KR20070117203A - 렌즈 이송장치 - Google Patents

Abstract

렌즈 이송장치를 제공한다.

본 발명은 적어도 하나의 안내핀이 구비되는 상부 케이스; 상기 안내핀에 조립되는 렌즈 배럴; 상기 렌즈 배럴에 접하는 출력부재를 몸체부 선단에 갖추어 전원인가시 신축 및 굴곡변형되어 상기 렌즈 배럴을 이송시키는 외력을 제공하는 엑츄에이터; 상기 엑츄에이터를 상기 렌즈 배럴측으로 가압하여 상기 출력부재와 렌즈 배럴간의 접촉상태를 유지하는 적어도 하나의 예압부재 ; 및 상기 상부 케이스의 하부단과 조립되고 이미지 센서가 배치되는 하부베이스; 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, 조립불량시 폐기처리하는 부품수를 줄여 제조원가를 절감할 수 있다.

상부 케이스, 렌즈배럴, 엑츄에이터, 압전체, 예압부재, 하부 베이스

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 분해 사시도이다.

도 6(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)는 본 발명에 따른 렌즈 이송장치의 조립 순서도이다.

도 7은 본 발명에 따른 렌즈 이송장치에 구비되는 엑츄에이터와 연장부간의 접촉상태를 도시한 상세도이다.

도 8(a)(b)은 본 발명에 따른 렌즈 이송장치에 구비되는 베어링부재를 도시한 사시도와 단면도이다.

도 9는 본 발명에 따른 렌즈 이송장치에 채용되는 엑츄에이터를 도시한 것으로,

(a)는 압전체가 길이방향으로 신축변형된 상태도,

(b)는 압전체가 높이방향으로 굴곡변형된 상태도,

(c)는 압전체의 신축변형과 굴곡변형이 합성된 정면도이다.

도 10(a)(b)는 본 발명에 따른 렌즈 이송장치에 채용되는 엑츄에이터의 내, 외부 전극 및 이에 따른 진동 모드를 도시한 개념도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 렌즈 이송장치 110 : 상부 케이스

112 : 안내핀 113 : 핀홀더

120 : 렌즈 배럴 121 : 렌즈 수용부

122 : 연장부 123 : 안내공

129 : 반사부 130 : 엑츄에이터

131 : 출력부재 132 : 몸체부

134 : 수직리브 135 : 피마찰부재

140 : 예압부재 141 : 자유단

142 : 고정단 143 : 엠보싱부

150 : 하부 베이스 161 : 베어링부재

170 : 이미지 센서 190 : 위치센서

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 있으며, 조립불량시 폐기처리되는 부품수를 줄여 제조원가를 절감할 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 렌즈군(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. 이 때, 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 때문에 구동회로가 복잡해진다는 문제점이 있다.

이에 따라, 작은 체적 내에 장착이 가능하고, 이송의 분해능이 높아 정밀한 제어가 가능하며, 작은 구동력으로 작동되면서도 충분한 이송변위를 얻기 위해서, 렌즈를 갖는 렌즈홀더와, 이를 안내하는 안내핀을 구비하는 하우징 및 상기 하우 징에 일단이 고정되고 상기 렌즈홀더에 타단이 접하여 전원인가시 압전변형에 의해서 상기 렌즈홀더를 외력을 발생시키는 구동수단을 포함하는 렌즈이송장치가 대한민국 특허공개 2005-109647호(2005.11.24 공개)에 개시되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 렌즈이송장치는 조립구조상 렌즈홀더가 조립되는 안내핀과 압전구동력을 제공하는 구동수단이 하우징에 구비되기 때문에, 하우징의 하부면에 부착되는 이미지 센서와 안내핀간의 간섭을 고려하여 설계해야만 하고, 이로 인하여 장치의 크기를 소형화하는데 한계가 있었다.

또한, 상기 하우징의 상부면에 안내핀, 렌즈홀더 및 구동수단을 조립하고, 상기 하우징의 하부면에 이미지 센서를 조립완료한 상태에서 상기 이미지 센서의 화상검사시 이물이 발생되는 경우, 상기 하우징에 조립되는 모든 부품을 모두 폐기 처분해야만 하고, 이로 인하여 제조원가를 상승시키는 주요 원인으로 작용하였다.

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 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 조립불량시 폐기처리하는 부품수를 줄여 제조원가 를 절감할 수 있는 렌즈 이송장치를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로써 본 발명은, 적어도 하나의 안내핀이 구비되는 상부 케이스; 상기 안내핀에 조립되는 렌즈 배럴; 상기 렌즈 배럴에 접하는 출력부재를 몸체부 선단에 갖추어 전원인가시 신축 및 굴곡변형되어 상기 렌즈 배럴을 이송시키는 외력을 제공하는 엑츄에이터; 상기 엑츄에이터를 상기 렌즈 배럴측으로 가압하여 상기 출력부재와 렌즈 배럴간의 접촉상태를 유지하는 적어도 하나의 예압부재 ; 및 상기 상부 케이스의 하부단과 조립되고 이미지 센서가 배치되는 하부베이스; 를 포함하는 렌즈이송장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 상부 케이스는 상부면에 위치센서가 구비되는 센서 고정부를 구비하고, 상기 렌즈 배럴의 일측면에는 상기 위치센서에 의해서 감지되는 반사부를 구비한다.

보다 바람직하게, 상기 위치센서와 반사부는 동일한 수직축상에 배치된다.

바람직하게, 상기 상부 케이스는 외부면에 상기 엑츄에이터의 작동시 발생되는 유해 전자파의 외부방사를 방지하는 쉴드캔을 구비한다.

바람직하게, 상기 렌즈 배럴은 적어도 하나의 렌즈가 배치되는 렌즈 수용부와, 그 외부면으로부터 외측으로 연장되어 출력부재와 접촉하는 연장부를 구비한다.

보다 바람직하게, 상기 연장부와 상기 상부 케이스사이에는 적어도 하나의 베어링부재를 구비하고, 상기 베어링부재는 상기 연장부의 안내면에 형성된 안내홈과 상기 상부 케이스의 내부면에 형성된 안내돌기사이에 배치된다.

보다 바람직하게, 상기 연장부는 상기 출력부재와 접촉하여 마찰력을 발생시키는 피마찰부재가 배치되도록 고정홈을 형성한 수직면과, 베어링부재가 배치되도록 안내홈을 형성한 안내면을 각각 구비한다.

보다 바람직하게, 상기 렌즈 수용부와 연장부사이에는 상기 안내핀이 조립되는 안내공을 구비한다.

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

바람직하게, 상기 엑츄에이터는 상기 상부 케이스의 하부면으로부터 연장되고, 한쌍으로 구비되는 적어도 하나의 수직리브에 몸체부가 끼워져 조립된다.

바람직하게, 상기 엑츄에이터는 상기 하부 베이스의 상부면으로부터 연장되고, 한쌍으로 구비되는 적어도 하나의 수직리브에 몸체부가 끼워져 조립된다.

바람직하게, 상기 예압부재는 상기 몸체부의 후단에 일측 자유단이 접하고, 상기 상부 케이스에 타측 고정단이 고정되어 상기 엑츄에이터를 연장부측으로 탄력지지하는 판스프링으로 구비된다.

바람직하게, 상기 예압부재는 상기 몸체부의 후단에 일측 자유단이 접하고, 상기 하부 베이스에 타측 고정단이 고정되어 상기 엑츄에이터를 연장부측으로 탄력 지지하는 판스프링으로 구비된다.

보다 바람직하게, 상기 예압부재는 자유단에 상기 몸체부 후단과 점접촉되는 엠보싱부를 구비한다.

보다 바람직하게, 상기 예압부재는 고정단이 상기 렌즈 배럴측으로 절곡된다.

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 분해 사시도이며, 도 6(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)는 본 발명에 따른 렌즈 이송장치의 조립 순서도이다.

본 발명에 따른 렌즈 이송장치(100)는 도 4와 5에 도시한 바와 같이, 구성부품의 배치를 보다 최적화하여 전체크기를 줄일 수 있고, 조립불량시 불가피하게 폐기처리해야만 하는 부품수를 줄일 수 있는 것으로, 이는 상부 케이스(110), 렌즈 배럴(120), 엑츄에이터(130), 예압부재(140) 및 하부 베이스(150)를 포함하여 구성된다.

상기 상부 케이스(110)는 상부면 중앙영역에 일정크기의 개구부(111)를 관통형성하고 하부로 개방된 직육면체상의 박스 구조물로 구성된다.

이러한 상부 케이스(110)에는 상기 렌즈 배럴(120)을 광축방향으로 안내이송 할 수 있도록 적어도 하나의 안내핀(112)을 구비하는바, 상기 안내핀(112)의 상단은 상기 상부 케이스(110)의 내부면에 형성된 핀홀더(113)에 끼워져 위치고정되는 반면에 하부단은 자유단으로 구비된다.

상기 렌즈 배럴(120)은 렌즈 수용부(121)와 연장부(122)로 이루어지는 사출 성형물이고, 상기 렌즈 수용부(121)는 적어도 하나의 렌즈(L)가 광축을 따라 배열되도록 일정크기의 내부공간을 갖는 중공원통형 수용체이다.

상기 연장부(122)는 상기 렌즈 수용부(121)의 외부면으로부터 상기 엑츄에이터(130)의 출력부재(131)와 접촉하도록 상기 출력부재(131)측으로 일정길이 연장되는 구조물이다.

이러한 연장부(122)는 상기 출력부재(131)와 접촉하여 마찰력을 발생시키는 피마찰부재(135)가 배치되도록 고정홈을 형성한 수직면(122a)과, 베어링부재(161)가 배치되도록 안내홈을 형성한 안내면(122b)을 각각 구비한다.

상기 렌즈 수용부(121)와 연장부(122)간 경계영역에는 상기 상부 케이스(110)에 상단이 고정된 안내핀(112)과 결합되는 안내공(123)을 관통형성한다.

여기서, 상기 수직면(122a)은 상기 엑츄에이터(130)의 출력부재(131)와 마주하는 연장부(122)의 일측면에 구비되고, 상기 안내면(122b)은 정반대편인 상기 연장부(122)의 타측면에 구비된다.

한편, 상기 렌즈 배럴(120)의 연장부(122)는 상기 렌즈 배럴(120)의 사출성형시 렌즈 수용부(121)와 일체로 구비될 수도 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 사출성형성되는 중공원통형상의 렌즈 수용부(121)와 조립되어 결합되는 구조를 갖도록 별도로 사출성형될 수도 있다.

상기 상부 케이스(110)의 개구부(111)와 대응하는 렌즈 수용부(121)의 상부면에는 렌즈(L)의 광축과 중심이 서로 일치하는 입사공을 소정크기로 관통형성한다.

상기 엑츄에이터(130)는 출력부재(131)와 이를 선단에 구비하는 몸체부(132)로 이루어지는 직육면체상의 압전 초음파 모터(piezoelectric utlasonic motor)이다.

상기 출력부재(131)는 상기 렌즈 배럴(120)로부터 연장된 연장부(122)의 일측이 수직면(122a)과 마주하여 이에 구비되는 피마찰부재(135)과 접하여 마찰력을 유발시킬 수 있도록 몸체부(132)의 선단에 구비된다.

이러한 출력부재(131)는 내마모성이 우수하고 마찰계수가 비교적 큰 세라믹 또는 금속소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 형상은 예시한 바와 같이 원통형에 한정되는 것은 아니며 반원형, 육면체형 등 상대물에 마찰력을 전달시킬 수 있는 형상을 갖는 마찰부재로 구성될 수 있다.

상기 몸체부(132)는 외부면에 구비된 복수개의 전극단자가 전원케이블을 매개로 외부전원과 전기적으로 연결되고, 상기 전극단자를 통해 인가되는 전원에 의해서 길이방향의 신축변형모드 및 두께방향의 굴곡변형모드가 합성되어 가진될 수 있도록 내부에 특정 내부전극을 갖는 복수의 압전체가 적층되는 적층형 압전소자이 다.

이러한 구성을 갖는 엑츄에이터(130)는 도 4와 5에 도시한 바와 같이, 상기 상부 케이스(110)의 하부면로부터 직하부로 일정길이 연장되고, 한쌍으로 구비되는 적어도 하나의 수직리브(134)에 상기 몸체부(132)의 좌우양측면이 끼워져 조립될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며 상기 하부 베이스(150)의 상부면으로부터 직상부로 일정길이 연장되고, 한쌍으로 구비되는 적어도 하나의 수직리브에 상기 몸체부(132)의 좌우양측면이 끼워져 조립될 수도 있다.

여기서, 상기 수직리브(134)는 상기 상부 케이스(110) 또는 하부 베이스(150)에 지지단이 별도의 부재로 조립식으로 결합되는 구조를 갖거나 상기 상부 케이스(110) 또는 하부 베이스(150)에 지지단이 일체로 연결될 수도 있다.

도 7은 본 발명에 따른 렌즈 이송장치에 구비되는 엑츄에이터와 연장부간의 접촉상태를 도시한 상세도로서, 도시한 바와 같이, 상기 엑츄에이터(130)의 출력부재(131)와 상기 연장부(122)에 구비되는 피마찰부재(135)가 서로 직각으로 교차하면서 접촉되고, 상기 피마찰부재(135)는 상기 연장부(122)의 수직면(122a)에 수직하게 구비한다.

이러한 피마찰부재(135)는 상기 출력부재(131)와 마찬가지로 내마모성이 우수하고 마찰계수가 비교적 큰 세라믹 또는 금속재질과 같은 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 형상은 예시한 바와 같이 원통형에 한정되는 것은 아니며 반원 형, 육면체형등 상대물의 마찰력을 전달 받을 수 있는 형상이면 피마찰부재(135)로서 모두 사용 가능하다.

상기 출력부재(131)와 마주하는 상기 연장부(122)의 수직면(122a)에는 이에 배치되는 피마찰부재(135)를 보다 확고히 고정할 수 있도록 반원단면상의 요홈을 함몰형성하여도 좋다.

이러한 출력부재(131)와 피마찰부재(135)는 상기 엑츄에이터(130)의 몸체부(132)선단과 상기 연장부(122)의 수직면(122a)에 각각 고정하기 위해서 별도의 지그(미도시)를 이용하여 일정한 예압을 가하면서 장착위치를 위치를 결정한 다음, 가압상태에서 열경화성 수지 접착제를 도포하여 상기 몸체부(132)와 수직면(122a)에 각각 장착하여 일체화한다.

그리고, 상기 연장부(122)와 상기 상부 케이스(110)사이에는 적어도 하나의 베어링부재(161)를 구비하고, 상기 베어링부재(161)는 상기 연장부(122)의 안내면(122b)에 함몰형성된 안내홈(125)과 상기 상부 케이스(110)의 수직한 내부면에 돌출형성된 안내돌기(115)사이에 배치된다.

이에 따라, 상기 엑츄에이터(130)의 작동시 이로부터 제공되는 구동력에 의해서 상기 렌즈 배럴(120)을 구동시킬때 상기 렌즈 배럴(120)에 조립된 안내핀(112)과 상기 베어링부재(161)의 안내작용에 의해서 광축방향으로의 안내동작을 보다 안정적으로 수행할 수 있는 것이다.

상기 연장부(122)의 안내면(122a)과 상기 상부 케이스(110)의 안내돌기(115)사이에 배치되는 베어링부재(161)는 도 8(a)(b)에 도시한 바와 같이, 상기 안내 홈(125)의 외부면과 상기 안내돌기(115)의 외부면과 접촉되는 좌우한쌍의 볼부재(161a)와, 상기 볼부재(161a)가 회전가능하게 배치되는 볼 수용홈(161b)을 복수개 구비하는 리테이너(161c)로 구성된다.

상기 리테이너(161c)의 전,후면에는 좌우한쌍으로 구비된 안내홈(125)사이에 돌출형성된 돌출부와 상기 안내돌기(115)과의 접촉을 방지할 수 있도록 요홈(161d)(161e)을 각각 함몰형성한다.

여기서, 좌우한쌍의 볼부재(161ab)와 상기 안내돌기(115)는 평면상에서 서로 안정적으로 점접촉하면서 틀어짐을 방지할 수 있도록 삼각형의 각 꼭지점에 해당하는 위치에 배치되는 것이다.

또한, 상기 안내돌기(115)의 중심은 상기 엑츄에이터(130)의 출력부재(131)와 상기 연장부(122)의 피마찰부재(135)가 교차하여 접촉되는 접점위치와 동일한 가상의 수평축상에 배열되는 것이 바람직하며, 상기 출력부재(121)와 피마찰부재(135)가 점접촉되는 접점은 상기 예압부재(140)의 자유단(141)과 상기 엑츄에이터(130)가 접촉되는 접점과 동일한 가상의 수평축상에 배열되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 엑츄에이터(130)의 작동시 이로부터 제공되는 구동력은 동력손실없이 상기 출력부재(131)를 통하여 피마찰부재(135)로 그대로 전달되어 상기 렌즈 배럴(120)을 광축방향으로 왕복이동시키는 외력으로 작용함과 동시에 왕복이송시 불필요한 동력손실을 최소화할 수 있는 것이다.

상기 예압부재(140)는 도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 출력부재(131) 가 구비되는 선단의 정반대편에 해당하는 엑츄에이터(130)의 몸체부(132)후단에 일측 자유단(141)이 접하여 상기 엑츄에이터(130)를 상기 연장부(122)측으로 일정세기의 탄성력으로 가압할 수 있도록 상기 상부 케이스(110)의 고정홈(114)에 타측 고정단(142)이 조립되어 고정되는 판스프링 형태의 탄성체이다.

상기 예압부재의 고정단(142)은 상부 케이스(110)에 고정될 수도 있지만 이에 한정되는 것은 아니며 상기 하부 베이스(150)에 구비되는 고정홈에 끼워져 고정될 수도 있다.

이러한 상부 케이스(110) 또는 하부 베이스(150)에 선택적으로 형성되는 고정홈(114)은 상기 상부 케이스(110) 또는 하부 베이스(150)의 사출성형시 이에 일체로 구비된다.

이러한 예압부재(140)의 일측 자유단(141)에는 상기 엑츄에이터(130)의 몸체부(132)후단과 점접촉되어 엑츄에이터(130)측으로 탄성력을 집중하여 전달할 수 있도록 엠보싱부(143)를 돌출형성한다.

상기 예압부재(140)의 타측 고정단(142)은 상기 예압부재(140)의 탄성력을 보다 증대시킬 수 있도록 상기 렌즈 배럴(120)측으로 일정각도 절곡되어 상기 상부 케이스(110)와 하부 베이스(150)의 모서리에 배치되어 고정되는 것이 바람직하다.

이때, 판스프링형태로 구비되는 예압부재(140)는 설계시 조절가능한 예압력을 얻을 수 있도록 상기 엑츄에이터(130)의 길이보다 길게 구비되는 것이 바람직하다.

상기 하부 베이스(150)는 도 4와 5에 도시한 바와 같이, 상기 상부 케이스(110)와 적어도 하나의 체결부재(155)를 매개로 조립되거나 본딩제로서 본딩 접착되어 조립되어 상기 렌즈 배럴(120), 엑츄에이터(130)이 배치되는 내부공간을 제공하는 구조물이다.

이러한 하부 베이스(150)의 하부면에는 이미지 센서(170)가 배치되고, 상기 하부 베이스(150)의 상부면 중앙영역에는 상기 이미지 센서(170)의 결상영역이 배치되는 개구부(151)를 관통형성하고, 외측테두리에는 쉴드캔(180)과 조립되는 제1조립턱(152)을 구비한다.

또한, 상기 상부 케이스(110)의 외부면에도 상기 수직리브(134)에 고정되는 엑츄에이터(130)의 작동시 발생되는 유해 전자파가 외부로 방사되는 것을 방지하도록 장착되는 쉴드캔(180)과 조립되는 제2조립턱(118)을 돌출형성한다.

한편, 상기 렌즈 배럴(120)의 일측면에는 외측으로 연장되어 돌출되는 반사부(129)를 구비하고, 상기 반사부(129)의 직상부에는 상기 엑츄에이터(130)의 작동시 상하방향으로 이송되는 렌즈 배럴(120)의 위치변화를 검출하도록 상기 반사부(129)의 상하이송위치를 감지하는 위치센서(190)를 구비한다.

이러한 위치센서(190)는 상기 반사부(129)와 수직방향으로 대응하는 상기 상부 케이스(110)의 상부면에 형성된 센서 고정부(119)에 위치고정되며, 일측면에 전원이 인가되고, 신호가 송수신되는 복수개의 단자를 구비한다.

이러한 센서 고정부(119)에 구비되는 위치센서(190)와 반사부(129)는 동일한 수직축상에 위치되어야 한다.

상기한 구성을 갖는 렌즈 이송장치(100)를 조립하는 공정은 도 6(a)에 도시한 바와 같이, 상부 케이스(110)의 개구된 하단을 상부로 한 상태에서 일정길이의 안내핀(112)의 상단을 상기 상부 케이스(110)의 핀홀더(113)에 끼워 고정한다.

상기 예압부재(140)는 상기 상부 케이스(110)의 내부면에 형성된 고정홈(114)에 고정단(142)을 끼워 고정하고, 자유단(141)은 상기 엑츄에이터(130)가 배치되는 공간에 위치시킨다.

그리고, 상기 안내핀(112)과 예압부재(140)가 조립된 상부 케이스(110)에는 도 6(b)에 도시한 바와 같이, 렌즈 수용부(121)와 연장부(122)로 이루어진 렌즈 배럴(120)을 배치하고, 상기 렌즈 배럴(120)에 형성된 안내공(123)과 상기 안내핀(112)을 결합함으로서 상기 상부 케이스(110)에 상단이 고정된 안내핀(112)을 따라 이에 조립된 렌즈 배럴(120)을 상하이송시킬 수 있는 것이다.

상기 렌즈 배럴(120)의 연장부(122)의 수직면(122a)에는 상기 엑츄에이터(130)의 출력부재(131)와 마주하여 접하도록 피마찰부재(135)가 장착된다.

연속하여, 상기 렌즈 배럴(120)이 조립완료된 상부 케이스(110)에 출력부재(131)와 몸체부(132)로 이루어진 엑츄에이터(130)를 조립하는 작업은 도 6(c)에 도시한 바와 같이, 상기 상부 케이스(110)의 조립홈(116)에 상단이 끼워져 조립되는 좌우한쌍의 수직리브(134)에 직육면체상으로 이루어진 몸체부(132)을 끼워 위치고정한다.

이때, 상기 좌우한쌍의 수직리브(134)의 하단은 이에 끼워진 엑츄에이 터(130)의 하부이탈을 방지하도록 걸림턱을 구비하거나 서로 일체로 연결될 수 있다.

또한, 상기 엑츄에이터(130)를 고정하는 수직리브(134)의 하단이 상기 상부 케이스(110)의 하부면으로부터 직하부로 일정길이 연장되는 구조로 구비되는 경우, 좌우한쌍으로 구비되는 수직리브(134)의 상단에도 이에 끼워진 엑츄에이터(130)의 상부이탈을 방지하도록 걸림턱을 구비한다.

상기 엑츄에이터(130)의 몸체부(132)는 상기 상부 케이스(110)에 구비되는 수직리브(134)에 조립되고, 상기 몸체부(132)의 선단에 구비되는 출력부재(131)는 상기 연장부(122)의 수직면에 구비된 피마찰부재(135)와 직각으로 교차하면서 접촉하게 된다.

이와 동시에 상기 몸체부(132)의 후단에는 상기 상부 케이스(110)에 기 조립된 예압부재(140)의 자유단(141)과 서로 접하게 됨으로서 상기 엑츄에이터(130)를 연장부(122)측으로 가압하여 상기 출력부재(131)와 피마찰부재(135)간의 접촉된 예압상태를 유지하게 된다.

이어서, 상기 상부 케이스(110)의 개방된 하부에는 도 6(d)에 도시한 바와 같이, 상기 하부 베이스(150)가 끼워져 조립됨으로서 상기 상부 케이스(110)와 하부베이스(150)사이의 내부공간에 상기 상부 케이스(110)에 조립된 안내핀(112), 렌즈 배럴(120) 및 엑츄에이터(130)를 배치하게 된다.

그리고, 도 6(e)에 도시한 바와 같이, 상기 상부 케이스(110)와 하부 베이스(150)간의 조립이 완료되면, 상기 상부 케이스(110)의 외부면에 개구된 절개부를 통하여 상기 엑츄에이터(130)와 예압부재(140)의 일부가 외부로 노출되기 때문에, 이들 부품을 보호하고 상기 엑츄에이터(130)의 작동시 발생되는 유해 전자파가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있도록 쉴드캔(180)을 조립한다.

또한, 도 6(f)에 도시한 바와 같이, 상기 쉴드캔(180)의 조립이 완료되면, 상기 상부 케이스(110)와 하부 베이스(150)간의 결합을 보다 확고히 할 수 있도록 상기 상부 케이스(110)의 나사공(116)을 관통하여 상기 하부 베이스(150)상에 조립되는 적어도 하나의 체결부재(155)를 나사결합한다.

이와 더불어 상기 상부 케이스(110)의 상부면에 형성된 센서 고정부(119)에는 상기 렌즈 배럴(120)로부터 외측으로 연장된 반사부(129)의 위치를 검출하는 위치센서(190)를 조립한다. 이에 따라, 상기 엑츄에이터(130)의 작동시 상하방향으로 이송되는 렌즈 배럴(120)의 위치변화를 검지하여 이송거리를 검출할 수 있는 것이다.

이어서, 상기 하부 베이스(150)의 하부면에는 도 6(g)에 도시한 바와 같이, 결상영역을 갖는 상부면에 IR필터(171)를 구비하고 메인기판(미도시)과 접속되는 콘넥터(172)를 구비하는 이미지 센서(170)를 조립함으로서 도 6(h)에 도시한 바와 같은 렌즈 이송장치(100)를 제조완성하게 된다.

한편, 이러한 렌즈 이송장치(100)의 조립공정시 상기 하부 베이스(150)의 하부면에 조립되는 이미지 센서(170)에 이물이 발생되어 이를 불량처리하고자 하는 경우, 작업자는 체결부재(155)의 간단한 해체작업에 의해서 불량처리하고자 하는 이미지 센서(170)가 조립된 하부베이스(150)를 상부 케이스(110)로부터 간편하게 분리할 수 있는 것이다.

이러한 경우, 분리된 상부 케이스(110)는 렌즈 배럴(120), 엑츄에이터(130)를 종래와 같이 이미지 센서와 더불어 폐기처리할 필요없이 새로운 이미지 센서가 탑재되는 하부베이스(150)에 상기 렌즈 배럴(120), 엑츄에이터(130)가 기조립된후 분리된 상부 케이스(110)를 재조립할 수 있는 것이다.

본 발명의 렌즈 이송장치(100)에서 적어도 하나의 렌즈가 내장된 렌즈 배럴(120)을 광축방향으로 왕복 이송시키는 동작은, 상기 엑츄에이터(130)의 몸체부(132)에 연결된 전원케이블을 통하여 외부전원을 인가함으로서 압전체가 적층된 몸체부(132)의 길이 및 굽힘변형에 의해서 상기 렌즈 배럴(120)을 이송시키는 구동력을 발생시킨다.

즉, 상기 엑츄에이터(130)는 도 9(a)(b)(c)에 도시한 바와 같이 20kHz이상의 초음파 영역의 공진 주파수에서 인접한 길이변형 모드와 굽힘변형 모드가 동시에 가진되도록 하여 몸체부(132) 일단에 부착된 출력부재(131)에서 타원형 궤적을 발생시킨다.

이러한 타원형 궤적의 운동 방향은 몸체부(132) 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 10(a)(b)와 같다.

즉, 채널 1 또는 채널 2을 통한 선택적인 전원인가시 다층으로 적층된 몸체부(132)는 길이변형모드와 굽힘변형 모드가 동시에 이루어지면서 그 일단에 구비된 출력부재(131)는 상방 또는 하방으로 직선운동을 하게 되는 것이다.

이때, 굽힘변형 모드의 진동 방향은 몸체부(132)의 적층 방향과 같은 것으로 이는 본 발명에서 제공하는 AF 모듈의 광축 방향과 일치한다. 본 발명에서는 약 300kHz 영역의 공진 주파수를 사용하며 이는 엑츄에이터의 길이, 폭, 두께 등 형상에 따라 변경이 가능하다.

이때, 상기 엑츄에이터(130)는 상기 상부 케이스(110)의 수직리브(134)에 좌우방향의 운동을 억제하면서 상하방향의 왕복운동만을 허용하도록 조립되어 있기 때문에, 상기 몸체부(132)에 인가되는 전압의 전극에 따라 진동궤적의 방향은 상향 또는 하향으로 전환된다.

따라서, 수직방향의 진동궤적만을 형성하는 출력부재(131)는 이송 대상물인 렌즈 배럴(120)의 연장부(122)에 구비된 피마찰부재(135)를 매개로 하여 구동력을 전달하기 때문에, 상기 렌즈 배럴(120)은 안내핀(112)을 따라 광축방향으로 상승되거나 하강된다.

여기서, 상기 출력부재(131)와 피마찰부재(135)사이에서 발생되는 마찰력은 상기 안내핀(112)과 안내공(123)간의 마찰력과 상기 연장부(122)와 상부 케이스(110)사이에 배치되는 베어링부재(161)의 마찰력보다 크기 때문에, 상기 렌즈 배럴(120)의 상하이송은 안정적으로 이루질 수 있는 것이다.

또한, 상기 출력부재(131)와 피마찰부재(135)가 서로 접하는 접촉상태는 상기 엑츄에이터(130)를 연장부(122)측으로 탄력적으로 가압하도록 구비되는 예압부재(140)의 탄성력에 의해서 항상 일정하게 유지된다.

그리고, 상기 출력부재(131)와 피마찰부재(135)가 서로 접하는 접점은 상기 베어링부재(161)와 접하는 안내돌기(115)중심과 동일한 수평선상에 위치되기 때문에, 상기 연장부(122)측으로 가해지는 예압부재(140)의 탄성력은 상기 연장부(122)측으로 손실없이 전달되어 엑츄에이터(130)의 성능을 최대화시킬 수 있다.

한편, 상기 엑츄에이터(130)에서 제공되는 구동력에 의한 상기 렌즈 배럴(120)의 상하이송은 상기 상부 케이스(110)에 조립된 안내핀(112)과, 상기 연장부(122)의 안내면(122b)과 상부 케이스(110)의 안내돌기(115)사이에 구비되는 베어링부재(161)에 의해서 이루어진다.

그리고, 상기 안내핀(112)과 베어링부재(161)를 따라 상하이송되는 상기 렌즈 배럴(120)의 상하이송거리는 상기 렌즈 배럴(120)의 외부면으로부터 돌출형성된 반사부(129)를 감지하는 위치센서(190)에 의해서 검출되고, 검출된 상하이송량을 근거로 하여 상기 엑츄에이터(130)의 구동력에 의해서 상기 렌즈 배럴(120)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, 렌즈 배럴로부터 방사방향으로 연장되는 연 장부와 점접촉되고, 예압부재에 의해서 연장부측으로 가압되는 엑츄에이터를 갖추고, 렌즈 배럴과 엑츄에이터가 조립되는 상부 케이스의 하부단에 이미지 센서가 구비되는 하부 베이스를 조립함으로서, 엑츄에이터의 구동력을 렌즈 배럴측으로 전달하는 선형 구동메카니즘을 구비함과 동시에 이미지 센서의 이물발생시 폐기처리하는 부품수를 줄일 수 있기 때문에, 종래의 캠, 전자기방식의 구동메카니즘에 비하여 구조를 보다 단순화하여 광학기기를 보다 소형화할 수 있고, 기기의 제조원가를 절감할 수 있다.

또한, 이러한 압전 선형 구동 메커니즘은 이송대상물인 렌즈 배럴로 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 있는 효과가 얻어진다.

Claims (15)

1. 적어도 하나의 안내핀이 구비되는 상부 케이스;

   상기 안내핀에 조립되는 렌즈 배럴;

   상기 렌즈 배럴에 접하는 출력부재를 몸체부 선단에 갖추어 전원인가시 신축 및 굴곡변형되어 상기 렌즈 배럴을 이송시키는 외력을 제공하는 엑츄에이터;

   상기 엑츄에이터를 상기 렌즈 배럴측으로 가압하여 상기 출력부재와 렌즈 배럴간의 접촉상태를 유지하는 적어도 하나의 예압부재 ; 및

   상기 상부 케이스의 하부단과 조립되고 이미지 센서가 배치되는 하부베이스; 를 포함하는 렌즈 이송장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 상부 케이스는 상부면에 위치센서가 구비되는 센서 고정부를 구비하고, 상기 렌즈 배럴의 일측면에는 상기 위치센서에 의해서 감지되는 반사부를 구비함을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 위치센서와 반사부는 동일한 수직축상에 배치됨을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 상부 케이스는 외부면에 상기 엑츄에이터의 작동시 발생되는 유해 전자파의 외부방사를 방지하는 쉴드캔을 구비함을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 렌즈 배럴은 적어도 하나의 렌즈가 배치되는 렌즈 수용부와, 그 외부면으로부터 외측으로 연장되어 출력부재와 접촉하는 연장부를 구비함을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 연장부와 상기 상부 케이스사이에는 적어도 하나의 베어링부재를 구비하고, 상기 베어링부재는 상기 연장부의 안내면에 형성된 안내홈과 상기 상부 케이스의 내부면에 형성된 안내돌기사이에 배치됨을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 연장부는 상기 출력부재와 접촉하여 마찰력을 발생시키는 피마찰부재가 배치되도록 고정홈을 형성한 수직면과, 베어링부재가 배치되도록 안내홈을 형성한 안내면을 각각 구비함을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
8. 제5항에 있어서,

   상기 렌즈 수용부와 연장부사이에는 상기 안내핀이 조립되는 안내공을 구비함을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
9. 제1항에 있어서,

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

    상기 엑츄에이터는 상기 상부 케이스의 하부면으로부터 연장되고, 한쌍으로 구비되는 적어도 하나의 수직리브에 몸체부가 끼워져 조립됨을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
11. 제1항에 있어서,

    상기 엑츄에이터는 상기 하부 베이스의 상부면으로부터 연장되고, 한쌍으로 구비되는 적어도 하나의 수직리브에 몸체부가 끼워져 조립됨을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
12. 제1항에 있어서,

    상기 예압부재는 상기 몸체부의 후단에 일측 자유단이 접하고, 상기 상부 케 이스에 타측 고정단이 고정되어 상기 엑츄에이터를 연장부측으로 탄력지지하는 판스프링으로 구비됨을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
13. 제1항에 있어서,

    상기 예압부재는 상기 몸체부의 후단에 일측 자유단이 접하고, 상기 하부 베이스에 타측 고정단이 고정되어 상기 엑츄에이터를 연장부측으로 탄력지지하는 판스프링으로 구비됨을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서,

    상기 예압부재는 자유단에 상기 몸체부 후단과 점접촉되는 엠보싱부를 구비함을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.
15. 제12항 또는 제13항에 있어서,

    상기 예압부재는 고정단이 상기 렌즈 배럴측으로 절곡됨을 특징으로 하는 렌즈 이송장치.

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