KR20200019213A - 광학 장치, 특히 자동초점 및 광 이미지 안정화를 포함하는 카메라 - Google Patents

광학 장치, 특히 자동초점 및 광 이미지 안정화를 포함하는 카메라 Download PDF

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KR20200019213A
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Abstract

본 발명은 광학 장치(1)에 관한 것으로, 상기 광학 장치는
-유체 렌즈를 형성하는 용기(2)를 포함하고, 용기(2)는 투명하고 탄성적으로 팽창가능한 멤브레인(10), 멤브레인(10)을 향하는 투명 광학 요소(20), 및 벽 부재(3)를 포함하고, 광학 요소(20)와 멤브레인(10)은 벽 부재(3)에 연결되고, 상기 용기(2)는 유체(F)로 충전된 체적(V)을 둘러싸며,
-멤브레인(10)의 곡률 조절가능 영역(10c)을 형성하기 위해 상기 멤브레인(10)과 접촉하는 렌즈 성형 부분(11)을 포함하고, 이 영역(10c)은 광학 요소(20)를 향하며,
-축방향(z)으로 연장되는 원주방향 렌즈 배럴(50)을 포함하고, 렌즈 배럴(50)은 렌즈 배럴(50)에 의해 유지되는 적어도 하나의 강성 렌즈(51)가 배열된 개구(50c)를 둘러싸며,
-영역(10c)의 곡률 및 유체 렌즈(2)의 초점 길이를 조절하기 위하여 용기(2)에 대해 축방향(z)을 따라 렌즈 성형 부분(11)을 이동시키도록 설계된 보이스 코일 모터(5)를 포함하고, 보이스 코일 모터(5)는 이동가능 부분(6) 상에 배열된 적어도 하나의 코일(30) 및 모터 홀더(7) 상에 배열된 복수의 자기 구조물(40, 41)을 포함하며, 상기 이동가능 부분(6)은 스프링 구조물(8)을 통해 모터 홀더(7)에 이동가능하게 장착되어 상기 축방향(z)을 따라 이동할 수 있고, 렌즈 성형 부분(11)은 상기 이동가능 부분(6)에 장착된다.

Description

광학 장치, 특히 자동초점 및 광 이미지 안정화를 포함하는 카메라
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 광학 장치에 관한 것이다.
이러한 종류의 광학 장치는, 투명하고 탄성적인 팽창성 멤브레인, 상기 멤브레인을 향해 배열된 광학 요소, 벽 부재를 포함하되, 광학 요소와 멤브레인은 체적을 가진 용기가 형성되도록 벽 부재에 연결되고, 적어도 멤브레인, 광학 요소, 및 벽 부재는 상기 체적을 구획하며, 상기 체적 내에 포함된 유체, 및 멤브레인의 외측에 연결된 렌즈 형성 부분을 포함하되, 상기 외측은 체적으로부터 멀어지는 방향을 향해 배열된다.
상기에 기초하여, 본 발명의 근본적인 문제는 장치의 초점 길이를 조절할 뿐만 아니라(예를 들어 이미지 안정화를 위해) 광선 방향을 간단하고 효과적인 방식으로 조절할 수 있는 광학 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 제1항의 특징을 가진 광학 장치에 의해 해결된다.
광학 장치의 바람직한 실시예들은 종속항들과 아래 상세한 설명에 기술된다.
청구항 제1항에 따라서, 광학 장치가 개시되며, 광학 장치는
-유체 렌즈를 형성하는 용기를 포함하고, 용기는 투명하고 탄성적으로 팽창가능한 멤브레인, 멤브레인을 향하는 투명 광학 요소, 및 벽 부재를 포함하고, 광학 요소와 멤브레인은 벽 부재에 연결되고, 상기 용기는 유체로 충전된 체적을 둘러싸며,
-멤브레인의 곡률 조절가능 영역을 형성하기 위해 상기 멤브레인과 접촉하는 렌즈 성형 부분을 포함하고, 이 영역은 광학 요소를 향하며,
-축방향으로 연장되는 원주방향 렌즈 배럴을 포함하고, 렌즈 배럴은 렌즈 배럴에 의해 유지되는 적어도 하나의 강성 렌즈가 배열된 개구를 둘러싸며,
-영역의 곡률 및 유체 렌즈의 초점 길이를 조절하기 위하여 용기에 대해 축방향을 따라 렌즈 성형 부분을 이동시키도록 설계된 보이스 코일 모터를 포함하고, 보이스 코일 모터는 이동가능 부분 상에 배열된 적어도 하나의 코일 및 모터 홀더 상에 배열된 복수의 자기 구조물을 포함하며, 상기 이동가능 부분은 스프링 구조물을 통해 모터 홀더에 이동가능하게 장착되어 상기 축방향을 따라 이동할 수 있고, 렌즈 성형 부분은 상기 이동가능 부분에 장착된다.
특히, 상기 적어도 하나의 강성 렌즈는 용기/유체 렌즈를 축방향으로 향하며, 이에 따라 광이 용기(광학 요소, 유체 및 곡률 조절가능 영역을 통해)를 통과한 뒤에 렌즈 배럴의 적어도 하나의 강성 렌즈(또는 렌즈 배럴에 의해 보유된 강성 렌즈의 스택)를 통과하여 예를 들어 렌즈 배럴(즉, 용기와 이미지 센서 사이에 배열되는 렌즈 배럴)에 배열되는 이미지 센서(후술됨)와 충돌한다
또한, 상기 곡률 조절가능 영역의 곡률을 조절하기 위해 멤브레인이 탄성 변형될 수 있기 때문에, 상기 용기 및 그 안에 존재하는 유체는 초점 조절가능(또는 조정가능) 렌즈를 형성하며, 여기서 상기 용기/유체 렌즈의 초점 길이는 원하는 초점 길이를 달성하기 위해 렌즈 성형 부분을 축방향을 따라 이동시킴으로써 조절될 수 있다. 특히, 광학 장치는 용기/유체 렌즈의 초점 길이를 원하는 초점 길이로 자동 조절하기 위해 렌즈 성형 부분의 이 축방향 이동을 제어하는 자동 초점 기능을 포함한다.
특히, 렌즈 성형 부분이 멤브레인과 접촉한다는 사실은 렌즈 성형 부분이 다른 재료 층(예를 들어, 글루 등에 의해 형성됨)을 통해 직접 또는 간접적으로 멤브레인과 접촉한다는 것을 의미할 수 있다. 렌즈 성형 부분은 멤브레인에 직접 또는 글루 층과 같은 다른 재료 층을 통해 멤브레인을 접합시킴으로써 멤브레인에 추가로 부착될 수 있다.
특히, 유체는 멤브레인의 곡률이 멤브레인에 가해지는 압력(또는 힘)을 조절함으로써(예를 들어, 렌즈 성형 부분을 통해) 조절될 수 있도록 체적 내에 잔류한다. 특히, 유체는 체적을 완전히 충전한다.
렌즈 성형 부분이 조절가능 곡률을 갖는 멤브레인의 영역을 형성하는 것은 렌즈 성형 부분이 멤브레인에 부착되거나 또는 멤브레인과 접촉함으로서 멤브레인의 탄성 팽창가능(예를 들어, 원형) 영역을 구획하는 것을 의미하며, 특히 상기 영역은 렌즈 성형 부분의 (예를 들어 원주 방향) 내부 에지까지 연장된다(특히, 후술되는 바와 같이 렌즈 성형 링). 이 영역은 또한 광이 유체 렌즈의 이 영역을 통과하고 이 영역의 곡률에 의해 영향을 받기 때문에 광학 활성 영역으로 표시될 수 있다.
렌즈 성형 부분이 용기를 향한 이동으로 인해 렌즈 성형 부분이(특히 렌즈 성형 링을 통해) 멤브레인에 대해 압축될 때, 용기 내의 유체의 본질적으로 일정한 체적으로 인해 유체의 압력이 증가하고, 멤브레인의 곡률 조절가능 영역의 곡률이 증가한다. 마찬가지로, 렌즈 성형 부분이 멤브레인에 대해 덜 밀리거나 심지어 멤브레인을 당길 때, 유체의 압력이 감소하여 멤브레인이 수축되고 멤브레인의 상기 곡률 조절가능 영역의 곡률이 감소한다. 이에 따라 곡률의 증가는 멤브레인의 상기 영역이 보다 뚜렷한 볼록 벌지를 형성할 수 있거나 또는 멤브레인의 상기 영역이 오목 또는 편평한 상태에서 볼록한 것으로 변한다는 것을 의미한다. 마찬가지로, 곡률의 감소는 멤브레인의 상기 영역이 뚜렷한 볼록한 상태에서 덜 뚜렷한 볼록한 상태로 또는 심지어 평평한 또는 오목한 상태로 변하거나, 평평한 또는 오목한 상태에서 훨씬 더 뚜렷한 오목한 상태로 변하는 것을 의미한다.
멤브레인은 유리, 중합체, 엘라스토머, 플라스틱 또는 임의의 다른 투명하고 신축성 또는 가요성 재료 중 하나 이상으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인은 PDMS로도 알려진 폴리(디메틸실록산)과 같은 실리콘계 중합체 또는 PET 또는 이축 배향된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(예를 들어 "Mylar")와 같은 폴리에스테르 재료로 제조될 수 있다.
또한, 멤브레인은 코팅을 포함할 수 있다. 또한, 멤브레인은 예를 들어 구조화될 수 있고, 예를 들어 구조화된 표면을 포함하거나 또는 멤브레인을 가로질러 가변 두께 또는 강성을 갖는다.
또한, 상기 유체는 바람직하게는 액체 금속, 겔, 액체, 가스, 또는 변형될 수 있는 임의의 투명, 흡수 또는 반사 물질이거나 이를 포함한다. 예를 들어, 유체는 실리콘 오일(예를 들어 비스-페닐프로필 디메티콘)일 수 있다. 또한, 유체는 플루오르화 폴리에테르(PFPE) 불활성 유체와 같은 플루오르화 중합체를 포함할 수 있다.
또한, 렌즈 배럴 내의 광학 요소 및/또는 하나 이상의 강성 렌즈는 멤브레인에 비해 강성인 것이 바람직하다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스프링 구조물은 이동가능 부분의 상부 섹션, 특히 상부 측면에 부착된다. 특히, 상기 상부 측면은 이미지 센서 또는 렌즈 배럴과 반대쪽을 향한다.
여기서, 특히 이동가능 부분의 상부 섹션은 특히 광학 장치의 이미지 센서에 더 가까이 배치된 이동가능 부분의 하부 섹션보다 용기에 더 가까이 배치된 이동가능 부분의 섹션이다(아래도 참조).
또한, 본 발명의 실시예에 따라서, 스프링 구조물은 복수의 자기 구조물에 의해 포함된 자기 구조물을 통하여 모터 홀더에 연결된다. 특히, 모든 자기 구조물은 스프링 구조물에 대한 체결 영역으로서 사용될 수 있다. 특히, 스프링 구조물은 개별 스프링으로 구성될 수 있고, 각각의 스프링 요소는 자기 구조물에 이동가능 요소를 연결한다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 스프링 구조물은 각각의 자기 구조물의 상부 측면에 연결된다. 추가로, 각각의 개별 스프링 요소는 각각의 연계된 자기 구조물의 상부 측면에 연결될 수 있다.
여기서 특히, 각각의 자기 구조물의 상부 측면은 각각의 자기 구조물의 하부 측면보다 용기에 더 근접하게 배열되는 각각의 자기 구조물의 측면이고 상기 하부 측면은 상부 측면으로부터 이격되는 방향으로 향하고, 하부 측면은 상부 측면보다 광학 장치(후술)의 이미지 센서에 더 근접하게 배열된다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 이동가능 부분은 렌즈 배럴 주위에서 연장되는 원주방향 부재이고 원통형 형상을 포함할 수 있다. 특히, 이동가능 부분은 주변방향으로 렌즈 배럴을 둘러싼다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 용기는 모터 홀더에 장착된다. 특히, 모터 홀더는 모터 홀더의 상부 벽 상의 용기를 수용하기 위한 개구를 형성하고, 용기는 상기 개구의 원주방향 경계에 부착된다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 용기는 렌즈 배럴에 장착된다. 여기서 본 발명의 실시예에 따라서, 렌즈 배럴은 렌즈 배럴의 상부 측면으로부터 돌출되는 돌출부를 포함하고, 용기는 상기 돌출부에 부착되고 각각의 돌출부는 렌즈 성형 부분의 연계된 리세스를 통하여 연장된다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 모터 홀더는 원주방향 측면 벽을 형성하기 위해 서로 연결된 4개의 측면 벽 섹션을 포함하고, 각각의 2개의 인접한 측면 벽 섹션은 용기가 배열되는 중심 개구를 포함하는 상부 벽에 의해 연결된다. 특히, 용기는 렌즈 배럴의 돌출부 또는 개구의 경계 영역에 연결될 수 있다. 후자의 경우, 용기와 개구의 경계 영역 사이에 간격이 존재할 수 있다. 게다가, 특히, 각각의 2개의 인접한 측면 벽 섹션은 만나고 모터 홀더의 내측에 코너 영역을 형성한다. 특히, 이 내부 측면은 렌즈 배럴 또는 이동가능 부분의 외부 측면을 향한다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 광학 장치는 축방향으로 렌즈 배럴을 향하는 이미지 센서를 포함한다. 특히, 이미지 센서는 렌즈 배럴의 하나 이상의 강성 렌즈를 통하여 및 용기를 통하여 이동하는 광을 수신하도록 구성된다. 이미지 센서는 CMOS, CCD, 애벌랜치 다이오드 어레이, NMOS, 망막 또는 임의의 다른 감광성 센서중 하나일 수 있다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 하나 이상의 코일은 이동가능 부분에 부착되는 원주방향 제1 코일이다.
특히, 제1 코일은 렌즈 배럴로부터 이격되는 방향으로 향하는 이동가능 부분의 외부 측면 상에 배열된다. 추가로, 제1 코일은 환형 형태로 이동가능 부분 주위에서 연장된다. 특히 제1 코일은 전기 전도 코일이고, 코일 축 주위에서 연장되거나 또는 감겨지는 전도체를 포함한다. 원주방향 제1 코일의 경우에, 상기 코일 축은 축방향과 평행하게(또는 일치되게) 이어지고, 즉 코일은 축방향에 수직으로 이어지는 평면 내에서 이동가능 부분(렌즈 배럴) 주위에서 연장된다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 복수의 자기 구조물은 원주방향 제1 코일을 따라 배열되고 모터 홀더에 부착된 4개의 제1 자기 구조물을 포함하여 4개의 제1 자기 구조물은 원주방향 제1 코일을 향한다. 특히, 4개의 제1 자기 구조물은 이동가능 부분의 외측을 향하는 모터 홀더의 내측에 배열된다. 특히, 제1 자기 구조물은 영구 자석에 의해 각각 형성된다. 특히, 축방향을 포함하는 평면 내에서 자화는 광학 장치의 광축 또는 축방향을 향하여(또는 이로부터 이격되게) 향한다. 특히, 자화는 축방향에 수직으로 이어진다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 각각의 4개의 제1 자기 구조물은 모터 홀더의 연계된 코너 영역 내에 배열된다. 대안으로, 각각의 4개의 제1 자기 구조물은 연계된 측면 벽 섹션의 내측, 특히 모터 홀더의 주변 방향에 대해 중심에 배열되고, 주변 방향은 축방향에 대해 수직으로 연장된다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 복수의 자기 구조물은 원주방향 제1 코일을 따라 배열되고 모터 홀더에 부착된 4개의 제2 자기 구조물을 포함하여 4개의 제2 자기 구조물은 원주방향 제1 코일을 향한다. 특히, 4개의 제2 자기 구조물은 이동가능 부분의 외측을 향하는 모터 홀더의 내측에 배열된다. 여기서, 각각의 제2 자기 구조물은 영구 자석을 포함할 수 있다. 특히, 축방향을 포함하는 평면 내에서, 각각의 영구 자석의 자화는 광학 장치의 광축 또는 축방향을 향할 수 있다(또는 이로부터 이격되는 방향을 향함). 특히, 자화는 축방향에 대해 수직으로 이어진다.
전류가 원주방향 제1 코일에 인가되는 경우, 제1 코일은 전류의 방향 및 크기에 따라 제1 및 특히 제2 자기 구조물과 상호작용하고(자기 구조물의 주어진 자화에 대해), 이에 따라 제1 코일 내에서 전류의 방향에 따라 이동가능 부분 및 렌즈 성형 부분이 용기를 향하여 또는 용기로부터 이격되도록 축방향을 따라 이동하고 이에 따라 멤브레인의 곡률 조절가능 영역의 곡률(및 용기/유체 렌즈의 초점 길이)를 조절할 수 있다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 각각의 제1 자기 구조물은 연계된 측면 벽 섹션의 내측 상에 배열되고, 각각의 제2 자기 구조물은 연계된 코너 영역 내에 배열된다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 광학 장치는 광 이미지 안정화(OIS)를 구현하기 위하여 축방향에 대해 수직인 평면 내에서 이미지 센서를 이동시키도록 설계된다. 이는 특히 광학 장치가 광학 장치(예를 들어 카메라)가 (예를 들어, 갑작스러운) 원치 않는 움직임을 겪을 때 이미지 센서에 의해 생성된 이미지를 안정화시키기 위해 평면에서의 상기 움직임을 제어하는 OIS 기능을 포함한다는 것을 의미한다.
따라서, 광학 장치의 자동 초점(AF)에 사용될 수 있는 렌즈 성형 부분의 축방향 이동 외에, 렌즈 성형 부분의 축방향 이동과 독립적으로 동시에 수행될 수 있는 이미지 센서의 횡방향 이동은 OIS를 수행할 수 있다.
대안으로, 이미지 센서의 횡방향 이동 대신에, 이미지 센서는 고정될 수 있고, 광학 장치는 렌즈 성형 부분의 축방향 움직임을 생성하는 대신에 OIS를 구현하기 위하여 축방향에 대해 렌즈 성형 부분 및 이동가능 부분을 독립적으로 틸팅한다.
틸팅 움직임으로 인해, 용기는 프리즘 또는 웨지와 같은 형상으로 형성될 수 있고, 이에 따라 용기는 축방향에 대해 렌즈 성형 부분의 틸팅 각도에 따라 조절가능한 방식으로 이미지 센서를 향하여 용기를 통해 광선을 편향시킬 수 있다.
또한, 틸팅 시에 때, 보이스 코일 모터는 유체 내의 압력이 일정하게 유지되어 벽 부재/광학 요소가 기울어질 때 멤브레인의 곡률이 일정하게 유지되도록 조절되게끔 구성되는 것이 바람직하다.
게다가, 이미지 이동(image shifting)(OIS 대신에)을 이용하여 초-고해상도를 제공하기 위해, 동일한 구성이 사용될 수 있다. 특히, 휴대폰에서 카메라의 광학 해상도는 이미지 센서에 사용되는 픽셀의 개수에 의해 제한된다. 광학 줌의 구현은 어렵고, 값비싸며 큰 체적을 필요로 한다. 특히, 이미지를 하위-픽셀(sub pixel) 단위로 이동시키고 이미지 후처리 공정을 거침으로써, 이미지 해상도는 4배 또는 9배만큼 향상될 수 있으며, 심지어는, 2x 또는 3x 또는 더 높은 줌 팩터(zoom factor)를 구현할 수 있다.
보이스 코일 모터 및 렌즈 성형 부분의 이동가능 부분의 전술된 틸팅은 원주방향 제1 코일 대신에 4개의 제2 코일을 갖는 보이스 코일을 포함하는 광학 장치에 의해 달성될 수 있고, 상기 제2 코일은 이동가능 부분의 하부 섹션 상에 제1 코일 아래에 배열되고, 하부 섹션은 상기 상부 섹션에 연결된다(예를 들어, 일체로).
특히 제2 코일은 전기 전도 코일이고, 제2 코일 각각은 코일 축 주위에서 연장되거나 또는 감겨지는 전도체를 포함한다. 제2 코일의 각각의 코일 축은 축방향에 대해 수직이거나 또는 이동가능 부분의 외측에 수직으로 연장된다(이동가능 부분이 축방향과 정렬되지만 축방향에 대해 틸팅되지 않음).
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 상기 4개의 제2 자기 구조물(41)은 각각 상부 자석 및 하부 자석을 포함하고, 상부 자석은 하부 자석의 상부에 배열되고(용기로부터 이격되는 방향으로 하부 자석이 향하고 이에 따라 축방향에 대해), 각각의 상부 자석은 연계된 제2 코일의 상부 섹션을 향하고(축방향에 수직으로 연장되는 평면 내에서), 각각의 하부 자석은 연계된 제2 코일의 하부 섹션을 향한다. 특히, 각각의 제2 자기 구조물의 상부 및 하부 자석은 연계된 제2 코일의 코일 축과 정렬되는 자화를 포함한다. 추가로, 특히, 각각의 상부 및 하부 자석의 자화는 역평행이다. 특히, 상부 자석의 자화는 렌즈 배럴을 향할 수 있고, 하부 자석의 자화는 렌즈 배럴로부터 이격되는 방향을 향할 수 있다(또는 역으로도 가능). 특히, 축방향을 포함하는 평면 내에서, 자화는 축방향/광축으로부터 향할 수 있다(또는 이격되는 방향을 향할 수 있음). 특히, 자화는 축방향/고아축에 대해 수직으로 연장될 수 있다.
적절한 전류를 제2 코일에 인가하면, 제2 코일은 제2 자기 구조물의 관련 자석과 상호작용하여 상기 전류가 대응하여 제어될 때 이동가능 부분이 광축에 대해 틸팅된다. 동시에, 렌즈 성형 부분의 축방향 이동은 원주방향 제1 코일과 제1 자기 구조물, 특히 제2 자기 구조물의 상부 자석과의 상호 작용을 이용하여 생성될 수 있다.
전술한 실시예에서, 렌즈 성형 부분의 축방향 이동을 생성하기 위해 제2 자기 구조물의 상부 자석 및 제1 자기 구조물(예를 들어, 영구 자석)과 상호작용하는 원주방향 제1 코일 및 축방향에 대해 이동가능 부분을 틸팅하기 위해 제2 자기 구조물과 상호작용하는 4개의 제2 코일이 제공되며, 멤브레인/용기의 대응 변형은 이미지 센서를 향하여 용기를 통과하는 광선의 편향을 야기하고, 제1 자기 구조물을 필요로 하지 않는 후술된 대안의 실시예가 제공된다.
여기서, 본 발명의 이 대안적인 실시예에서, 광학 장치/보이스 코일 모터는 4개의 코일을 포함하고, 이는 4개의 코일을 포함하고, 이는 이동가능 부분, 특히 렌즈 배럴로부터 이격되는 방향을 향하는 이동가능 부분의 외부에 배열된다.
특히, 이들 코일은 전기 전도성 코일이며, 각 코일은 코일 축 주위에 감겨 지거나 연장되는 전도체를 포함한다. 여기서, 이러한 코일의 각각의 코일 축은 이동가능 부분의 상기 외부에 수직으로 또는 축방향에 수직으로 연장된다(이동가능 부분이 축방향에 대해 기울어지지 않고 축방향에 정렬될 때).
추가로, 특히, 각각의 상기 4개의 코일은 연계된 자기 구조물(여기서 4개의 자기 구조물)과 상호작용하고, 각각의 이들 자기 구조물은 모터 홀더 상에 배열된다(특히 이동가능 부분의 외측을 향하는 모터 홀더의 내측 상에). 게다가, 특히, 각각의 4개의 자기 구조물은 상부 자석 및 하부 자석을 포함하고, 상부 자석은 하부 자석의 상부에 배열되고(이에 따라 축방향에 대해 하부 자석은 용기로부터 이격되게 향함), 각각의 상부 자석은 연계된 코일의 상부 섹션을 향하고(축방향에 수직으로 연장되는 평면 내에서), 각각의 하부 자석은 연계된 코일의 하부 섹션을 향한다(상기 평면 내에서).
특히, 각각의 자기 구조물의 상부 및 하부 자석은 역방향의 자화를 포함한다. 특히, 축방향/광축을 포함하는 평면 내에서, 상부 자석의 자화는 광축을 향할 수 있고, 하부 자석의 자화는 광축/축방향으로부터 이격되는 방향으로 향할 수 있다. 특히, 각각의 코일 축은 연계된 자기 구조물의 자화와 정렬된다.
상기 실시예에서, 이동가능 부분이 스프링 구조물을 통하여 모터 홀더에 상부 섹션에서 연결되는 것은 충분한 레버가 이동가능 부분의 하부 섹션 상에 배열된 제2 코일을 사용하여 이동가능 부분의 틸팅을 위해 제공됨을 의미한다. 따라서, 틸팅/OIS 기능은 비교적 작은 힘만을 필요로 한다.
추가로, 이동가능 부분의 상부 섹션에 배열된 제1 코일이 제공됨에 따라 이동가능 부분(OIS)의 틸팅 이동 및 렌즈 성형 부분(AF)의 축방향 이동 사이에 향상된 횡방향 위치 안정성 및 더 적은 누화가 제공된다.
특히, 제1 코일은 이동가능 부분의 틸팅에도 불구하고 각각의 자기 구조물에 대해 대략 동일한 거리에 배열된다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 광학 장치는 제1 코일과 제2 코일에 인가된 전류를 제어하기 위한 드라이버 회로를 포함하고, 상기 드라이버 회로는 제1 코일에 전류를 인가하기 위한 제1 채널, 대향하는 제2 코일에 전달된 전류가 동일한 크기를 갖지만 반대 부호를 갖도록 2개의 대향하는 제2 코일에 전류를 인가하기 위한 제2 채널 및 대향하는 제2 코일에 전달된 전류가 동일한 크기를 갖지만 반대 부호를 갖도록 2개의 다른 대향하는 제2 코일에 전류를 인가하기 위한 제3 채널을 포함한다.
따라서, 이러한 3개의 채널 드라이버를 사용하여, 렌즈 성형 부분의 축방향 이동 및 이동가능 부분/렌즈 성형 부분의 틸팅이 원주방향 제1 코일(AF) 및 4개의 제2 코일(OIS)의 경우에 제어될 수 있다.
추가로, 상기 제1 코일이 생략되고 4개의 코일이 이동가능 부분/렌즈 성형 부분의 틸팅 움직임을 생성하도록 사용되는 경우에, 추가 실시예에 따라서 광학 장치는 상기 코일에 인가된 전류를 제어하기 위한 드라이버 회로를 포함하고, 상기 드라이버 회로는 각각의 코일에 전류를 인가하기 위한 4개의 채널을 포함하여 각각의 코일이 독립적으로 제어될 수 있다. 여기서 각각의 코일이 개별적으로 제어될 수 있어서 축방향 이동 및 상기 틸팅 이동이 선택된 코일에 대응 전류를 인가함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 렌즈 성형 부분은 렌즈 성형 부분의 환형 장착 구조물로부터 돌출되는 렌즈 성형 링을 포함하고, 상기 장착 구조물은 중심 개구를 포함하고, 상기 중심 개구 주위에서 렌즈 성형 링이 연장된다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 상기 장착 구조물은 상기 리세스(예를 들어 관통 홀)를 포함하고, 상기 관통 홀을 통하여 렌즈 배럴의 돌출부가 렌즈 배럴에 용기를 장착하기 위해 실시예에서 연장된다.
특히, 각각의 리세스는 장착 구조물의 외부 에지를 따라 연장되는 곡선형의 연장된 관통 홀로 형성될 수 있다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 렌즈 성형 링은 멤브레인에 플라스마 결합될 수 있다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 용기가 모터 홀더에 장착되는 경우에, 렌즈 성형 부분의 장착 구조물은 중심 개구로부터 이격된 리세스를 포함하지 않을 수 있다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 장착 구조물은 상기 중심 개구를 구획하는 원주방향 에지를 포함하고, 상기 에지는 장착 구조물의 제1 원주방향 표면 및 인접한 제2 원주방향 표면에 의해 형성되고, 상기 표면은 상기 에지를 형성하도록 만나고 각각의 이들 표면은 오목한 형상을 포함할 수 있다. 이에 따라 미광이 감소될 수 있다. 특히, 광축에 평행한 임의의 원통형 벽은 이미지 센서를 향하여 미광을 반사시킬 수 있다. 원주방향 에지는 광 배플(light baffle)로서 기능을 하고, 시야를 넘어서의 미광은 이미지 센서가 아닌 광학 장치/카메라 모듈에서 대부분 다시 반사된다.
특히, 제1 표면은 렌즈 성형 링의 면 측면에 에지로부터 연장되고, 제2 표면은 에지로부터 장치 구조물의 하부 측면으로 연장된다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 장착 구조물은 멤브레인을 보호하기 위해 멤브레인의 환형 섹션을 덮고, 상기 환형 섹션은 멤브레인의 상기 곡률 조절가능 영역을 덮는다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 장착 구조물의 외부 에지 영역은 체결 영역이 이동가능 부분의 내측으로부터 돌출되는 이동가능 부분의 체결 영역에 부착된다.
특히 실시예에서, 외부 에지 영역/장착 구조물의 하부 측면은 렌즈 배럴 및/또는 이미지 센서를 향하고, 체결 영역의 상부 측면에 결합되며, 체결 영역의 상부 측면은 렌즈 배럴로부터 이격되는 방향을 향한다. 여기서, 글루 라인이 에지 영역/장착 구조물의 상부 측면에 배열될 수 있고, 이를 이동가능 부분에 결합한다.
추가로, 대안의 실시예에서, 외부 에지 영역/장착 구조물의 상부 측면은 이미지 센서 및/또는 렌즈 배럴로부터 이격되는 방향을 향하고, 이는 렌즈 배럴을 향하며, 체결 영역의 하부 측면에 결합된다.
추가로, 본 발명의 추가 실시예에서, 벽 부재와 광학 요소는 서로 연결되는 개별 부분이다. 대안으로, 벽 부재는 광학 요소와 일체로 형성된다. 여기서 벽 부재와 광학 요소는 하나의 연속적인 부분을 형성한다.
벽 부재는 금속, 실리콘, 유리, 플라스틱, 폴리머로부터 제조될 수 있다. 벽 부재는 (예를 들어, 유리) 플랫 윈도우, 렌즈, 거울, 굴절, 회절 및/또는 반사 구조를 갖는 미세 구조화된 요소를 포함하거나 이로서 형성될 수 있다.
벽 부재는 광학 요소는 서로 일체로 연결되는 경우에, 벽 부재는 광 요소는 특히, 유리, 투명 플라스틱 또는 폴리머로부터 형성된다.
특히, 상기 광학 요소는 강성 렌즈, 특히 수렴 렌즈를 형성할 수 있다. 게다가, 강성 렌즈는 평면 볼록 렌즈일 수 있다. 특히 광학 요소는 상기 멤브레인으로부터 이격되는 방향을 향하는 볼록한 표면 영역을 포함할 수 있다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 벽 부재는 원형 주변부, 정사각형 주변부, 육각형 주변부 중 하나를 포함한다(축방향에 대해 수직으로 연장되는 평면에 대해). 이는 용기가 축방향으로 용기를 볼 때 원형, 정사각형 또는 육각형 풋프린트를 포함하는 것을 의미한다.
추가로, 멤브레인을 향하는 광학 요소의 내부 표면 및/또는 멤브레인으로부터 이격되는 방향을 향하는 광학 요소의 외부 표면은 반사방지 코팅을 포함한다.
추가로, 플레어, 미광 또는 고스트라이트를 감소시키기 위해, 멤브레인은 반사 방지 코팅을 포함할 수 있다. 반사 방지 코팅은 서브파장 나노구조 층, 하나 또는 여러 개의 인덱스 매칭 층, 또는 다른 적합한 코팅으로 구성될 수 있다.
추가로, 실시예에 따라서, 용기의 투명 부분(예를 들어, 유리 창)은 외부 표면 상에 반사방지 코팅을 가질 수 있고(외부 매체, 대부분 공기를 향함), 내측 표면 상에 반사방지 코팅을 가질 수 있다(용기 내의 유체/액체를 향함). 대안으로, 용기의 투명 부분의 외부 또는 내부 표면은 적외선 광을 차단하는 코팅을 가질 수 있고 이에 따라 IR 필터로서 기능을 한다. 특히, 이미지 센서의 전방에서의 IR 필터는 생략될 수 있다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 이동가능 부분의 공간 위치를 측정하기 위하여 광학 장치는 제1 및 제2 유도 측정 코일을 포함한다.
특히, 본 발명의 실시예에 따라서, 제1 및 제2 유도 측정 코일은 제2 자기 구조물 주위에서 각각 연장되고, 제2 자기 구조물은 이웃한 제2 자기 구조물이다(이동가능 요소의 주변 방향에 대해).
따라서, 이동가능 부분이 축방향을 따라 틸팅되거나 및/또는 축방향을 따라 이동하는 경우, 관련 코일 또는 제2 코일이 각각의 측정 코일에 대해 이동할 때 각각의 측정 코일을 통한 자기 흐름이 변화하여 각각의 측정 코일 내에서 대응 전압 신호를 생성한다. 이들 신호로부터, 이동가능 부분의 공간 위치가 도출될 수 있다. 이들 신호는 이동가능 부분의 축방향 및/또는 틸팅 이동 및 그에 따른 초점 길이 및 광선 편향의 폐루프 제어를 위한 피드백 신호로서 사용될 수 있다.
또한 원주 방향 제1 코일을 생략하는 실시예의 경우, 제1 및 제2 유도 측정 코일은 각각 관련된 자기 구조물 주위로 연장될 수 있으며, 여기서 상기 자기 구조물은(이동가능 요소의 주변 방향에 대해) 인접한 자기 구조물이다.
추가로, 본 발명의 대안의 실시예에 따라서, 제1 유도 측정 코일은 2개의 대향하는 제2 자기 구조물 아래에서 연장되고 제2 유도 측정 코일은 2개의 다른 대향 제2 자기 구조물 아래에서 연장된다. 여기서, 유도 측정 코일은 축방향에 대해 수직으로 연장되는 평면 내에서 연장된다. 추가로, 특히 측정 코일은 각각의 대향 코일 아래에서 연장되는 플렉스 PCB 내로 통합될 수 있다. 여기서, 특히 아래라는 용어는 제2 자기 구조물이 축방향에 대해 용기와 유도 측정 코일 사이에 배열되는 것을 의미한다.
재차, 원주방향 제1 코일이 생략되는 경우, 제1 유도 측정은 또한 2개의 대향 자기 구조물 아래에서 연장될 수 있고, 제2 유도 측정 코일은 2개의 다른 대향 자기 구조물 아래로 연장된다. 또한, 여기서, 유도 측정 코일은 축방향에 대해 수직으로 연장되는 평면 내에서 연장될 수 있다. 추가로, 특히 유도 측정 코일은 또한 각각의 대향 코일 아래에서 연장되는 플렉스 PCB 내로 통합될 수 있다. 또한, 여기서 특히 아래라는 용어는 자기 구조물이 축방향에 대해 용기와 유도 측정 코일 사이에 배열되는 것을 의미한다.
추가로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 제1 유도 측정 코일은 제2 자기 구조물 아래에서 연장되고 제2 유도 측정 코일은 이웃한 제2 자기 구조물 아래에서 연장된다. 여기서, 유도 측정 코일은 축방향에 대해 수직으로 연장되는 평면 내에서 각각 연장될 수 있다.
추가로, 특히 유도 측정 코일은 또한 각각의 제2 자기 구조물일 아래에서 연장되는 플렉스 PCB 내로 통합될 수 있다. 또한, 여기서 특히 아래라는 용어는 제2 자기 구조물이 축방향에 대해 용기와 유도 측정 코일 사이에 배열되는 것을 의미한다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 원주방향 제1 코일이 없을 때, 제1 유도 측정 코일은 자기 구조물 아래에서 연장되고, 제2 유도 측정 코일은 이웃한 자기 구조물 아래에서 연장된다. 여기서, 유도 측정 코일은 축방향에 수직으로 연장되는 평면 내에서 각각 연장될 수 있다. 추가로, 특히, 유도 측정 코일은 각각의 코일 아래에서 연장되는 플렉스 PCB 내로 통합될 수 있다. 또한, 여기서 특히 아래라는 용어는 각각의 자기 구조물이 축방향에 대해 용기와 유도 측정 코일 사이에 배열되는 것을 의미한다.
추가로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 유체 렌즈/용기의 멤브레인은 2 μm 이상 및/또는 100 μm 이하의 두께를 포함한다. 추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 멤브레인은 100% 이하의 프리-스트레인을 포함한다. 이 백분율은 멤브레인/재료의 원래 길이(예를 들어 반경)에 관한 것이다. 특히, 상기 프리 스트레이닝은 모든 반경 방향으로 수행된다. 예를 들어, 상기 프리-스트레이닝이 100%에 해당하는 경우 프리-스트레이닝으로 인해 재료의 원래 반경이 두 배가 된다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 멤브레인은 벽 부재의 하부 측면에 연결된 원주방향 경계 영역을 포함하고, 하부 측면은 렌즈 성형 부분을 향하고, 복수의 변형가능 정지부는 렌즈 성형 부분의 장착 구조물의 상부 측면 상에 배열되고, 멤브레인의 상기 경계 영역은 렌즈 성형 부분이 멤브레인의 경계 영역을 보호하기 위해 용기를 향하여 이동할 때 상기 정지부와 접촉할 수 있다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 광학 장치는 축방향에 수직으로 연장되는 평면 내에서(즉, 모든 공간 방향으로의 구속) 및 축방향을 따라 이동가능 부분 및/또는 렌즈 성형 부분의 이동을 구속하기 위해 복수의 정지부를 포함할 수 있다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 광학 장치는 축방향에 수직으로 연장되는 평면 내에서 및 용기를 향하여 축방향을 따라 렌즈 성형 부분의 이동을 구속하기 위해 장착 구조물의 주변에 정지부를 포함한다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 렌즈 배럴의 상부 측면은 용기를 향하고, 렌즈 성형 부분은 용기로부터 이격되는 축방향을 따라 렌즈 성형 부분의 이동을 구속하기 위해 정지부를 형성한다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 멤브레인은 곡률 조절가능 영역이 렌즈 배럴의 제1 강성 렌즈(렌즈 배럴의 최상부 렌즈, 즉 축방향으로 용기에 가장 근접한 렌즈)를 형성하는 렌즈 배럴의 하나 이상의 강성 렌즈를 향하여 최대로 볼록해지는 최대 편향 상태를 포함하고, 용기는 미리정해진 안전 간격이 축방향으로 제1 강성 렌즈와 멤브레인의 곡률 조절가능 영역 사이에 제공되도록 렌즈 배럴에 대해 배열된다.
추가로, 본 발명의 실시예에 따라서, 이미지 센서는 원주방향 측벽을 포함하는 이미지 센서 캐리어에 장착되고, 측벽은 렌즈 배럴의 단부 섹션의 외부 나사산과 결합되는 내부 나사산을 포함하여 축방향으로 렌즈 배럴과 이미지 센서 사이의 거리가 조절될 수 있다.
도 1 내지 도 3은 유체 렌즈를 통과하는 광선의 편향 및 초점 길이를 조절하기 위하여 용기의 멤브레인 상에 작용하는 렌즈 성형 부분과 용기(유체 렌즈)를 갖는 본 발명에 따른 광학 장치의 도식적인 단면도.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 광학 장치의 추가 실시예의 도식적인 단면도.
도 7은 도 4 내지 도 6에 도시된 광학 장치의 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 광학 장치의 또 다른 실시예의 도식적인 단면도.
도 9 내지 도 13은 본 발명에 따른 광학 장치의 코일 및 자기 구조물의 도식적인 상면도.
도 14 내지 도 15는 코일에 전달된 전류를 제어하기 위한 드라이버를 포함하는 본 발명에 따른 광학 장치의 도식적인 상면도.
도 16은 본 발명에 따른 광학 장치의 렌즈 성형 부분의 단면도.
도 17은 렌즈 배럴로부터 돌출부를 수용하기 위한 리세스를 포함하는 도 16에 도시된 렌즈 성형 부분의 사시도.
도 18은 도 16 및 도 17에 도시된 렌즈 성형 부분의 사시도 및 단면도.
도 19는 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에서 사용될 수 잇는 돌출부 리세스가 없는 대안의 렌즈 성형 부분의 사시도.
도 20 내지 도 22는 본 발명에 따른 광학 장치의 보이스 코일 모터의 이동가능 부분과 렌즈 성형 부분 사이의 연결을 도시하는 도면.
도 23은 용기의 개별 벽 부재에 연결된 광학 요소를 갖는 본 발명에 따른 광학 장치의 용기의 단면도.
도 24는 광학 요소가 벽 부재에 일체로 연결되는, 본 발명에 따른 광학 장치의 용기의 단면도.
도 25 내지 도 27은 상이한 주변 윤곽을 포함하는 본 발명에 따른 광학 장치의 용기의 도식적인 단면도.
도 28은 본 발명에 따른 광학 장치의 용기의 도식적인 단면도.
도 29는 본 발명에 따른 광학 장치의 용기의 도식적인 단면도.
도 30 내지 도 33은 자기 구조물에 대한 유도 측정 코일을 배열하는 다양한 방법을 도시하는 도면.
도 34 내지 도 35는 멤브레인을 보호하기 위해 렌즈 성형 부분의 장착 구조물 상에 배열된 정지부의 도면.
도 36 내지 도 37은 AF 및 OIS 절차를 렌즈 성형 부분의 다양한 이동을 도시하는 도면.
도 38은 렌즈 성형 부분의 이동을 구속하기 위한 정지부의 도식적인 단면도.
도 39는 렌즈 성형 부분의 이동을 구속하기 위한 추가 정지부 및 도 34 내지 도 35에 도시된 정지부의 도식적인 단면도.
도 40은 렌즈 성형 부분의 다양한 상태의 거리 및 각도를 도시하는 도면.
도 41은 완전히 만곡된 멤브레인과 렌즈 배럴의 제1 렌즈 사이의 최소 간격을 도시하는 도면.
도 1 내지 도 3 및 도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 광학 장치(1)의 상이한 실시예를 도시한다. 이러한 광학 장치(1)는 자동 초점(AF) 및 광학 이미지 안정화(O1S)를 제공하기 위해 카메라에 사용될 수 있다. 광학 장치(1)는 유체 렌즈를 형성하는 용기(2)를 적어도 포함하고, 용기(2)는 투명하고 탄성적으로 팽창가능한 멤브레인(10), 멤브레인(10)을 향하는 투명 광학 요소(20)(예를 들어, 유리 플레이트 또는 렌즈), 및 벽 부재(3)를 포함하고, 멤브레인(10)은 벽 부재(3)에 연결되고, 상기 용기(2)는 유체(F)로 충전된 체적(V)을 둘러싼다. 장치(1)는 멤브레인(10)의 곡률 조절가능 영역(10c)을 형성하기 위해 상기 멤브레인(10)과 접촉하는 렌즈 성형 부분(11)을 포함하고, 이 영역(10c)은 광학 요소(20)를 향하고 원주방향 렌즈 배럴(50)은 축방향(z)(광축)으로 연장된다. 렌즈 배럴(50)은 렌즈 배럴(50)에 의해 유지되는 적어도 하나의 강성 렌즈(51)가 배열된 개구(50c)를 둘러싼다. 적어도 하나의 강성 렌즈(51)는 용기/유체 렌즈(2)를 축방향(z)으로 향한다. 특히, 광학 장치(1)는 카메라를 형성할 수 있다. 여기에서, 광학 장치(1)는 또한 렌즈 배럴의 단부 섹션 상에 형성된 렌즈 배럴(50)의 외부 나사산(53)과 결합되도록 내부 나사산(92)이 형성되는 주변 측면 벽(91)을 포함하는 이미지 센서 캐리어(90)에 의해 지지되는 이미지 센서(9)를 포함한다. 따라서, 렌즈 배럴을 이미지 센서 캐리어(90)에 나사체결함으로써, 이미지 센서(9)와 렌즈 배럴 사이의 거리가 조절/교정될 수 있다.
또한, 장치(1)는 상기 용기(2)에 대해 적어도 상기 축방향(z)을 따라 렌즈 성형 부분(11)을 이동시켜 상기 영역(10c)의 곡률과 유체 렌즈(2)의 초점 거리를 조절하도록 설계된 보이스 코일 모터(5)를 포함하고, 보이스 코일 모터(5)는 이동가능 부분(6) 상에 배열된 적어도 하나의 코일(30) 또는 복수의 코일(30, 31) 및 모터 홀더(7) 상에 배열된 복수의 자기 구조물(40, 41)을 포함하며, 상기 이동가능 부분(6)은 스프링 구조물(8)을 통해 모터 홀더(7)에 이동가능하게 장착되어 상기 축방향(z)을 따라 이동할 수 있다. 또한, 렌즈 성형 부분(11)은 보이스 코일 모터(5)를 사용하여 작동될 수 있도록 상기 이동가능 부분(6)에 장착된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에서, 스프링 구조물(8)은 상부 섹션(6c), 예를 들어 일 측면에서 이동가능 부분(6)의 상부 측면 및 다른 측면에서 제2 자기 구조물(41)을 통하여 모터 홀더(7), 즉 각각의 자기 구조물(41)의 상부 측면(41aa)에 부착된다.
특히, 이동가능 부분(6)은 렌즈 배럴(50) 주위로 연장되어 원주방향(축방향(z)에 직각으로 이어지는)으로 이를 둘러싸는 원주 부재이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에서, 용기(2)는 모터 홀더(7)에 장착된다. 여기서, 모터 홀더(7)는 개구의 원주 경계 영역(71)에 부착되는 용기(2)를 수용하기 위한 개구(70)를 형성한다.
모터 홀더(7)는 원주 측면 벽을 형성하기 위해 서로 연결된 4개의 측면 벽 섹션(700)을 포함할 수 있고(도 9 내지 13 참조), 상기 측면 벽 섹션(700)은 상기 용기(2)가 배열되는 중심 개구(70)를 포함하는 상부 벽(701)에 의해 연결되고, 용기(2)는 개구(70)의 경계 영역(71)에 연결된다. 또한, 각각의 2개의 인접한 측면 벽 섹션(700)은 서로 만나고, 모터 홀더(7)의 내측(7a)에서 코너 영역(702)을 형성하며, 상기 내측(7a)은 이동가능 부분(6)의 외측(6a)을 향한다. 외측(6a)은 렌즈 배럴(50)로부터 이격되게 향한다.
상세하게는, 렌즈 성형 부분(11)을 축방향으로(즉, 상기 축방향(z)의 전후로) 이동시키기 위해, 보이스 코일 모터(5)는 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에 따라 환형 방식으로 렌즈 배럴(50)과 이동가능 부분(6) 주위에서 연장되고 이동가능 부분(6)의 외측(6a)에 부착되는 전기전도성 원주 제1 코일(30)을 포함한다. 제1 코일(30)은 축방향(z)과 일치하는 코일 축(z) 주위에 감겨있거나 연장되는 전도체를 포함한다.
제1 코일(30)은 도 1 내지 도 3에 도시되지 않았지만 도 7 및 도 12 및 도 13에 도시된 적어도 4개의 제1 자기 구조물(40)과 상호 작용하도록 구성된다. 제1 자기 구조물은 도 7에 도시된 바와 같이 영구 자석(40)에 의해 형성될 수 있다. 특히, 상기 제1 자기 구조물(40)은 모터 홀더(7)에 부착되고, 원주 방향의 제1 코일(30)을 따라 모터 홀더(7)의 내측7a) 상에 배열되어, 4개의 제1 자기 구조물(40)은 이동가능 부분(6)의 외측(6a)과 상기 축방향(z)에 수직으로 연장되는 평면 내에서 원주방향 제1 코일(30)을 각각 향한다. 특히, 각각의 제1 자기 구조물/영구 자석(40)의 자화는 축방향/광축(z)에 수직으로 연장되고 축방향/광축(z)을 포함하는 평면에서 광학 장치(1)의 축방향/광축(z)으로부터 향할 수 있다(대안으로 이격되는 방향으로).
또한, 도 1 내지 3에 도시된 광학 장치는 원주방향 제1 코일(30)을 따라 배열되고 모터 홀더(7)에 부착되는 4개의 제2 자기 구조물(41)(또한 도 7 참조)을 포함하여 4개의 제2 자기 구조물(41)이 원주방향 코일(30)을 향한다. 4개의 제2 자기 구조물(41)은 또한 모터 홀더(7)의 내부(7a) 상에 배열되고 이동가능 부분(6)의 상기 외측(6a)을 향한다. 그러나, 제1 자기 구조물(40)이 모터 홀더의 각각의 측면 벽 섹션(700) 상에 배열됨에 따라, 제2 자기 구조물은 특히 도 9 내지 도 13을 참조하여 후술하는 바와 같이 2개의 만나는 벽 섹션(700)에 의해 형성된 연관된 코너 영역(702)에 각각 배열된다.
또한, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 4개의 제2 자기 구조물(41)은 각각 상부 자석(41a) 및 하부 자석(41b)을 포함하고, 상기 상부 자석(41a)은 축방향(z)에 대하여 하부 자석(41b)의 상부에 배열되며, 하부 자석(41b)은 용기(2)로부터 더 멀리 떨어져있다. 또한, 각각의 상부 자석(41a)은 관련된 전기 전도성 제2 코일(31)의 상부 섹션(31a)과 상기 제1 코일(30) 옆을 향하고, 대응하는 하부 자석(41b)은 각각의 제2 코일(31)의 하부 섹션(31b)을 향한다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 보이스 코일 모터(5)의 제2 코일(31)은 이동가능 부분(6)의 하부 섹션(6d)에서 제1 코일(30) 아래에 배열된다. 또한, 각각의 제2 코일(31)은 코일 축(A) 주위에 감겨지거나 연장되는 전도체를 포함하고(도 7 참조), 제2 코일(31)의 각각의 코일 축(A)은 이동가능 부분(6)의 외측(6a)에 대해 수직으로 연장되거나 또는 축방향(z)에 수직으로 연장된다(이동가능 부분(6)이 축방향(z)에 대해 기울어지지 않고 축방향(z)에 정렬될 때).
각각의 코일 축(A)과 관련하여, 각각의 제2 자기 구조물(41)의 상부 및 하부 자석(41a, 41b)은 관련된 제2 코일의 코일 축(A)과 정렬되는 자화(도 1 내지 도 3의 화살표로 표시)를 포함한다. 또한, 각각의 상부 및 하부 자석(41a, 41b)의 자화는 역평행이다. 특히, 축방향/광축(z)을 포함하는 평면에서, 상부 자석(41a)의 자화는 렌즈 배럴(50)을 향하고 하부 자석(41b)의 자화는 렌즈 배럴(50)로부터 이격되게 향할 수 있다(또는 역으로도 가능). 특히, 상부 및 하부 자석(41a, 41b)의 자화는 광축/축방향(z)에 수직이다. 제1 코일(30)에 인가되는 전류의 방향 및 크기에 따라, 제1 코일(30)은 제1 자기 구조물(40) 및 제2 자기 구조물(41)의 상부 자석(41b)과 상호작용하고 모터 홀더 상에 고정되는 상기 자기 구조물(40, 41)에 대해 하향으로(도 2로부터 도 1로 변이) 또는 축방향(z)(도 2에 도시된 바와 같이) 상향으로 이동한다. 제1 코일(30)이 보이스 코일 모터의 이동가능 부분(6)에 배치되기 때문에, 이는 이동가능 부분(6)의 상부 섹션(6c)에 장착되는 렌즈 성형 부분(11)을 따라 취해지고 복원력을 제공하는 스프링 구조물(8)을 작용에 대해 상부 및 하부를 향하여 이동한다. 렌즈 성형 부분(11)가 이동가능 부분(6)와 함께 용기(2)를 향하여 상하로 이동하는 경우, 렌즈 성형 부분(11)는 멤브레인(10)에 대해 가압되어 곡률 조절가능 영역(10c)이 더 볼록하게 된다(도 2에 도시됨).
적절한 전류를 제2 코일(31)에 인가하면, 이동가능 부분(6)는 축방향(z)에 수직인 2개의 독립적인 축을 중심으로 틸팅될 수 있다. 이러한 기울기는 도 3에 도시된다. 여기서, 도 3에 도시된 제2 코일(31)은 관련된 제2 자기 구조물(41)로부터 멀어지도록 이동된다. 또한(도 3에 도시되지 않음), 도 3에 도시된 제2 코일(31)에 대향하는 추가 제2 코일(31)은 동시에 도 3에 도시된 제2 자기 구조에 대향하는 다른 제2 자기 구조(41)에 더 가까이 이동할 수 있다(예를 들어, 후술되는 도 9 내지 도 13 참조).
도 3에 도시된 바와 같이 렌즈 성형 부분(11)를 틸팅하면, 용기(2)를 통과하는 광(L)이 편향되도록 용기(2)가 변형된다. 따라서, 렌즈 배럴(50)의 전방에 배치 된 이미지 센서(9)에 광선(L)이 충돌하는 위치는 이동가능 부분(6)/ 렌즈 성형 부분(11)를 상응하게 틸팅함으로써 이동될 수 있다. 이는 광학 이미지 안정화(OIS)를 수행할 수 있게 하며, 즉, 광학 장치의 갑작스러운 원치 않는 움직임으로 인해 이미지 센서에 충돌하는 광이 이동되는 위치에서, 각각의 광선은 상기 이동을 보상하기 위해 편향될 수 있다. 동시에, 유체 렌즈/용기(2)의 초점 길이는 이동가능 부분(6)/렌즈 성형 부분의 축방향(z)의 독립적인 축방향 이동에 의해 조절될 수 있으며, 이는 광학 장치(1)의 자동 초점(AF)을 제공하는데 사용될 수 있다.
일반적으로, 두 경우 모두(축 이동 및 틸팅) 각각의 코일(30, 31) 및 관련된 자기 구조물(40, 41)에 의해 발생된 힘은 광축/축방향(z)에 평행하게 작용한다. 축방향 이동의 경우, 모든 힘 벡터가 동일한 방향(축방향(z)를 따라 위 또는 아래)을 향하지만, 코일(31) 및 관련된 자기 구조물(41)에 의해 발생된 힘은 위(축방향에 평행) 또는 대향하는 코일(31)의 자기 구조물(41)의 쌍에 대해 아래(각각의 코일(31) 내의 전류의 방향에 따라)를 향한다. 특히, 대향 코일(31)이 반대 전류 방향을 포함하는 경우, 생성된(로렌츠) 힘이 반대 방향으로 향한다. 따라서, 대응하는 토크가 이동가능 부분(6)에 작용하고 이에 따라 토크가 기울어진다.
사실, 제1 코일(30)이 OlS 틸팅에도 불구하고 제2 자기 구조물(41)의 상부 자석(41)과 제1 자기 구조물(40)에 대해 대략 동일한 거리에 유지되기 때문에, 제1 코일(30)(AF)이 이동가능 부분(6)의 상부 섹션(6c)에 위치되어 AF와 OIS 사이에서 더 우수한 횡방향 위치 안정성 및 더 적은 누화를 제공한다.
또한, 스프링 구조물(8)은 이동가능 부분(6)의 상부 섹션(6a), 특히 상부 측면에 고정되어 이동가능 부분(6)(OlS)을 틸팅하기 위해 필요한 힘을 낮춘다. 마지막으로, 제2(OlS) 코일(31)은 이동가능 부분(6)의 하부 섹션(6d) 상에 위치되어 이동가능 부분(6)/렌즈 성형 부분(11)를 틸팅하기 위한 양호한 긴 레버 암을 제공한다.
특히, 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예와 관련하여, 렌즈 성형 부분(11)은 도 19에 도시된 바와 같이 형성될 수 있고 환형 장착 구조물(111)로부터 돌출되는 렌즈 성형 링(112)을 포함하고, 상기 장착 구조물(111)은 렌즈 성형 링(112)이 연장되는 중심 개구(11))를 포함한다. 개구(11))는 광(L)이 렌즈 성형 부분(11)을 렌즈 배럴(50)/강성 렌즈(51) 및 이미지 센서(9)를 향해 통과하게 한다. 렌즈 성형 링(112)은 멤브레인(10)에 작용하여 멤브레인(10)의 곡률 조절가능 영역(10c) 및 이 영역(10c)의 곡률(및 그에 따른 유체 렌즈/용기(2)의 초점 길이)을 정의/형성하는 면 측면(112a)을 포함한다. 특히, 렌즈 성형 링(112)/면 측면(112a)은 멤브레인(10)에 플라스마 결합될 수 있다. 장착 구조물(111)은 멤브레인(10)의 일부(예를 들어, 환형 섹션(10b))를 덮고 따라서 멤브레인(10)을 보호한다.
도 29에 더 도시된 바와 같이, 미광의 영향을 감소시키기 위해, 장착 구조물(111)은 선택적으로 장착 구조물(111)의 중심 개구(11))를 한정하는 원주방향 에지(111b)를 포함할 수 있으며, 에지(111b)는 장착 구조물(111)의 제1 원주방향 표면(114a) 및 표면(114a, 114b)이 예리한 에지(111b)를 형성하기 위해 만나는 인접한 제2 원주방향 표면(114b)에 의해 형성되고, 각각의 이들 표면(114a, 114b)은 오목한 형상을 포함한다. 특히, 제1 표면(114a)은 렌즈 성형 링(112)의 에지(111b)로부터 면 측면(112a)으로 연장되는 반면, 제2 표면(114b)은 장착 구조물(111)의 상기 에지(111b)로부터 하부 측면(111c)으로 연장된다.
또한, 도 23 및 24에 도시된 바와 같이, 모든 실시예에서, 용기(2)는 도 23에 도시된 바와 같이 별도의 벽 부재(3) 및 광학 요소(20)를 포함할 수 있거나, 또는 대안으로 광학 요소(20)와 일체로 형성된 벽 부재(3)를 포함할 수 있다.
또한, 모든 실시예에서, 용기(2)는 원형 윤곽 또는 주변부(U)를 가질 수 있으며, 정사각형(도 26 참조) 또는 육각형 형상(도 27 참조)을 가질 수 도 있다. 또한, 도 28에 도시된 바와 같이, 모든 실시예(특히 도 23 및 24)에서, 멤브레인(10)으로부터 멀어지는 광학 요소(20)의 외부 표면(20a) 및/또는 멤브레인(10)을 향하는 광학 요소(20)의 내부 표면(10)은 반사 방지 코팅을 포함할 수 있다. 대안적으로, 용기(2)의 광학 요소(20)/투명 부분의 외부 표면(20a) 또는 내부 표면(20b)은 적외선(IR)을 거부하여 IR 필터로서 작용하는 코팅을 가질 수 있으며, 특히 이미지 센서(9)의 전방에서 IR 필터를 대체한다.
또한, 플레어, 미광 또는 고스트 광을 감소시키기 위해, 멤브레인(10)은 반사 방지 코팅을 포함할 수 있다. 반사 방지 코팅은 서브파장 나노 구조 층, 하나 또는 여러 개의 인덱스 매칭 층, 또는 다른 적합한 코팅으로 구성될 수 있다.
도 1 내지 도 3의 실시예에서, 용기(2)는 모터 홀더(7)의 상부 벽(701)을 통해 모터 홀더(7)에 장착될지라도 도 4 내지 도 7은 대안의 실시예를 도시하고, 도 1 내지 도 3과 대조적으로, 용기(2)가 모터 홀더(7)의 상부 벽(701)에 직접 장착되지 않지만 렌즈 배럴(50)에 장착된다. 이를 위해, 렌즈 배럴(50)은 렌즈 배럴(50)의 상부 측면(50a)으로부터 돌출되는 돌출부(52)를 포함한다(상부 측면(50a)은 적어도 하나의 강성 렌즈(51)가 안착되는 렌즈 배럴(50)의 중심 개구(50c)를 둘러쌈).
각각의 돌출부(52)는 이제 도 16 내지 도 18에 도시된 바와 같이 렌즈 성형 부분(11)의 장착 구조물(11)에 형성된 리세스(113)를 통해 연장되고, 즉, 즉 렌즈 성형 부분(11)은 전술한 바와 같이 형성될 수 있지만, 이제 렌즈 성형 부분(11)은 여전히 돌출부(52)가 용기(2)에 연결될 수 있도록 하는 관통 홀의 형태인 리세스(113)를 포함하며, 렌즈 성형 부분(11)은 보이스 코일 모터의 이동가능 부분(6)에 의해 이동된다.
도 7은 용기(2)가 상기 돌출부(52)에 장착된 광학 장치(1)의 사시도를 나타내고, 렌즈 성형 부분(11)의 리세스(113)로부터 용기(2)가 어떻게 돌출되는지를 도시한다.
특히, 스프링 구조물(8)은 각각의 제2 자기 구조물(41)의 상부면(41aa)에 연결되는 제1 체결 구조물(8c)뿐만 아니라 이동가능 부분(6)에 연결되는 제1 체결 구조물(8a)을 제2 자기 구조물(41)마다 포함할 수 있고, 각각의 제1 및 제2 체결 구조물은 도 7에 도시된 바와 같이 구불구불한 형상을 포함할 수 있는 스프링 암(8b)에 의해 연결된다. 이러한 스프링 구조물(8)은 또한 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에서 사용될 수 있음에 유의해야한다.
또한, 도 4 내지 도 7에 도시된 실시예와 관련된 렌즈 성형 부분(11)을 모터 홀더에 연결하는 다른 방법은 도 20 내지 도 22에 도시적으로 도시된다(이들 특징은 도 1 내지 도 3의 실시예에 또한 적용될 수 있음).
도 20에 따르면, 장착 구조물(111)의 외부 에지 영역(111a)은 이동가능 부분(6)의 체결 영역(6e)에 부착되고, 이 체결 영역(6e)은 이동가능 부분(6)의 내측(6b)로부터 돌출되고, 그 내부(6b)는 렌즈 배럴(50)을 향한다. 여기서, 특히, 외부 에지 영역(111a)/장착 구조물(111)의 하부 측면(111c)은 렌즈 배럴(50)을 향하고 및/또는 이미지 센서(9)는 체결 영역(6e)의 상부 측면(6f)에 결합되고, 체결 영역(6e)의 상부 측면(6f)은 렌즈 배럴(50)로부터 이격되는 방향을 향한다.
도 21에 추가로 도시된 바와 같이, 접착제 라인(13)은 에지 영역(111a)/장착 구조물(111)의 상부면(111d) 상에 배열될 수 있고, 접착제 라인(13)은 이동 가능한 부분(6)에 결합될 수 있다.
대안적으로, 도 22에 도시된 바와 같이, 외부 에지 영역(111a)/장착 구조물(111)의 상부 측면(111d)은 렌즈 배럴(50) 및/또는 이미지 센서(9)로부터 이격되는 방향을 향하고 체결 영역(6e)의 하부 측면(6g)에 결합되며, 하부 측면(6g)은 렌즈 배럴(50)을 향한다.
도 1 내지 도 7은 보이스 코일 모터(5)의 이동가능 부분(6)를 틸팅함으로써 OIS가 달성될 수 있는 광학 장치의 실시예를 도시하고, 도 8은 이동가능 부분(6)의 축방향 이동(예를 들어, AF를 수행하기 위한)이 코일(30)을 따라 배열된 영구 자석(40)의 형태의 4개의 자기 구조물(40) 및 원주방향 코일(30)을 사용하여 전술된 바와 같이 수행되는 실시예를 도시하며, 이에 따라 상기 자석(40)은 코일(30)을 향하고 상기 코일(30) 내의 전류의 방향에 따라 코일(30)/이동가능 부분(6)/렌즈 성형 부분(11)의 상향 또는 하향 움직임을 생성하지만 OIS는 축방향(z)에 대해 수직인 평면 내에서 렌즈 배럴(50)에 대해 이미지 센서(9)를 자체적으로 이동시킴으로써 수행된다. 이미지 센서(9)의 이러한 움직임은 형상 기억 합금 모터 또는 다른 적절한 액추에이터와 같은 적절한 액추에이터(93)를 사용하여 생성될 수 있다.
도 9 및 도 10은 도 1 내지 도 7에 도시된 실시예에서 이동가능 부분(6)/렌즈 성형 부분(11)을 틸팅하기 위해 사용된 제2 자기 구조물(41)의 배열을 나타내기 위해 본 발명에 따른 광학 장치(1)의 실시예의 도식적인 상면도를 도시한다. 렌즈 성형 부분(11)의 축방향(AF) 이동은 단지 4개의 제2 자기 구조물(41)(이후 자기 구조물(41)로 표시됨)로도 달성될 수 있기 때문에, 이들 실시예에서 원주방향 코일(30)은 생략될 수 있음에 유의해야 한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이 하부 및 상부 자기 구조물(41a, 41b)을 각각 포함할 수 있는 제2 자기 구조물(41)은 모터 홀더(7)의 코너 영역(702)에 배열되고, 이는 모터 홀더의 2개의 만나는 측면 벽 섹션(700)에 의해 각각 형성된다. 따라서, 4개의 제2 자기 구조물은 대각선으로 대향하는 2쌍의 제2 자기 구조물(41)을 형성한다.
따라서, 대각선으로 대향하는 코일(31)을 작동시킴으로써, 이동가능 부분(6)/렌즈 성형 부분(11)은 축(A) 및/또는 축(A") 주위에서 틸팅될 수 있으며, 이 축(A', A")은 점선으로 표시되어 있다. 자기 구조물(41)(및 관련 코일(31))의 이러한 배열은 도 1 내지 도 7에 도시된 실시예에 사용된다.
그러나, 도 10에 도시된 바와 같이, 대안적인 구성이 또한 사용될 수 있으며, 여기서 각각의(제2) 자기 구조물(41)은 측면 벽 섹션(700) 상에 배치되어, 제2 자기 구조물(41)은 2쌍의 대향하는 자기 구조물(41)을 다시 형성한다. 또한, 여기에서 대향 코일(31)을 작동시킴으로써, 이동가능 부분(6)/렌즈 성형 부분(11)는 선(A) 및/또는 축(A") 주위에서 틸팅될 수 있다.
전술한 바와 같이, 이들 배열(즉, 도 9 및 도 10)은 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이 축방향(z)으로 이동가능 부분(6)의 축방향 이동을 구현하기 위해 상기 원주방향 제1 코일(30)에 의해 보충될 수 있다. 그러나, 동일한 방향으로 동시에 도 9 또는 도 10에 도시된 모든 코일에 전류를 인가함으로써 제1 코일(30) 없이 렌즈 성형 부분(11)의 축방향 이동이 달성될 수 있다(예를 들어, 독립적으로 전류를 모든 코일(31)에 전달하는 4개의 채널 드라이버를 사용하여). 그 후, 코일(31) 및 관련 자기 구조물(41)에 의해 발생된 모든 힘은 동일한 방향(축방향/광축(z)에 평행)을 향한다.
도 11은 원주방향 코일(30)과 함께 도 9에 도시된 자기 구조물(41)의 구성을 도시한다. 렌즈 형성 부분(11)의 틸팅 대신에 이미지 센서(9)가 횡방향으로 이동하는 경우(위 참조), 자기 구조물(41)은 단일 자석(41)일 수 있고, 그렇지 않으면 자기 구조물은 각각 상부 자석(41a) 및 하부 자석(41b)을 포함할 수 있다. 후자의 경우, 자기 구조물(41)은 렌즈 성형 부분(11)(AF)을 축방향으로 이동시키고 후자(OIS)를 틸팅하기 위해 관련 코일(31)과 함께 사용될 수 있다.
도 12는 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이 자기 구조물(40)의 배열을 도시한다. 이들 자기 구조물(40)은 각각 모터 홀더(7)의 측면 벽 섹션(700) 상에 배열되고 각각 단일 영구 자석(40)에 의해 형성될 수 있다. 축방향/광축(z)을 포함하는 평면에서, 자화는 축방향/광축(z)을 향한다(또는 대안적으로). 특히, 자화는 축방향/광축(z)에 수직으로 연장된다. 이미지 센서(9)가(렌즈 성형 부분(11)를 틸팅하지 않고) 횡방향으로 이동하는 경우, 추가의 자기 구조가 필요하지 않다.
도 13은 도 7에 도시된 바와 같은 자기 구조물(40, 41)의 배열을 도시한다. 여기서, 단일 영구 자석(40)일 수 있는 제1 자기 구조물(40)은 모터 홀더의 측면 벽 섹션(700)에 배열되는 반면에 제2 자기 구조물(41)은 모터 홀더(7)의 코너 영역(702)에 배열되고 각각 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이 하부 자석(41b)의 상부에 상부 자석(41a)을 포함할 수 있다.
도 14는 상부 자석(41a) 및 하부 자석(41b)을 포함하는 4개의 자기 구조물(41)을 갖는 광학 장치(1)의 경우 드라이버 회로(12)를 사용하여 코일(31)을 구동할 가능성을 도시한다. 각각의 자기 구조물(41)은 도 1 내지 도 7과 관련하여 설명된 바와 같이 관련 코일(31)과 향한다. 4 채널 드라이버의 관련 채널(C1, C2, C3 또는 C4)을 통해 각각의 코일(31)에 독립적으로 전류를 인가함으로써, 코일은 또한 이동가능 부분(6)/렌즈 성형 부분(11)(예를 들어, OIS)를 틸팅하고 이동가능 부분(6)/렌즈 성형 부분(1)을 축방향으로 이동시키도록 구성될 수 있다(예를 들어, AF의 경우).
대안적으로, 도 15는 예를 들어 광학 장치의 제1 코일(30) 및 제2 코일(31)을 제어하는데 사용될 수 있는 3개의 채널 드라이버(12)를 도시한다. 여기서, 상기 드라이버(12)는 제1 코일(30)에 전류를 인가하기 위한 제1 채널(C1), 대향하는 제2 코일(31, 31')에 전달된 전류가 동일한 크기를 가지만 반대 부호를 갖도록 2개의 대향하는 제2 코일(31, 31 ')에 전류를 인가하기 위한 제2 채널(C2), 및 다른 대향하는 제2 코얼(31, 31')에 전달된 전류가 동일한 크기를 갖지만 반대 부호를 갖도록 2개의 다른 대향하는 제2 코일(31, 31')에 전류를 인가하기 위한 제3 채널(C3)을 포함한다. 이에 따라 렌즈 성형 부분(11)을 축방향(z)으로 이동시켜서 동시에 이를 틸팅할 수 있다.
이동가능 부분(6)/렌즈 성형 부분(11)의 이동(즉, 축방향 이동 및/또는 틸팅)을 제어하기 위해, 폐쇄 루프 제어가 사용될 수 있다. 폐쇄 루프 제어를 위한 피드백 신호는 도 30 내지 도 33에 도시된 바와 같이 적어도 2개의 유도 측정 코일(61, 62)에 의해 제공될 수 있다.
도 30은 전술된 바와 같이 원주방향 제1 코일(30) 및 상부 및 하부 자석(41a, 41b)을 포함하는 4개의 제2 자기 구조물(41)을 갖는 광학 장치(1)의 사시도를 도시하며, 자기 구조물은 각각의 제2 코일(31)을 향한다. 코일(30, 31) 및 자기 구조물(41)의 이러한 구성에 관해, 도 31 내지 33은 제1 및 제2 유도 측정 코일(61, 62)을 배열하기 위한 상이한 가능성을 도시한다.
도 31에 따르면, 제1 유도 측정 코일(61)은 2개의 대향하는 제2 자기 구조물(41, 41') 아래로 연장될 수 있는 반면, 제2 유도 측정 코일(62)은 2개의 다른 대향하는 제2 자기 구조물(41, 41') 아래로 연장될 수 있다. 특히, 유도 측정 코일(61, 62)은 각각 축방향(z)에 수직으로 연장되는 평면에서 연장된다. 또한, 특히, 측정 코일(61, 62)은 각각의 대향하는 제2 자기 구조물(41, 41') 아래로 연장되는 플렉스 PCB에 통합될 수 있다.
대안으로, 도 32에 따르면, 제1 및 제2 유도 측정 코일(61, 62)은 축방향(z)에 평행하게 연장되는 평면에서 연관된 제2 자기 구조물(41) 주위에서 각각 연장될 수 있고, 상기 제2 자기 구조물(41)은 이동가능 요소의 원주방향에 대해 이웃한 제2 자기 구조물(41)이다.
대안적으로, 도 33에 따르면, 제1 유도 측정 코일(61)은 자기 구조물(41) 아래로 연장될 수 있는 반면, 제2 유도 측정 코일(61)은 이웃하는 자기 구조물(41) 아래로 연장될 수 있다. 여기서, 유도 측정 코일(61, 62)은 또한 축방향(z)에 수직으로 연장되는 평면에서 각각 연장된다. 또한, 특히, 유도 측정 코일(61, 62)은 각각의 제2 자기 구조물(41) 아래로 연장되는 플렉스 PCB에 통합될 수 있다.
또한, 광학 장치(1)를, 특히 기계적 충격으로부터 보호하기 위해, 광학 장치(1)는 렌즈 성형 부분(11)의 이동을 제한하기 위한 정지부를 포함할 수 있다. 도 36은 기계적 충격으로 인한 렌즈 성형 부의 이동을 나타내고, 도 37은 렌즈 성형 부분(11)의 틸팅 이동의 상황을 도시한다.
도 34 내지 도 35에 도시된 바와 같이, 멤브레인(10)은 벽 부재(3)의 하부 측면에 연결된 원주방향 경계 영역(10a)을 포함하고, 하부 측면은 렌즈 성형 부분(11)을 향하고, 여기서 복수의 변형가능 정지부(80)는 렌즈 성형 부분(11)의 장착 구조물(111)의 상부 측면(111d) 상에 배열되어 멤브레인(10)의 상기 경계 영역(10a)은 렌즈 성형 부분(11)이 용기(2)를 향하여 이동할 때 상기 스톱(80)과 접촉할 수 있다. 이는 멤브레인(10)의 경계 영역(10a)이 렌즈 성형 부분(11)의 장착 구조물(111)과 벽 부재(3) 사이에 압착되는 것을 보호한다. 특히, 변형가능 정지부(80)는 분배 시스템에 의해 자동으로 배치될 수 있는 글루의 범프일 수 있다.
또한, 도 39에 도시된 바와 같이, 상기 정지부(80)는 렌즈 성형 부분(11)의 주변 상에 배열된 정지부(81)에 의해 구현되는 상기 축방향(z)에 대해 수직으로 연장되는 평면에서 및 렌즈 배럴(50)의 상부 측면(50a)에 의해, 또한 정지부에 의해 축방향(z)을 따라 렌즈 성형 부분(11)의 이동을 구속하기 위하여 추가 정지부(50a, 81)에 대해 이용될 수 있다.
도 38은 도 39와 관련하여 다소 상이한 디자인을 도시하는데, 여기서 멤브레인의 경계 영역(10a)을 보호하기 위한 정지부(80)는 생략되고 렌즈 성형 부분(11)의 주변에서 정지부(81)에 의해 대체되며, 정지부(81)는 용기(2)를 향하여 축방향(z)으로 렌즈 성형 부분의 이동을 제한하도록 구성된다. 또한, 도 40은 멤브레인(10)에 대한 렌즈 성형 부분(11)의 상이한 상태를 나타낸다.
특히, "상태 1"은 렌즈 성형 부분(11)의 중립 상태를 나타내고(전류 오프), "상태 2"는 렌즈 성형 부분이 용기에 가장 가깝고 멤브레인(10)의 곡률 조절가능 영역(10c)이 완전히 볼록해지는(풀 자동 초점) 상태를 나타낸다. 또한, "상태 3"은 완전 자동 초점뿐만 아니라 렌즈 성형 부분(11)의 최대 경사 상태(a)를 특징으로 한다.
이에 관하여, 하기 파라미터가 도 40에 도시된다:
a : 자동 초점을 맞추기 위해 z 방향으로 필요한 최대 렌즈 셰이퍼 스트로크.
본 발명의 예에서, 초점력(25mm 초점 거리)의 3.0 mm 내지 40 디옵터의 명확한 개구 직경을 갖는 유체 렌즈를 포커싱하기 위해 a=0.08 mm를 갖는다.
a: 광학 이미지 안정화(최대 자동 초점에서)를 위해 x 또는 y 주위에서 최대 기계적 경사각.
본 발명의 예에서, 보상, 즉 1도 운동(OIS)을 보정하기 위해 a = 3도를 갖는다.
b : 최대 이미지 안정화 경사각으로부터 야기된 z-방향으로 최대 스트로크.
손떨림 보정 각도로 인한 z 방향의 최대 스트로크.
c : 용기(2)의 높이.
본 발명의 예에서, 초점력의 40 디옵터(25mm 초점 거리)에 포커싱되는 명확한 개구 직경(3.0mm)의 유체 렌즈에 대해 0.25mm 내지 0.30mm의 범위에 있다.
d : 렌즈 성형 부분(11)의 높이.
본 발명의 일 예에서, 초점력의 40 디옵터(25 mm 초점 거리)에 포커싱되는 명확한 개구 직경(3.0mm)을 갖는 액체 렌즈에 대해 c = 0.20 mm이다.
e : 렌즈 성형 링(112) 외부 반경과 용기 내부 반경 사이의 방사상 간극.
f : x 및 y 방향으로 장착 구조물 (111) 외부 반경과 기계적 정지 부 (81) 사이의 반사상 간극.
r : 용기 외부 반경.
본 발명의 일 예에서, r은 초점력의 40 디옵터(25mm 초점 거리)에 포커싱될 수 있는 명확한 개구 직경(3.0mm)을 갖는 유체 렌즈에 대해 6mm와 9.5mm 사이이다.
특히, 광학 장치(1)는 바람직하게는 상기 양에 관한 다음 관계를 따른다 :
■ d는 c보다 작다.
■ b는 r*tan(a)와 같다.
■ a+b가 d보다 작다.
■ f가 e보다 작다.
마지막으로, 도 41은 렌즈 배럴(50)의 제1 강성 렌즈(즉, 용기(2)에 가장 근접한 렌즈 배럴(50)의 최대 렌즈(51))를 형성하는 렌즈 배럴(50)의 하나 이상의 강성 렌즈(51)를 향하여 곡률 조절가능 영역(10c)이 최대로 볼록해지는 최대 편향 상태에서 본 발명에 따른 광학 장치(1)의 멤브레인(10)을 도시하고, 용기(2)는 바람직하게는 렌즈 배럴 (50)에 대해 미리배치되어 사전정해진 안전 간격(D)은 축방향(z)으로 제1 강성 렌즈(51) 및 멤브레인(10)의 곡률 조절가능 영역(10c) 사이에 제공된다.

Claims (46)

  1. 광학 장치(1)로서,
    -유체 렌즈를 형성하는 용기(2)를 포함하고, 용기(2)는 투명하고 탄성적으로 팽창가능한 멤브레인(10), 멤브레인(10)을 향하는 투명 광학 요소(20), 및 벽 부재(3)를 포함하고, 광학 요소(20)와 멤브레인(10)은 벽 부재(3)에 연결되고, 상기 용기(2)는 유체(F)로 충전된 체적(V)을 둘러싸며,
    -멤브레인(10)의 곡률 조절가능 영역(10c)을 형성하기 위해 상기 멤브레인(10)과 접촉하는 렌즈 성형 부분(11)을 포함하고, 이 영역(10c)은 광학 요소(20)를 향하며,
    -축방향(z)으로 연장되는 원주방향 렌즈 배럴(50)을 포함하고, 렌즈 배럴(50)은 렌즈 배럴(50)에 의해 유지되는 적어도 하나의 강성 렌즈(51)가 배열된 개구(50c)를 둘러싸며,
    -영역(10c)의 곡률 및 유체 렌즈(2)의 초점 길이를 조절하기 위하여 용기(2)에 대해 축방향(z)을 따라 렌즈 성형 부분(11)을 이동시키도록 설계된 보이스 코일 모터(5)를 포함하고, 보이스 코일 모터(5)는 이동가능 부분(6) 상에 배열된 적어도 하나의 코일(30) 및 모터 홀더(7) 상에 배열된 복수의 자기 구조물(40, 41)을 포함하며, 상기 이동가능 부분(6)은 스프링 구조물(8)을 통해 모터 홀더(7)에 이동가능하게 장착되어 상기 축방향(z)을 따라 이동할 수 있고, 렌즈 성형 부분(11)은 상기 이동가능 부분(6)에 장착되는 광학 장치(1).
  2. 제1항에 있어서, 스프링 구조물(8)은 이동가능 부분(6)의 상부 섹션(6c)에 부착되는 광학 장치(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스프링 구조물(8)은 복수의 자기 구조물에 의해 포함된 자기 구조물(41)을 통하여 모터 홀더(7)에 연결되는 광학 장치(1).
  4. 제3항에 있어서, 스프링 구조물(8)은 각각의 자기 구조물(41)의 상부 측면(41aa)에 연결되는 광학 장치(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 이동가능 부분(6)은 렌즈 배럴(50) 주위에서 연장되는 원주방향 부재인 광학 장치(1).
  6. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 용기(2)는 모터 홀더(7)에 장착되는 광학 장치(1).
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 용기(2)는 렌즈 배럴(50)에 장착되는 광학 장치(1).
  8. 제7항에 있어서, 렌즈 배럴(50)은 렌즈 배럴(50)의 상부 측면(50a)으로부터 돌출되는 돌출부(52)를 포함하고, 용기(2)는 상기 돌출부(52)에 부착되고 각각의 돌출부(52)는 렌즈 성형 부분(11)의 연계된 리세스(113)를 통하여 연장되는 광학 장치(1).
  9. 제8항에 있어서, 모터 홀더(7)는 원주방향 측면 벽을 형성하기 위해 서로 연결된 4개의 측면 벽 섹션(700)을 포함하고, 각각의 2개의 인접한 측면 벽 섹션(700)은 서로 만나고 모터 홀더(7)의 내측(7a) 상에 코너 영역(702)을 형성하는 광학 장치(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 광학 장치(1)는 축방향(z)으로 렌즈 배럴(50)을 향하는 이미지 센서(9)를 포함하는 광학 장치(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 코일은 이동가능 부분(6) 주위에서 연장되고 이동가능 부분(6)에 부착되는 원주방향 제1 코일(30)인 광학 장치(1).
  12. 제11항에 있어서, 복수의 자기 구조물은 원주방향 제1 코일(30)을 따라 배열되고 모터 홀더(7)에 부착된 4개의 제1 자기 구조물(40)을 포함하여 4개의 제1 자기 구조물(40)은 원주방향 제1 코일(30)을 향하는 광학 장치(1).
  13. 제9항 및 제12항에 있어서, 각각의 4개의 제1 자기 구조물(40)은 연계된 코너 영역(702) 내에 배열되거나 또는 각각의 4개의 제1 자기 구조물(40)은 연계된 측면 벽 섹션(700)의 내측(7a)에 배열되는 광학 장치(1).
  14. 제12항에 있어서, 복수의 자기 구조물은 원주방향 제1 코일(30)을 따라 배열되고 모터 홀더(7)에 부착된 4개의 제2 자기 구조물(41)을 포함하여 4개의 제2 자기 구조물(41)은 원주방향 제1 코일(30)을 향하는 광학 장치(1).
  15. 제9항 및 제14항에 있어서, 각각의 제1 자기 구조물(40)은 연계된 측면 벽 섹션(700)의 내측(7a) 상에 배열되고, 각각의 제2 자기 구조물(41)은 연계된 코너 영역(702) 내에 배열되는 광학 장치(1).
  16. 제10항 또는 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 광학 장치(1)는 축방향(z)에 대해 수직인 평면 내에서 이미지 센서(9)를 이동시키도록 설계되는 광학 장치(1).
  17. 제2항 및 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 보이스 코일 모터(5)는 4개의 제2 코일(41)을 포함하고, 제2 코일(41)은 이동가능 부분(6)의 하부 섹션(6d) 상에서 제1 코일(30) 아래에 배열되고, 하부 섹션(6d)은 상부 섹션(6c)에 연결되는 광학 장치(1).
  18. 제14항 및 제17항에 있어서, 상기 4개의 제2 자기 구조물(41)은 각각 상부 자석(41a) 및 하부 자석(41b)을 포함하고, 상부 자석(41a)은 하부 자석(41b)의 상부에 배열되고, 각각의 상부 자석(41a)은 연계된 제2 코일(31)의 상부 섹션(31a)을 향하고, 각각의 하부 자석(41b)은 연계된 제2 코일(31)의 하부 섹션(31b)을 향하는 광학 장치(1).
  19. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 코일은 보이스 코일 모터(5)에 의해 포함된 4개의 코일(31)들 중 하나의 코일이고, 4개의 코일(31)은 이동가능 부분(6) 상에 배열되는 광학 장치(1).
  20. 제19항에 있어서, 복수의 자기 구조물은 4개의 자기 구조물(41)에 의해 형성되고, 각각의 이들 자기 구조물(41)은 모터 홀더(7) 상에 배열되고, 각각의 상기 자기 구조물(41)은 상부 자석(41a) 및 하부 자석(41b)을 포함하고, 상부 자석(41a)은 하부 자석(41b)의 상부에 배열되고, 각각의 상부 자석(41a)은 연계된 코일(31)의 상부 섹션(31a)을 향하고, 각각의 하부 자석(41b)은 연계된 코일(31)의 하부 섹션(31b)을 향하는 광학 장치(1).
  21. 제1항 내지 제15항, 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 광학 장치(1)는 용기(2)를 통과하는 광을 편향시키기 위해 프리즘 내로 용기를 형성하도록 축방향(z)에 대해 렌즈 성형 부분(11)과 함께 이동가능 부분(6)을 틸팅하도록 구성되는 광학 장치(1).
  22. 제11항 및 제17항에 있어서, 광학 장치(1)는 제1 코일(30)과 제2 코일에 인가된 전류를 제어하기 위한 드라이버 회로(12)를 포함하고, 상기 드라이버 회로(12)는 제1 코일(30)에 전류를 인가하기 위한 제1 채널(C1), 대향하는 제2 코일(31, 31')에 전달된 전류가 동일한 크기를 갖지만 반대 부호를 갖도록 2개의 대향하는 제2 코일(31, 31')에 전류를 인가하기 위한 제2 채널(C2) 및 대향하는 제2 코일(31, 31')에 전달된 전류가 동일한 크기를 갖지만 반대 부호를 갖도록 2개의 다른 대향하는 제2 코일(31, 31')에 전류를 인가하기 위한 제3 채널(C3)을 포함하는 광학 장치(1).
  23. 제19항에 있어서, 광학 장치(1)는 상기 코일(31)에 인가된 전류를 제어하기 위한 드라이버 회로(12)를 포함하고, 상기 드라이버 회로(12)는 각각의 코일(31)에 전류를 인가하기 위한 4개의 채널(C1, C2, C3, C4)을 포함하는 광학 장치(1).
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 렌즈 성형 부분(11)은 렌즈 성형 부분(11)의 환형 장착 구조물(111)로부터 돌출되는 렌즈 성형 링(112)을 포함하고, 상기 장착 구조물(111)은 중심 개구(11))를 포함하고, 상기 중심 개구 주위에서 렌즈 성형 링(112)이 연장되는 광학 장치(1).
  25. 제8항 및 제24항에 있어서, 상기 장착 구조물(111)은 상기 리세스(113)를 포함하는 광학 장치(1).
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 장착 구조물(111)은 상기 중심 개구(11))를 구획하는 원주방향 에지(111b)를 포함하고, 상기 에지(111b)는 장착 구조물(111)의 제1 원주방향 표면(114a) 및 인접한 제2 원주방향 표면(114b)에 의해 형성되고, 상기 표면(114a, 114b)은 상기 에지(111b)를 형성하도록 만나고 각각의 이들 표면(114a, 114b)은 오목한 형상을 포함하는 광학 장치(1).
  27. 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 장착 구조물(111)은 멤브레인(10)을 보호하기 위해 멤브레인(10)의 환형 섹션(10b)을 덮고, 상기 환형 섹션(10b)은 멤브레인(10)의 상기 곡률 조절가능 영역(10c)을 덮는 광학 장치(1).
  28. 제24항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 장착 구조물(111)의 외부 에지 영역(111a)은 체결 영역(6e)이 이동가능 부분(6)의 내측(6b)으로부터 돌출되는 이동가능 부분(6)의 체결 영역(6e)에 부착되는 광학 장치(1).
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 벽 부재(3)와 광학 요소(20)는 서로 연결되는 개별 부분이거나 또는 벽 부재(3)는 광학 요소(20)와 일체로 형성되는 광학 장치(1).
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 벽 부재(3)는 원형 주변부(U), 정사각형 주변부(U), 육각형 주변부(U) 중 하나를 포함하는 광학 장치(1).
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 이동가능 부분(6)의 공간 위치를 측정하기 위하여 광학 장치(1)는 제1 및 제2 유도 측정 코일(61, 62)을 포함하는 광학 장치(1).
  32. 제14항 및 제31항에 있어서, 제1 및 제2 유도 측정 코일(61, 62)은 제2 자기 구조물(41) 주위에서 각각 연장되고, 제2 자기 구조물(41)은 이웃한 제2 자기 구조물(41)인 광학 장치(1).
  33. 제20항 및 제31항에 있어서, 제1 및 제2 유도 측정 코일(61, 62)은 자기 구조물(41) 주위에서 각각 연장되고, 상기 자기 구조물(41)은 이웃한 자기 구조물(61, 62)인 광학 장치(1).
  34. 제14항 및 제31항에 있어서, 제1 유도 측정 코일(61)은 2개의 대향하는 제2 자기 구조물(41, 41') 아래에서 연장되고 제2 유도 측정 코일(62)은 2개의 다른 대향 제2 자기 구조물(41, 41') 아래에서 연장되는 광학 장치(1).
  35. 제20항 및 제31항에 있어서, 제1 유도 측정 코일(61)은 2개의 대향하는 제2 자기 구조물(41, 41') 아래에서 연장되고 제2 유도 측정 코일(62)은 2개의 다른 대향 제2 자기 구조물(41, 41') 아래에서 연장되는 광학 장치(1).
  36. 제14항 및 제31항에 있어서, 제1 유도 측정 코일(61)은 제2 자기 구조물(41) 아래에서 연장되고 제2 유도 측정 코일(62)은 이웃한 제2 자기 구조물(41) 아래에서 연장되는 광학 장치(1).
  37. 제20항 및 제31항에 있어서, 제1 유도 측정 코일(61)은 자기 구조물(41) 아래에서 연장되고 제2 유도 측정 코일(62)은 이웃한 제2 자기 구조물(41) 아래에서 연장되는 광학 장치(1).
  38. 제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 멤브레인(10)은 100 μm 이하의 두께를 포함하고, 상기 두께는 2 μm 이상이고 및/또는 멤브레인(10)은 100% 이하의 프리-스트레인을 포함하고, 상기 프리-스트레인은 10% 내지 100%, 특히 30% 내지 100%, 특히 10% 내지 30%인 광학 장치(1).
  39. 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 멤브레인(10)은 벽 부재(3)의 하부 측면에 연결된 원주방향 경계 영역(10a)을 포함하고, 하부 측면은 렌즈 성형 부분(11)을 향하고, 복수의 변형가능 정지부(80)는 렌즈 성형 부분(11)의 장착 구조물(111)의 상부 측면(111d) 상에 배열되고, 멤브레인(10)의 상기 경계 영역(10a)은 렌즈 성형 부분(11)이 멤브레인(10)의 경계 영역(10a)을 보호하기 위해 용기(2)를 향하여 이동할 때 상기 정지부(80)와 접촉할 수 있는 광학 장치(1).
  40. 제1항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 광학 장치(1)는 축방향(z)에 수직으로 연장되는 평면 내에서 및 축방향(z)을 따라 이동가능 부분(6) 및/또는 렌즈 성형 부분(11)의 이동을 구속하기 위해 복수의 정지부(80, 81, 50a)를 포함하는 광학 장치(1).
  41. 제1항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 광학 장치(1)는 축방향(z)에 수직으로 연장되는 평면 내에서 및 용기(2)를 향하여 축방향(z)을 따라 렌즈 성형 부분(11)의 이동을 구속하기 위해 장착 구조물(111)의 주변에 정지부(80, 81)를 포함하는 광학 장치(1).
  42. 제1항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 렌즈 배럴(50)의 상부 측면(50a)은 용기(2)를 향하고, 렌즈 성형 부분(11)은 용기(2)로부터 이격되는 축방향(z)을 따라 렌즈 성형 부분(11)의 이동을 구속하기 위해 정지부를 형성하는 광학 장치(1).
  43. 제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 멤브레인(10)은 곡률 조절가능 영역(10c)이 렌즈 배럴(50)의 제1 강성 렌즈(51)를 형성하는 렌즈 배럴(50)의 하나 이상의 강성 렌즈(51)를 향하여 최대로 볼록해지는 최대 편향 상태를 포함하고, 용기(2)는 미리정해진 안전 간격(D)이 축방향(z)으로 제1 강성 렌즈(51)와 멤브레인(10)의 곡률 조절가능 영역(10c) 사이에 제공되도록 렌즈 배럴(50)에 대해 배열되는 광학 장치(1).
  44. 제10항 또는 제11항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 이미지 센서(9)는 원주방향 측벽(91)을 포함하는 이미지 센서 캐리어(90)에 장착되고, 측벽(91)은 렌즈 배럴(50)의 단부 섹션의 외부 나사산(53)과 결합되는 내부 나사산(92)을 포함하여 축방향(z)으로 렌즈 배럴(50)과 이미지 센서(90) 사이의 거리가 조절될 수 있는 광학 장치(1).
  45. 제1항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 광학 요소(20)는 광학 요소(20)의 내부 표면(20b) 상에 반사방지 코팅 및/또는 광학 요소(20)의 외부 표면(20a) 상에 반사방지 코팅을 포함하고, 내부 표면(20b)은 유체(F)를 향하는 광학 장치(1).
  46. 제1항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 광학 요소(20)는 광학 요소(20)의 내부 표면(20b) 상에 코팅 및/또는 광학 요소(20)의 외부 표면(20a) 상에 코팅을 포함하고, 내부 표면(20b)은 유체(F)를 향하고 각각의 코팅은 적외선광을 반사하도록 구성되는 광학 장치(1).
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