KR20160129475A

KR20160129475A - 광학 장치

Info

Publication number: KR20160129475A
Application number: KR1020150061686A
Authority: KR
Inventors: 문찬영; 방진영; 오진헌; 천종혁
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2016-11-09
Also published as: US9900486B2; US20160320586A1

Abstract

본 발명의 다양한 실시예에 따른 광학 장치는, 광축 방향으로 진퇴운동하는 렌즈 조립체; 상기 렌즈 조립체를 광축 방향으로 진퇴운동시키는 구동력(이하, '제1 구동력')을 발생시키는 적어도 하나의 제1 구동 장치; 및 상기 렌즈 조립체 운동방향의 역방향으로 구동력(이하, '제2 구동력')을 발생시키는 적어도 하나의 제2 구동 장치를 포함하고, 상기 제2 구동력은 상기 제1 구동력과 같거나 상기 제1 구동력보다 작게 형성되어, 상기 렌즈 조립체가 초점이 맞춰지는 위치 전후로 왕복운동할 때, 상기 렌즈 조립체가 왕복운동하는 진폭을 감소시킬 수 있다. 상기와 같은 광학 장치는 실시예에 따라 다양하게 구현될 수 있다.

Description

광학 장치 {OPTICAL DEVICE}

본 발명의 다양한 실시예는 광학 장치에 관한 것으로서, 예컨대, 촬상 장치용 렌즈 조립체에 관한 것이다.

디지털 카메라의 제작 기술이 발달하면서, 소형, 경량화된 카메라 모듈을 장착한 전자 기기, 예컨대, 이동통신 단말기가 이미 상용화되어 콤팩트형 디지털 카메라 시장을 점차 잠식하고 있다. 항상 휴대하는 것이 일반적인 이동통신 단말기에 카메라 모듈이 탑재되면서, 사용자는 사진이나 동영상 촬영은 물론, 영상 통화, 증강 현실 등의 다양한 기능을 간편하게 활용할 수 있다.

전자 기기에 카메라 모듈을 장착하는 것이 일반화됨에 따라, 이제는 카메라 모듈을 소형화 하면서도 성능, 예를 들면, 화질 향상을 위한 노력이 경주되고 있다. 카메라 모듈의 성능 향상을 위한 기술로서 예를 들면, 자동 초점조절 기능이 있다. 자동 초점조절 기능은, 피사체와의 거리에 따라 이미지 센서의 전방에 위치되는 렌즈 또는 이미지 센서를 광축 방향을 따라 이동시키는 기능으로서, 이미지 센서의 결상면에서 선명한 이미지를 획득하게 할 수 있다. 이러한 자동 초점조절 기능은 고가의 전자 기기의 카메라 모듈에 탑재되어 왔지만, 이제는 저렴한 보급형 전자 기기의 카메라 모듈에까지 탑재되는 필수 기능이 되었다.

초점 조절 기능뿐만 아니라, 줌-인/줌-아웃 동작을 구현하기 위해서 광학 장치 내에서, 적어도 하나의 렌즈 또는 렌즈 조립체를 광축 방향으로 진퇴운동시킬 수 있다. 렌즈 또는 렌즈 조립체의 진퇴운동을 위해서, 광학 장치는 스텝 모터나 압전 모터, 보이스 코일 모터 등의 구동 장치를 필요로 할 수 있다. 스텝 모터나 압전 모터를 이용한 구동 장치는 렌즈(또는 렌즈 조립체)의 위치 제어가 용이하여, 초점 조절 동작이 신속하게 이루어질 수 있다. 반면에, 보이스 코일 모터는 렌즈 조립체가 진퇴운동이 자유로운 상태에서 전자기력에 의해 구동하는 바, 렌즈 조립체가 이동을 시작한 후에는 보이스 코일 모터의 작동이 중단되더라도 관성 등에 의해 일정 위치에 정지하지 못할 수 있다. 예컨대, 전자기력을 이용한 초점 조절 방식에서는 렌즈 조립체가 초점이 맞춰진 위치 전후로 왕복운동하면서 초점이 맞춰진 위치로 점차 수렴할 수 있다.

따라서 스텝 모터나 압전 모터 방식과 비교할 때, 전자기력을 이용한 초점 조절 방식에서는 보이스 코일 모터가 구동한 시점으로부터 초점 조절이 완료되는 시점까지의 시간이 더 많이 소요될 수 있다. 초점 조절에 소요되는 시간이 길어지면, 움직이는 피사체의 촬영 이미지 품질을 확보하기 어려울 수 있다. 더욱이, 초점 조절에 소요되는 시간이 길어지면, 짧은 시간(예: 1~3초) 안에 여러 장의 사진을 찍는 연사 방식에서도 최초 촬영된 이미지의 품질을 양호하게 확보할 수 있다 하더라도, 연사 속도가 저하되거나 이어서 촬영된 이미지들의 품질을 확보하기 어려울 수 있다.

이에, 본 발명의 다양한 실시예는, 보이스 코일 모터를 사용하면서 초점 조절 시간을 단축할 수 있는 광학 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 광학 장치는, 광축 방향으로 진퇴운동하는 렌즈 조립체; 상기 렌즈 조립체를 광축 방향으로 진퇴운동시키는 구동력(이하, '제1 구동력')을 발생시키는 적어도 하나의 제1 구동 장치; 및 상기 렌즈 조립체 운동방향의 역방향으로 구동력(이하, '제2 구동력')을 발생시키는 적어도 하나의 제2 구동 장치를 포함하고,

상기 제2 구동력은 상기 제1 구동력과 같거나 상기 제1 구동력보다 작게 형성되어, 상기 렌즈 조립체가 초점이 맞춰지는 위치 전후로 왕복운동할 때, 상기 렌즈 조립체가 왕복운동하는 진폭을 감소시킬 수 있다.

예컨대, 상기 제2 구동 장치는 상기 렌즈 조립체가 상기 제1 구동력에 의해 진퇴운동할 때 작동할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 광학 장치는, 보이스 코일 모터를 이용하여 초점 조절 동작을 수행하되, 목표 지점(초점이 맞춰지는 지점)으로 렌즈 조립체를 이동시키는 구동력을 발생시키는 제1 구동 장치와, 그 역방향으로 구동력을 발생시키는 제2 구동 장치를 포함함으로써, 초점 조절 동작에 소요되는 시간을 절감할 수 있다. 예컨대, 렌즈 조립체가 목표 지점에 이를 때 제2 구동 장치가 작동하여 역방향 구동력을 발생시킴으로써, 관성 등에 의해 렌즈 조립체가 목표 지점을 지나 더 이동(오버-런(over-run))하더라도 그 거리를 줄일 수 있다. 또한, 렌즈 조립체가 초점이 맞춰지는 위치의 전후로 왕복운동할 때, 제2 구동 장치는 렌즈 조립체의 이동 방향의 역방향으로 구동력을 발생시킴으로써, 렌즈 조립체가 왕복운동하는 진폭을 줄일 수 있다. 따라서 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광학 장치는 제2 구동 장치를 포함함으로써 초절 조절에 소용되는 시간을 단축하고, 움직이는 피사체를 촬영하거나 또는 연사 동작에서 양호한 품질의 이미지를 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 다양한 실시예 중 하나에 따른 광학 장치의 주요 부분을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예 중 하나에 따른 광학 장치의 주요 부분을 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예 중 다른 하나에 따른 광학 장치의 주요 부분을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예 중 다른 하나에 따른 광학 장치의 주요 부분을 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예 중 또 다른 하나에 따른 광학 장치의 주요 부분을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예 중 또 다른 하나에 따른 광학 장치의 주요 부분을 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예 중 또 다른 하나에 따른 광학 장치의 주요 부분을 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예 중 또 다른 하나에 따른 광학 장치의 주요 부분을 나타내는 평면도이다.
도 9 내지 도 11은 각각 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광학 장치의 초점 조절 동작을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나" 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.

본 발명에서 사용된 "제1", "제2", "첫째" 또는 "둘째"등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.

어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

본 발명에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된, 구비된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 발명에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

도 1은 본 발명의 다양한 실시예 중 하나에 따른 광학 장치(100a)의 주요 부분을 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 다양한 실시예 중 하나에 따른 광학 장치(100a)의 주요 부분을 나타내는 평면도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 상기 광학 장치(100a)는 렌즈 조립체(101), 제1, 제2 구동 장치(102, 103)를 포함할 수 있다.

상기 렌즈 조립체(101)는, 적어도 하나의 렌즈(113)가 고정된 가이드 부재(111)를 포함할 수 있다. 고정되는 렌즈의 수에 따라 상기 가이드 부재(111)는 적어도 부분적으로 실린더 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 구체적인 실시예에서는 도면이나 상세한 설명의 간결함을 위해 상기 가이드 부재(111)가 대략 원형의 평판 형상인 구조를 예시하고 있다. 상기 렌즈(113)는 초점 조절용 렌즈로 활용될 수 있다. 예컨대, 상기 렌즈 조립체(101)는 상기 광학 장치(100a)의 광축 방향(O)을 따라 진퇴운동하면서, 피사체와의 거리에 따른 초점 거리를 조절할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 상기 렌즈(113)는 줌-인/줌-아웃 동작을 위한 렌즈로 활용될 수도 있다.

상기 렌즈 조립체(101)의 진퇴운동을 안내하기 위해 상기 광학 장치(100a)는 적어도 하나의 가이드 축(119)을 더 포함할 수 있다. 상기 가이드 축(들)(119)은 상기 광학 장치(100a), 예컨대, 상기 렌즈(113)의 광축(O)에 평행하게 배치되며, 상기 렌즈 조립체(101), 예컨대, 상기 가이드 부재(111)를 관통하게 결합할 수 있다. 상기 가이드 부재(111)와 가이드 축(119)은 서로에 대하여 미끄럼 이동할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 복수의 상기 가이드 축(119)들이 상기 가이드 부재(111)의 가장자리에 각각 배치될 수 있다. 상기 가이드 축(119)들은 금속 소재로 제작될 수 있으며, 상기 가이드 부재(111) 중 적어도 상기 가이드 축(119)과 마찰하는 부분은 기계적 강성과 윤활성을 가지는 합성 수지, 예를 들면, 엔지니어링 플라스틱 등으로 제작될 수 있다. 예컨대, 상기 렌즈 조립체(101)는 상기 가이드 축(119) 상에서 부드럽게 진퇴운동할 수 있다.

상기 제1 구동 장치(102)는 전자기력을 발생시키는, 예를 들면, 코일(121)과 자성체(123)의 조합으로 이루어진 보이스 코일 모터(voice coil motor; VCM)를 포함할 수 있다. 상기 코일(121)은 상기 가이드 부재(111)에 장착되며, 전기 신호를 인가받아 전기장을 형성할 수 있다. 상기 코일(121)은, 인가받은 전기 신호에 따라, 서로 다른 방향(예: 정방향, 역방향)으로 전기장을 형성할 수 있다. 상기 자성체(123)는 상기 코일(121)과 마주보게 배치되며, 상기 코일(121)이 형성하는 전기장이 상기 자성체(123)가 형성하는 자기장과 상호 작용하여 상기 가이드 부재(111), 예컨대, 상기 렌즈 조립체(101)를 진퇴운동시키는 구동력(이하, '제1 구동력')을 발생시킬 수 있다. 상기 코일(121)에 인가된 전기 신호에 따라, 상기 제1 구동력은 상기 렌즈 조립체(101)를 전진시키거나 후퇴시킬 수 있다. 상기 제1 구동 장치(102)는 상기 코일(121)과 자성체(123)의 전자기장을 집중시키는 요크(125)를 더 포함할 수 있다. 상기 요크(125)는 폐루프 형상을 가질 수 있으며, 상기 요크(125)의 내부에서 상기 자성체(123)가 상기 코일(121)의 일부분에 마주보게 배치될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 복수의 상기 제1 구동 장치(102)가 상기 가이드 부재(111)의 가장자리를 따라 배치될 수 있다. 상기 제1 구동 장치(102)들은 서로에 대하여 일정 각도 거리만큼 이격된 상태로 배치될 수 있으며, 상기 가이드 부재(111) 또는 상기 렌즈(113)의 지름 방향에 대해 서로 대칭을 이루게 배치될 수 있다. 상기 제1 구동 장치(102)를 배치하는 위치나 수는, 상기 제1 구동 장치(102)가 발생시킬 수 있는 구동력의 세기, 상기 렌즈 조립체(101)의 크기와 중량 등을 고려하여 적절하게 설계될 수 있다.

상기 제2 구동 장치(103)는 전자기력을 발생시키는, 예를 들면, 제2의 코일(131)과 제2 자성체(133)의 조합으로 이루어진 보이스 코일 모터(voice coil motor; VCM)를 포함할 수 있다. 상기 제2 코일(131)은 상기 가이드 부재(111)에 장착되며, 전기 신호를 인가받아 전기장을 형성할 수 있다. 상기 제2 코일(131)은, 인가받은 전기 신호에 따라, 서로 다른 방향(예: 정방향, 역방향)으로 전기장을 형성할 수 있다. 상기 제2 자성체(133)는 상기 제2 코일(131)과 마주보게 배치되며, 상기 제2 코일(131)이 형성하는 전기장이 상기 제2 자성체(133)가 형성하는 자기장과 상호 작용하여 상기 가이드 부재(111), 예컨대, 상기 렌즈 조립체(101)를 진퇴운동시키는 구동력(이하, '제2 구동력')을 발생시킬 수 있다. 상기 제2 코일(131)에 인가된 전기 신호에 따라, 상기 제2 구동력은 상기 렌즈 조립체(101)를 전진시키거나 후퇴시킬 수 있다. 상기 제2 구동 장치(103)는 상기 제2 코일(131)과 제2 자성체(133)의 전자기장을 집중시키는 제2 요크(135)를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 요크(135)는 폐루프 형상을 가질 수 있으며, 상기 제2 요크(135)의 내부에서 상기 제2 자성체(133)가 상기 제2 코일(131)의 일부분에 마주보게 고정될 수 있다.

상기 제2 구동 장치(103)는 상기 가이드 부재(111)의 가장자리에 배치되며, 상기 제1 구동 장치(102)들 각각으로부터 동일한 거리에 위치할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 복수의 상기 제2 구동 장치(103)가 상기 가이드 부재(111)에 배치될 수 있다. 복수의 상기 제2 구동 장치(103)를 배치함에 있어, 상기 제2 구동 장치(103)들은 상기 가이드 부재(111) 또는 렌즈(113)의 지름 방향에 대하여 대칭을 이루게 배치될 수 있다.

상기 제2 구동 장치(103)는 상기 제1 구동력에 대하여 역방향으로 작용하는 상기 제2 구동력을 발생시킬 수 있다. 예컨대, 상기 제1 구동력에 의해 상기 렌즈 조립체(101)가 전진할 때, 상기 제2 구동력은 상기 렌즈 조립체(101)를 후퇴시키는 방향으로 작용할 수 있다. 또한, 상기 제1 구동력에 의해 상기 렌즈 조립체(101)가 후퇴할 때, 상기 제2 구동력은 상기 렌즈 조립체(101)를 전진시키는 방향으로 작용할 수 있다. 예컨대, 상기 제1, 제2 구동 장치(102, 103)의 코일들(121, 131)이 서로 동일한 방향으로 권선된 구조라면, 상기 제1, 제2 구동 장치(102, 103)에 인가되는 전류 신호가 서로에 대하여 역방향으로 인가될 수 있다.

상기 제2 구동력은 상기 제1 구동력과 같거나 상기 제1 구동력보다 더 작게 발생할 수 있다. 예컨대, 상기 제2 구동력은 상기 렌즈 조립체(101)를 구동시키거나 진행 방향을 전환하는 구동력으로 작용할 수 있으나, 본 실시예에서는 상기 렌즈 조립체(101) 운동방향의 역방향으로 작용하여 상기 렌즈 조립체(101)를 감속시키거나 정지시키는 힘으로 작용할 수 있다. 따라서 상기 제2 구동력은 상기 렌즈 조립체(101)가 상기 제1 구동력에 의해 전진하거나 후퇴할 때 상기 렌즈 조립체(101)에 작용할 수 있다.

또한, 상기 렌즈 조립체(101)가 목표 지점, 예를 들면, 피사체와의 거리에 따른 초점 조절 위치로 이동할 때, 목표 지점의 전후로 왕복운동하게 되는데, 이때, 상기 제2 구동력은 상기 렌즈 조립체(101) 왕복운동의 진폭을 감소시킬 수 있다. 상기 렌즈 조립체(101)는 상기 가이드 축(119)의 안내를 받아 진퇴운동함을 앞서 언급한 바 있다. 또한, 상기 렌즈 조립체(101)와 가이드 축(119) 사이의 마찰력이 작아, 상기 렌즈 조립체(101)가 이동을 시작한 후에는 상기 제1 구동력이 작용하지 않더라도 관성에 의해 일정 거리를 더 이동할 수 있다. 상기 제2 구동력은, 상기 렌즈 조립체(101)가 목표 지점에 인접한 위치 또는 목표 지점에서 이동할 때, 상기 렌즈 조립체(101)의 이동 방향의 역방향으로 작용하여 상기 렌즈 조립체(101)를 정지시키거나 감속시킬 수 있다. 상기 렌즈 조립체(101)는 목표 지점의 전후로 왕복운동하면서 목표 지점으로 수렴하게 되는데, 상기 제2 구동력이 작용함으로써 상기 렌즈 조립체(101)가 목표 지점에 정지되는데 소요되는 시간을 단축할 수 있다. 예컨대, 보이스 코일 모터와 같은 전자기력을 이용한 자동 초점 조절 구조에서, 초점 조절에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.

상기와 같은 제2 구동력이 작용에 관해서는 도 9 내지 도 11을 통해 더 상세하게 살펴보게 될 것이다.

도 3은 본 발명의 다양한 실시예 중 다른 하나에 따른 광학 장치(100b)의 주요 부분을 나타내는 사시도이다. 도 4는 본 발명의 다양한 실시예 중 다른 하나에 따른 광학 장치(100b)의 주요 부분을 나타내는 평면도이다.

도 3과 도 4를 참조하면, 상기 광학 장치(100b)는, 선행 실시예의 광학 장치(100a)와 비교할 때, 상기 제1, 제2 구동 장치들(102, 103)의 위치가 다를 수 있다. 예컨대, 상기 제1, 제2 구동 장치들(102, 103)은 상기 가이드 부재(111)의 원주 방향을 따라 일정 각도 간격을 이루게 배치될 수 있다. 상기 제1, 제2 구동 장치들(102, 103)의 구조는 선행 실시예와 동일하게 구현될 수 있는 바, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1, 제2 구동 장치(102, 103)의 배치는 다양하게 변경될 수 있으며, 이는 상기 렌즈 조립체(101)의 무게와 균형, 상기 제1, 제2 구동 장치들(102, 103)의 구동력 등을 고려하여 결정될 수 있다.

상기 제1, 제2 구동 장치(102, 103)의 수와 배치 등에 관한 다양한 실시예들이 도 5 내지 도 8을 통해 도시되고 있다.

도 5는 본 발명의 다양한 실시예 중 또 다른 하나에 따른 광학 장치(100c)의 주요 부분을 나타내는 사시도이다. 도 6은 본 발명의 다양한 실시예 중 또 다른 하나에 따른 광학 장치(100c)의 주요 부분을 나타내는 평면도이다. 도 7은 본 발명의 다양한 실시예 중 또 다른 하나에 따른 광학 장치(100d)의 주요 부분을 나타내는 사시도이다. 도 8은 본 발명의 다양한 실시예 중 또 다른 하나에 따른 광학 장치(100d)의 주요 부분을 나타내는 평면도이다.

도 5와 도 6을 참조하면, 상기 광학 장치(100c)는 두 쌍의 제1 구동 장치(102)와, 한 쌍의 제2 구동 장치(103)가 각각 서로에 대하여 대칭을 이루게 배치된 구조가 예시되어 있다. 도 7과 도 8을 참조하면, 상기 광학 장치(100d)는 한 쌍의 제1 구동 장치(102)와, 두 쌍의 제2 구동 장치(103)가 각각 서로에 대하여 대칭을 이루게 배치된 구조가 예시되어 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 렌즈 조립체(101)의 무게와 균형, 상기 제1, 제2 구동 장치(102, 103)들의 구동력 등을 고려하여, 그에 부합하도록 상기 제1, 제2 구동 장치(102, 103)들의 수와 배치 등은 다양하게 설계될 수 있다.

도 9 내지 도 11은 각각 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광학 장치(100a, 100b, 100c, 100d; 이하, '100a'를 참조번호로 병기함)의 초점 조절 동작을 설명하기 위한 도면이다.

설명의 간결함을 위해, 도 9와 도 10에서 '(+)'로 나타낸 부분은 상기 제1 구동 장치(102)가 상기 렌즈 조립체(101)를 전진시키는 방향으로 작용하는 구동력을 발생시키고, '(-)'로 나타낸 부분은 상기 제1 구동 장치(102)가 상기 렌즈 조립체(101)를 후퇴시키는 방향으로 작용하는 구동력을 발생시키는 구성임을 예로 들어 설명하기로 한다. 아울러, 'Target position'은 초점 조절을 위해 상기 렌즈 조립체(101)가 도달해야 하는 위치(이하, '목표 지점')를, 'tt'는 상기 렌즈 조립체(101)가 처음으로 목표 지점을 지나는 시점을, 'tr'은 상기 제2 구동 장치(103)가 구동하는 시점을, 'ts_1'은 상기 제1 구동 장치(102)만 구동하여 상기 렌즈 조립체(101)를 목표 지점에 정지시키는 시점을, 'ts_2'는 상기 제1, 제2 구동 장치(102, 103)가 함께 구동하여 상기 렌즈 조립체(101)를 목표 지점에 정지시키는 시점을 각각 의미할 수 있다.

도 9는 상기 제2 구동 장치(103)를 구동하지 않고, 상기 제1 구동 장치(102)만으로 초점 조절 동작을 수행할 때, 상기 렌즈 조립체(101)의 이동(AF1)을 나타낸 그래프이다. 도 10은 상기 제1, 제2 구동 장치(102, 103)가 구동하여 초점 조절 동작을 수행할 때, 상기 렌즈 조립체(101)의 이동(AF2)을 나타낸 그래프이다. 도 11은 도 9와 도 10에 도시된 상기 렌즈 조립체(101)의 이동(AF1, AF2)을 비교하여 나타내는 그래프이다.

도 9와 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제1 구동 장치(102)가 구동하여 상기 렌즈 조립체(101)를 이동시킴에 있어, 상기 렌즈 조립체(101)가 목표 지점을 지나면, 상기 제1 구동 장치(102)는 상기 렌즈 조립체(101)가 진행하는 방향의 역방향으로 작용하는 구동력을 발생시킬 수 있다. 이는 상기 제1 구동 장치에 인가되는 전류의 흐름 방향을 전환함으로써 가능하다. 상기 광학 장치(100a)는 별도의 정지 수단을 가지지 않으므로, 상기 제2 구동 장치(103)가 작동하기 전에는, 상기 제1 구동 장치(102)의 구동이 정지된 상태라도 상기 렌즈 조립체(101)는 일정 거리만큼 관성에 의해 이동 방향으로 이동할 수 있다. 따라서 상기 렌즈 조립체가 목표 지점에서 벗어나면, 상기 제1 구동 장치(102)를 상기 렌즈 조립체(101) 이동 방향의 역방향으로 구동시킬 수 있다. 이러한 과정을 반복함으로써, 상기 렌즈 조립체(101)는 왕복운동을 하면서 목표 지점에 수렴할 수 있다.

상기 렌즈 조립체(101)가 전진, 후진을 반복할수록 상기 제1 구동 장치(102)가 발생시키는 구동력의 방향 전환이 좀더 빠른 주기로 이루어질 수 있다. 상기 렌즈 조립체(101)가 전진, 후진을 반복함에 따라, 또한, 상기 제1 구동 장치(102)가 구동력의 방향을 전환하는 주기가 빨라짐에 따라, 상기 목표 지점으로부터 상기 렌즈 조립체(101)가 왕복운동하는 진폭이 점차 감소될 수 있다. 하지만, 상기 렌즈 조립체(101)의 관성으로 인해, 상기 제1 구동력을 전환하는 것만으로는 상기 렌즈 조립체(101)를 목표 지점에 정지시키는 시간(예: 초점 조절 시간)을 단축시키는데 한계가 있을 수 있다.

이와 같이, 상기 제1 구동력에 의해 상기 렌즈 조립체(101)가 이동하며, 상기 제1 구동력의 방향이 전환됨에 따라 상기 렌즈 조립체(101)가 상기 목표 지점 전후로 왕복운동함을 알 수 있다. 상기 제2 구동 장치(103)가 구동하기 전에는, 예컨대, 도 9에 도시된 그래프에 따르면, 상기 제1 구동력과 그 작용 방향에 따라 상기 렌즈 조립체(101)의 왕복운동 주기와 진폭이 형성될 수 있다. 도 10과 도 11에 도시된 그래프에 따르면, 상기 제2 구동 장치(103)가 구동하는 시점으로부터 상기 렌즈 조립체(101)의 이동 속도가 감소하게 되며, 상기 렌즈 조립체(101)의 왕복운동 진폭 또한 감소함을 알 수 있다. 따라서 상기 제1 구동 장치(102)만으로 초점 조절하는데 소요되는 시간보다 상기 제2 구동 장치(103)를 함께 구동함으로써, 초점 조절하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.

이와 같이, 상기 제2 구동 장치(103)는 상기 제1 구동 장치(102)과 같거나 상기 제1 구동 장치(102)보다 더 작은 구동력을 발생시키며, 상기 렌즈 조립체(101)가 이동하는 동안 또는 상기 제1 구동 장치(102)가 작동하는 동안 상기 제2 구동 장치(103)가 구동하여 상기 렌즈 조립체(101)를 감속시키거나 왕복운동하는 진폭을 감소시킬 수 있다. 따라서 상기 광학 장치(들)(100a)는 초점 조절 동작에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광학 장치는, 광축 방향으로 진퇴운동하는 렌즈 조립체; 상기 렌즈 조립체를 광축 방향으로 진퇴운동시키는 구동력(이하, '제1 구동력')을 발생시키는 적어도 하나의 제1 구동 장치; 및 상기 렌즈 조립체 운동방향의 역방향으로 구동력(이하, '제2 구동력')을 발생시키는 적어도 하나의 제2 구동 장치를 포함할 수 있으며, 상기 제2 구동력은 상기 제1 구동력과 같거나 상기 제1 구동력보다 작을 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 상기 제1, 제2 구동 장치는 각각 보이스 코일 모터(voice coil motor; VCM)로 이루어질 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 상기 제2 구동 장치는, 상기 렌즈 조립체가 상기 제1 구동력에 의해 진퇴운동할 때 작동할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 한 쌍의 상기 제1 구동 장치가 상기 렌즈 조립체의 지름 방향에 대하여 대칭을 이루게 배치될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 상기 제2 구동 장치는 상기 제1 구동 장치들 각각으로부터 동일 각도 거리에 배치될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 복수의 상기 제1 구동 장치와, 복수의 상기 제2 구동 장치가 각각 서로에 대하여 대칭을 이루게 배치될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 상기 광학 장치는 상기 광축 방향에 평행하게 배치된 가이드 축을 더 포함할 수 있으며, 상기 가이드 축이 상기 렌즈 조립체를 관통하게 결합하여, 상기 렌즈 조립체의 진퇴운동을 안내할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 상기 렌즈 조립체는 상기 가이드 축의 안내를 받아 광축 방향으로 미끄럼 이동할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 한 쌍의 상기 가이드 축이 각각 상기 렌즈 조립체를 관통하게 결합할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 상기 제1 구동 장치가 구동하여 상기 렌즈 조립체를 제1 지점으로 이동시킬 때, 상기 렌즈 조립체는 상기 제1 지점에 이르러 상기 제1 지점의 전후 방향으로 왕복운동하면서 상기 제1 지점으로 점차 수렴하고, 상기 제2 구동 장치는 상기 렌즈 조립체의 이동 방향의 역방향으로 구동력을 발생시켜 상기 렌즈 조립체가 왕복운동하는 진폭을 감소시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

100a: 광학 장치 101: 렌즈 조립체
102: 제1 구동 장치 103: 제2 구동 장치

Claims

광학 장치에 있어서,
광축 방향으로 진퇴운동하는 렌즈 조립체;
상기 렌즈 조립체를 광축 방향으로 진퇴운동시키는 구동력(이하, '제1 구동력')을 발생시키는 적어도 하나의 제1 구동 장치; 및
상기 렌즈 조립체 운동방향의 역방향으로 구동력(이하, '제2 구동력')을 발생시키는 적어도 하나의 제2 구동 장치를 포함하고,
상기 제2 구동력은 상기 제1 구동력과 같거나 상기 제1 구동력보다 작은 광학 장치.
제1 항에 있어서, 상기 제1, 제2 구동 장치는 각각 보이스 코일 모터(voice coil motor; VCM)로 이루어진 광학 장치.
제1 항에 있어서, 상기 제2 구동 장치는, 상기 렌즈 조립체가 상기 제1 구동력에 의해 진퇴운동할 때 작동하는 광학 장치.
제1 항에 있어서, 한 쌍의 상기 제1 구동 장치가 상기 렌즈 조립체의 지름 방향에 대하여 대칭을 이루게 배치된 광학 장치.
제4 항에 있어서, 상기 제2 구동 장치는 상기 제1 구동 장치들 각각으로부터 동일 각도 거리에 배치된 광학 장치.
제1 항에 있어서, 복수의 상기 제1 구동 장치와, 복수의 상기 제2 구동 장치가 각각 서로에 대하여 대칭을 이루게 배치된 광학 장치.
제1 항에 있어서,
상기 광축 방향에 평행하게 배치된 가이드 축을 더 포함하고,
상기 가이드 축이 상기 렌즈 조립체를 관통하게 결합하여, 상기 렌즈 조립체의 진퇴운동을 안내하는 광학 장치.
제7 항에 있어서, 상기 렌즈 조립체는 상기 가이드 축의 안내를 받아 광축 방향으로 미끄럼 이동하는 광학 장치.
제7 항에 있어서, 한 쌍의 상기 가이드 축이 각각 상기 렌즈 조립체를 관통하게 결합한 광학 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 구동 장치가 구동하여 상기 렌즈 조립체를 제1 지점으로 이동시킬 때,
상기 렌즈 조립체는 상기 제1 지점에 이르러 상기 제1 지점의 전후 방향으로 왕복운동하면서 상기 제1 지점으로 점차 수렴하고,
상기 제2 구동 장치는 상기 렌즈 조립체의 이동 방향의 역방향으로 구동력을 발생시켜 상기 렌즈 조립체가 왕복운동하는 진폭을 감소시키는 광학 장치.