KR20070083080A

KR20070083080A - 렌즈 이송장치

Info

Publication number: KR20070083080A
Application number: KR1020060016337A
Authority: KR
Inventors: 백기문; 이동균; 콕 부르하네틴; 강병우
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2007-08-23
Also published as: US7457060B2; KR100799867B1; DE102007007472A1; GB0703094D0; GB2435527B; DE102007007472B4; CN101025466A; GB2435527A; CN101025466B; JP4674218B2; JP2007226234A; US20070195438A1

Abstract

렌즈 이송장치를 제공한다.

본 발명은, 적어도 하나의 렌즈가 내부공간에 배치되는 렌즈수용부로부터 연장되는 연장부를 구비하는 렌즈배럴; 상기 연장부와 접하는 마찰부재를 선단에 구비하여 전원인가시 신축 및 굴곡변형되는 압전체를 갖추어 상기 렌즈배럴의 이송에 필요한 구동력을 제공하는 압전진동자 ; 상기 연장부와 마찰부재간의 압접상태를 유지하도록 상기 압전체의 후단과 자유단이 탄력적으로 접하여 상기 압전진동자를 상기 연장부측으로 가압하는 탄성력을 제공하는 예압부재 ; 및 상기 렌즈배럴의 광축방향으로의 이송을 안내하는 안내부 ; 를 포함한다.

본 발명에 의하면, 구조를 단순화하여 초소형화를 도모할 수 있고, 낮은 입력전력으로도 큰 변위를 얻을 수 있어 이송의 분해능이 우수하고, 구동에 걸리는 동력의 손실을 최소화할 수 있으며, 렌즈의 이송을 안내하는 안내메카니즘의 구조가 단순하고, 렌즈의 이송을 정확하고 안정적으로 수행할 수 있다.

렌즈배럴, 연장부, 압전진동자, 예압부재, 마찰부재, 안내봉

Description

렌즈 이송장치{Device for Lens Transfer}

도 1은 캠을 이용한 종래의 렌즈 이송장치의 단면도이다.

도 2는 스크류를 이용한 종래의 렌즈 이송장치의 단면도이다.

도 3은 압전소자를 이용한 종래의 렌즈 이송장치를 도시한 것으로,

(a)는 전체 평면도,

(b)는 부분 분해사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 렌즈 이송장치를 도시한 전체 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 렌즈 이송장치를 도시한 분해사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 렌즈 이송장치를 도시한 측면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 렌즈 이송장치를 도시한 평면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 렌즈 이송장치에 구비되는 압전진동자, 연장부 및 안내부간의 연결관계를 도시한 상세도이다.

도 9는 본 발명에 따른 렌즈 이송장치에 구비되는 베어링부재를 도시한 것으로서,

a)는 사시도이고,

b)는 단면도이다.

도 10은 본 발명에 따른 렌즈 이송장치에 구비되는 제2 안내봉과 제2 안내홈관의 접촉상태를 도시한 단면도이다.

도 11은 본 발명에 따른 렌즈 이송장치에 채용되는 압전진동자를 도시한 것으로,

(a)는 압전체가 길이방향으로 신축변형된 상태도,

(b)는 압전체가 높이방향으로 굴곡변형된 상태도,

(c)는 압전체의 신축변형과 굴곡변형이 합성된 정면도이다.

도 12(a)(b)는 본 발명에 따른 렌즈 이송장치에 채용되는 압전진동자의 내, 외부 전극 및 이에 따른 진동 모드를 도시한 개념도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 렌즈 이송장치 110 : 렌즈 배럴

111 : 렌즈 수용부 112 : 연장부

114 : 수직면 115,116 : 제1,2 안내홈

120 : 압전진동자 121 : 마찰부재

122 : 압전체 123 : 전원케이블

130 : 예압부재 131 : 자유단

132 : 고정단 133 : 엠보싱부

140 안내부 141,142 : 제1,2 안내봉

143 : 베어링부재 143a,143b : 상,하부 볼부재

150 : 베이스 151,152 : 수직리브

153 : 고정홈 154a,154 : 제1,2 고정공

160 : 위치센서 170 : 케이스

본 발명은 광학기구에 채용되는 렌즈를 이송하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구동메카니즘의 구조를 단순화하여 소형화 설계를 도모하고, 렌즈구동에 소비되는 동력손실을 최소화하고, 렌즈이송을 보다 정확하고 안정적으로 수행할 수 있는 렌즈 이송장치에 관한 것이다.

일반적으로 광학기구는 캠이나 스크류 또는 압전소자 등을 이용하여 렌즈를 이송시키는 렌즈이송장치를 포함하고 있다. 이때, 상기 렌즈이송장치는 동력을 발생시키는 수단으로 모터나 압전소자들을 사용하고 동력을 전달하는 수단으로 캠이나 스크류 등을 사용한다.

따라서, 렌즈이송장치는 구동력에 의해 렌즈를 이송시켜 렌즈의 상대거리를 변화시킴으로써 줌(zooming)기능이나 초점조절(focusing)기능을 구현하도록 구성된다.

도 1에는 캠을 이용하여 렌즈를 이송시키는 미국특허 6,268,970호의 줌 렌즈 배럴(10)이 도시되어 있다.

상기 미국특허 6,268,970호는 경통(12,14,16)에 형성된 캠곡선을 따라 각 렌 즈군(12a,14a,16a)들이 줌 또는 초점거리에 맞는 상대거리를 유지하기 위해 이송하도록 구성된다.

이러한 구조는 작동시 캠곡선의 형상에 의해 각 렌즈군(12a,14a,16a)들의 상대적 위치가 용이하게 결정되며 그 구동원으로 전자기 방식의 모터를 이용한다. 이때, 상기 줌 렌즈 배럴(10)은 다수개의 감속 기어를 구비하고 있고, 캠곡선을 따라 움직이는 경통의 회전운동을 직선운동으로 변환시키도록 구성되므로 그 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.

또한, 상술한 렌즈 이송장치는 다수개의 감속기어가 구비되므로 소형화가 어렵고, 전자기 방식의 모터를 사용하므로 많은 동력이 소요되며, 인체에 유해한 전자기파가 발생됨은 물론, 렌즈 이송에 대한 분해능이 낮다는 문제점이 있다.

한편, 도 2에는 스크류를 이용하여 렌즈를 이송시키는 카메라의 줌 렌즈 메커니즘이 도시되어 있다.

즉, 카메라 바디(22)에는 피사체 측에 고정 렌즈군(22a)이 결합되어 있고, 내부에는 수납 공간이 형성되어 있다. 이 수납 공간에는 전자기 방식의 모터(24)가 설치되어 있으며, 이 모터(24)의 축부에는 안내 스크류(24a)가 결합되어 있다.

상기 안내 스크류(24a)의 외주에는 동력 전달부재(26)가 결합되어 있으며, 이 동력 전달부재(26)의 일측에는 렌즈 배럴(28)이 결합되어 있다.

또한, 상기 렌즈 배럴(28)에는 이송 렌즈군(28a)이 결합되어 있고, 상기 배럴(28)은 카메라 바디(22)의 내부에 광축 방향으로 결합된 가이드 샤프트(29)에 의해 광축 방향으로 이송할 수 있도록 결합되어 있다.

따라서, 모터(24)가 작동하면 안내 스크류(24a)가 회전하고 상기 안내 스크류(24a)가 회전함에 따라 동력 전달부재(26)가 광축 방향으로 이송하게 된다. 상기 동력 전달부재(26)가 광축방향으로 이송하면 상기 배럴(28)은 상기 가이드 샤프트(29)에 의해 안내되며 역시 광축 방향으로 이송하여 줌기능이 구현된다.

그러나, 상기 카메라의 줌 렌즈 메커니즘(20)도 전자기 방식의 모터를 사용하기 때문에 다수개의 감속 기어가 필요하고 이로 인해 소형화가 곤란하다. 또한, 상기 모터로부터 발생되는 전자기파의 발생을 제거할 수 없을 뿐만 아니라 이송의 분해능이 낮아 정밀한 제어가 어렵다는 문제점이 있다.

도 3a와 도 3b에는 상술한 방식들의 문제점을 해결하고자 압전소자를 이용하여 렌즈를 이송시키는 미국특허 6,215,605호의 구동장치(30)가 도시되어 있다.

즉, 압전소자(32)를 베이스 블록(34)에 고정시키고 구동환봉(36)에 변위를 전달하여 슬라이드부(38a)에서 발생하는 예압과 렌즈 프레임(38)의 관성력, 가속도 효과로서 렌즈(L1,L2,L3,L4)를 이송시킨다. 또한, 입력전압의 파형에 따라 상기 렌즈 프레임(38)이 구동환봉(36)과 함께 이송하거나 또는 미끄러지는 상대운동을 함으로써 양방향 이송이 가능하다.

한편, 상기 구동장치(30)는 전자기 방식의 모터를 사용하지 않으므로 그 구조적으로 전자기파가 발생하지 않고, 동력전달 수단으로서 종감속 기어등을 사용하지 않으므로 그 구조의 단순화를 꾀할 수 있다.

그러나, 상기 구동환봉(36)이 고정되어 있어 경통 길이의 가변이 불가능하므로 소형화에 제한이 있고 구동신호가 정현파 신호가 아닌 비대칭형 파형을 쓰기 때 문에 구동회로가 복잡해진다는 문제점이 있다.

따라서, 작은 체적 내에 장착이 가능하고, 이송의 분해능이 높아 정밀한 제어가 가능하며, 작은 구동력으로 작동되면서도 충분한 이송변위를 얻을 수 있는 렌즈 이송장치에 대한 필요성이 대두되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 종래의 전자기 방식의 구동메카니즘에 비하여 구조를 단순화하여 초소형화를 도모할 수 있는 렌즈 이송장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래에 비해 낮은 입력전력으로도 큰 변위를 얻을 수 있어 이송의 분해능이 우수하고, 구동에 걸리는 동력의 손실을 최소화할 수 있는 렌즈 이송장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래에 비하여 렌즈의 이송을 안내하는 안내메카니즘의 구조가 단순하고, 렌즈의 이송을 정확하고 안정적으로 수행할 수 있는 렌즈 이송장치를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 적어도 하나의 렌즈가 내부공간에 배치되는 렌즈수용부로부터 연장되는 연장부를 구비하는 렌즈배럴; 상기 연장부와 접하는 마찰부재를 선단에 구비하여 전원인가시 신축 및 굴곡변형되는 압전 체를 갖추어 상기 렌즈배럴의 이송에 필요한 구동력을 제공하는 압전진동자 ; 상기 연장부와 마찰부재간의 압접상태를 유지하도록 상기 압전체의 후단과 자유단이 탄력적으로 접하여 상기 압전진동자를 상기 연장부측으로 가압하는 탄성력을 제공하는 예압부재 ; 및 상기 렌즈배럴의 광축방향으로의 이송을 안내하는 안내부 ; 를 포함하는 렌즈 이송장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 압전진동자는 복수개의 압전체가 굴곡변위 발생영향으로 적층되고 내,외부 전극구조를 통하여 두개 이상의 진동 영역을 갖는 압전 초음파 모터(piezoelectric utlasonic motor)이다.

바람직하게, 상기 마찰부재와 마주하는 연장부의 수직면에는 상기 마찰부재와 직교하도록 배치되어 이들간에 점접촉이 이루어지는 피마찰부재를 구비한다.

보다 바람직하게, 상기 피마찰부재는 상기 수직면에 함몰형성된 요홈에 배치된다.

보다 바람직하게, 상기 피마찰부재는 렌즈배럴의 이송거리의 1.5배 이상의 형성높이로 구비된다.

바람직하게, 상기 예압부재는 상기 압전진동자의 후단과 일측 자유단이 탄력적으로 접촉하도록 상기 압전진동자가 배치되는 베이스에 타측 고정단이 고정되는 판스프링이다.

보다 바람직하게, 상기 예압부재의 일측 자유단에는 상기 압전진동자의 후단과 점접촉되도록 돌출형성되는 엠보싱부를 구비한다.

바람직하게, 상기 예압부재는 상기 압전진동자의 길이보다 길게 구비된다.

바람직하게, 상기 안내부는 상기 연장부의 타측면에 형성된 제1 안내홈과 베어링부재를 매개로 수직하게 배치되는 일정길이의 제1 안내봉과, 상기 렌즈배럴의 회전을 방지하도록 상기 연장부의 타측면에 형성된 제2 안내홈에 수직하게 배치되는 일정길이의 제2 안내봉으로 구비된다.

보다 바람직하게, 상기 베어링부재는 상기 제1 안내홈의 외부면과 상기 제1 안내봉의 외부면과 점접촉되는 좌우한쌍의 상,하부 볼부재와, 상기 상,하부볼부재가 회전가능하게 배치되는 상,하부볼 수용홈을 복수개 구비하는 리테이너로 구성된다.

보다 바람직하게, 상기 상,하부 볼부재와 상기 제1 안내봉은 삼각형의 각 꼭지점에 해당하는 위치에 배치된다.

보다 바람직하게, 상기 제1 안내봉의 중심은 상기 압전진동자의 마찰부재와 상기 연장부의 피마찰부재가 점접촉되는 접점과 동일한 수평축상에 배열된다.

보다 바람직하게, 상기 마찰부재와 피마찰부재가 점접촉되는 접점은 상기 예압부재의 자유단과 상기 압전진동자가 접촉되는 접점과 동일한 수평축상에 배열된다.

보다 바람직하게, 상기 제2 안내봉은 상기 제2 안내홈의 내주면에 서로 마주하도록 돌출형성되는 내면돌출부와 점접촉되도록 사각단면상의 사각공형태로 이루어진 제2 안내홈에 구비된다.

바람직하게, 상기 렌즈배럴이 탑재되는 베이스를 추가 포함하고,

상기 베이스는 상기 압전진동자의 압전체를 고정하는 고정력을 제공하는 수 직리브와, 상기 예압부재의 타측 고정단이 고정되는 고정홈 및 상기 안내부의 하부단이 고정되는 고정공을 구비한다.

보다 바람직하게, 상기 수직리브는 상기 압전체의 하부면이 접하는 바닥면으로부터 수직하게 연장되어 상기 압전체의 좌우양측 외부면에 탄력적으로 접하는 탄성고정편으로 구비된다.

보다 바람직하게, 상기 수직리브의 상단부에는 상기 압전진동자의 상부이탈과 상하유동을 방지하도록 상기 압전체의 상부면에 접하도록 배치되는 고정판을 구비한다.

보다 바람직하게, 상기 고정홈은 상기 예압부재의 타측 고정단이 삽입되어 고정되는 간극을 형성하도록 상기 베이스의 일측 모서리에 구비되는 한쌍의 고정리브사이에 구비된다.

바람직하게, 상기 렌즈배럴의 일측면에는 감지부를 구비하고, 상기 감지부의 상하이송위치를 감지하는 위치센서를 추가 포함한다.

바람직하게, 상기 렌즈배럴, 압전진동자, 예압부재 및 안내부를 외부환경으로부터 보호하는 케이스를 추가 포함한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 렌즈 이송장치의 전체 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 렌즈 이송장치의 분해사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 렌즈 이송장치의 측면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 렌즈 이송장치의 평면도이다.

본 발명에 따른 렌즈 이송장치(100)는 도 4 내지 7에 도시한 바와 같이, 적어도 하나의 렌즈가 내부수용되는 렌즈배럴(110)과, 이를 광축방향으로 이송시키는 구동력을 제공하는 압전진동자(120)와, 상기 압전진동자(120)를 가압하는 예압부재(130) 및 상기 렌즈배럴(110)의 이송을 안내하는 안내부(140)를 포함하여 구성된다.

상기 렌즈배럴(110)은 도 4와 5에 도시한 바와 같이, 렌즈 수용부(111)와 연장부(112)로 이루어지는 사출성형물이고, 상기 렌즈 수용부(111)는 적어도 하나의 렌즈가 광축을 따라 배열되도록 일정크기의 내부공간을 갖는 수용체이다.

상기 연장부(112)는 상기 렌즈 수용부(111)의 외부면으로부터 상기 압전진동자(120)측으로 일정길이 연장되어 후술하는 피마찰부재가 배치되는 수직면(114)과, 상기 안내부(140)의 제 1,2안내봉(141)(142)이 배치되도록 제1,2 안내홈(115)(116)을 각각 구비한다.

여기서, 상기 수직면(14)은 상기 압전진동자(120)와 대응하는 연장부(112)의 일측면에 형성되고, 상기 제1,2 안내홈(115)(116)은 상기 연장부(112)의 타측면에 형성된다.

이러한 연장부(112)는 상기 렌즈배럴(110)의 사출성형시 이에 일체로 구비될 수도 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 사출성형성되는 원통형상의 렌즈 수용부(111)와 조립되어 결합되는 구조를 갖도록 별도로 사출성형될 수도 있다.

상기 렌즈 수용부(111)의 상부면에는 광축과 중심이 서로 일치하는 입사공(113)을 소정크기로 관통형성한다.

또한, 상기 압전진동자(120)는 도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 마찰부재(121)와 압전체(122)로 이루어지는 직육면체상의 압전 초음파 모터(piezoelectric utlasonic motor)이다.

상기 마찰부재(121)는 상기 렌즈배럴(110)로부터 연장된 연장부(112)의 일측면과 접하도록 상기 압전체(122)의 선단에 구비된다. 이러한 마찰부재(121)는 내마모성이 우수하고 마찰계수가 비교적 큰 세라믹 또는 금속소재로 이루어지는 것이 바람직하며 그 형상은 원통형에 한정되는 것은 아니며 반원형, 육면체형 등 상대물에 마찰력을 전달시킬 수 있는 형상이면 마찰 부재로서 사용 가능하다

상기 압전체(122)는 외부면에 전원이 인가되도록 복수개의 전극단자(미도시)와 전기적으로 연결되는 전원케이블(123)을 구비하며, 상기 외부전극단자를 통해 인가되는 전원에 의해서 길이방향의 진동 모드 및 두께방향의 굴곡변형모드가 가진 될 수 있도록 내부에 특정 내부전극을 갖는 복수의 압전체가 적층되는 적층형 압전소자이다.

이러한 압전진동자(120)는 상기 렌즈배럴(110)이 탑재되는 베이스(150)의 상부면으로부터 수직하게 연장되는 한쌍의 수직리브(151)(152)사이에 상기 압전체(122)의 좌우양측면이 끼워지도록 상부로 부터 하부로 삽입된다.

도 8은 본 발명에 따른 렌즈 이송장치에 구비되는 압전진동자와 연장부간의 접촉상태를 도시한 상세도로서, 도시한 바와 같이, 상기 압전진동자(120)의 마찰부재(121)와 마주하는 상기 연장부(112)의 수직면(114)에는 상기 마찰부재(121)와 접촉되는 피마찰부재(124)를 구비한다.

이러한 피마찰부재(124)는 상기 마찰부재(121)와 직교하도록 배치되어 이들간에 점접촉이 이루어지도록 상기 연장부(112)의 수직면(114)에 장착되며, 이는 상기 마찰부재(121)와 마찬가지로 내마모성이 우수하고 마찰계수가 비교적 큰 세라믹 또는 금속재질과 같은 소재로 이루어지는 것이 바람직하며 그 형상은 원통형에 한정되는 것은 아니며 반원형, 육면체형등 상대물의 마찰력을 전달 받을 수 있는 형상이면 피마찰부재(124)로서 사용 가능하다.

상기 마찰부재(121)와 마주하는 상기 연장부(112)의 수직면(114)에는 상기피마찰부재(124)를 배치하여 확고히 고정할 수 있도록 수직한 반원단면상의 요홈(114a)을 함몰형성하여도 좋다.

이때, 상기 수직면(114)에 구비되는 피마찰부재(124)의 형성길이는 상기 마찰부재(121)와의 접촉구간을 보다 확실하고 안정적으로 보장할 수 있도록 렌즈배럴을 이송하고자 하는 거리의 1.5배이상으로 구비하는 것이 바람직하다.

상기 마찰부재(121)와 피마찰부재(124)는 상기 압전진동자(120)의 압전체(122)선단과 상기 수직면(114)에 접착하기 위해서 별도의 지그(미도시)를 이용하여 일정한 예압을 가하면서 장착위치를 위치를 결정한 후, 가압상태에서 열경화성 수지 접착제를 도포하여 상기 압전체(122)와 수직면(114)에 각각 장착한다.

그리고, 상기 예압부재(130)는 도 4, 도 5 및 도 7에 도시한 바와 같이 상기 피마찰부재(121)가 구비되는 선단의 정반대편에 해당하는 압전진동자(120)의 압전체(122)후단에 일측 자유단(131)이 접하여 상기 압전진동자(120)를 연장부(112)측으로 일정세기의 탄성력으로 가압할 수 있도록 상기 베이스(150)의 고정홈(153)에 타측 고정단(132)이 고정되는 탄성체이다.

이러한 예압부재(130)의 일측 자유단(131)에는 는 상기 압전진동자(120)의 압전체(122)후단과 점접촉되도록 엠보싱부(133)를 돌출형성하고, 상기 고정단(132)은 상기 베이스(150)의 고정홈(153)에 렌즈배럴(110)측으로 절곡된다.

이때, 상기 예압부재(130)는 설계시 조절가능한 예압력을 얻을 수 있도록 상기 압전진동자(120)의 길이보다 길게 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 안내부(140)는 도 4 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 압전진동자(120)로부터 제공되는 구동력에 의해서 상기 렌즈배럴(110)을 광축방향으로 왕복이송시킬때 상기 렌즈배럴(110)의 이송을 안내할 수 있도록 제1 안내봉(141)과 제2 안내봉(142)으로 구비된다.

상기 제 1 안내봉(141)은 상기 연장부(112)의 타측면에 형성된 제1 안내홈(115)과 베어링부재(143)를 매개로 하여 수직하게 배치되는 일정길이의 봉부재이고, 상기 제2 안내봉(142)은 상기 압전진동자(120)에서 제공되는 구동력에 의한 상기 렌즈배럴(110)의 이동시 상기 제1 안내봉(141)을 중심으로 하는 회전을 방지하도록 상기 연장부(112)의 타측면에 형성된 제2 안내홈(116)에 수직하게 배치되는 일정길이의 봉부재이다.

여기서, 상기 제1,2 안내봉(141)(142)은 상기 베이스(150)의 상부면에 구비되는 제1,2 고정공(154a)(154b)에 각 하부단이 삽입되어 광축과 나란하도록 수직하게 고정된다.

그리고, 상기 제1 안내홈(115)과 제1 안내봉(141)사이에 배치되는 베어링부 재(143)는 도 9(a)(b)에 도시한 바와 같이, 상기 제1 안내홈(115)의 외부면과 상기 제1 안내봉(141)의 외부면과 점접촉되는 좌우한쌍의 상,하부 볼부재(143a)(143b)와, 상기 상,하부볼부재(143a)(143b)가 회전가능하게 배치되는 상,하부볼 수용홈(143c)(143d)을 복수개 구비하는 리테이너(143e)로 구성된다.

상기 리테이너(143d)의 전,후면에는 상기 제1 안내홈(115)에 돌출형성된 돌출부(115a)와 상기 제1 안내봉(141)과의 접촉을 방지할 수 있도록 요홈(143f)(143g)을 각각 함몰형성한다.

여기서, 상기 상,하부 볼부재(143a)(143b)과 상기 제1 안내봉(141)은 안정적으로 점접촉하면서 틀어짐을 방지할 수 있도록 삼각형의 각 꼭지점에 해당하는 위치에 배치되는 것이다.

또한, 상기 제1 안내봉(141)의 중심은 상기 압전진동자(120)의 마찰부재(121)와 상기 연장부(112)의 피마찰부재(124)가 점접촉되는 접점위치와 동일한 수평축상에 배열되는 것이 바람직하며, 상기 마찰부재(121)와 피마찰부재(124)가 점접촉되는 접점은 상기 예압부재(130)의 자유단(131)과 상기 압전진동자(120)가 접촉되는 접점과 동일한 수평축상에 배열되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 압전진동자(120)에서 제공되는 구동력을 동력손실없이 상기 피마찰부재(121)를 통하여 피피마찰부재(124)로 전달하여 상기 렌즈배럴(110)을 광축방향으로 왕복이동시킴과 동시에 왕복이송시 동력손실을 최소화할 수 있는 것이다.

상기 제1 안내봉(141)으로부터 일정간격을 두고 수직하게 구비되는 제2 안내 봉(142)은 상기 연장부(112)에 형성되는 제2 안내홈(116)에 조립된다.

상기 제2 안내홈(116)은 도 7과 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 렌즈배럴의 안내이송시 발생되는 마찰손실을 최소화할 수 있도록 상기 제2 안내봉(142)의 외부면과 점접촉되는 내면 돌출부(116a)(116b)를 서로 마주하도록 돌출형성한 사각단면상의 사각공으로 구비된다.

한편, 본 발명의 렌즈 이송장치(100)는 도 4 내지 도 7에 도시한 바와 같이 상기 렌즈베럴(110)이 올려지고, 미도시된 이미지 센서 및 기판이 배치되는 베이스(150)를 포함한다.

상기 베이스(150)는 상기 압전진동자(120)를 위치고정하는 수직리브(151)(152)를 상부면에 일정높이 수직하게 형성하고, 상기 예압부재(130)의 타측 고정단(132)이 끼워져 고정되는 고정홈(153) 및 상기 제1,2 안내봉(141)(142)의 하부단이 삽입되어 고정되는 제1,2고정공(154a)(154b)을 구비할 수 있도록 사출성형되는 수지구조물이다.

상기 수직리브(151)(152)는 상기 압전진동자(120)의 마찰부재(121)와 상기 렌즈배럴(110)의 연장부(112)간의 접촉이 이루어지도록 상기 압전체(122)를 수평하게 고정하는 고정력을 제공하는 고정 구조물이다.

이러한 수직리브(151)(152)는 상기 압전체(122)의 하부면이 접하는 바닥면으로부터 수직하게 연장되어 상기 압전체(122)의 좌우양측 외부면에 탄력적으로 접하는 탄성고정편으로 구비된다.

상기 수직리브(151)(152)의 상단부에는 상기 압전진동자(120)의 상부이탈과 상하 흔들림을 방지하도록 상기 압전체(122)의 상부면에 접하도록 배치되는 고정판(155)을 장착한다.

이에 따라, 상기 압전진동자(120)의 압전체(122)는 상기 수직리브(151)(152)의 상부로부터 하부로 끼워져 좌우흔들림이 방지되도록 배치되고, 이에 조립된 압전체(122)는 상기 고정판(155)에 의해서 상부이탈과 상하 흔들림이 방지된다.

또한, 상기 고정홈(153)는 상기 예압부재(130)의 타측 고정단(132)을 간편하게 삽입방식으로 끼워 고정할 수 있도록 상기 베이스(150)의 일측 모서리에 구비되는 고정구조물이다.

이러한 고정홈(153)은 상기 예압부재(130)의 타측 고정단(132)이 삽입되어 고정되는 간극을 형성하도록 'ㄱ'자형으로 절곡된 한쌍의 고정리브(153a)(153b)에 의해서 구성된다.

또한, 상기 렌즈배럴(110)의 일측면에는 감지부(119)를 일체로 구비하고, 상기 렌즈배럴(110)의 위치변화를 검출하도록 상기 감지바(119)의 상하이송위치를 감지하는 위치센서(160)를 구비한다.

이러한 위치센서(160)는 상기 감지부(119)와 대응하는 영역에 구비되도록 상기 베이스(150)의 센서고정부(156)에 위치고정되며, 일측면에 전원이 인가되고, 신호가 송수신되는 복수개의 단자를 구비한다.

한편, 상기 베이스(150)의 상부에는 도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 렌즈배럴(110), 압전진동자(120), 예압부재(130) 및 위치센서(160)를 외부환경으로부터 보호할 수 있도록 일정크기의 내부공간을 갖는 케이스(170)가 구비된다.

이러한 케이스(170)는 상부면에 상기 렌즈배럴(110)의 입사공(113)을 외부노출시키는 개구부(171)을 일정크기로 관통형성하고, 상기 베이스(150)의 일측 외부면에 돌출형성된 조립턱(157)과 결합되는 조립공(172)을 관통형성한 수지 구조물이다.

이에 따라, 상기 케이스(170)는 상기 조립공(172)과 조립턱(157)과의 결합에 의해서 상기 렌즈배럴(110), 압전진동자(120), 예압부재(130) 및 위치센서(160)를 보호하도록 상기 베이스(150)에 결합된다.

본 발명의 렌즈 이송장치(100)에서 적어도 하나의 렌즈가 내장된 렌즈배럴(110)을 광축방향으로 왕복 이송시키는 동작은, 상기 압전진동자(120)의 압전체(122)에 형성된 전원케이블(123)를 통하여 외부전원을 인가함으로서 압전체가 적층된 압전체(122)의 길이 및 굽힘변형에 의해서 상기 렌즈배럴(110)을 이송시키는 구동력을 발생시킨다.

상기 압전진동자(120)는 20kHz이상의 초음파 영역의 공진 주파수에서 인접한 길이변형모드와 굽힘변형 모드가 동시에 가진되도록 하여 압전체(122) 일단에 부착된 마찰 부재(121)에서 타원형 궤적을 발생시킨다. 이러한 타원형 궤적의 운동 방향은 압전체(122) 내, 외부 전극에 의하여 결정되는 가진영역에 따라 결정되며 이로써 렌즈의 이송 방향 변경이 가능한 것이다. 이러한 내, 외부 전극 및 이에 따른 진동 모드의 개념도는 도 12(a)(b)와 같다.

즉, 채널 1 또는 채널 2을 통한 선택적인 전원인가시 다층으로 적층된 압전체(122)은 길이변형모드와 굽힘변형 모드가 동시에 이루어지면서 그 일단에 구비된 마찰부재(121)는 상방 또는 하방으로 직선운동을 하게 되는 것이다.

이때, 굽힘변형 모드의 진동 방향은 압전체(122)의 적층 방향과 같은 것으로 이는 본 발명에서 제공하는 AF 모듈의 광축 방향과 일치한다. 본 발명에서는 약 300kHz 영역의 공진 주파수를 사용하며 이는 압전진동자의 길이, 폭, 두께 등 형상에 따라 변경이 가능하다.

이때, 상기 압전진동자(120)는 상기 베이스(150)의 수직리브(151)(152)에 타원운동을 억제하도록 고정되어 있기 때문에, 상기 마찰부재(121)는 상하왕복 직선운동만을 하게 되는 것이고, 상기 압전체(122)에 인가되는 전압의 전극에 따라 진동궤적의 방향은 상향 또는 하향으로 전환된다.

따라서, 수직방향의 진동궤적만을 형성하는 마찰부재(121)는 이송 대상물인 렌즈배럴(110)의 연장부(112)에 구비된 피마찰부재(124)를 매개로 하여 구동력을 전달하기 때문에, 상기 렌즈배럴(110)은 안내부(140)의 제 1,2안내봉(141)(142)을 따라 광축방향으로 상승되거나 하강되는 것이다.

여기서, 상기 마찰부재(121)와 피마찰부재(124)사이에서 발생되는 마찰력은 상기 제1,2 안내봉(141)(142)에서 발생되는 마찰력보다 크게 발생되고, 상기 마찰부재(121)와 피마찰부재(124)는 상기 렌즈배럴(110)의 광축이 수직축에 대하여 틀어지지 않도록 점접촉되기 때문에, 상기 렌즈배럴(110)의 상하이송은 보다 안정적으로 이루질 수 있는 것이다.

또한, 상기 마찰부재(121)와 피마찰부재(124)가 서로 접하는 점접촉은 상기 압전진동자(120)를 연장부(112)측으로 탄력적으로 가압하도록 구비되는 예압부재 (130)의 탄성력에 의해서 항상 일정하게 유지된다.

그리고, 상기 마찰부재(122)와 피마찰부재(124)가 서로 접하는 접점은 상기 제1 안내봉(141)의 중심과 동일한 수평선상에 위치되기 때문에, 상기 연장부(112)측으로 가해지는 예압부재(130)의 탄성력은 상기 연장부(112)측으로 손실없이 전달되어 압전진동자(120)의 성능을 최대화시킬 수 있다.

한편, 상기 압전진동자(120)에서 제공되는 구동력에 의한 상기 렌즈배럴(110)의 상하이송은 상기 연장부(112)의 제1 안내홈(115)에 배치된 제1 안내봉(141)과, 상기 제2 안내홈(116)에 배치된 제2 안내봉(142)을 따라 이루어진다.

여기서, 상기 제1 안내봉(141)과 제1 안내홈(115)사이에는 베어링부재(143)를 배치하고, 상기 베어링부재(143)의 리테이너(143e)에는 상기 제1 안내봉(141)의 외주면과 상기 제1 안내홈(115)의 외부면과 점접촉되어 마찰손실을 최소화하는 좌우한쌍의 상,하부 볼부재(143a)(143b)를 구비하고, 상기 제1 안내봉(141)과 좌우한쌍의 상,하부 볼부재(143a)(143b)는 삼각형의 각 꼭지점에 해당하는 위치에 배치된다.

이로 인하여 상기 제1 안내봉(141)은 상기 베어링부재(143)에 안정적으로 점접촉되면서 틀어짐을 방지하여 상기 렌즈배럴(120)의 상하이송을 안정적으로 안내할 수 있는 것이다.

또한, 상기 제1 안내봉(141)으로부터 일정거리 떨어져 수직하게 구비되는 제2 안내봉(142)은 제 2 안내홈(116)의 내주면과 접하기 때문에, 상기 렌즈배럴(110)의 상하이송시 상기 제1 안내봉(141)을 회전중심으로 하여 상기 렌즈배럴(110)이 회전되는 것을 방지하게 된다.

여기서, 상기 제2 안내봉(142)은 상기 제2 안내홈(116)의 내주면에 서로 마주하도록 돌출형성된 내면 돌출부(116a)(116b)와 점접촉되기 때문에, 상기 렌즈배럴의 상하이송시 발생되는 마찰손실을 최소화함과 동시에 압전진동자(120)의 동력손실을 줄일 수 있는 것이다.

한편, 상기 제1,2 안내봉(141)(142)을 따라 상하이송되는 상기 렌즈배럴(110)의 상하움직임은 상기 렌즈배럴(110)의 외부면으로부터 돌출형성된 감지부(119)를 감지하는 위치센서(160)에 의해서 검출되고, 검출된 상하이송량을 근거로 하여 상기 압전진동자(120)의 구동력에 의해서 상기 렌즈배럴(110)를 상하이송시키는 외력을 적절히 제어하게 된다.

본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 렌즈배럴로부터 방사방향으로 연장되는 연장부와 점접촉되고, 예압부재에 의해서 연장부측으로 가압되는 압전진동자를 갖추어 압전진동자의 구동력을 렌즈배럴측으로 전달하는 선형 구동메카니즘을 구비함으로서, 종래의 캠, 전자기방식의 구동메카니즘에 비하여 구조를 보다 단순화할 수 있 기 때문에 광학기기를 보다 소형화할 수 있다.

또한, 이러한 압전 선형 구동 메커니즘은 이송대상물인 렌즈배럴로 전달되는 구동력의 손실을 최소화하면서 이송시 마찰력에 의한 손실을 최소화할 수 있기 때문에 종래의 기술에 비해 낮은 입력전력으로도 큰 변위를 얻을 수 있고 구동 효율성을 높일 수 있다.

그리고, 렌즈배럴의 이송을 안내하는 안내메카니즘의 구조가 단순하고, 렌즈의 이송을 보다 정확하고 안정적으로 수행할 수 있기 때문에 우수한 품질의 화상을 얻을 수 있는 효과가 얻어진다.

Claims

적어도 하나의 렌즈가 내부공간에 배치되는 렌즈수용부로부터 연장되는 연장부를 구비하는 렌즈배럴;

상기 연장부와 접하는 마찰부재를 선단에 구비하여 전원인가시 신축 및 굴곡변형되는 압전체를 갖추어 상기 렌즈배럴의 이송에 필요한 구동력을 제공하는 압전진동자 ;

상기 연장부와 마찰부재간의 압접상태를 유지하도록 상기 압전체의 후단과 자유단이 탄력적으로 접하여 상기 압전진동자를 상기 연장부측으로 가압하는 탄성력을 제공하는 예압부재 ; 및

상기 렌즈배럴의 광축방향으로의 이송을 안내하는 안내부 ; 를 포함하는 렌즈 이송장치.
제1항에 있어서,

상기 압전진동자는 복수개의 압전체가 굴곡변위 발생영향으로 적층되고 내,외부 전극구조를 통하여 두개 이상의 진동 영역을 갖는 압전 초음파 모터(piezoelectric utlasonic motor)임을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
제1항에 있어서,

상기 마찰부재와 마주하는 연장부의 수직면에는 상기 마찰부재와 직교하도록 배치되어 이들간에 점접촉이 이루어지는 피마찰부재를 구비함을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
제3항에 있어서,

상기 피마찰부재는 상기 수직면에 함몰형성된 요홈에 배치됨을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
제3항에 있어서,

상기 피마찰부재는 렌즈배럴의 이송거리의 1.5배이상의 형성높이로 구비됨을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
제1항에 있어서,

상기 예압부재는 상기 압전진동자의 후단과 일측 자유단이 탄력적으로 접촉하도록 상기 압전진동자가 배치되는 베이스에 타측 고정단이 고정되는 판스프링이고, 상기 예압부재의 일측 자유단에는 상기 압전진동자의 후단과 점접촉되도록 돌출형성되는 엠보싱부를 구비함을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
제1항에 있어서,

상기 예압부재는 상기 압전진동자의 길이보다 길게 구비됨을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
제1항에 있어서,

상기 안내부는 상기 연장부의 타측면에 형성된 제1 안내홈과 베어링부재를 매개로 수직하게 배치되는 일정길이의 제1 안내봉과, 상기 렌즈배럴의 회전을 방지하도록 상기 연장부의 타측면에 형성된 제2 안내홈에 수직하게 배치되는 일정길이의 제2 안내봉으로 구비됨을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
제8항에 있어서,

상기 베어링부재는 상기 제1 안내홈의 외부면과 상기 제1 안내봉의 외부면과 점접촉되는 좌우한쌍의 상,하부 볼부재와, 상기 상,하부볼부재가 회전가능하게 배치되는 상,하부볼 수용홈을 복수개 구비하는 리테이너로 구성됨을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
제9항에 있어서,

상기 상,하부 볼부재와 상기 제1 안내봉은 삼각형의 각 꼭지점에 해당하는 위치에 배치됨을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
제8항에 있어서,

상기 제1 안내봉의 중심은 상기 압전진동자의 마찰부재와 상기 연장부의 피마찰부재가 점접촉되는 접점과 동일한 수평축상에 배열됨을 특징으로 하는 렌즈 이 송장치.
제8항에 있어서,

상기 마찰부재와 피마찰부재가 점접촉되는 접점은 상기 예압부재의 자유단과 상기 압전진동자가 접촉되는 접점과 동일한 수평축상에 배열됨을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
제8항에 있어서,

상기 제2 안내봉은 상기 제2 안내홈의 내주면에 서로 마주하도록 돌출형성되는 내면돌출부와 점접촉되도록 사각단면상의 사각공형태로 이루어진 제2 안내홈에 구비됨을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
제1항에 있어서,

상기 렌즈배럴이 탑재되는 베이스를 추가 포함하고,

상기 베이스는 상기 압전진동자의 압전체를 고정하는 고정력을 제공하는 수직리브와, 상기 예압부재의 타측 고정단이 고정되는 고정홈 및 상기 안내부의 하부단이 고정되는 고정공을 구비함을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
제14항에 있어서,

상기 수직리브는 상기 압전체의 하부면이 접하는 바닥면으로부터 수직하게 연장되어 상기 압전체의 좌우양측 외부면에 탄력적으로 접하는 탄성고정편으로 구비됨을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
제14항에 있어서,

상기 수직리브의 상단부에는 상기 압전진동자의 상부이탈과 상하 흔들림을 방지하도록 상기 압전체의 상부면에 접하도록 배치되는 고정판을 구비함을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
제14항에 있어서,

상기 고정홈은 상기 예압부재의 타측 고정단이 삽입되어 고정되는 간극을 형성하도록 상기 베이스의 일측 모서리에 구비되는 한쌍의 고정리브사이에 구비됨을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
제1항에 있어서,

상기 렌즈배럴의 일측면에는 감지부를 구비하고, 상기 감지부의 상하이송위치를 감지하는 위치센서를 추가 포함함을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.