KR20040018280A - 전자작동 장치를 이용한 카메라 렌즈 위치조정 - Google Patents

Abstract

카메라(30)는 가동렌즈를 위치시키기 위하여 전자작동 장치(11)를 사용한다. 상기 전자작동 장치(11)는 마이너축(13) 주위에서 나선형으로 굴곡지는 연속한 전자식 부재(12)의 형태를 취하는 전자작동 구조체를 포함하며, 상기 마이너축 그 자체는 예를 들어 메이저축(14) 주위에서 나선형으로 굴곡진다. 상기 연속한 부재(12)는 적어도 하나의 전자작동 물질층을 포함하는 다층 벤더구조를 가지므로, 작동시 마이너축(13) 주위에서 굴곡된다. 이러한 벤딩과 함께, 상기 전자작동 구조체는 마이너축 주위에서 비틀린다. 이러한 비틀림과 함께, 마이너축(13) 주위에서 비틀림의 조합으로 인해 또한 마이너축(13)이 굴곡진다는 사실로 인해, 장치(11)의 단부(16)의 상대적 변위가 발생된다. 이러한 전자작동 장치(11)의 구조는 소형이며, 선형 변위를 제공하므로, 카메라(30)의 렌즈를 위치시키는데 적합하다.

Description

전자작동 장치를 이용한 카메라 렌즈 위치조정{CAMERA LENS POSITIONING USING AN ELECTRO-ACTIVE DEVICE}

카메라 렌즈는 포커싱 및 줌동작(zooming)을 위해 이동될 필요가 있다. 그렇지 않을 경우, 카메라는 충분한 범위의 포커스를 달성하기 위해 작은 유공전극렌즈(aperture lens)를 갖도록 제약을 받는다. 렌즈는 수동으로 위치조정이 가능하지만, 전기구동식으로 조절하는 것이 바람직하다.

전자코일 모터를 사용하여, 카메라 렌즈를 구동하는 것은 이미 공지되어 있다. 그러나, 이러한 모터는 매우 값비싸고, 통상적으로 고가의 카메라에만 사용된다. 또한, 전자코일 모터는 부피가 크기 때문에, 사용시 제약을 받는다.

최근 CCD 및 CMOS 영상기법의 발전은 소형의 저렴한 디지탈 카메라의 발전을 유발하였다. 그러나, 이러한 카메라들중 극히 일부만이 자동촛점 시스템을 구비하고 있는데, 그 이유는 카메라에 비해 소형의 렌즈 위치조정 시스템이 너무 고가이기 때문이다.

카메라 렌즈를 위치조정하기 위한 압전모터는 공지되어 있지만, 너무 값비싸다. 또 다른 공지의 압전 작동기는 규모면에서 소형이긴 하지만, 충분한 변위를 제공할 수 없다.

전자작동 물질은 인가된 전기상태에 응답하여 변형되는 물질이거나, 또는 이와는 반대로 인가된 변형에 응답하여 변화되는 전기특성을 갖는 물질이다. 가장 널리 알려져 있고 발전된 형태의 전자작동 물질은 압전물질이지만, 다른 형태의 전자작동 물질은 정전물질 및 압전물질이다. 전자작동 특성을 이용하는 여러 장치들은 공지되어 있다.

가장 간단한 형태의 압전장치는 폴링(poling)의 방향으로 활성화 전압을 인가하여 팽창-수축 모드에서 작용하는 압전물질의 블록이다. 그러나, 압전효과가 10^-10m/V 정도로 작기 때문에, 칫수변화가 미크론 이하로 매우 작다. 따라서, 보다 복잡한 전자작동 구조체에서는 넓은 범위의 변위를 달성할 수 있다.

공지의 전자작동 구조체는 벤더 구조, 예를 들어 바이모르프 벤더 구조를 취하고 있다. 벤더 구조에 의해, 전자작동 구조는 다수의 층을 포함하며, 이러한 층들중 적어도 하나는 전자작동 물질이다. 작동시, 상기 층은 예를 들어 하나의 층이 팽창되고 다른 층은 수축되는 방식으로, 층들 사이의 상이한 길이변화에 의해 변형된다. 상호연결에 의해 억제되는 층들로 인하여, 상이한 길이변화는 벤더가 층들에 대해 수직으로 굴곡되게 한다. 따라서, 구조체 단부에 상당한 변위가 있게 된다. 구조체가 굴곡되어 곡률반경이 증가함에 따라, 단부의 상대적 변위는 공간에서의 곡선을 따르게 된다. 이와 같은 비선형 변위에 의해, 카메라 렌즈의 위치조정에 이러한 장치를 사용하기에는 편리하지 않다.

또한, 비교적 큰 변위를 달성하기 위해서는 구조체의 길이를 증가시켜야 하기 때문에 불편함이 가중된다. 예를 들어, 바이모르프 벤더 구조체로 0.1mm의 변위를 달성하기 위해서는, 일반적으로 약 5cm 길이의 구조체가 필요하다. 따라서, 이러한 장치는 카메라 렌즈 위치조절용으로 사용하기에는 충분히 작지 않다.

본 발명은 전자작동 장치를 이용하여 렌즈를 위치시키는 카메라에 관한 것이다.

도1은 제1전자작동 장치의 평면도.

도2는 제2전자작동 장치의 측면도.

도3은 도1의 제1전자작동 장치 또는 도2의 제2전자작동 장치의 사시도.

도4는 본 발명에 따른 제1카메라의 사시도.

도5는 도4의 선Ⅴ-Ⅴ을 따른 단면도.

도6은 제1카메라 및 제2카메라에서 전기회로의 다이아그램.

도7은 본 발명에 따른 제2카메라의 단면도.

본 발명에 따르면, 가동 렌즈를 포함하며, 굴곡된 마이너축을 따라 연장되는 전자작동 구조체를 포함하는 전자작동 장치에 상기 렌즈를 위치시키도록 연결되며, 작동시 상기 구조체를 마이너축 주위로 비틀고 이에 따라 구조체 단부를 상대적으로 변위시키도록 배치되는 카메라가 제공되며; 상기 구조체의 단부는 렌즈를 위치시키도록 연결되는 카메라가 제공된다.

먼저, 전자작동 장치의 작동에 대해 서술하기로 한다. 장치의 단부들 사이의 상대적 변위는 작동시 마이너축 주위로 구조체의 비틀림에 의해 이루어지는데, 그 이유는 상기 장치가 굴곡된 마이너축을 따라 연장되기 때문이다. 상기 전자작동 장치는 물리적 원리, 즉 굴곡된 물체의 비틀림은 국부적인 굴곡부에 수직한 변위를 유발하고, 이와는 반대로 굴곡된 물체의 단부 변위는 그 길이를 따라 이루어진다는 원리를 이용하고 있다. 상기 변위는 본래 방향에 대한 구조체 마이너축의 방향에 대한 변화와 동일하다.

상기 장치는 작동시 비틀리는 전자작동 구조를 이용한다. 굴곡된 마이너측을 따르는 구조체의 작은 설정 부분을 고려한다면, 상기 작은 설정 부분의 비틀림이 인접한 부분을 어떻게 회전시키는지를 시각화하고 이에 따라 이들을 상기 설정된 부분의 국부적 굴곡부에 수직한 대향 방향으로 변위시키는 방법을 시각화하는 것이 용이한데, 그 이유는 상기 인접한 부분이 마이너축의 굴곡에 의해 설정된 부분에 대해 각도를 유지하면서 연장되기 때문이다. 따라서, 설정된 부분의 비틀림은 굴곡부의 평면에 대해 수직인 인접 부분의 상대적 변위로 나타난다. 상대적 변위도는 설정된 부분의 굴곡도와 비틀림 크기에 비례한다. 장치의 전체 변위는 각각의 부분의 변위의 조합이다. 따라서, 작동시 전체 변위는 구조체 단부의 상대적 변위이다.

원의 아크 또는 나선을 따르는 것처럼 메이저축 주위에서 규칙적인 굴곡부를 따라 연장되는 마이너축에 있어서, 작동시 각각의 부분은 메이저축과 평행한 방향으로 변위를 생성한다. 따라서, 구조체 단부의 전체적인 상대적 변위는 메이저축에 평행한 선형 변위가 된다. 따라서, 본 발명에 따른 전자작동 장치는 공간에서 선형 변위를 생성할 수 있으므로, 카메라 렌즈의 위치조정에 적합하다.

변위도는 마이너축을 따라 구조체의 길이에 비례하는데, 그 이유는 구조체의 각각의 부분이 전체 변위에 기여하기 때문이다. 따라서, 어떤 필요로 하는 변위도는 장치의 적절한 디자인에 의해 달성될 수 있으며, 특히 마이너축을 따른 구조체의 길이선택과 비틀림 필드 응답의 크기를 제어하는 구조체 형태의 선택에 달려 있다. 굴곡진 마이너축을 따라 연장되는 구조체로 인하여, 매우 소형인 장치가 생산될 수 있다. 일반적으로, 마이너축이 연장되는 굴곡부는 선형 변위를 제공할 수만 있다면 어떠한 형태라도 무방하다.

마이너축이 연장되는 굴곡부는 예를 들어 원의 아크 또는 나선형 등과 같이평탄하게 형성될 가능성이 있다. 이 경우, 작동시 변위는 굴곡부의 평면에 수직으로 발생된다. 상대적 변위가 발생되는 방향으로의 장치 두께는 단순히 전자작동 장치의 두께이므로, 매우 얇은 장치가 생산될 수 있다.

상기 마이너축이 연장되는 굴곡부는 나선형으로 형성될 가능성도 있다. 이 경우, 구조체의 각각의 나선수(helical turn)는 나선이 형성된 기하학적 메이저축을 따른 방향으로의 변위 원인이 된다. 따라서, 나선수에 비례하여 다량의 변위가 달성될 수 있으므로, 매우 소형인 장치에서도 상당한 큰 변위를 생성할 수 있다.

상기 전자작동 장치 그 자체는 매우 소형이다. 이것은 장치가 카메라에 용이하게 사용될 수 있어 구조체 단부의 변위가 렌즈의 위치조정을 실행한다는 것을 의미한다. 전형적으로, 카메라는 렌즈가 이동가능한 하우징을 포함하며, 전자작동 구조체의 단부는 렌즈 및 하우징에 각각 연결된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 전자작동 구조체는 렌즈의 광축의 주위로 굴곡진다. 이것은 매우 소형인 배치를 제공하는데, 그 이유는 전자작동 장치의 구조체가 렌즈의 광축으로부터 멀리 연장되는 정도를 제한하기 때문이다. 그대신, 구조체의 마이너축이 연장되는 굴곡부는 전체적으로 카메라의 부피를 상당히 증가시키지 않고서도 렌즈의 외부주위에 양호하게 삽입될 수 있으며, 이러한 굴곡부는 장치의 적절한 방향을 위해서는 기본적인 사항이다.

따라서, 상술한 바와 같은 전자작동 장치를 사용하면 매우 소형인 설비에서도 렌즈를 선형으로 위치조정할 수 있다. 또한, 상기 전자작동 장치는 전자기 코일 모터에 기초한 종래의 다른 렌즈 위치조정 시스템에 비해 매우 저렴하게 생산될수 있다. 또한, 본 발명의 전자작동 장치는 분해능이 상당히 높은 위치제어를 제공하며, 주요한 제한적 요소는 인가된 활성화 전압의 분해능이다.

본 발명은 전형적으로 대형 렌즈 설비의 일부로서 카메라의 포커싱 및 줌동작을 위해 이동가능한 렌즈에 적용된다. 또한, 본 발명은 전하결합소자(CCD) 또는 CMOS 센서 등과 같이, 광을 지향시켜 디지탈 영상을 생성하는 전기 영상센서를 구비한 카메라에도 적용될 수 있다. 이 경우, 전자작동 장치를 사용하여 얻을 수 있는 장점은 전기 영상센서의 사용에 의해 얻어지는 장점을 돋보이게 한다. 영상센서의 출력은 렌즈의 위치조정을 제어하는데 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명은 영상을 사진필름에 노출시키는 카메라에도 적용될 수 있다.

전자작동 장치의 전자작동 구조체는 마이너축을 따라 연속적으로 배치되고 작동시 마이너축 주위로 굴곡되도록 배치된 전자식 부분을 포함한다.

상기 전자작동 구조체는 마이너축 주위에서 구조체의 비틀림과 함께 작동시 마이너축 주위에서 굴곡되는 부분에 배치된다. 그 결과, 전자식 부분은 작동시 굴곡되는 구조를 포함한다. 양호한 구성은 적어도 하나의 전자작동 물질층을 포함하는 다수의 층이 구비된 공지의 벤더 구조, 양호하기로는 2개의 층을 갖는 바이모르프 벤더 구조이다. 이러한 구조는 널리 공지되어 있으며, 직선형 벤더에 적용되는 것으로 인식되고 있으며, 특히 제조가 용이한 것으로 알려져 있다. 벤더 구조가 본 발명의 부분에 적용될 때도 상술한 바와 같은 장점을 얻을 수 있다. 그러나, 작동시 벤딩을 제공하는 기타 다른 구조도 사용될 수 있다.

전자작동 구조체는 마이너축 주위에서 굴곡지는 연속적인 전자식 부재를 포함하며, 상기 전자식 부분은 연속적인 부재의 한정된 부분에 인접한다.

이러한 구조체는 예를 들어 변형가능한 연속적인 전자식 부재를 어떤 형상으로 권취하므로써 제조가 매우 용이해진다.

연속적인 전자식 부재는 마이너축 주위에서 나선형으로 굴곡된다.

마이너축 주위에서 나선형으로 굴곡되는 연속한 전자식 부재를 사용하므로써 여러가지 장점을 얻을 수 있다. 첫째로, 마이너축 주위를 따라 규칙적인 구조체를 제공가 용이하며, 이에 따라 마이너축의 전체 길이에 걸쳐 균일한 비틀림을 제공할 수 있다. 둘째로, 상기 나선형은 예를 들어 변형가능한 연속적인 부재를 어떤 형상으로 권취하거나 또는 관형 전자식 부재에 나선형 절단부를 형성하므로써 제조가 용이해진다. 셋째로, 상기 장치는 마이너축 주위로 부재의 나선수가 밀착됨에 따라 소형화될 수 있다.

그러나, 전자작동 구조체는 형태가 상이한 연속적인 전자식 부재를 선택적으로 포함할 수도 있으므로, 마이너축 주위로의 비틀림과 함께 마이너축 주위로의 벤딩을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 마이너축 주위로 비틀린 평탄형 부재를 구비한 연속적인 부재가 제공될 수도 있다. 또한, 연속적인 전자식 부재를 포함하는 대신에, 상기 전자작동 구조체는 서로 연결된 다수의 전자식 부분을 포함할 수도 있다.

본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

본 발명에 따르면, 가동렌즈가 구비된 카메라는 렌즈를 위치조정하기 위한 전자작동 장치를 포함한다. 명확한 설명을 위하여, 먼저 전자작동 장치를 서술하고, 이어서 카메라를 서술하기로 한다.

하기의 설명에 있어서, 전자작동 장치는 장치를 시각화하고 서술하는데 유용한 가상의 마이너축 및 메이저축을 참조로 서술되었다.

도1에는 본 발명에 따른 제1전자작동 장치(1)가 도시되어 있다. 상기 장치(1)는 마이너축(3) 주위에서 나선형으로 굴곡된 연속한 전자식 부재(2)로 구성되어 있으므로, 구조체는 마이너축(3)을 따라 연장된다. 마이너축(3)은 굴곡되어 있으므로, 마이너축(3)의 평면에 수직한 기하학적 메이저축(4) 주위에서 원의 아크인 굴곡부로 즉, 도1에서 종이의 평면 외부로 연장된다. 마이너 굴곡부(3)가 평면일 때, 메이저축(4)에 평행한 장치의 두께는 전자식 부재(2)의 나선 구조체의 두께이다.

도2에는 본 발명에 따른 전자작동 장치(11)가 도시되어 있다. 이러한 장치(2)는 마이너축(13) 주위에서 나선형으로 굴곡진 연속한 전자식 부재(12)로 구성된 구조체를 포함하므로, 이러한 구조체는 마이너축(13)을 따라 연장된다. 상기 마이너축(13)은 굴곡져서, 기하학적 메이저축(14) 주위의 나선인 굴곡부로 연장된다. 도2에 도시된 전자작동 장치(11)는 3번 감긴 나선부를 따라 연장되는 마이너축을 포함하며, 상기 감긴 횟수는 어떠한 횟수라도 무방하다.

도3은 도1에 도시된 제1장치의 연속한 부재(2)의 부분 또는 도2에 도시된 제2장치(11)의 연속한 부재(12)의 부분(20)을 도시하고 있다. 상기 부분(20)의 구성은 제1장치(1) 및 제2장치(2)의 구성과 동일하며, 상기 전자식 부분(20)은 연속한 부재(2 또는 12)의 한정된 부분이므로, 전자식 부재(2 또는 12)는 도3에 도시된 바와 같이 마이너축(3 또는 13)을 따라 연속적으로 배치된 다수의 인접한 부분(20)으로 간주된다. 따라서, 부분(20)은 도3에 도시된 바와 같이 마이너축(3 또는 13)의 주위에서 나선형 굴곡부의 일부를 따라 연장된다.

도3은 전자식 부분(20)의 구성을 도시하고 있다. 이러한 구성은 작동시 균일한 특성을 제공하기 위하여 마이너축(3 또는 13)의 전체 길이를 따라 균일하다. 선택적으로, 상기 장치(1 또는 11)는 마이너축(3 또는 13)의 주위에서 마이너축(3 또는 13)을 따라 연속적인 부재(2 또는 20)의 구성이나 굴곡부의 형상이 변형될 수 있다.

전자식 부분(20)은 부분(20)의 길이를 따라 연장되는 전자작동 물질의2개층(21, 22)을 포함하는 바이모르프 구성을 포함한다. 상기 전자작동 물질의 층(21, 22)은 모두 마이너축(3 또는 13)과 대면하도록 구성된다. 전자작동 물질의 층(21 또는 22)은, 마이너축(3 또는 13)의 주위에서 굴곡부의 특성에 따라 연속적인 부재(2 또는 12)의 전자식 부분(20)이 약간 왜곡되지만, 부분(20)의 폭을 횡단하여 마이너축(3 또는 13)과 평행하게 연장된다. 선택적으로, 상기 층(21 또는 22)은 마이너축(3 또는 13)에 대해 각도를 유지하면서 부분(20)의 폭을 횡단하여 연장되므로, 전자식 부분(20)의 한쪽 엣지는 대향의 엣지에 가까워지는게 아니라 마이너축(3 또는 13)에 가까워지게 된다.

전자식 층(21 또는 22)의 물질은 압전물질이 양호하게 사용된다. 상기 압전물질은 예를 들어 납 지르콘산염 티탄산염(PZT) 등과 같은 압전 세라믹이나, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF) 등과 같은 압전 폴리머 등이 적합하다. 그러나, 전자식 층(21, 22)의 물질은 예를 들어 물질이 변형되거나 왜곡됨에 따라 전기저항이 변화되어 전기장의 인가를 억제하는 압전저항 물질 등과 같은 기타 다른 형태의 전자작동 물질도 사용될 수 있다.

상기 전자식 부분(20)은 압전물질의 층(21, 22)에 평행하게 연장되는 전극(23∼25)을 부가로 포함한다. 외측 전극(23, 24)은 전자식 층(21, 22)의 외측에 제공되어, 전자식 부분(20)과 대향하도록 형성된다. 중앙 전극(25)은 전자식 층(21, 22) 사이에 제공된다. 상기 전극(23∼25)은 폴링 전압을 인가하는데 사용되며, 또한 벤딩 모드에서 전자식 부분(20)을 작동시키는데 사용된다. 전기 동작시에는 전극(23∼25)에 활성화 전압이 인가된다. 작동시, 전자식 층(21, 22)은 서로 연결된 층의 억제로 인하여 중앙 전극(25)에 의해 형성된 인터페이스에서 상기 부분(20)의 벤딩과 함께 길이의 변화가 달리 나타난다. 최대 변위에서의 작동시 전자식 층(21 또는 22)중 어느 하나의 층이 팽창되고, 다른 하나의 층은 수축된다. 활성화 전압 및 폴링전압의 상대적 방향 및 크기는 벤더 구조를 갖는 공지의 선형 전자작동 장치와 동일한 방식으로 선택된다. 예를 들어, 중앙 전극(25)을 접지시키고 외측에 위치된 상기 전극(23, 24)에 동일한 극성의 폴링 전압을 인가하므로써, 전자식 층(21, 22)을 폴링시킬 수 있는 충분한 크기의 폴링 전압이 전자식 층(21, 22)을 횡단하여 대향 방향으로 인가된다. 이 경우, 전자식 부분(20)은 전자식 층(21, 22)을 횡단하여 동일한 방향으로 활성화 전압을 인가하므로써 또한 외측의 전극(23, 24)에 대향 극성의 전압을 인가하므로써, 전기적으로 작동된다.

작동시, 전자식 부분(20)은 활성화 전압의 극성에 따라, 마이너축(3 또는 13)의 주위로 굴곡되어 마이너축(3 또는 13)을 향하거나 또는 이들로부터 멀어진다. 전기작동시, 활성화 전압은 벤더 구조를 갖는 공지의 직선형 압전장치에 공지된 방식으로, 회로(26)로부터 전극(23∼25)에 전기연결된 외부 터미널(27)을 통해 인가된다.

전극(23∼25)으로의 접속은 일반적으로는 부분(20)이 형성된 장치의 길이를 따른 점(point)에서, 양호하기로는 단부에서, 벤더 구조를 갖는 공지의 직선형 압전장치에 공지된 방식으로 이루어진다. 양호한 기법은 벤더 구조를 갖는 직선형 장치에 공지된 바와 같이, 다른 측부 위치에서 장치의 폭을 횡단하여 장치의 단부에서 연장되는 핑거(도시않음)가 구비된 전극을 제공한다.

상기 부분(20)에는 예를 들어, 전자작동 물질층 및 비작동층을 포함하는 유니모르프 벤더 구조 또는 다수의 전자작동 물질층을 포함하는 멀티모르프 벤더 구조 등과 같은 다른 벤더 구조도 적용될 수 있음을 인식해야 한다.

도3에 도시된 벤더 구조는 구조가 간단하고 제조가 용이한 반면에, 연속한 부재(2 또는 12)는 실제 작동시 마이너축(3 또는 13)의 주위로 굴곡되는 구조를 갖는 것을 인식해야 한다. 예를 들어, 상기 연속적인 부재는 본 발명과 동시에 출원된 발명의 명칭이 "전자식 소자 및 장치"인 출원서에 개시된 형태의 전자식 소자이며; 상기 출원서에 따르면, 소자는 작동시 폭을 횡단하여 벤딩되기 위하여 부재의 길이를 따라 연장되는 2쌍의 전극을 포함한다.

작동시, 연속한 부재(2 또는 12)의 전자식 부분(20)은 마이너축(3 또는 13)의 주위로 굴곡된다. 연속한 부재(2 또는 12)가 특히 나선부에서 마이너축(3 또는 13) 주위로 굴곡됨에 따라, 이러한 벤딩은 마이너축(3 또는 13)의 주위에서 연속한 부재(2 또는 12)의 비틀림과 동시에 실행된다. 이것은 연속한 부재(2 또는 12)의 권취수 또는 타이트한 벤딩이나 느슨한 벤딩으로 나타나서, 마이너축(3 또는 13)을 따라 부재(2 또는 12)의 구조체의 비틀림을 유발한다. 연속한 부재(2 또는 12)의 비틀림은 마이너축(3 또는 13)의 전체 길이에 걸쳐 발생되어, 도1의 제1장치(1)에서 구조체의 단부(5, 6)와 도2의 제2장치(11)의 단부(15, 16)의 상대회전을 유발한다.

예를 들어 마이너축 주위에서 평탄 부재를 비틀림하여 형상을 형성하는 방법 등에 의해 비틀림을 생성하기 위해서는, 상기 연속한 부재(2 또는 12)가 나선부에서 굴곡되는 것이 아니라 굴곡부에서의 마이너축(3 또는 13) 주위로 굴곡되는 것임을 인식해야 한다. 마이너축 주위에 비틀림을 생성하기 위해서는 상기 연속한 부재 이외에도 기타 다른 부재도 적용될 수 있음을 인식해야 한다. 예를 들어, 전자작동 구조는 마이너축을 따라 연속적으로 배치되어 서로 연결된 다수의 전자작동 부분으로 구성되어 있으므로, 각 부분의 벤딩은 마이너축 주위에서 인접한 부분을 비틀어 구조체를 전체적으로 비틀리게 한다. 선택적으로, 전자작동 구조는 본 발명과 동시에 출원된 발명의 명칭이 "압전장치"인 명세서에 개시된 바와 같은 형태의 장치로서, 전단모드에서 작동되는 전자식 소자가 구비된 다수의 전자식 비틀림 작동기를 포함한다.

도1의 제1장치에 있어서, 마이너축(3) 주위에서 연속한 부재(2)의 비틀림은 마이너축(3)의 굴곡부에 수직한, 즉 메이저축(4)에 평행한 장치(5, 6)의 단부의 상대적 변위와 함께 이루어진다. 상기 단부(5, 6)의 상대적 변위는 마이너축(3)의 굴곡부와 조합하여 마이너축(3) 주위에서 연속한 부재(2)의 비틀림으로부터 유도된다. 굴곡된 물체의 비틀림은 물체의 국부적 굴곡부에 수직한 물체 단부의 상대적 변위의 원인이 된다는 결과를 피할 수 없다.

유사한 방식으로, 도2의 제2장치의 작동시, 마이너축(13) 주위에서 연속한 부재(12)의 비틀림은 메이저축(14)에 평행한 장치(15, 16)의 단부의 변위와 동시에 이루어진다. 또한, 이러한 상대적 변위는 마이너축(13)의 굴곡부의 조합과 함께 마이너축(13) 주위에서 연속한 부재(12)의 회전으로부터 유도된다. 이 경우, 마이너축(13)을 따라 구조체의 설정의 작은 부분에 의해 유발된 상대적 변위는 마이너축(13)의 국부적 굴곡부에 수직한 부분의 단부에서의 상대적 변위를 유발한다. 장치(11)의 단부(15, 16)의 전체 변위는 모든 부분의 변위를 총합한 것으로서, 메이저축(14)에 평행한 모든 상대적 변위로 나타난다.

부재(2 또는 12)의 정확한 구성 및 칫수와 전자작동 구조체의 형상은 필요로 하는 응답을 생성하기 위해 자유롭게 변경될 수 있다. 적절한 부재(2 또는 12)는 마이너축(3 또는 13) 주위에서 4mm 직경의 마이너 나선부로서 권취된 0.5mm 두께의 테이프를 포함한다. 이것이 마이너 굴곡부가 30mm 직경의 원에서 약 3/4 주위로 연장되는 제1장치(1)를 형성할 때, 관찰된 변위는 약 ±6mm 이다. 이와 마찬가지로, 만일 이러한 구조가 마이너 굴곡부가 30mm 직경의 20회 감긴 나선부를 따라 연장되는 제2장치(11)를 형성하는데 사용된다면, 약 ±120mm의 변위를 생성할 것이다.

일반적으로 본 발명에 따른 장치의 구조체가 연장되는 마이너축은 굴곡부를 따르며, 구조체 단부의 최종 변위는 굴곡부를 따른 구조체의 각 부분에 의한 변위의 총합이다. 그러나, 장치의 모든 부분이 공통의 방향으로 상대적 변위를 유발하고 또한 디자인 및 제조가 용이해지기 때문에, 제1장치 및 제2장치(1, 11)의 마이너축의 굴곡부처럼 규칙적인 굴곡부가 선호된다.

본 발명에 따르면, 제1장치 및 제2장치(1, 11)는 기계적으로 작동될 수 있지만, 전기적으로도 작동되어 단부(5, 6: 또는 15, 16) 사이에 기계적 변위를 생성하는데, 이 경우 단부(5, 6: 또는 15, 16) 사이의 상대적 변위에 의해 전기전압은 전극(23∼25)을 횡단하여 전개된다.

하기에는 전자작동 장치(1, 11)의 제조에 대해 서술될 것이다.

양호한 제조방법은 직선형 마이너축을 따라 연장되는 전자작동 구조체를 형성한 후, 상기 직선형 전자작동 구조체를 굴곡시켜 구조체가 연장되는 마이너축을 굴곡시키는 것이다.

연속한 부재(2 또는 12)를 직선형 마이너축을 따라 전자작동 구조체로 형성하는데는 2가지 방법이 있다.

첫번째 방법은 먼저 연속한 부재(2 또는 12)를 직선형 부재로 형성한 후, 이를 변형시켜 직선형 마이너축 주위로 굴곡시키는 것이다. 연속한 부재(2 또는 12)의 벤더 구조는 공지되어 있으며, 상기 연속한 부재(2 또는 12)는 벤더 구조를 갖는 장치를 제조하기 위하여 공지의 기법을 적용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 연속한 부재는 플라스틱 물질층(21, 22)의 공압출 또는 공캘린더링(co-calendering)에 의해 제조된다. 선택적으로, 연속한 부재(2 또는 12)는 얇은 층(21, 22)의 라미네이션에 의해 제조될 수도 있다. 이러한 얇은 층은 적절한 루트(route)에 의해 제조된다. 세라믹 분말, 폴리머의 고전단 혼합(high shear mixing)과 공압출 및 공캘린더링에 이은 솔벤트 믹서기에 의해 제조된다. 선택적으로, 테이프 캐스팅이나 세라믹 분아에서 솔루테크 처리로 공지된 방법 등이 사용될 수도 있다.

전극은 예를 들어 공압출이나 공캘린더링에 의해 연속한 부재(2 또는 12)의 일부분으로 형성된다. 또한 작용층(23∼25)이 되거나 전극(23∼25)로의 접근을 허용하는 터미날 전극이 되는 전극은 프린팅이나, 파이어온 실버 패스트(fired-onsilver past)를 통한 무전해도금, 또는 기타 다른 적절합 기법에 의해 인가될 수 있다.

두번째 방법은 연속한 부재를 전자작동 층(21, 22) 및 전극(23∼25)의 다층 벤더 구조를 갖는 실린더나 튜브로 제조한 후, 상기 부재를 나선을 따라 절단하여 마이너축을 구성하는 실린더 또는 튜브의 축 주위에서 나선으로 연장되는 연속한 부재(2 또는 12)를 형성하는 것이다.

그후, 직선형 구조체가 벤딩되어, 구조체가 연장되는 마이너축을 굴곡시킨다.

부재와 구조체를 변형시키기 위해서는 초기에 변형된 부재에는 충분한 가요성이 있어야만 한다. 적절히 변형가능한 전자작동 물질은 공지되어 있으며, 이러한 물질에는 전형적으로 변형성을 강화시키는 폴리머 성분이 포함된다. 이러한 물질을 성형한 후, 상기 폴리머 성분은 일반적으로 600℃ 이상에서 연소되어 버리고, 상기 물질은 일반적으로 1000℃ 내지 1200℃ 고온에서의 소결을 통해 첨가제가 첨가된다. 이 경우, 전자작동 구조체는 소결후 전형적으로 약 12% 내지 25% 선형수축되도록 초기에는 칫수가 팽창된 상태로 형성된다.

직선형 구조체의 굴곡과 구조체의 벤딩은 틀(former)에서 실행된다. 상기 틀은 예를 들어 용융이나 연소 또는 용해 등에 의해 물리적으로 제거되거나 파괴된다.

하기에는 상술한 바와 같은 형태의 전자작동 장치를 이용하는 카메라가 서술될 것이다. 전자작동 장치는 원의 아크 주위로 연장되는 제1장치와 동일한 구조를갖는 것으로 서술하였지만, 이것은 단순히 예시적인 것이며, 전자작동 장치는 상술한 바와 같은 그 어떤 형태의 구조를 가질 수 있다. 그러나, 카메라(30)의 구조를 감소시킨다는 관점에서, 제1전자작동 장치처럼 장치의 구조체가 연장되는 굴곡된 마이너축이 평탄형인 것이 바람직하다.

도4 및 도5에는 본 발명에 따른 제1카메라(30)가 도시되어 있다. 상기 카메라(30)는 하우징(31)의 내측에서 하우징(31)의 후방면(33)에 장착된 전자 영상센서(32)가 구비된 하우징(31)을 포함한다. 상기 영상센서(32)는 전하결합소자(CCD) 또는 CMOS 센서 등과 같이 적절한 형태를 취할 수 있다.

하우징(31)의 전방면(34)에는 원통형 캐리어(37)의 내부에 고정된 렌즈(36)를 포함하는 렌즈유니트(35)가 장착된다. 상기 렌즈(36)는 영상센서(32)에 영상을 형성하기 위해 광을 광축(38)으로 지향시킨다. 상기 캐리어(37)는 하우징(31)의 전방면(34)에 미끄럼가능하게 장착되어, 렌즈(36)의 이동을 광축(38)에 평행하게 한다. 이러한 렌즈이동에 의해, 렌즈는 영상센서(32)상에 렌즈(36)에 의해 형성된 영상을 포커싱하도록 위치될 수 있다.

렌즈(36)의 이동을 구동하기 위하여, 상술한 바와 같은 형태의 전자작동 장치(40)가 하우징(31)과 렌즈(36) 사이에 연결된다. 상기 전자작동 장치(40)는 전자작동 장치(40)의 구조체가 연장되는 마이너축이 렌즈(36)의 광축(38) 주위로 굴곡되도록, 양호하기로는 광축(38)에 수직한 평면에 놓이도록 배치된다. 그 결과 작동시, 장치(40)의 단부(41, 42)는 광축(38)에 평행하게 배치된다. 전자작동 장치(40)의 한쪽 단부(41)는 하우징(31)에 연결되고, 다른쪽 단부는 렌즈 유니트(35)의 캐리어(37)에 연결되므로, 렌즈(36)에 간접적으로 연결될 수 있다. 따라서, 전자작동 장치(40)의 작동은 렌즈(36)의 이동을 광축(38)에 평행하게 구동시켜, 카메라의 포커싱을 조정한다.

도6에는 제1카메라(30)의 회로가 도시되어 있다. 상기 회로는 배터리(46)에 의해 구동되는 제어회로(45)를 포함한다. 상기 제어회로(45)는 영상센서(32)의 출력을 수신하여 이를 처리한다. 또한, 상기 제어회로(45)는 종래의 방식으로 카메라(30)의 동작을 제어하며, 이를 위해 전형적으로는 마이크로프로세서와 같은 적절한 형태를 취할 수도 있다. 이러한 기능과 함께, 상기 제어회로(45)는 전자작동 장치(40)의 전극(23, 24)에 연결된 후, 활성화 전압을 인가하여 장치를 구동시킨다. 인가된 활성화 전압의 크기는 장치(40)의 단부(41, 42)의 변위량을 제어하므로, 광축(38)을 따른 렌즈의 위치제어와 카메라의 포커싱을 제어한다.

상기 제어회로(45)는 카메라(30)의 하우징에 제공된 수동식 버튼(47)에 응답하여 렌즈(36)의 위치를 제어하고, 사용자에게 필요로 하는 포커싱 정도를 표시한다. 선택적으로, 상기 제어회로(45)는 영상센서(32)의 출력에 응답하여 렌즈(36)의 위치를 제어할 수도 있다. 이 경우, 상기 제어회로(45)는 출력 영상신호로부터 포커싱 정도를 검출한 후, 영상을 자동으로 포커싱하기 위하여 렌즈의 위치를 제어한다. 이를 위하여, 상기 제어회로(45)는 예를 들어 영상센서(32)로부터 출력된 영상의 콘트라스트를 최대화하므로써, 공지의 자동포커싱 알고리즘을 사용할 수 있다.

도7에는 본 발명에 따른 제2카메라가 도시되어 있다. 하기에 서술되는 차이점을 제외하고는, 상기 제2카메라(50)는 제1카메라(30)와 동일하므로, 공통적인 소자와 동일한 도면부호가 사용되었으며, 이에 대한 설명은 서술되지 않을 것이다.

제2카메라(50)는 복합 렌즈시스템을 포함한다는 점에서 제1카메라(30)와 상이하다. 특히, 제2카메라(50)는 제2캐리어(53)의 내부에 고정된 제2렌즈(52)를 갖는 제2렌즈유니트(51)를 포함하며, 상기 제2캐리어는 상기 제1렌즈유니트(35)의 제1캐리어(37) 내부에 미끄럼가능하게 장착된다. 따라서, 제2렌즈(52)는 광축(38)을 따라 제1렌즈(36)와 동축으로 이동가능하다. 제1렌즈(36)에 대한 제2렌즈(52)의 상대적 위치는 2개의 렌즈(36, 52)에 의해 형성된 렌즈시스템의 크기를 변경하여, 줌동작을 제어한다. 제1렌즈(36)에 대해 제2렌즈(52)의 이동을 구동시키기 위하여, 상술한 바와 같은 형태의 제2전자작동 장치(54)가 제1렌즈유니트 및 제2렌즈유니트(35, 51) 사이에 연결되며, 이에 따라 제1렌즈 및 제2렌즈(36, 52)에 간접적으로 연결된다. 따라서, 제2전자작동 장치(54)가 작동되면, 제1렌즈(36)에 대한 제2렌즈(52)의 위치를 제어하며, 이에 따라 카메라(50)의 줌동작을 제어한다.

도6에 도시된 전기회로는 제2카메라(50)에도 사용된다. 제1카메라(30)와 동일한 방법으로, 상기 제어회로(45)는 사용자의 수동제어에 응답하거나 또는 영상센서(32)로부터의 출력에 응답하여 광학 피드백을 사용하므로써, 제2전자작동 장치(54)의 전극(23, 24)에 활성화 전압을 인가할 수 있다.

일반적으로, 상술한 바와 같은 형태의 전자식 소자는 제1카메라(30)와 같은 단독 렌즈이거나 제2카메라와 같이 복합 렌즈시스템의 렌즈인 경우에도 카메라의 렌즈를 이동시킬 수 있다. 상기 소자는 카메라의 하우징에 대해 또는 복합 렌즈시스템의 다른 렌즈에 대해 또는 이들 상기 하우징이나 다른 렌즈에 대해, 렌즈를 이동시킬 수도 있다.

Claims (20)

1. 가동 렌즈를 포함하며, 굴곡된 마이너축을 따라 연장되는 전자작동 구조체를 포함하는 전자작동 장치에 상기 렌즈를 위치시키도록 연결되며, 작동시 상기 구조체를 마이너축 주위로 비틀고 이에 따라 구조체 단부를 상대적으로 변위시키도록 배치되는 카메라를 포함하며, 상기 구조체의 단부는 렌즈를 위치시키도록 연결되는 것을 특징으로 하는 카메라.
2. 제1항에 있어서, 상기 전자작동 구조체는 마이너축을 따라 연속적으로 배치되고 작동시 마이너축 주위로 굴곡되는 전자식 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라.
3. 제2항에 있어서, 상기전자작동 구조체는 마이너축 주위로 굴곡되는 연속한 전자식 부재를 포함하며, 상기 전자식 부분은 연속한 부재의 한정된 부분에 인접한 것을 특징으로 하는 카메라.
4. 제3항에 있어서, 상기 연속한 전자식 부재는 마이너축 주위로 나선형으로 굴곡되는 것을 특징으로 하는 카메라.
5. 제2항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 연속한 전자식 부분은 적어도 하나의 전자작동 물질층을 포함하는 다층의 벤더 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라.
6. 제5항에 있어서, 상기 전자식 부분은 전자작동 물질의 2개층을 갖는 바이모르프 벤더 구조 또는 2개 이상의 전자작동 물질층을 갖는 멀티모르프 벤더 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 카메라.
7. 상술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자작동 구조체는 전자작동 구조체를 작동시키는 전기장을 인가하기 위한 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라.
8. 상술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이너축은 나선형 굴곡부로 연장되는 것을 특징으로 하는 카메라.
9. 상술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이너축은 평탄한 굴곡부로 연장되는 것을 특징으로 하는 카메라.
10. 상술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자작동 구조체는 압전물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라.
11. 제10항에 있어서, 상기 압전물질은 압전 세라믹 또는 압전 폴리머인 것을 특징으로 하는 카메라.
12. 제11항에 있어서, 상기 압전물질은 납 지르콘산염 티탄산염(PZT) 또는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)인 것을 특징으로 하는 카메라.
13. 상술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 카메라는 하우징을 포함하며, 렌즈는 상기 하우징에 대해 이동가능하며, 상기 전자작동 구조체의 단부는 렌즈 및 하우징에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 카메라.
14. 상술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈는 카메라를 포커싱하기 위해 이동가능한 것을 특징으로 하는 카메라.
15. 상술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈는 줌동작을 위해 이동가능한 것을 특징으로 하는 카메라.
16. 상술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈는 복합 렌즈시스템의 일부인 것을 특징으로 하는 카메라.
17. 상술한 항중 어느 한 항에 있어서, 전자작동 장치를 작동시켜 렌즈를 위치시키는 제어회로를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라.
18. 상술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 카메라는 렌즈가 광을 지향시키는 전기 영상센서를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라.
19. 제18항에 있어서, 상기 제어회로는 영상센서의 출력에 응답하여 렌즈의 위치조정을 제어하는 것을 특징으로 하는 카메라.
20. 상술한 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자작동 구조체는 렌즈의 광축 주위로 굴곡진 마이너축을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 카메라.