KR20220122131A - 드론용 카메라 렌즈액튜에이터 - Google Patents

드론용 카메라 렌즈액튜에이터 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 드론용 카메라 렌즈 액튜에이터는 관통공이 형성된 홀더부재와, 상기 홀더부재에 설치되는 복수개의 고정핀에 의해 슬라이딩 가능하게 지지되며 카메라용렌즈가 설치되는 판상의 렌즈블레이드와,
상기 렌즈블레이드의 하부에 배열되어 렌즈블레이드를 홀더부재에 대해 전진 또는 틸팅시킴으로써 카메라용렌즈를 전, 후진 또는 틸팅시키기 위한 구동부와,
상기 카메라용렌즈와 상기 관통공을 통하여 대응되돌고 설치되는 CCD카메라모듈을 구비한다.

Description

드론용 카메라 렌즈액튜에이터{Lens actuator for cameras used in drones}
본 발명은 드론용 카메라 렌즈 액튜에이터에 관한 것으로, 더 상세하게는 구조가 간단하며 저전력으로 카메라 렌즈를 전,후진 또는 틸팅시킬 수 있는 유전탄성체인 이온성 고분자를 이용한 드론용 카메라 렌즈 액튜에이터에 관한 것이다.
일반적으로 드론은 인간이 탑승하지 않고 원격 작동에 의하여 비행하는 무인비행체로서 최근에는 프로펠러가 장착된 형태의 것을 드론(drone)이라고 칭하고 있다.
이러한 드론이 개발된 초기의 용도는 공군기나 고사포, 미사일의 연습사격에 적기를 대신하여 표적 대상물로 사용되는 등 군사용도로 사용되었으며, 무선기술의 발달과 더불어 정찰기의 용도되었다.
드론은 다양한 상업분야에서 활용되면서 새로운 드론의 수요시장이 성장하고 있으며, 더불어 드론에 탑재된 카메라 모듈 시장이 급성장세를 나타내고 있다. 드론용 카메라의 경우, 고공에서 촬영되는 특수성으로 카메라모듈의 부속품을 줄인 경량화 및 소형화기술이 요구된다.
드론용 카메라모듈의 소형화 및 경량화를 위해서는 스텝모터, VCM(VoiceCoil Motor), 압전모터 및 형상 기억 함금과 같은 카메라에 사용되는 자동초점조절 액튜에이터(AF, AutoFocus) 간소화가 요구된다.
카메라의 자동초점조절을 위한 VCM 방식은 대량생산, 위치센서 불필요 및 회로 구성이 단순하여 가장 많이 적용되나 홀드 포지션(hold position) 상태에서의 전류 소모가 크다는 단점이 있으며, 낮은 생산 비용과 작은 전류 소모 특성을 지닌 엑튜에이터가 요구된다.
한편, 소형 로봇 등의 소형 휴대 장치에 적용되는 액튜에이터(actuator)는 사용된 재료의 특성에 따라 분류할 수 있다. 대표적인 소형 구동기(actuator)의 재료는 SMA(Shape Memory Alloy, 형상기억합금), EAC(Electro-Active Ceramics, 전기활성 세라믹), 및 EAP(ElectroActive Polymer, 전기활성 폴리머)가 있다.
전기활성 고분자(EAP)는 빠른 응답속도, 큰 작동변위, 구동 시 낮은 전력 소모량 등의 장점 뿐만 아니라 고분자 소재가 가지는 우수한 가공성으로 인한 경량화, 박막화, 소형화 등의 장점이 있다.
전기활성 고분자는 작동방식에 따라 외부전압 인가 시, 이온의 이동과 확산에 의해 고분자가 수축-팽창 변형을 일으키는 이온성 전기활성고분자(ionic EAP)와 전자 분극(polarization) 현상에 의하여 변형이 일어나는 전자성 전기활성고분자(electronic EAP)로 구분된다. 상기 이온성 전기활성 고분자로는 전기유변유체(electrorheological fluids, ERP), 탄소나노튜브(carbon nanotubes, CNT), 전도성 고분자(conductingpolymers, CP), 이온성 고분자-금속 복합체(ionic polymer-metal composites, IPMC), 고분자겔(ionic polymergels, IPG) 등이 있으며 큰 작동력, 빠른 응답속도, 낮은 인가전압 등의 다양한 장점을 가지고 있다.
한편, 카메라가 설치된 드론이 대한민국 공개특허 제10-2017-0059893호가 개시되어 있으며, 대한민국 공개특허 제 10-2018-0065439호에는 드론용 초수형 영상카메라 모듈이 개시되어 있다.
또한 대한민국 공개특허 제 2021-011269호에는 렌즈 어셈블리 구동장치 및 이를 포함하는 카메라 모듈이 게시되어 있으며, 대한민국 공개특허 제 2020- 0015051호에는 렌즈구동창치 및 이를 포함하는 카메라모듈이 게시되어 있다.
상술한 바와 같은 레즈 구동장치는 구조가 상대적으로 복잡하고 소형화 및 경량화가 어렵고 나아가서는 드론에 장착 시 중량을 줄이는데 한계가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2017-0059893호 대한민국 공개특허 제 10-2018-0065439호 대한민국 공개특허 제 2021-011269호 대한민국 공개특허 제 2020-0015051호
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소음의 발생이 없고, 저전압, 저전력으로의 구동과 경량화가 가능한 드론용 카메라 렌즈 액튜에이터를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 카메라 렌즈의 구동을 위한 액튜에이터의 경량화로 인하여 드론의 소형화가 가능하며, 영상의 촬영 시 흔들림을 최소화 할 수 있는 드론용 카메라 렌즈 액튜에이터를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 드론용 카메라 렌즈 액튜에이터는 관통공이 형성된 홀더부재와, 상기 홀더부재에 설치되는 복수개의 고정핀에 의해 슬라이딩 가능하게 지지되며 카메라렌즈가 설치되는 판상의 렌즈블레이드와,
상기 렌즈블레이드의 하부에 배열되어 렌즈블레이드를 홀더부재에 대해 전진 또는 틸팅시킴으로써 카메라렌즈를 전, 후진 또는 틸팅시키기 위한 구동부와, 상기 카메라 렌즈와 상기 관통공을 통하여 대응되도록 설치되는 CCD카메라모듈을 구비한 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 구동부는 상기 카메라렌즈가 지지되는 렌즈블레이드의 하면과 상기 홀더부재를 이루는 하부홀더의 상면에 고정부에 의해 일측이 지지되는 이온성 고분자-금속 복합체(ionic polymer-metal composites, IPMC)패드들과, 상기 이온성 고분자-금속 복합체 패드들의 상, 하부에 각각 설치되는 상부금속전극과 하부금속전극을 구비한다.
그리고 상기 구동부는 상기 카메라렌즈가 설치되는 렌즈블레이드에 하면과 상기 홀더부재를 이루는 하부홀더의 상면 사이에 일측의 모서리부가 삽입되며 네방향으로 설치되는 네 개의 사각형상의 이온성 고분자-금속 복합체패드와, 상기 이온성 고분자-금속 복합체패드의 타측을 홀더부재에 의해 고정하기 위한 고정부와,
상기 이온성 고분자-금속 복합체 패드들의 상, 하부에 각각 설치되는 상부금속전극과 하부금속전극을 구비한다.
또한 상기 구동부는 상기 상부금속전극과 하부금속적은 각각의 사각형상의 이온성 고분자-금속 복합체패드들에 독립적으로 구동전압을 인가될 수 있다.
그리고 상기 고정부는 렌즈블레이드의 하면으로부터 노출된 사각형 형상의 이온성 고분자-금속 복합체패드를 지지하는 삼각형상의 고정패드들과, 상기 하부홀더와 결합되어 가압홀더를 고정하기 위한 상부홀더를 구비한다.
상기 이온성 고분자-금속 복합체 패드는 나피온(nafion)필름의 표면에 백금코팅하여 제작된다.
본 발명에 따른 드론용 카메라 렌즈 액튜에이터는 소형 및 경량화가 가능하고, 구동 시 소음이 발생하지 않으며, 저전압 저전력으로 구동이 가능한다. 또한 액튜에이터는 카메라의 경량화를 가능하게 하므로 드론의 소형화가 가능하고, 드론의 체공시간을 늘릴 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 드론용 카메라 렌즈 액튜에이터의 일부절제 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 드론용 카메라 렌즈 액튜에이터의 분리 사시도,
도 3은 구동부를 발췌하여 도시한 사시도,
도 4는 구동부의 다른 실시예를 나타내 보인 사시도.
도 5는 구동기의 작동상태를 나타내 보인 단면도.
본 발명에 따른 드론용 카메라 렌즈 액튜에이터의 일 실시예를 도 1 내지 도 5에 나타내 보였다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 드론용 카메라 렌즈 액튜에이터(10)는 상하방향으로 관통공(21)이 형성되며 내부공간을 가지는 홀더부재(20)와, 상기 홀더부재(20)에 설치되는 복수개의 고정핀(27)들에 의해 상기 내부공간에 상기 관통공(21)의 축방향으로 고정핀(31)을 따라 슬라이딩 가능하게 지지되며 카메라렌즈(100)가 설치되는 판상의 렌즈블레이드(30)를 구비한다. 상기 렌즈블레이드(30)의 하부에 배열되어 렌즈블레이드(30)을 고정핀(31)을 따라 전, 후진 또는 틸팅시킴으로써 카메라렌즈를 전, 후진 또는 틸팅시키기 위한 구동부(40)를 구비한다. 카메라렌즈와 상기 관통공(21)을 통하여 대응측에는 CCD카메라모듈(200)이 설치된다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 드론용 카메라 렌즈액튜에이터를 구성요소별로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 드론용 카메라 렌즈 액튜에이터(10)를 구성하는 홀더부재(10)은 상하방향으로 관통공(21)(21)이 각각 형성된 상,하부홀더부재(25)(26)로 구성되는데, 상, 하부홀더부재(25)(26)의 상호 대향되는 내부에는 상기 렌즈블레이드(30)와 구동부(40)가 설치되는 내부공간(23)이 형성된다. 상기 상,하부홀더부재(25)(26)에 의해 형성되는 홀더부재(20)내의 내부공간(23)은 상,하부홀더부재(25)(26)의 대향되는 면이 상호 인입되어 형성될 수 있다. 그리고 도면에는 도시되어 있지 않으나 상기 상,하부홀더부재(25)(26)은 상호 결합된 상태를 유지할 수 있도록 별도의 결합수단이 더 구비될 수 있으며, 하부홀더의 하부에는 고정을 위한부재들이 설치될 수 있다.
상기 렌즈블레이드(30)는 탄력성을 가지는 본체부(31)와, 상기 본체부(31)에는 이의 외주면으로부터 방사상으로 설치되는 복수개의 지지부(32)가 설치되는데, 이 지지부(32)에는 가이드공(33)이 형성된다. 상기 가이드공(33)은 상기 홀더부재(20)에 지지되어 내부공간을 관통하는 고정핀(27)과 결합된다. 따라서 상기 렌즈블레이드(30)은 내부공간(23)의 내부에서 고정핀(27)를 따라 전부방향으로 슬라이딩 된다. 상기 본체부(31)의 외주면에 형성된 지지부(42)은 등간격으로 4개가 설치될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
그리고 상기 렌즈블레이드(30)에 설치되는 카메라용 렌즈는 음의 파워를 가지는렌즈와 또는 양의 파워를 가진렌즈 또는 이들의 결합된 복합렌즈로 이루어질 수 있다.
상기 구동부(40)는 내부공간(23)에 설치되어 상기 고정핀(27)에 가이드되며 카메라렌즈(100)가 설치된 렌즈블레이드(30)를 전, 후진시키기 위한 것으로, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 내부공간(23)을 형성하는 하부홀더(25)에 지지되며, 일부가 상기 렌즈블레이드(30)의 하면과 하부홀더(26)의 상면사이에 위치되는 이온성 고분자-금속 복합체(ionic polymer-metal composites, IPMC)패드(41)(42)(43)(44)들이 구비되고, 이 이온성 고분자-금속 복합체패드(41-44)들은 별도의 고정부(50)에 의해 고정된다.
상기 이온성 고분자-금속 복합체패드(41-44)들의 상하부에는 양금과 음극의 상부금속전극(45)과 하부금속전극(46)이 각각 설치된다. 상기 상부금속전극(45)와 하부금속전극(46)은 각각의 이온성 고분자-금속 복합체패드(41-44)들을 직열로 연결하여 구동전압에 따라 네 개의 상기 이온성 고분자-금속 복합체패드(41-44)들이 동시에 구동된다.
그러나 이에 한정되지 않고, 도 3에 도시된 바와 같이 4개의 이온성 고분자-금속 복합체패드(41-44)들에 독립적으로 전원을 공급할 수 있도록 각각의 상하금속전극(47)(48)들이 설치될 수 있다.
한편, 상기 이온성 고분자-금속 복합체패드(41-44)들은 각각 나피온(nafion)필름의 표면에 백금코팅하여 제작한 것으로, 15 X 15 내지 20 X 20의 크기로 제작함이 바람직하다. 그리고 두께는 0 내지 5v의 전압의 인가 시 0 내지 7mm 까지 구동이 가능한 두께로 함이 바람직하다.
상기 고정부(50)은 상기 상하부홀더(25)(26)에 의해 형성된 내부공간(23)에 설치된 4개의 이온성 고분자-금속 복합체패드(41-44)들을 각각 지지하기 위한 것으로, 상기 렌즈블레이드(30)의 하면에 삽입되지 않고 노출된 4개의 이온성 고분자-금속 복합체패드(41-44)들을 각각 지지하는 고정패드(51)를 포함한다. 상기 고정패드(51)은 상기 이온성 고분자-금속 복합체패드(41-44)들이 사각형의 형상으로 형성되고, 일측의 모서리부가 상기 렌즈블레이드(30)의 하면으로 삽입되어 이외의 영역을 가압할 수 있도록 삼각형의 형상으로 형성된다. 상기 고정패드(51)는 도 4에 도시된 바와 같이 하부홀더(26)과 결합되는 상부홀더(25)의 하면과 밀착되어 가압됨으로써 고정된다.
그러나 상기 고정부(50)는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 상기 4개의 이온성 고분자-금속 복합체패드(41-44)들을 홀더부재(20)에 대해 위치 고정할 수 있는 구조이면 가능하다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 드론용 카메라 렌즈액튜에이터의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 드론용 카메라 렌즈액튜에이터는 드론에 설치되는 CCD카메라모듈(200)의 전면에 설치되어 포커싱 또는 줌밍을 위한 것으로, 상기 상부금속전극(46)와 하부금속전극(46)에 소정의 전압을 인가하면, 네 개의 이온성 고분자-금속 복합체패드(41-44)들은 이온성 고분자 막 내부의 양이온 이동에 따라 양이온이 이동하는 쪽의 부피가 팽창하여 양이온 이동 방향의 반대쪽으로 구부러지게 되고, 이러한 막의 특성에 기인하여 전기장 내에서 막의 변형이 일어나게 된다.
이러한 상기 이온성 고분자-금속 복합체패드(41-44)들의 변형력에 의해 고정핀(27)에 지지된 렌즈블레이드(30)는 도 5에 도시된 바와 같이 고정핀(27)에 가이드되어 전면측으로 이동하게 된다.
이러한 작용으로 상기 상하부금속전극(45)(46)에 공급되는 전압을 공급하여 상기 렌즈블레이드(30)를 CCD카메라 모듈에 대해 카메라렌즈(100)를 전, 후진시킬 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 네 개의 상기 이온성 고분자-금속 복합체패드(41-44)들에 독립적으로 전압을 공급할 수 있는 상하부금속전극(46)(47)들을 구비한 경우, 독립적으로 상기 이온성 고분자-금속 복합체패드(41-44)들을 선택적으로 구동시킬 수 있으므로 고정핀(27)에 지지된 렌즈블레이드(30)들을 임의의 방방향으로 틸팅 시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 드론용 카메라 렌즈 액튜에이터는 경량화 및 소형화가 가능하고, 소음의 발생이 없으며, 저전압 저전력을 구동이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 관통공이 형성된 홀더부재와, 상기 홀더부재에 설치되는 복수개의 고정핀에 의해 슬라이딩 가능하게 지지되며 카메라용렌즈가 설치되는 판상의 렌즈블레이드와,
    상기 렌즈블레이드의 하부에 배열되어 렌즈블레이드를 홀더부재에 대해 전진 또는 틸팅시킴으로써 카메라용렌즈를 전, 후진 또는 틸팅시키기 위한 구동부와,
    상기 카메라용렌즈와 상기 관통공을 통하여 대응되돌고 설치되는 CCD카메라모듈을 구비한 것을 특징으로 하는 드론용 카메라 렌즈 액튜에이터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 카메라렌즈가 지지되는 렌즈블레이드의 하면과 상기 홀더부재를 이루는 하부홀더의 상면에 고정부에 의해 일측이 지지되는 이온성 고분자-금속 복합체(ionic polymer-metal composites, IPMC)패드들과, 상기 이온성 고분자-금속 복합체 패드들의 상, 하부에 각각 설치되는 상부금속전극과 하부금속전극을 구비한 것을 특징으로 하는 드론용 카메라 렌즈 액튜에이터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 카메라렌즈가 설치되는 렌즈블레이드에 하면과 상기 홀더부재를 이루는 하부홀더의 상면 사이에 일측의 모서리부가 삽입되며 네방향으로 설치되는 네 개의 사각형상의 이온성 고분자-금속 복합체패드와, 상기 이온성 고분자-금속 복합체패드의 타측을 홀더부재에 의해 고정하기 위한 고정부와,
    상기 이온성 고분자-금속 복합체 패드들의 상, 하부에 각각 설치되는 상부금속전극과 하부금속전극들을 구비한 것을 특징으로 하는 드론용 카메라 렌즈 액튜에이터.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 상부금속전극과 하부금속적은 각각의 사각형상의 이온성 고분자-금속 복합체패드들에 독립적으로 구동전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 드론용 카메라 렌즈 액튜에이터.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 고정부는 렌브블레이드의 하면으로부터 노출된 사각형 형상의 이온성 고분자-금속 복합체패드를 지지하는 삼각형상의 고정패드들과, 상기 하부홀더와 결합되어 가압홀더를 고정하기 위한 상부홀더를 구비한 것을 특징으로 하는 드론용 카메라 렌즈 액튜에이터
  6. 제 1항 내지 제 5항에 있어서,
    상기 이온성 고분자-금속 복합체 패드는 나피온(nafion)필름의 표면에 백금코팅하여 제작한 것으로, 15 X 15 내지 20 X 20의 크기로 이루어진 것을 특징으로 하는 드론용 카메라 렌즈액튜에이터.
  7. 제 1항 내지 제 5항에 있어서,
    상기 이온성 고분자-금속 복합체 패드의 구동전압은 0 내지 5v인 것을 특징으로 하는 드론용 카메라 렌즈액튜에이터.

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