KR20180071720A

KR20180071720A - 비대칭 지지 구조의 자동초점 조절장치

Info

Publication number: KR20180071720A
Application number: KR1020160174693A
Authority: KR
Inventors: 김희승; 김인수
Original assignee: 자화전자(주)
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2018-06-28
Also published as: CN109964173B; CN207636905U; USRE49010E1; US10156773B2; EP3561588B1; CN109964173A; EP3561588A1; KR101953135B1; WO2018117414A1; CN110347000A; US20180173081A1; EP3561588A4

Abstract

본 발명에 의한 비대칭 지지 구조의 자동초점 조절장치는 마그네트가 구비되는 제1프레임; 상기 제1프레임을 광축방향으로 이동시키는 AF코일이 구비되는 제2프레임; 상기 제1프레임과 제2프레임 사이에 위치하며 상기 광축방향을 따라 배열되는 n(n은 4이상의 자연수)개의 볼(ball)로 이루어진 제1볼그룹; 및 상기 제1프레임과 제2프레임 사이에 위치하며, 상기 광축방향을 따라 배열되는 m(m은 4이상의 자연수)개의 볼로 이루어지며 상기 제1볼그룹과 다른 위치에 구비되는 제2볼그룹을 포함하며, 상기 제1볼그룹은 자신의 그룹에 속한 나머지 볼보다 큰 크기를 가지는 두 개의 볼인 제1지지볼을 포함하고, 상기 제2볼그룹은 자신의 그룹에 속한 나머지 볼보다 큰 크기를 가지는 두 개의 볼인 제2지지볼을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

비대칭 지지 구조의 자동초점 조절장치{APPARATUS FOR AUTO FOCUS WITH SUPPORTING STRUCTURE OF ASYMMETRY}

본 발명은 카메라 모듈용 자동초점 조절장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 렌즈가 탑재되는 캐리어 등의 광축방향 이동을 가이딩하는 볼의 지지 구조를 개선시킨 비대칭 지지 구조의 자동초점 조절장치에 관한 것이다.

영상 처리에 대한 하드웨어 기술이 발전하고 영상 촬영 등에 대한 사용자 니즈가 높아짐에 따라, 독립된 카메라 장치는 물론, 휴대폰, 스마트폰, 등과 같은 모바일 단말에 장착된 카메라 모듈 등에 오토포커스(AF, Auto Focus), 손 떨림 보정(OIS, Optical Image Stabilization) 등의 기능이 구현되고 있다.

오토포커스(자동초점조절) 기능은 렌즈 또는 렌즈가 구비된 조립체를 광축 방향으로 선형 이동하여 피사체와의 초점 거리를 조정함으로써 렌즈 후단에 구비된 이미지 센서(CMOS, CCD 등)에 선명한 이미지가 생성되도록 하는 기능을 의미한다.

오토포커스 기능을 구현하는 방법은 여러 가지가 있는데, 그 대표적인 방법으로는 AF캐리어(또는 이동체)에 마그네트(영구자석)을 설치하며 고정체(하우징, 또는 다른 형태의 캐리어 등)에 코일을 설치하고, 적절한 크기와 방향으로 인가된 전원에 의하여 코일(고정체에 구비됨)과 마그네트(이동체에 구비됨) 사이에 전자기력을 발생시킴으로써 이동체를 광축 방향으로 이동시키는 방법을 들 수 있다.

또한, 근래에는 AF와 OIS 기능이 통합된 형태의 장치 내지 액추에이터가 이용되고 있는데, 이 경우 렌즈가 탑재되는 OIS캐리어(또는 프레임, 렌즈조립체 등)를 상기 AF 캐리어 내부에서 광축 방향과 수직을 이루는 방향으로 이동시키는 구조가 상술된 AF 구조와 함께 통합적으로 구현된다. 실시형태에 따라, AF캐리어에 렌즈가 탑재되고 AF캐리어 외부에 구비된 OIS캐리어가 광축 방향과 수직을 이루는 방향으로 이동하는 구조도 존재한다.

한편, AF 단독 기능만이 구현된 장치 또는 AF와 OIS 기능이 함께 구현된 종래 장치에는 도 1에 도시된 바와 같이 AF코일의 전자기력에 의하여 구동력을 받는 마그네트(520)가 구비되며 광축 방향으로 이동하는 AF캐리어(500)의 거동 특성을 향상시키기 위하여 AF캐리어(이동체)(500)와 하우징(고정체)(미도시) 사이에 광축과 동일한 방향으로 배열된 볼들(510)(510-1, 510-2)을 개재하는 구조가 적용되고 있다.

이러한 구조는 이동체와 고정체 사이의 적절한 이격 거리가 유지되도록 할 수 있고 볼의 구름(rolling), 이동(movement) 및 볼과의 점접촉(point contact)을 통하여 마찰력을 최소화시킴으로써 AF캐리어를 더욱 유연하고 정확하게 광축 방향으로 이동시킬 수 있다.

종래 기술에는 크기(직경)(d1 내지 d6)가 모두 동일한 복수 개의 볼(b1 내지 b6)들을 사용하는 것이 일반적이다.

이 경우 이론적으로는 모든 볼들에 대한 점접촉이 동시에 이루어져 AF캐리어(이동체)(500)가 광축 방향으로 이동하더라도 AF캐리어의 수평 방향이 유지된다고 볼 수 있으나, 실제로는 그러하지 않아 AF캐리어의 수평 방향 틸트에 불량이 발생하는 문제점이 있다.

그 대표적인 이유는 볼들의 크기를 물리적으로 완벽하게 일치시킬 수 없어 이상적인(ideal) 동일성을 구현할 수 없으므로 AF캐리어(500)가 모든 볼들에 동시에 점접촉할 수 없기 때문이다.

또한, AF캐리어(500)는 특정 위치에 고정되지 않고 광축 방향으로의 이동과 정지를 반복하므로 차등적인 크기의 정지마찰력과 운동마찰력이 발생하고 이러한 차등적인 마찰력에 의해서 유격이 발생하게 되므로 실제로는 모든 볼들에 대한 점접촉이 동시에 이루어질 수 없기 때문에 AF캐리어의 틸트 불량이 발생하게 된다.

나아가, AF캐리어의 마그네트와 고정체에 구비된 요크 사이에 발생되는 인력에 의하여 AF캐리어의 일측이 볼에 밀착되도록 하더라도 AF캐리어는 수평 방향으로 연장된 형상을 가지게 되므로 볼과 밀착되는 일측의 반대편으로 갈수록 즉, 연장된 정도가 길수록 더 많은 중력을 영향을 받는다는 것도 모든 볼의 점접촉이 동시에 이루어지는 것이 불가능하게 하는 요인이 되며, 상술된 이러한 요인들이 복합적으로 적용되어 AF캐리어의 틸트 불량이 발생하게 된다.

종래에는 상술된 문제에 대한 고찰없이 단순히 복수 개의 볼을 배치하여 사용하고 있으므로 종래 기술에 의한 장치는 AF캐리어(500)가 광축 방향으로 이동하는 경우 AF캐리어와 점접촉되는 볼들이 수시로 변경되고 점접촉되는 볼들의 이러한 수시적 변경은 AF캐리어(500)의 평형성을 와해시키므로 결국 도 2에 도시된 바와 같은 AF캐리어(500)의 틸트(tilt) 불량(θ1 및 θ2)을 초래하게 된다.

이러한 틸트 불량은 렌즈를 통하여 이미지 센서(600)로 유입되는 광 경로를 최대 이격 각도만큼(θ=θ1+θ2) 변형시키게 되므로 그만큼의 초점 조정에 오차가 발생하게 되고 이에 따라 선명한 이미지 생성에 문제점을 발생시키게 된다.

최근 스마트폰 등에 탑재되는 카메라 모듈의 경우 경량화 내지 슬림화에 따른 구조로 구현되는데, 이와 같이 슬림화되는 경우 AF캐리어의 두께 대비 너비의 비율이 더 커지게 되므로 상술된 AF캐리어의 틸트 문제는 더욱 커진다고 할 수 있다.

또한, 종래 AF 기능이 탑재된 장치는 도 1과 같이 광축 방향으로 배열되는 3개의 볼들이 좌우측 각각에 배치되는 구조를 주로 사용하는데, AF 기능이 탑재된 장치 내지 카메라 모듈의 소형화를 구현하는 경우 카메라 모듈이 볼 자체의 부피를 수용하여야 하므로 더 작은 직경을 가지되, 더 많은 개수의 볼들에 의하여 AF 캐리어가 지지되도록 하는 구조의 필요성이 크다고 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 배경에서 상술된 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, AF 구동을 위한 이동체와 고정체가 볼에 의하여 물리적으로 지지되도록 구성하되, 이동체와 고정체를 직접 지지하는 볼 사이의 좌우측 간격이 비대칭 내지 차등적으로 이루어지도록 구성하여 3개의 볼에 의하여 지지되는 구조와 가장 근접하도록 구현함으로써, 대접하는 볼의 변화에 따른 유격 내지 이격 현상이 최소화되도록 하는 자동초점 조절장치를 구현하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 아래의 설명에 의하여 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의하여 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 그 구성의 조합에 의하여 실현될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비대칭 지지 구조의 자동초점 조절장치는 마그네트가 구비되는 제1프레임; 상기 제1프레임을 광축방향으로 이동시키는 AF코일이 구비되는 제2프레임; 상기 제1프레임과 제2프레임 사이에 위치하며 상기 광축방향을 따라 배열되는 n(n은 4이상의 자연수)개의 볼(ball)로 이루어진 제1볼그룹; 및 상기 제1프레임과 제2프레임 사이에 위치하며, 상기 광축방향을 따라 배열되는 m(m은 4이상의 자연수)개의 볼로 이루어지며 상기 제1볼그룹과 다른 위치에 구비되는 제2볼그룹을 포함하고, 이 경우 상기 제1볼그룹은 자신의 그룹에 속한 나머지 볼보다 큰 크기를 가지는 두 개의 볼인 제1지지볼을 포함하고, 상기 제2볼그룹은 자신의 그룹에 속한 나머지 볼보다 큰 크기를 가지는 두 개의 볼인 제2지지볼을 포함하도록 구성될 수 있다.

여기에서 본 발명의 상기 제1지지볼은 상기 제1볼그룹의 양 끝단에 위치하며, 상기 제2지지볼은 상기 제2볼그룹의 가운데에 위치하며 서로 인접하도록 구성하는 것이 바람직하며 나아가 상기 제1지지불과 제2지지볼은 서로 동일한 크기를 가지는 것이 바람직하다.

더욱 바람직하게, 본 발명에서 상기 제1볼그룹 및 제2볼그룹에 포함되는 볼의 개수는 모두 네 개로 이루어지며, 이 경우 상기 제1지지볼은 상기 제1볼그룹에서 광축 방향을 기준으로 첫 번째와 네 번째에 위치하며, 상기 제2지지볼은 상기 제2볼그룹에서 광축 방향을 기준으로 두 번째와 세 번째에 위치하도록 구성할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 제1프레임은 상기 광축 방향을 따라 연장되는 형상의 제1 및 제2가이드홈부가 구비되며, 상기 제2프레임은 상기 제1 및 제2가이딩홈부와 각각 대면하는 제1 및 제2수용홈부가 구비될 수 있으며, 이 경우 상기 제1볼그룹은 상기 제1가이딩홈부와 제1수용홈부 사이에 위치하며, 상기 제2볼그룹은 상기 제2가이딩홈부와 제2수용홈부 사이에 위치하도록 구성될 수 있다.

바람직하게, 본 발명의 상기 제1가이딩홈부 또는 제1수용홈부 중 하나 이상은 그 단면이 V자 형상으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의할 때, AF를 위한 프레임(AF캐리어)이 다른 볼보다 큰 직경을 가지는 4개의 볼에 의하여 지지 가능되도록 구성하되, 지지되는 볼 사이의 간격을 비대칭 내지 차등적으로 구성하여 3개의 볼에 의하여 지지되는 형태와 가장 근접한 형태가 되도록 장치를 구현함으로써, AF캐리어(프레임)의 틸트 불량이 발생되는 현상을 최소화할 수 있다.

나아가 본 발명의 실시예에 의할 때, 작은 직경을 가지는 4개 이상의 볼들에 의하여 AF 프레임의 좌우측이 지지되도록 구성하여 장치 자체의 크기를 경량화 및 소형화시키는데 최적화될 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 효과적으로 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 이러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 AF구동을 위한 구조를 도시한 도면,
도 2는 종래 AF구동에서 발생되는 틸트 불량을 도식적으로 설명하는 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 자동초점 조절장치의 구성을 도시한 분해결합도,
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 제1프레임과 제2프레임의 상세 구성을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 볼들에 대한 바람직한 일 실시예를 도시한 도면,
도 6은 AF 프레임의 광축 이동시 틸트 불량이 감소하는 본 발명의 구조를 설명하는 도면,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 제1프레임, 제2프레임 등의 결합 관계를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 의한 자동초점 조절장치(100)는 코일과 마그네트 사이에 발생되는 전자기력에 의하여 렌즈가 탑재될 수 있는 AF캐리어를 광축 방향(Z축 방향)으로 선형적으로 진퇴(forward or backward)이동시킴으로써, 피사체와의 초점 거리를 정확히 일치시켜 피사체에 대한 더욱 선명한 영상이 생성되도록 하는 장치에 해당한다. 실시형태에 따라 본 발명은 이러한 AF기능만이 구현되는 장치는 물론, AF기능과 OIS 기능이 통합적으로 적용되는 장치 모두에 구현될 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 비대칭 지지 구조의 자동초점 조절장치(이하 '자동초점 조절장치'라 지칭한다)(100)의 구성을 도시한 분해결합도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 자동초점 조절장치(100)는 제1프레임(110), 제2프레임(120) 및 복수 개의 볼(130)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1프레임(110)에는 마그네트(111)가 구비되며 이 마그네트(111)의 후면으로는 자력의 집중을 위한 백요크(미도시)가 더 설치될 수 있다. 제1프레임(110)은 AF구동의 이동체에 해당하는 구성으로서 앞서 설명된 AF캐리어 또는 AF프레임 등에 해당한다.

AF기능만이 단독으로 구현되는 장치에서는 상기 제1프레임(110)에 렌즈(미도시)가 탑재되어 제1프레임(110)과 그 물리적 이동을 함께 하게 되므로 제1프레임(110)이 광축 방향으로 이동함에 따라 렌즈 또한, 광축 방향(Z축 방향)으로 이동하게 되고 이러한 이동을 통하여 이미지 센서와의 거리가 조정됨으로써 자동 초점 기능이 구현된다.

AF기능과 OIS 기능이 통합된 실시형태에서는 X, Y축 방향(광축 방향(Z)과 수직하는 방향)으로 이동하는 OIS프레임(캐리어)이 상기 제1프레임(110)에 구비될 수 있다.

렌즈(또는 렌즈조립체)는 OIS 프레임(미도시)에 탑재될 수 있는데, 이 경우 제1프레임(110)이 광축 방향으로 이동하는 경우 OIS 프레임도 함께 광축방향으로 이동하게 되므로 이에 따라 렌즈 또한 광축 방향으로 이동하게 된다. 손 떨림 보정을 위한 OIS 구동이 이루어지는 경우 OIS 프레임은 제1프레임 상부에서 광축 방향과 수직한 방향으로 손 떨림에 의한 움직임을 보상하는 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 제2프레임(120)은 제1프레임(110)에 상응하는 구성으로서, 제1프레임(110)이 AF구동에 대한 이동체라면 상대적인 관점에서 상기 제2프레임(120)은 고정체에 해당한다.

상기 제2프레임(120)은 AF코일(121), FPCB(123), 드라이브 칩(125) 및 홀센서(127) 등이 구비될 수 있다. AF코일(121)은 외부에서 인가되는 전원의 크기와 방향에 상응하는 전자기력을 발생시켜 마그네트(111)가 구비된 제1프레임(110)을 광축 방향으로 이동시키는 기능을 수행한다.

홀센서(127)는 홀효과(hall effect)를 이용하여 마그네트(111)의 위치(제1프레임의 위치 즉, 렌즈의 위치)를 감지하고 이에 대응되는 신호를 본 발명의 드라이브 칩(125)으로 전달하며, 드라이브 칩(125)은 입력된 홀 센서의 신호를 이용하여 적절한 크기와 방향의 전원이 AF코일(121) 측으로 인가되도록 제어한다.

이러한 방법을 통하여 광축 방향을 기준으로 렌즈의 정확한 위치를 피드백 제어함으로써 자동초점 기능이 구현된다. 상기 AF코일(121), 드라이브 칩(125) 및 홀센서(127)는 외부 모듈, 전원부, 장치 등과 연결되는 FPCB(123) 상에 탑재될 수 있다.

제2프레임(120)은 도 3에 도시된 바와 같이 제2서브프레임(120-1)과 제2메인프레임(120-2)로 이원화될 수 있음은 물론, 단일화된 하나의 객체로 구현될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 제1프레임(110)과 제2프레임(120)(제2서브프레임(120-10) 사이에는 복수 개의 볼(130)이 위치하는데, 이 복수 개의 볼(130)에 의하여 상기 제1프레임(110)과 제2프레임(120)은 볼의 직경에 대응되는 만큼 이격된 상태가 유지된다.

볼(130)을 매개하여 제1프레임(110)과 제2프레임(120)의 간격이 유지되고 제1프레임(110)이 볼(130)의 점접촉이 유지될 수 있도록 제2프레임(120)에는 제1프레임(110)에 구비된 마그네트(111)과 인력을 발생시키는 요크(미도시)가 더 구비될 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이 복수 개의 볼(130)이 제1프레임(110) 및 제2프레임(120) 모두와 점접촉이 되도록 설계한다고 하여도 이상적인 경우가 아닌 한 4 위치 이상에서 동시에 점접촉이 이루어질 수 없으므로 제1프레임(110)이 선형이동하는 경우 제1프레임(110)과 점접촉되는 볼이 수시로 변화되고 이에 따라 제1프레임(110)의 틸트 불량이 발생될 수 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 인식하고 상기 문제점을 해소함과 동시에 장치의 소형화 내지 슬림화 등에도 최적화될 수 있도록 우선, 각각 4개 이상의 볼들로 이루어지는 좌측 및 우측 볼그룹에 의하여 제1프레임(110)과 제2프레임(120)이 지지되도록 구성한다.

또한, 본 발명에서는 종래와는 달리 각 볼그룹에 속한 볼들이 모두 동일한 크기의 볼들로 이루어지지 않는다. 즉, 자신의 그룹에 속한 나머지 볼보다 큰 크기를 가지는 2개의 볼들(이하 ‘대직경 볼’이라 지칭한다)이 각 그룹에 포함되도록 하고 이 대직경 볼에 의하여 제1프레임(110) 및 제2프레임(120)이 지지되도록 구성한다.

4개의 대직경 볼을 나머지 볼(이하 ‘소직경 볼’이라 지칭한다)보다 너무 크게 구성하는 경우 볼들 상호간의 접촉에 의한 볼의 회전 운동에 방해가 될 수 있으므로, 볼들의 회전 운동에 방해가 되지 않는 범위에서 대직경 볼과 소직경 볼의 크기 관계는 실시형태에 따라 다양하게 구성될 수 있다.

이와 관련하여 대직경 볼은 소직경 볼과 대비하여 105%~120% 정도의 크기를 가지도록 구성하는 것이 바람직하다. 한편, 볼의 절대적인 크기 자체는 장치의 크기 등과 관련하여 다양하게 구성할 수 있음은 물론이다.

대직경 볼 각각의 개별 크기와 위치에 상응하도록 대직경 볼과 대접하는 제1프레임(110) 또는 제2프레임(120) 부분의 형상이나 모양, 단차 등을 조정하면 제1프레임(110) 자체의 수평성을 구현할 수 있으므로 대직경 볼이 모두 동일한 크기로 구현될 필요는 없으나, 제품 구현을 더욱 간단하고 정밀하게 구현하기 위하여 대직경 볼은 서로 동일한 크기로 구현하는 것이 더욱 바람직하다.

도 4는 본 발명의 제1프레임(110)과 제2프레임(120)의 상세 구성을 도시한 도면이다.

앞서 설명된 바와 같이 본 발명의 제1프레임(110)은 광축 방향을 따라 진퇴 이동하므로 이러한 광축 방향 이동을 효과적으로 가이딩하기 위하여 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 복수 개의 볼(130)은 광축 방향(Z축 방향)을 따라 배열되는 것이 바람직하다.

나아가 점접촉에 의한 제1프레임(110)의 물리적 지지가 더욱 안정적으로 이루어질 수 있도록 상기 복수 개의 볼(130)은 광축 방향을 따라 함께 배열되는 n개의 볼로 이루어지는 제1볼그룹(130-1)과 상기 제1볼그룹(130-1)과는 다른 위치에 구비되며 광축 방향을 따라 함께 배열되는 m개의 볼로 이루어진 제2볼그룹(130-2)로 이원화시키는 것이 바람직하다.

상기 n과 m은 4 이상의 자연수이며, n과 m은 동일한 수 또는 다른 수일 수 있음은 물론이다.

이 경우, 제1볼그룹(130-1)에 속한 2개의 볼은 제1볼그룹(130-1)에 속한 나머지 볼의 크기보다 크도록 구성하고, 제2볼그룹(130-2)에 속한 2개의 볼은 제2볼그룹(130-2)에 속한 나머지 볼의 크기보다 크도록 구성하여 제1프레임(110) 또는 제2프레임(120)이 이들 대직경 볼에 의하여 지지되도록 구성한다.

대직경 볼에 의하여 지지된다는 점에서 상기 대직경 볼을 이하 설명에서는 지지볼이라 지칭하며, 구체적으로 제1볼그룹(130-1)에서 자신의 그룹에 속한 나머지 볼보다 큰 크기를 가지는 두 개의 볼을 제1지지볼이라 지칭하며, 제2볼그룹(130-2)에서 자신의 그룹에 속한 나머지 볼 보다 큰 크기를 가지는 두 개의 볼을 제2지지볼이라 지칭한다.

더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여, 도면에 도시된 바와 같이 제1지지볼은 상기 제1볼그룹(130-1)의 양 끝단에 위치하며, 제2지지볼은 상기 제2볼그룹(130-2)의 가운데에 위치하되, 서로 인접하도록 구성할 수 있다.

한편 본 발명의 도면에는 볼 그룹이 2개로 도시되어 있으나, 제1프레임(110)(AF캐리어)의 선형 이동을 더욱 효과적으로 지지하기 위하여 제1볼그룹(130-1) 및 제2볼그룹(130-2) 이외 추가적인 볼 그룹이 더 포함될 수 있음은 물론이다.

상기 복수 개의 볼(130)들이 외부로 이탈하는 것을 방지하고 제1프레임(110)의 광축 방향 이동을 더욱 효과적으로 가이딩하기 위하여 상기 제1프레임(110)에는 광축 방향을 따라 연장되는 형상의 가이드홈부(113)가 구비될 수 있으며, 이 가이드홈부(113)는 도 4에 도시된 실시예와 같이 도 4를 기준으로 우측에 위치한 제1가이드홈부(113-1)와 좌측에 위치한 제2가이드홈부(113-2)로 구현될 수 있다.

이러한 가이드홈부(113)의 구조에 대응하도록 상기 제2프레임(120)에는 수용홈부(126)가 구비될 수 있는데, 이 수용홈부(126)는 상기 제1프레임(110)의 제1가이드홈부(113-1)에 대응되는 제1수용홈부(126-1)와 상기 제1프레임(110)의 제2가이드홈부(113-2)에 대응되는 즉, 제2가이드홈부(113-2)와 대면하는 위치에 배치되는 제2수용홈부(126-2)로 이루어질 수 있다.

이 경우, 앞서 설명된 제1볼그룹(130-1)은 상기 제1가이딩홈부(113-1)와 제1수용홈부(126-1) 사이에 일부분이 수용되는 형태로 구비될 수 있으며, 상기 제2볼그룹(130-2)는 상기 제2가이딩홈부(113-2)와 제2수용홈부(126-2) 사이에 일부분이 수용되는 형태로 구비될 수 있다.

상기 제1가이드홈부(113-1) 또는 제2가이드홈부(113-2) 중 어느 하나의 가이드홈부(113)는 그 단면 형상이 “V”자 형상이 되도록 하고, 나머지 하나의 가이드홈부는 그 단면 형상이 “U”자 형상이 되도록 구성할 수 있으며, 제1수용홈부(126-1)과 제2수용홈부(126-2) 또한, 그러하다.

이와 같이 양 가이드홈부(113) 또는 수용홈부(126)가 서로 다른 형상적 특징을 가지는 경우 볼과의 접촉 부위 및 회전 특성 등을 서로 다르게 구성할 수 있어 광축 방향으로 이동하는 제1프레임(110)의 구동 특성을 더욱 개선시킬 수 있다.

가이드홈부(113) 또는 수용홈부(126)의 단면 형상이 V자 형상인 경우 볼(130)은 가이드홈부(113) 또는 수용홈부(126)와 2점 (two-point)에서 유격없이 점접촉한다.

이러한 특성을 반영하여, 볼(130)이 제1프레임을 더욱 효과적으로 지지하도록 하고 제1프레임(110)의 광축 방향 이동의 선형성을 더욱 효과적으로 유도하기 위하여, 제1지지볼 2개가 양쪽 끝에 위치하는 볼그룹인 제1볼그룹(130-1)을 가이딩하는 제1가이딩홈부(113-1) 또는 제1수용홈부(126-1) 중 하나 이상은 그 단면이 “V”자 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

실시형태에 따라서 제1프레임(110)에 구비되는 제1가이딩홈부(113-1) 및 제2가이딩홈부(113-2)는 모두 그 단면이 “V”자 형상이 되도록 하고, 제2프레임에 구비되는 제1수용홈부(126-1)는 그 단면이 “V”자 형상, 제2수용홈부(126-2)는 그 단면이 “U"자, 또는 ”사다리꼴“ 형상이 되도록 구성할 수 있다.

도 5는 제1프레임(110)에 구비된 본 발명의 볼(130)들에 대한 바람직한 일 실시예를 도시한 도면이다.

도 5을 참조할 때, 상기 제1지지볼은 제1볼그룹(130-1)에 속한 볼들 중 B11과 B14이며, 상기 제2지지볼은 제2볼그룹(130-2)에 속한 볼들 중 B22와 B23이다. 이들 제1지지볼과 제2지지볼의 직경 내지 크기는 서로 동일(D11=D14=D22=D23)하도록 구성될 수 있다.

도면에 도시된 바와 같이 제1지지볼(B11, B14) 사이에 위치하는 볼(B12, B13)들의 직경은 제1지지볼의 직경보다 작으며(D12=13<D11=D14), 볼(B12)와 볼(B13)의 크기는 실시형태에 따라 서로 다를 수 있음은 물론이다. 또한, 제1지지볼(B11, B14)은 그 크기가 서로 동일한 것이 바람직하나 공차, 오차 등에 의하여 물리적으로 동일하지 않을 수 있음은 물론이며, 이 경우에도 여전히 나머지 볼(B12, B13)보다는 큰 직경을 가지도록 구성된다.

제2볼그룹(130-2)에서 가운데에 위치하며 서로 인접하는 제2지지볼(B22, B23)의 바깥에 위치하는 볼(B21, B24)의 직경은 제2지지볼의 직경보다 작도록(D21=D24<D22=23) 구성될 수 있으며, 볼(B21)와 볼(B24)의 크기(D21, D24)는 다를 수 있으나, 동일하게 구성하는 것이 바람직하다.

상기 제2지지볼(B22, B23) 또한, 동일한 크기로 구현되는 것이 바람직하나, 공차 등에 의하여 일부 서로 다른 크기로 구현될 수 있으며 이 경우에도 나머지 볼(B21, B24)보다는 큰 직경을 가지도록 구성된다.

도 5에 도시된 바와 같이 제1볼그룹(130-1)에 속한 볼 중 자신의 그룹에 속한 볼보다 큰 크기를 가지는 상기 2개의 제1지지볼(B11, B14)은 제1볼그룹(130-1) 중 양 끝단에 위치하도록 구성하는 것이 바람직하다.

아울러, 제2볼그룹(130-2)에 속한 볼 중 자신의 그룹에 속한 볼보다 큰 크기를 가지는 상기 2개의 제2지지볼(B22, B23)은 제2볼그룹(130-2) 중 가운데에 위치하며 서로 인접하도록 구성한다. 예를 들어, 제2볼그룹(130-2)이 4개의 볼들로 이루어지는 경우 제2지지볼(B22, B23)은 광축 방향을 기준으로 두 번째, 세 번째 위치하도록 구성된다.

이와 같이 구성하는 경우 물리적 지지가 더욱 넓은 영역에서 평형적으로 이루어지도록 유도할 수 있음은 물론, 제1프레임(110)이 광축 방향으로 이동하는 과정에서 발생될 수 있는 이격이나 유격을 최소화할 수 있게 된다.

만약 제1볼그룹(130-1)에 속한 볼이 5개인 경우 상기 제1지지볼 2개는 5개의 볼 중 어떠한 위치에 있어도 무방하나 평행적 지지가 효과적으로 구현되도록 가운데 볼을 기준으로 상호 대칭되는 위치에 구비되도록 하고 나아가 5개의 볼 중 가능한 양 끝단에 위치하도록 구성될 수 있다.

또한, 제2볼그룹(130-2)이 5개의 볼들로 이루어지는 경우 평행적 지지의 효율성을 높이고 지지되는 볼들에 의한 이격 내지 유격이 최소화되도록 제2지지볼은 2번째와 3번째에 위치하거나, 3번째와 4번째 위치하도록 구성하는 것이 바람직하다.

도 6은 AF프레임(제1프레임)(110)의 광축 이동시 틸트 불량이 감소하는 본 발명의 구조를 설명하는 도면이다.

도 6에 도시된 볼그룹 중 좌측에 위치한 볼그룹이 제1볼그룹(130-1)이며, 우측에 위치한 볼그룹이 제2볼그룹(130-2)에 해당한다. 실시형태에 따라 제1볼그룹(130-1)과 제2볼그룹(130-2)의 좌우 위치는 언제든지 변경가능함은 물론이다.

도 6에 도시된 바와 같이 제1볼그룹(130-1)의 제1지지볼(B11, B14)은 자신의 볼그룹에서 양 끝단에 위치하며, 제2볼그룹(130-2)의 제2지지볼(B22, B23)은 자신의 볼그룹에서 가운데에 위치한다.

앞서 언급된 바와 같이 제1프레임(110) 또는 제2프레임(120)이 4개의 볼에 의하여 지지되도록 설계된다고 하여도 4개의 볼이 완벽하게 동일할 수 없음은 물론, 제1프레임(110)이 광축 방향으로 선형 이동하게 되므로 제1프레임(110)은 4개의 볼과 항시적으로 대접하지 못하게 된다.

그러므로 제1프레임(110)이 선형 이동하는 경우 그 물리적 이동에 의한 변화, 외부 흔들림 등에 의하여 제1프레임(110)이 대접(point-contact)하는 볼이 수시적으로 변경되고 이러한 변경에 의하여 미세한 틸트 불량이 발생하게 된다.

본 발명은 이러한 미세한 틸트 불량을 최소화하기 위한 것으로서, 4개의 지지불(제1지지볼 및 제2지지볼)에 의하여 제1프레임(110)이 지지될 수 있도록 하되, 도면에 도시된 바와 같이 제1지지볼은 제1볼그룹(130-1)의 양 끝단에 위치하도록 하고, 제2지지볼은 제2볼그룹(130-2)의 가운데 위치화도록 구성한다.

이와 같이 구성하는 경우 제1지지볼(B11, B14) 사이의 이격 거리(피치, pitch)(P1)는 최대로 벌어지게 되고, 제2지지볼(B22, B23) 사이의 이격 거리(pitch)(P2)는 최소로 축소된다.

즉, 제1지지볼 사이의 피치(P1)가 최대로 확장되어 있고 제2지지볼 사이의 피치(P2)는 상대적으로 P1보다 작게 최소 범위로 축소되어 있으므로 제1프레임(110)은 4개의 지지볼(제1지지볼 2개 및 제2지지볼 2개) 중 제1지지볼(B11, B14)과는 항시적으로 닿을 수 있도록 유도할 수 있다.

그러므로 제1프레임(110)이 선형 이동하는 과정에서 4개의 지지볼들 중에서 제1프레임(110)이 대접하는 볼이 변경된다고 하여도 최소한 제1지지볼(B11, B14)는 그 대접이 항시적으로 이루어지며, 이격 거리(P2)가 최소화된 제2지지볼(B22, B23)에서 그 점접이 변경되도록 유도할 수 있게 된다.

또한, 앞서 언급된 바와 같이 제2지지볼(B22, B23)은 동일한 크기로 설계되어 있고, 그 이격 거리(P2)가 최소화되어 있으므로 접점이 변경된다고 하여도 이 접점 변경에 의한 수평 흔들림(틸트)을 최소화할 수 있게 된다.

만약 다른 볼보다 큰 크기를 가지는 볼(대직경 볼) 4개를 모두 각 볼 그룹의 양 끝단에 위치하도록 하는 경우, 해당 그룹에서 대직경볼 사이의 이격거리 내지 피치가 서로 동일하게 되므로 제1프레임(110)이 선형 이동하는 경우 그 어느 볼도 항시적으로 제1프레임(110)과 대접하지 못하게 되고, 이로 인하여 제1프레임(110)의 선형 이동하는 경우 대접하는 볼이 수시로 변경되어 틸트 불량이 커지게 된다.

대응되는 관점에서 제2지지볼이 서로 인접하지 않는 경우 제2지지볼 사이의 피치(P2)가 커져 제1지지볼 사이의 피치(P1)에 근접하게 되므로 제1지지볼이 제1프레임(110)과 항시적으로 대접할 가능성을 낮추게 된다. 그러므로 제2지지볼의 피치(P2)가 최소화되도록 제2지지볼은 서로 인접하도록 구성하는 것이 바람직하다.

도 6에 도시된 바와 같이 제1프레임(110)이 지지되는 구조는 사다리꼴 형상이 되며, 제2지지볼(B22, B23) 사이의 간격(P2) 이 이상적으로 더욱 가까워진다면 제1프레임(110)이 지지되는 구조의 형상은 삼각형 즉, 3볼 지지 구조에 근접하게 된다.

제1프레임(110)이 3볼에 의하여 지지되는 경우, 그 물리적 점접촉은 항시성을 가질 수 있으므로 제1프레임(110)의 선형 이동에 따른 틸트 현상을 최소화시킬 수 있게 된다. 이와 같이 제1지지볼와 제2지지볼의 간격이 비대칭적 구조가 되도록 구성하는 경우 3볼 지지에 근접시킬 수 있게 되어 제1프레임(110)의 틸트 불량을 최소화할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 제1프레임(110), 제2프레임(120) 등의 결합 관계를 도시한 도면이다. 도 4 및 도 5가 볼(130)들이 제1프레임(110)에 구비된 모습을 도시한 도면이라면, 도 7은 볼(130)들이 제2프레임(120)에 구비된 모습을 도시한 도면이다. 도 7에서는 제2프레임(120)의 구조가 명확하고 나타날 수 있도록 제1프레임(110)이 투명한 형태로 도시되어 있다.

도 7에 도시된 바와 같이 제1프레임(110) 또는 제2프레임(120)의 형상이나 구조는 다른 도면에서 도시된 형상이나 구조와는 다른데, 이와 같이 본 발명의 기술 사상을 구현할 수 있다면 제1프레임(110) 또는 제2프레임(120)은 다양한 형상과 구조로 구현될 수 있음은 물론이다.

앞서 설명된 바와 같이 AF코일(121)에 적절한 크기와 방향의 전원이 인가되면 AF코일(121)은 마그네트(111)에 전자기력을 발생시키고 이 전자기력에 의하여 마그네트(111)가 구비된 제1프레임(110)은 광축 방향으로 선형 이동하게 된다.

이 때, 제1프레임(110)은 제1볼그룹(130-1)에 속한 2개의 제1지지볼과 제2볼그룹(130-2)에 속한 2개의 제2지지볼에 의하여 지지되면서 광축 방향으로 선형이동한다.

제1볼그룹(130-1)의 양 끝단에 위치한 2개의 제1지지볼은 최대의 피치 거리(P1)으로 제1프레임(110)을 지지함과 동시에 제1프레임(110)과 항시적으로 대접하고 있으므로 더욱 정확히 제1프레임(110)의 광축 방향으로의 선형 이동을 가이딩할 수 있고, 제2지지볼은 제2볼그룹(130-2)에서 가운데 부분에 위치하여 제1프레임(110)이 대접하는 제2지지볼이 변경된다고 하더라도 그 변경에 따른 흔들림을 최소화할 수 있게 된다.

상술된 본 발명의 설명에 있어 제1 및 제2 등과 같은 수식어는 상호 간의 구성요소를 상대적으로 구분하기 위하여 사용되는 도구적 개념의 용어일 뿐이므로, 특정의 순서, 우선순위 등을 나타내기 위하여 사용되는 용어가 아니라고 해석되어야 한다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명의 설명과 그에 대한 실시예의 도시를 위하여 첨부된 도면 등은 본 발명에 의한 기술 내용을 강조 내지 부각하기 위하여 다소 과장된 형태로 도시될 수 있으나, 앞서 기술된 내용과 도면에 도시된 사항 등을 고려하여 본 기술분야의 통상의 기술자 수준에서 다양한 형태의 변형 적용 예가 가능할 수 있음은 자명하다고 해석되어야 한다.

100 : 자동초점 조절장치
110 : 제1프레임 111 : 마그네트
113 : 가이드홈부 113-1 : 제1가이드홈부
113-2 : 제2가이드홈부
120 : 제2프레임 120-1 : 제2서브프레임
120-2 : 제2메인프레임 121 : AF코일
123 : FPCB 125 : 드라이브 칩
126 : 수용홈부 126-1 : 제1수용홈부
126-2 : 제2수용홈부 127 : 홀센서
130 : 볼 130-1 : 제1볼그룹
130-2 : 제2볼그룹

Claims

마그네트가 구비되는 제1프레임;
상기 제1프레임을 광축방향으로 이동시키는 AF코일이 구비되는 제2프레임;
상기 제1프레임과 제2프레임 사이에 위치하며 상기 광축방향을 따라 배열되는 n(n은 4이상의 자연수)개의 볼(ball)로 이루어진 제1볼그룹; 및
상기 제1프레임과 제2프레임 사이에 위치하며, 상기 광축방향을 따라 배열되는 m(m은 4이상의 자연수)개의 볼로 이루어지며 상기 제1볼그룹과 다른 위치에 구비되는 제2볼그룹을 포함하고,
상기 제1볼그룹은 자신의 그룹에 속한 나머지 볼보다 큰 크기를 가지는 두 개의 볼인 제1지지볼을 포함하고, 상기 제2볼그룹은 자신의 그룹에 속한 나머지 볼보다 큰 크기를 가지는 두 개의 볼인 제2지지볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 비대칭 지지 구조의 자동초점 조절장치.
제 1항에 있어서, 상기 제1지지볼은,
상기 제1볼그룹의 양 끝단에 위치하며,
상기 제2지지볼은 상기 제2볼그룹의 가운데에 위치하며 서로 인접하는 것을 특징으로 하는 비대칭 지지 구조의 자동초점 조절장치.
제 2항에 있어서, 상기 제1지지불과 제2지지볼은 서로 동일한 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 비대칭 지지 구조의 자동초점 조절장치.
제 2항에 있어서, 상기 n와 m은 4이며,
상기 제1지지볼은 상기 제1볼그룹에서 광축 방향을 기준으로 첫 번째와 네 번째에 위치하며, 상기 제2지지볼은 상기 제2볼그룹에서 광축 방향을 기준으로 두 번째와 세 번째에 위치하는 것을 특징으로 하는 비대칭 지지 구조의 자동초점 조절장치.
제 2항에 있어서, 상기 제1프레임은,
상기 광축 방향을 따라 연장되는 형상의 제1 및 제2가이드홈부가 구비되며,
상기 제2프레임은 상기 제1 및 제2가이딩홈부와 각각 대면하는 제1 및 제2수용홈부가 구비되며,
상기 제1볼그룹은 상기 제1가이딩홈부와 제1수용홈부 사이에 위치하며, 상기 제2볼그룹은 상기 제2가이딩홈부와 제2수용홈부 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 비대칭 지지 구조의 자동초점 조절장치.
제 5항에 있어서,
상기 제1가이딩홈부 또는 제1수용홈부 중 하나 이상은 그 단면이 V자 형상인 것을 특징으로 하는 비대칭 지지구조의 자동초점 조절장치.