈 홀더(220)의 광축(Z) 방향으로의 위치 정밀도는 저하될 수 있다. 반대로, 제1 거리(u)가 작을 경우, 렌즈 홀더(220)의 광축(Z) 방향으로의 위치 정밀도는 향상되는 반면, 렌즈 홀더(220)의 광축(Z) 방향으로의 이동 속도는 저하될 수 있다. 상기와 같이, 스텝 모터인 제1 구동원(320)으로 렌즈 홀더(220)를 이동시킬 경우, 렌즈 홀더(220)의 이동 속도의 증가와 위치 이동의 정밀도 향상은 트레이드 오프(trade off) 관계에 해당할 수 있다.

그러나, 본 실시예에서는, 제1 구동원(320)과 별도의 제2 구동원(340)을 이용하여, 제1 거리(u)와 다른 거리인 제2 거리(d)로 리드 스크류(310) 및 이에 결합된 렌즈 홀더(220)를 이동시킬 수 있다. 다시 말해서, 렌즈 홀더(220)의 이동 속도와 관련하여서는 제1 구동원(320)을 그대로 이용하되, 렌즈 홀더(220)의 위치 정밀도와 관련하여서는 제2 구동원(340)을 이용하여 위치 정밀도 저하를 보완할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 오토 포커스 구동 유닛(300)에 의한 렌즈 홀더(220)의 위치 이동을 개념적으로 설명하기 위한 개념도이다.

도 3a 및 도 5를 참조하면, 제1 구동원(320) 및 제2 구동원(340) 각각에 의해 렌즈 홀더(220)가 광축(Z)을 따라 이동된다.

제1 구동원(320)은, 고정자(322, 323)에 전압을 인가함으로써, 회전자(321) 및 회전자(321)가 설치된 리드 스크류(310)를 회전시킨다. 리드 스크류(310)가 회전됨에 따라, 리드 스크류(310)에 결합된 렌즈 홀더(220)는 제1 거리(u)의 정수(n) 배만큼 위치 이동된다. 제1 거리(u)가 클수록 제1 구동원(320)에 의한 렌즈 홀더(220)의 이동 속도는 향상된다.

제2 구동원(340)은 광축(Z) 방향으로 길이 변형이 가능하며, 제1, 제2 베어링(331, 332) 중 적어도 하나의 단부에 배치된다. 일 예로서, 제2 구동원(340)은 제1 베어링(331)의 단부에 배치된다. 제2 구동원(340)의 길이가 변형됨에 따라, 제1 베어링(331)이 광축(Z)을 따라 이동될 수 있다. 제1 베어링(331)의 이동에 의해, 리드 스크류(310), 회전자(322, 323) 및 제2 베어링(332)이 광축(Z)을 따라 이동된다. 그리하여, 렌즈 홀더(220)가 광축(Z)을 따라 이동된다.

제2 구동원(340)의 길이 변형에 의해, 렌즈 홀더(220)는 광축(Z)을 따라 제1 거리(u)와 다른 거리(d)만큼 이동된다. 제2 구동원(340)에 의한 렌즈 홀더(220)의 이동 거리인 제2 거리(d)를 제1 거리(u)와 다르게 설정함으로써, 제1 거리(u)보다 작은 범위 내에서 렌즈 홀더(220)의 이동이 가능해진다. 그에 따라, 오토 포커스 구동 유닛(300)의 분해능을 향상시킬 수 있다.

제 2 거리(d)는 제1 거리(u)와 다른 거리의 예로서, 제2 거리(d)는 제1 거리(u)보다 작을 수 있다. 그러나, 제2 거리(d)는 이에 한정되지 않으며, 제1 거리 (u)보다 클 수 있다. 제2 거리(d)가 제1 거리(u)보다 클 경우, 제2 거리(d)는 제1 거리(u)의 정수(n) 배와 다를 수 있다.

상기와 같이, 렌즈 홀더(220)를 제1 거리(u)와 다른 거리인 제2 거리(d)만큼 이동시키기 위하여, 제2 구동원(340)은 광축(Z) 방향으로 길이 변형이 가능한 가변 부재(350)를 포함할 수 있다. 가변 부재(350)의 예로서, 압전(piezo) 물질, 자기변형(magnetostrictive) 물질, 형상기억합금(shape memory alloy) 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 압전 물질은 전기장에 의해 분자가 정렬되어 길이가 변할 수 있으며, 자기변형 물질은 자기장에 의해 분자가 정렬되어 길이가 변할 수 있다. 형상기억합금은 온도에 따라 길이가 변할 수 있다.

제2 구동원(340)은, 가변 부재(350)의 길이 변형을 이용하여, 제1 베어링(331)을 광축(Z)과 평행한 제1 방향(Z1)으로의 위치를 이동시킬 수 있다. 제1 베어링(331)이 제1 방향(Z1)으로 이동됨에 따라, 제1 베어링(331)에 의해 지지된 리드 스크류(310) 및 리드 스크류(310)의 단부에 배치된 제2 베어링(332)이 제1 방향(Z1)으로 이동된다.

제2 구동원(340)의 광축(Z) 방향으로의 일 단부에는 제1 베어링(331)이 배치되며, 타 단부에는 클립(392)이 배치된다. 클립(392)은 브라켓(380)에 고정 설치되는 것으로서, 제2 구동원(340)의 타 단부가 광축(Z) 방향으로 이동되는 것을 방지한다. 그리하여, 제2 구동원(340)에 의한 구동력이 손실 없이 제1 방향(Z1)으로 제1 베어링(331)에 전달될 수 있다.

제2 구동원(340)은, 가변 부재(350)의 광축(Z) 방향으로의 양 단부 중 적어도 일 단부에 배치된 전환 프레임(360a, 360b)을 포함할 수 있다. 전환 프레임(360a, 360b)을 통해, 가변 부재(350)의 길이 변형보다 큰 거리만큼 제1 베어링(331)을 이동시킬 수 있다.

도 6은 도 3a에서 제2 구동원(340)의 모습을 확대 도시한 것이다. 도 6을 참조하면, 제2 구동원(340)은 가변 부재(350) 및 가변 부재(350)의 광축(Z) 방향으로 양 단부에 배치된 전환 프레임(360a, 360b)을 포함한다.

가변 부재(350)에 전압이 공급됨에 따라, 가변 부재(350)의 광축(Z) 방향으로의 길이가 변형된다. 이 때, 가변 부재(350)는 광축(Z)과 수직인 방향으로의 폭이 변형된다. 일 예로서, 가변 부재(350)의 광축(Z) 방향으로의 길이는 h1에서 h2로 증가할 수 있다. 가변 부재(350)의 광축(Z) 방향으로의 길이가 증가될 때, 가변 부재(350)의 광축(Z)과 수직인 방향으로의 폭은 w1에서 w2로 감소할 수 있다.

전환 프레임(360a, 360b)은 가변 부재(350)의 폭 변형을 광축(Z) 방향으로의 길이 변형으로 전환한다. 예를 들어, 전환 프레임(360a, 360b)는 가변 부재(350)의 폭 감소를 전환 프레임(360a, 360b)의 광축(Z) 방향으로의 길이 증가로 전환할 수 있다. 이를 위한 일 예로서, 전환 프레임(360a, 360b)은 가변 부재(350)에 접촉하는 접촉부(361)와, 가변 부재(350)와 광축(Z) 방향으로 이격된 이격부(362)를 포함한다. 접촉부(361)는 가변 부재(350)의 둘레부(351)에 접촉되며, 이격부(362)는 가변 부재(350)의 중앙부(352)로부터 광축(Z) 방향으로 이격될 수 있다. 둘레부(351)는 중앙부(352)의 외측에 배치될 수 있다.

가변 부재(350)의 폭이 w1에서 w2로 감소함에 따라, 전환 프레임(360a, 360b)의 접촉부(361)는 중심을 향해 이동된다. 그리하여, 전환 프레임(360a, 360b)의 이격부(362)와 가변 부재(350)의 중앙부(352)의 광축(Z) 방향으로의 이격 거리는 hh1에서 hh2로 증가된다.

따라서, 제2 구동원(340)은 가변 부재(350)의 변형 길이 h2-h1보다 큰 변형 길이인 (h2-h1) + 2(hh2-hh1) 만큼 길이가 변형된다. 제2 구동원의 변형 길이 (h2-h1) + 2(hh2-hh1)는 제2 거리(d)와 실질적으로 동일할 수 있다. 그에 따라, 제2 구동원에 이해 제1 베어링(331), 리드 스크류(310), 제2 베어링(332) 및 렌즈 홀더(220)를 제2 거리(d)만큼 이동시킬 수 있다. 제2 구동원(340)에 의한 렌즈 홀더(220)의 이동 거리인 제2 거리 (d)는, 약 5 um ~ 약 15 um 일 수 있다.

도 7은 도 3a에 개시된 제2 구동원(340)에 전압을 가함에 따라 렌즈 홀더(220)의 이동량을 실험적으로 측정한 그래프이다. 도 7에서 x축은 -160V ~ + 160V를 100 등분한 전압비로서, 전압비가 각각 0%, 50%, 100%일 때 -160V, 0V, +160V의 전압이 인가된다. 가변 부재(350)의 재질로서, 압전 물질을 이용하였다.

도 7을 참조하면, 전압비가 70%일 때, 즉 제2 구동원(340)에 약 64 V가 인가될 때, 렌즈 홀더(220)는 약 10 um까지 위치 이동되는 것을 알 수 있다. 제2 구동원(340)에 인가되는 전압을 제어함으로써, 제2 구동원(340)에 의해 렌즈 홀더(220)를 10 um 범위 내에서 위치 이동시킬 수 있다.

한편, 다시 도 3a를 참조하면, 탄성 부재(370)는 제1, 제2 베어링(331, 332) 중 적어도 하나에 제1 방향(Z1)과 반대 방향인 제2 방향(Z2)으로 탄성력을 제공할 수 있다. 일 예로서, 탄성 부재(370)는 제2 베어링(332)에 제2 방향(Z2)으로 탄성력을 제공할 수 있다. 이를 위해, 탄성 부재(370)는 제2 베어링(332)과 커버(391b) 사이에 배치될 수 있다.

가변 부재(350)의 광축(Z) 방향으로의 길이가 감소할 때, 탄성 부재(370)는 제2 베어링(332)을 제2 방향(Z2)으로 이동시킬 수 있다. 그리하여, 리드 스크류(310), 회전자(321), 렌즈 홀더(220) 및 제1 베어링(331)를 제2 방향(Z2)으로 이동시킬 수 있다.

탄성 부재(370)의 예로서, 도 3a와 같이 판 스프링이 사용될 수 있다. 그러나, 탄성 부재(370)는 이에 한정되지 않으며, 탄성을 가지는 형상 및/또는 재질이라면 다양하게 변형될 수 있다.

이하에서는, 상술한 구성에 따른 오토 포커스 구동 유닛(300)에 의한 렌즈 홀더(220)의 이동을 설명한다.

도 8a 및 도 8b는 도 3a에 따른 오토 포커스 구동 유닛(300)에 의해 렌즈 홀더(220)가 광축(Z) 방향으로 이동하는 모습을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 8a를 참조하면, 제1 구동원(320)에 전압이 공급됨에 따라 리드 스크류(310)는 회전된다. 제1 구동원(320)이 스텝 모터이기 때문에, 리드 스크류(310)는 소정 각도 단위로 회전된다. 리드 스크류(310)가 소정 각도 단위로 회전함에 따라, 리드 스크류(310)에 결합된 렌즈 홀더(220)가 광축(Z) 방향을 따라 제1 거리(u)의 정수(n) 배만큼 이동된다. 일 예로서, 제1 거리(u)가 20um일 경우, 제1 구동원(320)의 구동에 의해 렌즈 홀더(220)는 20um의 정수(n) 배만큼 이동될 수 있다.

도 8b를 참조하면, 제2 구동원(340)에 전압이 공급됨에 따라 제2 구동원(340)의 광축(Z) 방향으로의 길이가 변형된다. 제2 구동원(340)의 변형 길이(?l)는 도 6에서 설명한 바와 같이 가변 부재(350)의 길이 변형(h2-h1) 및 전환 프레임(360a, 360b)의 높이 변형(2hh2-2hh1)에 의해 결정될 수 있다. 제2 구동원(340)의 길이 변형(?l)에 따라, 제2 구동원(340)과 접촉하는 제1 베어링(331), 제1 베어링(331)에 의해 지지되는 리드 스크류(310), 제2 베어링(332)이 제2 거리(d)만큼 제1 방향(Z1)으로 위치 이동된다. 여기서, 제2 구동원(340)의 길이 변형(?l)는 제2 거리(d)와 실질적으로 동일하다.

제2 거리(d)는 제1 거리(u)와 다르다. 예를 들어, 제1 구동원(320)에 의한 제1 거리(u)가 20 um 일 경우, 제2 구동원(340)에 의한 제2 거리(d)는 10 um일 수 있다. 따라서, 제1 구동원(320)에 의한 제1 거리(u)를 증가시켜 렌즈 홀더(220)의 이동 속도를 증가시키면서도, 제2 구동원(340)에 의한 렌즈 홀더(220)의 위치 이동을 제1 거리(u)보다 작은 범위에서 구현할 수 있다.

도 9은 도 8b에서 제1 구동원(320)의 모습을 확대 도시한 것이다. 도 8b 및 도 9를 참조하면, 제2 구동원(340)에 전압이 공급될 때, 리드 스크류(310)가 광축(Z)을 따라 제1 방향(Z1)으로의 위치가 제2 거리(d)만큼 이동된다. 리드 스크류(310)의 위치가 이동됨에 따라, 리드 스크류(310)의 외주에 배치된 회전자(321)는 고정자(322, 323)에 대하여 광축(Z) 방향으로 상대 이동될 수 있다.

회전자(321)와 고정자(322, 323) 사이에는, 회전자(321)가 원활하게 회전되기 위하여 소정 간격이 존재한다. 회전자(321)와 커버부(323) 사이의 광축(Z) 방향으로의 간격(g1, g2)은 리드 스크류(310) 및 회전자(321)의 이동 거리인 제2 거리(d)보다 클 수 있다. 예를 들어, 회전자(321)와 커버부(323) 사이의 광축(Z) 방향으로의 간격(g1, g2)은 약 10 um ~ 약 100 um일 수 있다. 그에 따라, 도 8b와 같이 제2 구동원(340)에 의해 리드 스크류(310)가 광축(Z) 방향으로 제2 거리(d)만큼 이동될 때, 회전자(321)와 고정자(322, 323)가 충돌되는 것이 방지될 수 있다. 여기서, 회전자(321)와 커버부(323) 사이의 광축(Z) 방향으로의 간격(g1, g2)은 리드 스크류(310)가 광축(Z) 방향으로 이동하기 전 상태일 때, 회전자(321)와 커버부(323) 사이의 간격으로 정의한다.

한편, 상술한 실시예들에서는, 제2 구동원(340)이 제1 베어링(331) 측에 배치되고, 탄성 부재(370)가 제2 베어링(332) 측에 배치된 예를 중심으로 설명하였으나, 제2 구동원(340) 및 탄성 부재(370)의 배치는, 제1, 제2 베어링(332) 및 리드 스크류(310)가 제2 구동원(340)에 의하여 제1 방향(Z1)으로 위치 이동될 수 있는 구조라면 다양하게 변형될 수 있다. 일 예로서, 도 10과 같이, 오토 포커스 구동 유닛(300a)에서 제2 구동원(340)은 제2 베어링(332) 측에 배치되고, 탄성 부재(370)는 제1 베어링(331) 측에 배치될 수 있다. 이 때, 제2 구동원(340) 및 탄성 부재(370)를 지지하는 구조는 적절하게 변형될 수 있음은 물론이다. 또 다른 예로서, 도면상 도시되어 있지 않지만, 탄성 부재(370) 없이, 제1, 제2 베어링(331, 332) 측 각각에 제2 구동원(340)이 배치될 수 있다.

발명의 이해를 위하여, 도면에 도시된 바람직한 실시예들에서 참조 부호를 기재하였으며, 상기 실시예들을 설명하기 위하여 특정 용어들을 사용하였으나, 상기 특정 용어에 의해 발명이 한정되는 것은 아니며, 발명은 당업자에 있어서 통상적으로 생각할 수 있는 모든 구성 요소들을 포함할 수 있다.

“매커니즘”, “요소”, “수단”, “구성”과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.

발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시예들로서, 어떠한 방법으로도 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다. 여기에서 사용되는 “포함하는”, “구비하는” 등의 표현은 기술의 개방형 종결부의 용어로 이해되기 위해 사용된 것이다.

발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한 기술이 속한 분야의 통상의 지식을 갖는 자는 발명의 범위와 사상에서 벗어나지 않으면서도 다양한 수정과 변경이 용이하게 이루어질 수 있음을 명확히 알 수 있다.

100: 촬영 장치 200: 렌즈 구동 조립체
210: 이미지 센서 220: 렌즈 홀더
221: 렌즈 230: 가이드 로드
300: 오토 포커스 구동 유닛 310: 리드 스크류
311: 나사 312: 구동축
320: 제1 구동원 321: 회전자
322: 코일부 323: 커버부
331: 제1 베어링 332: 제2 베어링
340: 제2 구동원 350: 가변 부재
351: 둘레부 352: 중앙부
360a, 360b: 전환 프레임 361: 접촉부
362: 이격부 370: 탄성 부재
380: 브라켓 381: 바닥판
382: 제1 구동원 지지판 383: 베어링 지지판
391: 베어링 지지 홀더 392: 클립

Claims

이미지 센서에 대하여, 적어도 하나의 렌즈를 지지하는 렌즈 홀더를 광축 방향으로 이동시키기 위한 오토 포커스 구동 유닛으로서,
상기 광축과 평행인 방향으로 길이를 가지며, 회전에 의해 상기 렌즈 홀더를 광축 방향으로 이동시키는 리드 스크류;
상기 렌즈 홀더가 상기 광축 방향으로 제1 거리의 정수 배만큼 이동되도록 상기 리드 스크류를 회전시키며, 상기 리드 스크류의 외주에 설치된 회전자와, 상기 회전자와 이격되며 상기 회전자를 회전시키는 고정자를 포함하는 제1 구동원; 및
상기 렌즈 홀더가 상기 광축 방향으로 상기 제1 거리와 다른 거리인 제2 거리로 이동되도록, 상기 리드 스크류 및 상기 회전자를 상기 고정자에 대하여 상기 광축과 평행한 제1 방향으로 이동시키는 제2 구동원;을 포함하며,
상기 제2 구동원에 의해 상기 리드 스크류 및 상기 회전자가 상기 제1 방향으로 이동할 때, 상기 회전자와 상기 고정자의 충돌을 방지하도록, 상기 제1 구동원의 상기 고정자와 상기 회전자의 광축 방향으로의 이격 거리는 상기 제2 거리보다 큰 오토 포커스 구동 유닛.
제1항에 있어서,
상기 리드 스크류의 길이 방향으로의 양 단부에 배치되며, 상기 리드 스크류를 회전 가능하도록 지지하는 제1, 제2 베어링;을 더 포함하는 오토 포커스 구동 유닛.
제2항에 있어서,
상기 제2 구동원은 상기 제1, 제2 베어링 중 적어도 하나의 단부에 설치되는 오토 포커스 구동 유닛.
제3항에 있어서,
상기 제2 구동원은 상기 제1, 제2 베어링, 상기 리드 스크류 및 상기 회전자를 상기 제1 방향으로 이동시키는 오토 포커스 구동 유닛.
제2항에 있어서,
상기 제1, 제2 베어링 중 적어도 하나에 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성 부재;를 더 포함하는 오토 포커스 구동 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제2 구동원은,
상기 광축 방향으로의 길이 변형이 가능한 가변 부재를 포함하는 오토 포커스 구동 유닛.
제6항에 있어서,
상기 가변 부재는, 압전 물질, 자기변형 물질, 형상기억합금 중 적어도 하나를 포함하는 오토 포커스 구동 유닛.
제6항에 있어서,
상기 가변 부재는 상기 광축 방향으로의 길이가 변형될 때 상기 광축과 수직인 방향으로의 폭이 변형되며,
상기 제2 구동원은, 상기 가변 부재의 폭 변형을 상기 광축 방향으로의 길이 변형으로 전환하는 전환 프레임을 더 포함하는 오토 포커스 구동 유닛.
제8항에 있어서,
상기 전환 프레임은,
상기 가변 부재에 접촉하는 접촉부와, 상기 가변 부재로부터 광축 방향으로 이격된 이격부를 가지는 오토 포커스 구동 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제2 거리는 상기 제1 거리보다 작은 오토 포커스 구동 유닛.
제1항에 있어서,
상기 제2 거리는 5 um ~ 15 um인 오토 포커스 구동 유닛.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 구동원은 스텝 모터인 오토 포커스 구동 유닛.
이미지 센서;
렌즈군을 지지하는 렌즈 홀더; 및
상기 렌즈 홀더를 상기 이미지 센서에 대하여 광축 방향으로 이동시키기 위한 것으로서, 상기 제1항 내지 제11항 및 제13항 중 어느 한 항에 따른 오토 포커스 구동 유닛;를 포함하는 촬영장치.