KR102272706B1 - 틸트 모듈 부조립체 및 그것을 포함하는 광학 영상 안정장치 - Google Patents

Abstract

본질적으로 탄성 재료로 이루어진 케이지(11) 및 복수의 형상 기억 합금 와이어(12, 12')를 포함하는 틸트 모듈 부조립체, 및 이러한 틸트 모듈 부조립체를 사용하는 마이크로구조를 위한 광학 위치설정 시스템이 개시되며, 여기서 상기 마이크로구조를 위한 광학 위치설정 시스템은 광학 영상 안정장치이다.

Description

틸트 모듈 부조립체 및 그것을 포함하는 광학 영상 안정장치

형상 기억 합금 (SMA) 와이어에 기초한 작동기(actuator)는 이러한 기술과 연관된 고유의 이점으로 인해 점점 더 많이 채택되고 있으며, 특히 마이크로-모터를 대체할 수 있기 때문에 장애, 신뢰성, 전력 소비량의 측면에서 이점을 제공한다.

SMA에 기초한 작동기의 최근의 몇몇 예는 유럽 특허 EP 2615951에 기술된 바와 같은 자동판매기용 액체 믹서를 위한 밸브, 국제 특허 출원 WO 2014057423에 기술된 바와 같은 방현 후사경, 및 심지어 국제 특허 출원 WO 2014128599에 기술된 바와 같은 돛 제어 시스템이다.

상기는 SMA에 기초한 작동기의 다목적성 및 가능성의 예일 뿐이다. 특히 흥미로운 한 가지 응용 분야는, 예를 들어 카메라 폰을 위한 광학 영상 안정장치(Optical Image Stabilizer)에서 사용되는, 틸트(tilt) 제어를 달성하기 위해 서로 반대로 작동하는 복수의 SMA 와이어의 사용을 개시하고 있는 국제 특허 출원 WO 2013175197에 기술된 바와 같은, 틸트 모듈이다.

두 개의 SMA 와이어를 사용하는 해결책이 US 특허 출원 2006/0272328에 기술되어 있고, 이러한 경우에 SMA 와이어를 위한 복귀력을 제공하는 탄성 요소의 사용이 또한 개시되어 있는데, 이때 이러한 탄성 요소는 경질 케이스와 틸트가 두 개의 반대되는 형상 기억 합금 와이어에 의해 제어되는 것인 영상 픽업 유닛 사이의 계면이다.

SMA 와이어의 사용이 또한 유럽 특허 출원 2813877에 기술되어 있는데, 상기 특허 출원에는 수지-성형 제품으로 형성되고 서로 평행하게 되도록 지지 부재에 의해 유지된 기저 플레이트 및 구동된 플레이트로 제조된 케이지가 나타나 있고, 이때 상기 지지 부재는 선형 SMA 와이어를 사용하여 제조된 구동 부재에 의해 변형되도록 약 80 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 서스펜션 와이어를 사용하여 제조된다. 이러한 문헌은 또한, SMA 와이어를 기저 플레이트에 기계적으로 고정하기 위해, 약 50 GPa 내지 250 GPa의 영률을 갖는 SUS (스테인레스) 강 또는 구리에 기초한 금속 재료를 사용하여 제조된, 경질 요소를 구조물의 구성상 특징부로서 포함시키는 것, 더 특히 고정 부재를 사용하는 것이 중요하다는 것을 교시한다.

상기 해결책은 작동을 위해 사용되는 바로 그 SMA 특성, 즉 가열 시에 수축하는 능력 및 추가의 연신에 대한 높은 저항에 내재된 중대한 단점을 갖는다. 이는, 일반적인 조건에서 틸트를 달성하기 위해, SMA 와이어는 다양한 정도로 부분적으로 작동되므로, 시스템의 조기 마모 뿐만 아니라 더 높은 전력 소비량 및 신중하고 복잡한 균형의 필요성이 요구될 것이라는 것을 암시한다.

본 발명의 목적은, 특히 반대되는 SMA 와이어에 의한 제어를 달성하는 틸팅 시스템과 관련하여, 공지된 관련 기술분야에 여전히 존재하는 문제점 및 단점을 극복할 수 있는 틸트 모듈을 제공하는 것이고, 그의 첫 번째 측면은, 본질적으로 탄성 재료로 이루어진 케이지 및 복수의 형상 기억 합금 와이어를 포함하고 여기서 상기 탄성 재료는 13000 내지 16000 MPa, 바람직하게는 14000 내지 15000 MPa에 포함되는 영률을 갖는 것인 틸트 모듈 부조립체이다.

표현 "본질적으로 탄성 재료로 이루어진"은 케이지가 경질 재료로 제조된 몇몇 부속물, 예컨대 연결 수단을 가질 수 있지만, 본 발명의 목적을 위해 케이지 재료의 적어도 90 wt%는 상기에 표현된 영률 요건을 충족하는 탄성 재료라는 것을 의미한다.

본 발명은 하기 도면에 의해 더 상세히 설명될 것이며, 여기서
도 1 및 2는 각각 본 발명에 따른 틸트 모듈 부조립체 및 그의 케이지의 투시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 틸트 모듈 부조립체의 두 번째 실시양태의 투시도이고,
도 4는 도 3의 틸트 모듈 부조립체의 단면도이고,
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 틸트 모듈 부조립체의 세 번째 실시양태의 단면도이고,
도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 네 번째 실시양태에 따른 틸트 모듈 부조립체의 사진 두 개이고,
도 7은 본 발명의 다섯 번째 실시양태에 따른 틸트 모듈 부조립체의 투시도를 보여주고,
도 8은 본 발명의 여섯 번째 실시양태에 따른 틸트 모듈 부조립체의 투시도를 보여준다.
상기 도면에서, 크기 및 크기 비는 정확하지 않을 수 있지만 몇몇 경우에는 도면의 가독성을 개선하기 위해 변경되었고, 그래서 또한 본 발명의 이해에 필수적이지 않은 요소, 예컨대 예를 들어 형상 기억 합금 와이어 연결부 및 고정구는 대체로 도시되지 않았는데 왜냐하면 보조적인 것이고 기술 분야에 널리 공지되어 있기 때문이다.

본 발명의 목적을 위해, 용어 "케이지"는 임의의 추가의 요소, 예컨대 형상 기억 합금 와이어를 갖지 않는 부조립체의 골격 구조를 가리킨다.

도 1은 13000 내지 16000 MPa에 포함되는 영률을 갖는 탄성 재료로 제조된 케이지(11)를 포함하는 본 발명에 따른 틸트 모듈(10)의 투시도를 보여준다. 이러한 실시양태에서, 케이지(11)는 제시된 실시양태에서 사용되는 네 개의 형상 기억 와이어 각각을 위한 걸이부(hook point)를 제공하는 것을 목적으로 하는 네 개의 돌출부를 보여주는데, 이때 단지 두 개의 돌출부(13, 13')만이 투시도에서 관찰 가능하고, 단지 두 개의 SMA 와이어(12, 12')만이 투시도에서 관찰 가능하다. 이들 걸이부는 또한 형상 기억 합금 와이어가 주울 효과(Joule effect)에 의해 활성화될 때 그의 수축력을 발휘하는 부분을 나타낸다.

케이지 구조물(11)의 탄성 변형은 보유된 카메라 모듈(14)의 틸트를 보장하며, 그와 동시에 일단 SMA 와이어가 불활성화되면 SMA 와이어를 위한 복귀력을 제공한다.

케이지 변형은 반대되는 인접한 SMA 와이어의 결합해제를 제공하여, 그것들 중 하나가 활성화될 때, 다른 것은 변형 받지 않거나 가능한 한 단지 최소한의 변형만을 받는다는 것을 이해할 수 있는데, 왜냐하면 변형이 탄성 케이지 구조물 그 자체에 의해 대부분 흡수되기 때문이다.

도 1 및 2는 케이지가 두 개의 평행한 정사각형의 상응하는 코너를 연결하는 네 개의 곧은 기둥(16, 16', 16'', 16''' )에 의해 이격된 두 개의 평행한 정사각형(15, 15')으로 이루어진 구조를 갖는, 본 발명에 따른 틸트 모듈 부조립체를 위한 첫 번째의 바람직한 실시양태를 나타낸다.

도 1과 도 2의 주요한 차이점은 후자는 카메라 모듈(14) 및 형상 기억 합금 와이어(12, 12')를 갖지 않아서, 케이지 구조 그 자체를 더 잘 이해할 수 있게 해 준다는 점이다.

도 3은 본 발명에 따른 틸트 모듈 부조립체(20)의 두 번째 실시양태의 투시도를 보여준다. 이러한 경우에도 탄성 케이지(21) 상에 네 개의 돌출부 중 단지 두 개의 돌출부(23, 23') 및 틸트 모듈 부조립체 상에 네 개의 SMA 와이어 중 단지 두 개의 SMA 와이어(22, 22')만이 존재하는 것으로 도시되어 있다.

도 4는 구조적 완전성을 부여하고 그와 동시에 일단 하나 이상의 SMA 와이어에 의해 발휘된 힘을 받게 되면 가요성을 보장하는 것을 목적으로 하는, 백본(backbone)(26 및 26')을 분명히 갖는 그의 단면도를 보여준다.

도 3 및 4의 두 번째 실시양태는 쌍을 이루어 연결된 여덟 개의 굽은 백본, 예컨대 26 및 26'을 사용하고, 이때 각각의 백본은 케이지의 상부 또는 하부 정사각형의 두 개의 인접한 코너를 연결한다.

도 5a는 이러한 실시양태의 추가의 변형양태의 단면도를 보여준다. 이러한 경우에 여덟 개의 백본은 틸트 모듈 케이지의 동일한 코너에서 상부 및 하부 정사각형을 연결하고, 이때 그것들 중 단지 두 개(36 및 36')만이 단면도(30)에서 관찰 가능하다. 제시된 세 번째 실시양태에서는 또한 틸트 모듈 케이지의 상부 및 하부 정사각형의 상응하는 변을 연결하는 두 개의 형상 기억 합금 와이어(32 및 32')가 도시되어 있다. 도 5a에는 또한 SMA 와이어 불활성화 후에 탄성 케이지 형상 복원을 추가로 돕는, 상부 정사각형에 고정된, 복귀 압축 스프링(37)이 도시되어 있다.

도 5b는, 단면도로서, 틸트 모듈 부조립체 상의 형상 기억 합금 와이어(32')의 활성화 효과를 보여준다. 이러한 도면으로부터 파악할 수 있는 바와 같이, 틸팅은 형상 기억 합금 와이어(32')가 짧아짐으로 인한 케이지 변형에 의해 달성되고, 그 반면에 반대되는 형상 기억 합금 와이어(32)는 그의 길이가 변하지 않고 첫 번째 형상 기억 합금 와이어(32')의 작동의 영향을 받지 않는다.

도 6a, 6b는 네 번째 부조립체 틸트 모듈의 정면도 두 개를 나란히 비교한 것을 보여주며, 즉 부조립체(40)는 형상 기억 합금 와이어(42)가 더 짧을 때 (작동될 때)의 경우를 나타내는 반면에, 부조립체(40')는 형상 기억 합금 와이어(42)가 더 길 때 (작동되지 않을 때)의 경우를 나타낸다. 단지 한 개의 와이어(42)만이 강조되었지만, 시스템은 네 개의 와이어를 사용하며, 그의 동시 제어는 부조립체 모듈의 정밀하고 제어된 틸팅을 달성한다. 이러한 경우에, 이전의 실시양태와는 다르게, SMA 와이어(들)(42)가 활성화되면, 두 개의 정사각형을 연결하는, 밖으로 향하는 V-자 형상을 갖는 백본들이 더 가깝게 끌어당겨져서 연장됨으로써 상부 정사각형은 하부 정사각형으로부터 멀리 떨어진다는 것을 주목한다 (즉 도 5a, 5b와는 반대임).

도 7은 본 발명에 따라 제조된 틸트 모듈(50)의 다섯 번째 실시양태의 투시도를 보여준다. 탄성 케이지(51) 구조물은 기본적으로 여덟 개의 백본 요소(56, 56', 56'', 56'''...) (단지 가장 잘 관찰 가능한 네 개만이 명확하게 나타내어짐)에 의해 연결된 두 개의 평행한 정사각형(53, 53'), 각각 가이드(54, 54') (단지 가장 잘 관찰 가능한 두 개만이 명확하게 나타내어짐) 내에 위치된 부분을 갖는 네 개의 형상 기억 합금 와이어(52, 52',..) (단지 가장 잘 관찰 가능한 두 개만이 명확하게 나타내어짐)에 의해 제조되고, 여기서 와이어 가이드는 형상 기억 합금 와이어 권축 요소를 갖지 않는 정사각형(53')에 부착되고, 즉 가이드는 도 3 및 4의 돌출부(23, 23')와 유사한 목적 및 효과를 갖지만, 이러한 경우에는 케이지 구조물에 더 잘 분배된 변형 효과를 제공한다는 이점을 갖는다.

가이드(54')는, 형상 기억 합금 와이어가 상부 정사각형(53')의 반대되는 또는 수직인 변 상에서 활성화될 때, 활성화되지 않은 형상 기억 합금 와이어, 예컨대 52'가 변위되는 것을 방지하고 가이드한다. 완전한 틸트 모듈은 기계적 및 전기적 부착 및 연결을 위해 형상 기억 합금 와이어, 예컨대 52'를 권축시키기 위한 오버-몰딩된 금속 걸쇠(57, 57', 57'', 57''')를 갖는 단일 성형품이도록 설계된다.

도 8은 본 발명의 여섯 번째 실시양태에 따른 틸트 모듈 부조립체(80)의 투시도를 보여준다. 이러한 경우에 탄성 케이지(81)는, 그의 상부 코너 상에, 기둥(83, 83', 83'', 83''')을 탄성 케이지 본체로부터 이격시킴으로써 수득된 네 개의 가이드(833, 833', 833'', 833''')를 갖는다. 각각의 가이드(833, 833', 833'', 833''')는 형상 기억 합금 와이어의 중심/중앙 부분을 수용하는 것을 목적으로 한다.

특히, 틸트 모듈 부조립체(80)는 네 개의 형상 기억 합금 와이어의 사용을 계획하는데, 이때 그것들 중 단지 하나인 요소(82)만이 도 8의 투시도에서 전체가 관찰 가능한 반면에 상기 형상 기억 합금 와이어 중 다른 두 개의 경우에는 단지 절반 부분(82' 및 82'')만이 관찰 가능하다. 따라서, 네 쌍의 구속 요소가 탄성 케이지(81)의 하부 부분 상에 존재하고, 여기서 이러한 실시양태의 특정한 경우에 형상 기억 합금 와이어의 단부는 권축에 의해 단단히 유지된다. 도 8에서 형상 기억 합금 와이어(82)의 구속 요소(822) 둘 다만이, 구속 요소 쌍의 단일 요소(822' 및 822'')와 함께, 관찰 가능하다.

따라서 각각의 형상 기억 합금 와이어(82, 82'...)는 탄성 케이지(81)의 반대되는 코너 상에 위치된 두 개의 구속 요소(822, 822'...)에 의해 탄성 케이지(81)에 정착된 그의 단부를 가지며, 그의 중심 부분은 그의 힘을 그의 구속 요소들 사이에 존재하는 상부 코너 상에 형성된 가이드(833, 833'...)를 통해 탄성 케이지(81) 상에 발휘한다. 구속 요소(822, 822'...)의 위치와 형상 기억 합금 와이어 가이드(833, 833'...)의 위치 사이의 높이 차로 인해 형상 기억 합금 와이어는 일단 가열 (통전)을 통해 활성화되면 그의 압축력을 발휘할 수 있게 된다.

상기 실시양태의 부수적인 변형양태는 각각 두 개의 인접한 형상 기억 합금 와이어의 말단부를 단단히 유지하는 네 개의 구속 요소의 사용을 계획한다.

상기 실시양태의 또 다른 변형양태는 형상 기억 합금 와이어의 중심 부분을 위한 가이드를 형성하기 위해 탄성 케이지의 상부 표면에서의 만입부의 사용을 계획한다.

본 발명에 따른 틸트 모듈 부조립체는 형상 기억 합금 와이어의 특정한 유형의 사용으로만 국한되지 않고, 주울 효과에 의해 활성화되는 임의의 형상 기억 합금 와이어가 통상적으로 사용될 수 있다. 그건 그렇고, 10 ㎛ 내지 50 ㎛의 범위의 직경을 가지며 다양한 공급처로부터 상업적으로 입수 가능한, 니티놀(Nitinol)이라는 명칭으로서 관련 분야에 널리 공지된 Ni-Ti 합금으로 제조된 형상 기억 합금 와이어, 예를 들어 사에스 게터스 에스.페.아.(SAES Getters S.p.A.)에 의해 상품명 스마트플렉스(Smartflex) 하에 판매되는 와이어를 사용하는 것이 바람직하고, 25 ㎛ 와이어를 사용하는 것이 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 틸트 모듈 부조립체의 케이지 구조물을 위한 재료 또는 재료들은 특정한 부류로만 국한 또는 제한되지 않으며, 그것은 금속, 플라스틱, 복합재일 수 있고, 이때 유일한 요건은 그것이 13000 내지 16000 MPa, 바람직하게는 14000 내지 15000 MPa에 포함되는 영률을 갖는다는 것이다.

상기에도 불구하고, 케이지 구조물을 위한 바람직한 재료는 섬유-강화된 액정 중합체이다.

본 발명에 따른 틸트 모듈 부조립체는 가장 흥미로운 것들 중에서도 휴대폰 카메라 모듈에서 광학 영상 안정장치를 위해 사용되기는 하지만, 다양한 응용분야에서 사용될 수 있다. 이러한 관점에서, 그의 두 번째 측면에서, 본 발명은 마이크로 구조를 사용하는 소비자 가전 또는 의료 기기를 위한 광학 위치설정 시스템(optical positioning system)에 관한 것이다. 바람직한 응용분야는 광학 영상 안정장치 (OIS) 시스템이다.

본 발명에 따른 광학 위치설정 시스템은 본질적으로 탄성 재료로 이루어진 케이지 및 복수의 형상 기억 합금 와이어를 포함하고, 여기서 상기 탄성 재료는 13000 내지 16000 MPa, 바람직하게는 14000 내지 15000 MPa에 포함되는 영률을 갖는다. 추가로, 시스템은 마이크로 구조를 사용할 필요가 있는 소비자 가전 및 의료 기기를 위해 빛의 광학 경로를 변위시키는 마이크로 미러의 임의의 광학 위치설정에 적용된다.

바람직하게는 OIS 시스템은 또한 자동-초점 (AF) 모듈, 및/또는 자이로스코프를 포함한다.

본 발명의 틸트 모듈 부조립체는 제조하기 더 쉽고, 슬라이딩 구와 같은 추가의 요소의 사용에 의해 충격 및 유해 효과가 경감되지만 제거되지는 않은, 편재된 힘을 제공하는 전용 성분, 예컨대 복귀 스프링을 갖는 대신에, SMA 와이어에서 작용하고 SMA 와이어에 대한 평형추로서 작용하는 전체적인 (가요성) 구조를 획득한다는 본 발명의 개념을 활용함에 의해 개선된 성능을 나타낸다. 다시 한번, 이러한 전용 평형추 성분은 본 발명에 따른 부조립체 틸트 모듈에 존재하지 않는다는 것을 확실히 하는 것이 중요한데, 왜냐하면 사용된 재료의 신규한 진보적 특징 (청구된 범위 내의 영률) 덕분에, 구조 그 자체가 이러한 기능을 제공하기 때문이다.

Claims (20)

1. 본질적으로 탄성 재료로 이루어지고, 적어도 4개의 격벽 요소에 의해 이격된 두 개의 평행한 정사각형(square)에 의해 형성된 구조물을 갖는 케이지, 및
   상기 케이지의 상기 구조물에 작동 부재(actuating member)로서 작용하는, 상기 두 개의 평행한 정사각형 중 적어도 1개에 수축력을 발휘하도록 구성된 복수의 형상 기억 합금 와이어
   를 포함하며,
   상기 탄성 재료는 13000 내지 16000 MPa에 포함되는 영률을 갖는 것인
   틸트 모듈 부조립체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 형상 기억 합금 와이어가, 상기 케이지의 대칭축에 대해 대칭적으로 배치된 것인
   틸트 모듈 부조립체.
3. 제1항에 있어서, 상기 형상 기억 합금 와이어의 개수가 4인 틸트 모듈 부조립체.
4. 제3항에 있어서,
   상기 케이지가 정사각형 형상을 갖고,
   상기 케이지의 4개 코너 각각에, 4개의 상기 형상 기억 합금 와이어 각각의 중심 부분을 각각 수용하기 위한 가이드가 제공되는 틸트 모듈 부조립체.
5. 제4항에 있어서,
   상기 형상 기억 합금 와이어 각각이 반대 코너에 위치하는 구속 요소에 의해 상기 케이지 구조물에 정착되어 있고,
   상기 구속 요소가 동일한 높이에 배치된 것인
   틸트 모듈 부조립체.
6. 제1항에 있어서,
   상기 케이지가 두 개의 평행한 정사각형으로 이루어진 구조물을 갖고,
   상기 정사각형이, 상기 두 개의 평행한 정사각형의 상응하는 코너를 연결하는 네 개의 기둥에 의해 이격된 것인
   틸트 모듈 부조립체.
7. 제1항에 있어서,
   상기 케이지가, 여덟 개의 각진(angled) 백본에 의해 이격된 두 개의 평행한 정사각형에 의해 제공되는 구조물을 갖는 것인
   틸트 모듈 부조립체.
8. 제7항에 있어서,
   상기 백본 각각이 동일한 상기 정사각형의 두 개의 인접한 코너를 연결하는 것인
   틸트 모듈 부조립체.
9. 제7항에 있어서,
   상기 백본이 각각이 상기 두 개의 정사각형의 상응하는 코너를 연결하는 것인
   틸트 모듈 부조립체.
10. 제9항에 있어서, 상기 정사각형의 적어도 하나의 변 상에, 형상 기억 합금 와이어를 위한 선형 가이드가 존재하는 틸트 모듈 부조립체.
11. 제1항의 틸트 모듈 부조립체를 포함하는 광학 영상 위치설정 시스템.
12. 제11항에 있어서, 광학 영상 안정장치(OIS)인 광학 영상 위치설정 시스템.
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