KR20100116584A - Optical lens image stabilization systems - Google Patents

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KR20100116584A
KR20100116584A KR1020107015288A KR20107015288A KR20100116584A KR 20100116584 A KR20100116584 A KR 20100116584A KR 1020107015288 A KR1020107015288 A KR 1020107015288A KR 20107015288 A KR20107015288 A KR 20107015288A KR 20100116584 A KR20100116584 A KR 20100116584A
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KR
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lens
lens unit
actuator
film
focal axis
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Application number
KR1020107015288A
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Korean (ko)
Inventor
조나단 알. 헤임
일야 폴리아코브
알리레자 자라비
오토 후이
마이클 립톤
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아트피셜 머슬, 인코퍼레이션
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Abstract

본 발명은 장치 또는 시스템에 의하여 산출된 이미지를 안정화하기 위하여 하나 이상의 전기활성 폴리머 액츄에이터를 이용하는 광학 시스템, 장치 및 방법들을 제공한다.The present invention provides optical systems, devices, and methods that utilize one or more electroactive polymer actuators to stabilize an image produced by the device or system.

Figure P1020107015288
Figure P1020107015288

Description

광학 렌즈 이미지 안정화 시스템{OPTICAL LENS IMAGE STABILIZATION SYSTEMS}Optical lens image stabilization system {OPTICAL LENS IMAGE STABILIZATION SYSTEMS}

본 발명은 광학 렌즈 시스템에 관한 것으로, 특히, 렌즈를 조정하여 자동초점, 줌, 이미지 안정화 및/또는 셔터/조리개 기능들을 제공하는 전기활성 폴리머 트랜스듀서를 채택한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an optical lens system, and more particularly to a system employing an electroactive polymer transducer that adjusts the lens to provide autofocus, zoom, image stabilization and / or shutter / aperture functions.

디지털 카메라와 같은 종래의 광학 시스템에서, 모터 및 솔레노이드들은 광학 소자들, 예컨대, 렌즈들에 대해 작용하는 기어 및 캠을 움직이는 동력원으로 사용되어, 초점, 줌, 및 이미지 안정화(흔들림 방지라고도 칭함)를 제공한다. 이러한 종래 시스템들에는 전력 소모가 높고, 반응 시간이 길고, 정확도에 제한이 따르며, 공간 소모가 크다는 점 등 불리한 점들이 다수 존재한다.In conventional optical systems such as digital cameras, motors and solenoids are used as a power source to move optical elements, such as gears and cams, acting on the lenses, to provide focus, zoom, and image stabilization (also called anti-shake). to provide. Many of these disadvantageous systems have disadvantages such as high power consumption, long response time, limited accuracy, and high space consumption.

소형화 기술의 진전은 고품질, 고기능, 경량의 휴대용 장치들의 개발과 보다 개량된 제품에 대한 소비자들의 끊임없는 요구로 이어져 왔다. 이러한 예의 하나는 종종 카메라 폰으로 칭하는, 카메라를 포함한 셀룰러 폰의 개발이다. 이러한 카메라 폰들의 대다수는 소형 폼팩터(form factor) 렌즈를 갖는 전적으로 기계적인 렌즈 모듈을 채택하고 있으나, 이러한 접근 방법은 상당수의 동작하는 구성요소들이 요구되기 때문에 가변 또는 자동초점, 줌 및 이미지 안정화 기능들을 제공하지는 않는다. 예를 들어, 줌기능은 원하는 배율을 얻기 위하여 렌즈의 상대적 위치 및 관련된 이미지 센서를 조절하도록, 렌즈 소자, 모터, 및 모터의 회전 운동을 선형 운동으로 변환하기 위한 캠 메카니즘의 조합을 필요로 한다. 모터 및 캠 메카니즘에 더하여, 렌즈들의 상대적 위치를 정확하게 제어하기 위하여 복수의 감속 기어들이 사용된다.Advances in miniaturization technology have led to the development of high-quality, high-performance, lightweight portable devices and the ever-increasing demands of consumers for more advanced products. One such example is the development of cellular phones, including cameras, often referred to as camera phones. Many of these camera phones employ entirely mechanical lens modules with small form factor lenses, but this approach requires variable or autofocus, zoom and image stabilization functions because of the large number of operating components required. It does not provide. For example, the zoom function requires a combination of the lens element, the motor, and a cam mechanism for converting the rotational motion of the motor into linear motion to adjust the relative position of the lens and the associated image sensor to obtain the desired magnification. In addition to the motor and cam mechanism, a plurality of reduction gears are used to precisely control the relative position of the lenses.

디지털 스틸 카메라 및 카메라 폰에서 여러 가지 자동 초점 및 줌 작동 기능들을 수행하도록 하기 위하여, 광축 방향의 코일(통상적으로 "보이스(voice) 코일"이라고 함) 길이보다 더 긴 길이를 갖는 자석이 놓인 자기력을 생성하는 코일을 포함하는 전자기형 액츄에이터들이 통상적으로 채택된다. 이러한 보이스 코일 기술은 소형 및 경량의 광학 렌즈 시스템의 구현을 가능하게 하기 때문에 널리 채택되어 왔다. 그러나, 경량의 소형 카메라들, 특히, 노출시간이 길고 고해상도 센서들을 갖는 카메라들의 단점은 기본적으로 손떨림(hand jitter)에 의한 카메라 흔들림이 사진의 품질에 더욱 큰 영향(즉, 흐리게 만듦)을 미친다는 점이다. 카메라 흔들림을 보상하기 위하여, 이미지 안정화를 위하여 종종 자이로스코프가 사용된다. 자이스코프는 피치(pitch) 및 요(yaw)를 측정하나, 롤(roll), 즉, 렌즈 배럴에 의해 정의된 축을 중심으로 하는 회전을 측정할 수 없다. 종래에는, 전체 범위의 이미지 안정화를 달성하기 위하여, 2개의 단일축 압전(piezoelectric) 또는 석영(quartz) 자이로스코프가 다수의 외부 요소들과 함께 사용되었다. 인벤센스(InvenSense)사는 소형화를 제안하는 이미지 안정화 MEMS 기술을 이용하는 집적된 이중축(dual-axis) 자이로스코프를 제공한다.In order to perform various autofocus and zoom operations in digital still cameras and camera phones, a magnetic force placed by a magnet with a length greater than the length of the optical axis coil (commonly referred to as the "voice coil") Electromagnetic actuators that include a generating coil are typically employed. This voice coil technology has been widely adopted because it enables the implementation of compact and lightweight optical lens systems. However, the disadvantages of small, lightweight cameras, especially those with long exposure times and high resolution sensors, are that basically camera shake due to hand jitter has a greater impact on the quality of the picture (ie, blurring). Is the point. To compensate for camera shake, gyroscopes are often used for image stabilization. Gyroscopes measure pitch and yaw, but cannot measure rolls, ie rotation about the axis defined by the lens barrel. Conventionally, two single-axis piezoelectric or quartz gyroscopes have been used with a number of external elements to achieve a full range of image stabilization. InvenSense offers an integrated dual-axis gyroscope using image-stabilized MEMS technology that offers miniaturization.

가변 초점, 줌, 및 이미지 안정화 특징들이 카메라 폰 및 비교적 작은 폼팩터를 갖는 그 밖의 다른 광학 시스템 내에서 사용 가능하나, 이러한 특징들은 이러한 장치들의 전체 중량을 실질적으로 증가시킨다. 더욱이, 다수의 움직이는 요소들을 필요로 하기 때문에, 전력 소모가 상당히 크고 제조 비용이 증가한다.While variable focus, zoom, and image stabilization features are available in camera phones and other optical systems with relatively small form factors, these features substantially increase the overall weight of these devices. Moreover, since it requires a large number of moving elements, the power consumption is quite large and the manufacturing cost increases.

따라서, 종래 기술의 문제점들을 극복하는 광학 렌즈 시스템을 제공할 필요가 있다. 특히, 가능한 한 폼팩터를 줄일 수 있도록 렌즈와 그 작동 구조간 기계적 인터페이스의 배열이 고도로 집적될 수 있는 시스템을 제공할 필요가 있다. 이러한 광학 시스템이 최소한의 기계적 구성요소를 포함하여 시스템의 복잡성 및 제조 비용을 줄일 수 있다면 큰 이점이 될 것이다.Accordingly, there is a need to provide an optical lens system that overcomes the problems of the prior art. In particular, there is a need to provide a system in which the arrangement of mechanical interfaces between the lens and its operating structure can be highly integrated in order to reduce the form factor as much as possible. It would be a great advantage if such an optical system could reduce the complexity and manufacturing cost of the system by including minimal mechanical components.

본 발명은 광학 렌즈 시스템으로서, 특히 렌즈를 조정하여 자동초점, 줌, 이미지 안정화 및/또는 셔터/조리개 기능들을 제공하는 전기활성 폴리머 트랜스듀서를 채택한 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention aims to provide an optical lens system, in particular a system employing an electroactive polymer transducer that adjusts the lens to provide autofocus, zoom, image stabilization and / or shutter / iris aperture functions.

본 발명은 광학 렌즈 시스템 및 장치 및 이들을 이용하는 방법을 포함한다. 시스템 및 장치들은 장치/시스템의 파라미터를 조정하기 위하여 내부에 집적된 하나 이상의 전기활성 폴리머(Electroactive Polymer; EAP) 기반의 액츄에이터를 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 EAP 액츄에이터는 렌즈의 초점 거리를 자동으로 조절(자동 초점조절)하고, 렌즈에 의하여 초점을 맞춘 이미지를 확대하거나 그리고/또는 렌즈 시스템의 원하지 않은 움직임을 조절(이미지 안정화 또는 흔들림 방지)하도록 구성될 수 있다.The present invention includes optical lens systems and devices and methods of using them. The system and devices include one or more Electroactive Polymer (EAP) based actuators integrated therein to adjust the parameters of the device / system. For example, one or more EAP actuators automatically adjust the focal length of the lens (autofocus), magnify an image focused by the lens and / or adjust unwanted movement of the lens system (image stabilization or shake). Can be configured).

하나 이상의 EAP 액츄에이터는 하나 이상의 EAP 트랜스듀서를 포함하고, 하나 이상의 부재들은 대상 렌즈 시스템/장치의 하나 이상의 렌즈부, 감지부, 및 셔터/조리개부와 통합된다. 렌즈부(즉, 렌즈 적층 또는 배럴)는 적어도 하나의 렌즈를 포함한다. 소정 실시예들에서, 렌즈부는 일반적으로 초점조절 렌즈 요소 및 무한 초점 렌즈 요소를 포함한다. 센서부는 이미지 처리 전자장치에 의한 디지털 처리를 위하여 장치의 렌즈부로부터 이미지를 수신하는 이미지 센서를 포함한다. EAP 액츄에이터(들)의 활성화, 즉, EAP 트랜스듀서에의 전압 인가에 의하여 렌즈 및/또는 센서 구성요소의 상대적 위치를 조정하여 렌즈 시스템의 광학적 파라미터를 영향을 미치거나 변경할 수 있다.One or more EAP actuators include one or more EAP transducers, and the one or more members are integrated with one or more lenses, sensing, and shutters / apertures of the target lens system / device. The lens portion (ie lens stack or barrel) comprises at least one lens. In certain embodiments, the lens portion generally includes a focusing lens element and an infinite focus lens element. The sensor unit includes an image sensor that receives an image from the lens unit of the device for digital processing by the image processing electronics. By activating the EAP actuator (s), i.

일 실시예에서, 액츄에이터 조립체(적어도 하나의 EAP 액츄에이터를 포함)는 렌즈 적층의 초점 거리를 변경하기 위하여 센서부에 대하여 경도축(Z-축)을 따라 렌즈 적층부의 위치를 조절하는데 사용될 수 있다. 다른 변형예에서, 동일 또는 다른 액츄에이터가 렌즈 시스템의 배율을 조절하기 위하여 경도축(Z-축)을 따라 서로에 대하여 적층 내 하나 이상의 렌즈의 위치를 조절하는데 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 액츄에이터는 시스템에 부과된 뜻밖의 움직임을 보상하기 위하여, 즉, 이미지 센서에 부과된 이미지를 안정화하기 위하여 렌즈부에 대하여 평면 방향(X-축 및/또는 Y-축) 내에서 시스템부의 센서부를 이동시키는데 사용될 수 있으며, 그 역도 가능하다.In one embodiment, an actuator assembly (including at least one EAP actuator) can be used to adjust the position of the lens stack along the longitudinal axis (Z-axis) relative to the sensor portion to change the focal length of the lens stack. In other variations, the same or different actuators may be used to adjust the position of one or more lenses in the stack relative to each other along the longitudinal axis (Z-axis) to adjust the magnification of the lens system. In another embodiment, the actuator is arranged in a planar direction (X-axis and / or Y-axis) relative to the lens portion to compensate for the unexpected movement imposed on the system, ie to stabilize the image imposed on the image sensor. It can be used to move the sensor part of the system part, and vice versa.

또한 본 발명은 이미지의 초점을 맞추거나 그리고/또는 확대하기 위하여, 또는 장치/시스템들의 원치않은 움직임을 상쇄하기 위하여 대상 장치들 및 시스템들을 이용하는 방법들을 포함할 수 있다. 다른 방법들은 대상 장치 및 시스템들을 제조하는 방법들을 포함한다.The invention may also include methods of using subject devices and systems to focus and / or magnify an image, or to offset unwanted movement of the device / systems. Other methods include methods of manufacturing the subject device and systems.

본 발명의 이러한 특징 및 그 밖의 다른 특징, 목적, 및 이점들은 이하에서 더욱 상세하게 기술되는 본 발명의 상세한 설명을 통해서 당해 기술분야에서 숙련된 자들에 의해서 명확하게 이해될 것이다.These and other features, objects, and advantages of the invention will be clearly understood by those skilled in the art through the detailed description of the invention, which is described in more detail below.

본 발명은 첨부된 개략도와 함께 이하의 상세한 설명으로부터 가장 명확하게 이해할 수 있으며, 도면에 도시된 것으로부터 본 발명의 변화가 가능한 것으로 고려될 수 있다. 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여, 동일한 참조 번호는 도면에 공통으로 포함된 유사한 구성요소들을 지시하기 위하여 사용되었다. 도면들은 이하의 사항들을 포함한다:
도 1a 및 1b는 자동 초점을 제공하도록 구성된 전기활성 폴리머 액츄에이터를 채택하는 본 발명의 광학 렌즈 시스템을 각각 도시하는 단면도 및 분해도이고;
도 2a 및 2b는 전압 인가 전후에 본 발명의 광학 시스템들에 사용되는 전기활성 폴리머 필름을 도시하는 개략도이고;
도 3은 초점 조절을 위한 다른 형태의 전기활성 폴리머 액츄에이터를 채택한 본 발명의 다른 광학 렌즈 시스템을 도시하는 단면도이고;
도 4a 및 4b는 줌 및 자동 초점 각각을 제어하기 위하여 액츄에이터 조합을 채택하는 다른 광학 렌즈 시스템을 각각 도시하는 단면도 및 분해도이고;
도 5a 및 5b는 줌 조절을 위한 대안적 수단을 도시하는 사시도이고;
도 6a 내지 6c는 도 5a 및 5b에서의 트랜스듀서 장치의 작동을 단계적으로 도시하는 도면이고;
도 7a 및 7b는 자동 초점 및 이미지 안정화 기능을 제공하도록 구성된 본 발명의 다른 광학 렌즈 시스템을 각각 도시하는 단면도 및 분해도이고;
도 8은 도 7a 및 7b의 렌즈 시스템의 이미지 안정화 카트리지를 도시하는 분해도이고;
도 9a 및 9b는 도 8의 이미지 안정화 카트리지의 전기활성 폴리머 트랜스듀서의 전극 구성을 각각 도시하는 상면도 및 하면도이고;
도 10a 및 10b는 도 8의 이미지 안정화 카트리지와 함께 사용할 수 있는 전기활성 폴리머 트랜스듀서의 다른 실시예를 각각 도시하는 상면도 및 하면도이고;
도 10c 및 10d는 도 10a 및 10b의 트랜스듀서에 채택된 전기활성 필름들을 각각 도시하는 상면도 및 하면도이고;
도 11a 및 11b는 도 7a 및 7b의 렌즈 시스템의 수동 강성(passive stiffness) 및 하중 반응(load response)를 각각 도시하는 그래프이고;
도 12a는 본 발명의 EAP 자동 초점 액츄에이터의 바이어싱에 사용가능한 판형(leaf) 스프링 바이어싱 부재를 도시하는 사시도이고;
도 12b 및 12c는 도 12a의 판형 스프링 바이어싱 부재가 실효적으로 사용되는 본 발명의 광학 렌즈 시스템을 도시하는 단면도 및 평면도이고;
도 13은 집적된 판형 스프링 바이어싱 부재를 사용하는 본 발명의 다른 광학 렌즈 시스템을 도시하는 단면도이고;
도 14a 및 14b는 다른 형태의 집적된 스프링 바이어싱 부재를 포함하는 관련 렌즈 배럴을 갖거나 갖지 않은 렌즈 시스템 하우징을 각각 도시하는 단면도들이고;
도 15a 및 15b는 조립체가 초점 조정을 위한 조절가능한 배럴 디자인을 제공하는 본 발명의 렌즈 시스템과 함께 사용가능한 조립된 렌즈 배럴 및 플랜지(flange) 조립체를 도시하는 사시도 및 단면도이고;
도 15c는 도 15a 및 15b의 렌즈 배럴 조립체의 무한 초점 파라미터를 조정하기 위한 도구의 사용법을 도시하는 도면이고;
도 16a 및 16b는 초점 조정을 위한 조절가능한 플랜지 디자인을 갖는 다른 렌즈 배럴 조립체를 도시하는 사시도 및 단면도이고;
도 17a 및 17b는 각각 매우 조밀하고, 낮은 측면형상의 폼팩터를 제공하는, 단상 및 2-위상의 액츄에이터 구성을 갖는 렌즈 시스템들을 도시하는 단면도들이고;
도 18a 및 18b는 본 발명의 예시적인 EAP 액츄에이터 기반의 렌즈 변위 메카니즘을 도시하는 사시도 및 단면도이고;
도 19a 및 19b는 본 발명에 사용가능한 다른 EAP 렌즈 변위 메카니즘을 각각 도시하는 사시도 및 단면도이고;
도 20a 및 20b는 EAP 액츄에이터 및 기계적 연결(mechanical linkage)을 채택하는 다른 렌즈 변위 메카니즘을 각각 도시하는 사시도 및 단면도이고;
도 21은 본 발명의 다른 하이브리드(hybrid)의 렌즈 변위 시스템을 도시하는 단면도이고;
도 22a 및 22b는 본 발명의 "자벌레(inchworm)" 형태의 렌즈 변위 메카니즘을 각각 도시하는 사시도 및 단면도이고;
도 23a 및 23b는 본 발명의 다단계 "자벌레" 형태의 렌즈 변위 메카니즘을 각각 도시하는 사시도 및 단면도이고;
도 24a는 도 23a 및 23b의 렌즈 변위 메카니즘의 액츄에이터 카트리지를 도시하는 단면도이고;
도 24b 내지 24f는 작동 사이클 중 액츄에이터 및 관련 렌즈 가이드 레일의 다양한 위치를 도시하는 도면들이고;
도 25a 내지 25c는 본 발명의 멀티-액츄에이터 렌즈 변위 시스템을 도시하는 단면도들이고;
도 26a 및 26b는 본 발명의 렌즈 이미지 안정화 시스템의 비활성화 및 활성화 상태를 도시하는 단면도들이고;
도 27a 내지 27c는 다양한 활성화 상태에서 본 발명의 다른 렌즈 이미지 안정화 시스템을 도시하는 단면도들이고;
도 28은 다른 알려진 렌즈 시스템뿐만 아니라 당해 렌즈 시스템과 함께 사용하기에 적합한 본 발명의 조리개/셔터 메카니즘을 도시하는 분해도이고;
도 28a는 도 28의 셔터/조리개 메카니즘의 회전 칼라(collar)를 도시하는 측면도이고;
도 29a 내지 29c는 도 28의 조리개/셔터 메카니즘의 완전 열림, 부분 열림, 완전 닫힘 상태를 보여주는 도면들이고;
도 30a 및 30b는 본 발명의 렌즈 변위 메카니즘에서 사용되는 유니모프(unimorph) 액츄에이터 필름을 도시하는 단면도이고;
도 31a 및 31b는 도 30a 및 30b의 유니모프 액츄에이터 필름을 채택하는, 비활성 및 활성 상태에서 각각 본 발명의 다른 렌즈 변위 메카니즘을 도시하는 측면도들이고;
도 32a 및 32b는 유니모프 액츄에이터를 채택하는 본 발명의 다른 렌즈 변위 메카니즘을 도시하는 측면도들이고;
도 33a 및 33b는, 예컨대, 성능을 최적화하기 위하여 렌즈 시스템이 동작되는 주변 환경의 습기와 같은 소정의 조건들을 다루도록 하는 특징들을 갖는 EAP 액츄에이터의 사용법을 도시하는 도면들이고;
도 34는 주변 조건들을 다루기 위한 다른 구성을 채택한 본 발명의 렌즈 변위 시스템을 도시하는 단면도이고;
도 34a 및 34b는 도 34의 시스템의 주변 조건 조절 메카니즘을 도시하는 사시도 및 평면도이고;
도 35는 렌즈 위치 센서를 갖는 본 발명의 다른 렌즈 변위 시스템을 도시하는 단면도이고;
도 36a는 본 발명의 셔터/조리개 메카니즘의 기계 부품들의 다른 예들을 도시하는 사시도이고;
도 36b 및 36c는 완전 열림 및 완전 닫힘 상태의 도 36a의 셔터/조리개를 각각 도시하는 도면들이고; 그리고
도 36d는 본 발명의 EAP 액츄에이터와 실효적으로 결합되는 도 36a의 메카니즘을 도시하는 사시도이다.The invention is most clearly understood from the following detailed description in conjunction with the accompanying schematic drawings, and it can be considered that variations of the invention are possible from those shown in the drawings. In order to facilitate understanding of the present invention, the same reference numerals are used to indicate similar components commonly included in the drawings. The drawings include the following:
1A and 1B are cross-sectional and exploded views, respectively, illustrating an optical lens system of the present invention employing an electroactive polymer actuator configured to provide auto focus;
2A and 2B are schematic diagrams showing electroactive polymer films used in optical systems of the present invention before and after voltage application;
3 is a cross-sectional view showing another optical lens system of the present invention employing another type of electroactive polymer actuator for focus adjustment;
4A and 4B are cross-sectional and exploded views, respectively, illustrating different optical lens systems employing actuator combinations to control zoom and autofocus, respectively;
5A and 5B are perspective views showing alternative means for zoom control;
6a to 6c show step by step the operation of the transducer device in FIGS. 5a and 5b;
7A and 7B are cross-sectional and exploded views, respectively, illustrating another optical lens system of the present invention configured to provide auto focus and image stabilization functions;
8 is an exploded view illustrating the image stabilization cartridge of the lens system of FIGS. 7A and 7B;
9A and 9B are top and bottom views respectively illustrating the electrode configuration of the electroactive polymer transducer of the image stabilizing cartridge of FIG. 8;
10A and 10B are top and bottom views, respectively, illustrating another embodiment of an electroactive polymer transducer that can be used with the image stabilization cartridge of FIG. 8;
10C and 10D are top and bottom views respectively showing electroactive films employed in the transducers of FIGS. 10A and 10B;
11A and 11B are graphs showing passive stiffness and load response, respectively, of the lens system of FIGS. 7A and 7B;
12A is a perspective view showing a leaf spring biasing member usable for biasing an EAP autofocus actuator of the present invention;
12B and 12C are cross sectional and top views illustrating the optical lens system of the present invention in which the plate-shaped spring biasing member of FIG. 12A is effectively used;
13 is a sectional view showing another optical lens system of the present invention using an integrated plate spring biasing member;
14A and 14B are cross-sectional views respectively showing lens system housings with and without associated lens barrels including other types of integrated spring biasing members;
15A and 15B are perspective and cross-sectional views illustrating assembled lens barrel and flange assemblies usable with the lens system of the present invention in which the assembly provides an adjustable barrel design for focus adjustment;
15C is a diagram illustrating the use of a tool for adjusting the infinite focus parameter of the lens barrel assembly of FIGS. 15A and 15B;
16A and 16B are perspective and cross-sectional views illustrating another lens barrel assembly having an adjustable flange design for focusing;
17A and 17B are cross-sectional views illustrating lens systems having single-phase and two-phase actuator configurations, each providing a very compact, low lateral form factor;
18A and 18B are perspective and cross-sectional views illustrating an exemplary EAP actuator based lens displacement mechanism of the present invention;
19A and 19B are perspective and sectional views, respectively, illustrating different EAP lens displacement mechanisms usable in the present invention;
20A and 20B are perspective and sectional views, respectively, illustrating an EAP actuator and another lens displacement mechanism employing mechanical linkage;
FIG. 21 is a sectional view showing another hybrid lens displacement system of the present invention; FIG.
22A and 22B are perspective and cross-sectional views respectively illustrating the lens displacement mechanism of the “inchworm” type of the present invention;
23A and 23B are perspective and cross-sectional views, respectively, illustrating the lens displacement mechanism of the multi-stage “bugle” form of the present invention;
FIG. 24A is a sectional view showing an actuator cartridge of the lens displacement mechanism of FIGS. 23A and 23B;
24B-24F illustrate various positions of the actuator and associated lens guide rails during an operation cycle;
25A-25C are cross-sectional views illustrating the multi-actuator lens displacement system of the present invention;
26A and 26B are cross-sectional views showing deactivation and activation states of the lens image stabilization system of the present invention;
27A-27C are cross-sectional views illustrating another lens image stabilization system of the present invention in various activation states;
28 is an exploded view showing the aperture / shutter mechanism of the present invention suitable for use with the lens system as well as other known lens systems;
FIG. 28A is a side view showing a rotating collar of the shutter / iris mechanism of FIG. 28; FIG.
29A-29C are views showing a fully open, partially open, and fully closed state of the aperture / shutter mechanism of FIG. 28;
30A and 30B are cross-sectional views showing unimorph actuator films used in the lens displacement mechanism of the present invention;
31A and 31B are side views illustrating another lens displacement mechanism of the present invention in an inactive and active state, respectively, employing the unimorph actuator film of FIGS. 30A and 30B;
32A and 32B are side views illustrating another lens displacement mechanism of the present invention employing a unimorph actuator;
33A and 33B are diagrams illustrating the use of an EAP actuator having features that allow it to handle certain conditions, such as, for example, moisture in the environment in which the lens system is operated to optimize performance;
34 is a sectional view showing the lens displacement system of the present invention employing another configuration for handling ambient conditions;
34A and 34B are perspective and plan views illustrating an ambient condition adjustment mechanism of the system of FIG. 34;
35 is a sectional view showing another lens displacement system of the present invention having a lens position sensor;
36A is a perspective view showing other examples of mechanical parts of the shutter / iris mechanism of the present invention;
36B and 36C are views respectively showing the shutter / iris of FIG. 36A in the fully open and fully closed states; And
FIG. 36D is a perspective view illustrating the mechanism of FIG. 36A effectively coupled with an EAP actuator of the present invention. FIG.

본 발명의 장치, 시스템, 및 방법들을 기술하기 전, 본 발명은 특정 형태 또는 응용예들에 제한되는 것은 아니라는 점을 이해할 것이다. 이와 같이, 본 발명은 기본적으로 가변 초점 카메라 렌즈의 맥락에서 기술되는 한편, 당해 광학 시스템들은 현미경, 쌍안경, 망원경, 캠코더, 프로젝터, 안경뿐만 아니라 그 밖의 다른 형태의 광학적 응용물에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의하여만 제한될 것이므로, 여기서 사용된 용어는 특정 실시예들을 설명할 목적만으로 사용되었으며, 제한적인 목적으로 사용된 것은 아니라는 점을 이해할 것이다.Before describing the apparatus, system, and methods of the present invention, it will be understood that the present invention is not limited to a particular form or application. As such, the invention is primarily described in the context of a variable focus camera lens, while the optical systems can be used in microscopes, binoculars, telescopes, camcorders, projectors, glasses, as well as other forms of optical applications. It is also to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only, and is not intended to be limiting, since the scope of the present invention will be limited only by the appended claims.

도면을 참조하면, 도 1a 및 1b는 자동 초점 기능을 갖는 본 발명의 광학 렌즈 시스템을 도시한다. 도면에서, 하나 이상의 렌즈(미도시)를 보유한 렌즈 배럴(108)을 갖는 렌즈 모듈(100)이 상세히 도시되어 있다. 렌즈 배럴(108)의 말단 또는 전단에 조리개(106)가 제공된다. 전기활성 폴리머 필름(120)을 갖는 전기활성 폴리머(Electroactive Polymer; EAP) 액츄에이터(102)가 조리개(106)의 외곽에 배치된다. 필름(120)은 프레임면(122a 및 122b)에 의하여 외곽에, 그리고 디스크면(104a 및 104b)에 의하여 중앙에 삽입되어, 필름(120)의 노출된 환형의 구간을 남긴다. 이하, 전기활성 필름들의 구조 및 기능을 도 2a 및 2b를 참조하여 더욱 상세하게 기술한다.1A and 1B show an optical lens system of the present invention having an auto focus function. In the figure, a lens module 100 having a lens barrel 108 with one or more lenses (not shown) is shown in detail. An aperture 106 is provided at the end or front end of the lens barrel 108. An electroactive polymer (EAP) actuator 102 having an electroactive polymer film 120 is disposed outside the aperture 106. The film 120 is inserted outside by the frame faces 122a and 122b and in the center by the disc faces 104a and 104b, leaving the exposed annular section of the film 120. Hereinafter, the structure and function of the electroactive films will be described in more detail with reference to FIGS. 2A and 2B.

도 2a 및 2b의 개략도에 도시된 바와 같이, 전기활성 필름(2)는 유연한 전극판 또는 전극층(6)들 사이에 삽입된 얇은 유전층(4)을 포함하는 합성 물질을 포함하여, 용량성 구조(capacitive structure)를 형성한다. 도 2b에서 보는 바와 같이, 전압이 전극들에 인가되는 경우, 2개의 전극 내 서로 다른 전하들은 서로 끌리며, 이러한 정전기적 인력은 유전층(4)를 압박한다(Z-축을 따라). 추가적으로, 각각의 전극 내 서로 같은 전하들 간의 척력은 유전층을 평면적으로(X-축 및 Y-축을 따라) 펼치는 경향이 있어, 필름의 두께를 감소시킨다. 따라서, 유전층(40)은 전기장의 변화를 방향을 선회한다. 전극(6)들은 유연하기 때문에, 유전층과 함께 형상이 변화한다. 일반적으로 말하면, 상기 방향 선회(deflection)는 임의의 변위, 팽창, 수축, 뒤틀림, 선형 또는 면적 인장(area strain), 또는 유전층(4)의 일부의 임의의 다른 변형을 말한다. 폼 피트(form fit) 구조, 예컨대, 용량성 구조가 채택되는 프레임에 의거하여, 이러한 방향 선회는 기계적 일을 생산하는데 이용될 수 있다. 전기활성 필름(20)은 프레임 내에서 사전에 인장되어 전기적 에너지와 기계적 에너지 간의 변환을 개선할 수 있다, 즉, 사전 인장은 필름이 더 많이 방향을 선회하고, 더 큰 기계적 일을 제공할 수 있도록 한다.As shown in the schematic diagrams of FIGS. 2A and 2B, the electroactive film 2 comprises a composite material comprising a flexible electrode plate or a thin dielectric layer 4 sandwiched between the electrode layers 6. to form a capacitive structure. As shown in FIG. 2B, when voltage is applied to the electrodes, different charges in the two electrodes are attracted to each other, and this electrostatic attraction forces the dielectric layer 4 (along the Z-axis). In addition, the repulsion between the same charges in each electrode tends to spread the dielectric layer planarly (along the X- and Y-axes), reducing the thickness of the film. Thus, dielectric layer 40 orbits the change in electric field. Since the electrodes 6 are flexible, the shape changes with the dielectric layer. Generally speaking, the directional deflection refers to any displacement, expansion, contraction, distortion, linear or area strain, or any other deformation of a portion of the dielectric layer 4. Based on a form fit structure, for example a frame in which a capacitive structure is employed, this direction turning can be used to produce mechanical work. The electroactive film 20 can be pre-tensioned in the frame to improve the conversion between electrical and mechanical energy, ie pre-tensioning allows the film to orbit more and provide greater mechanical work. do.

전압이 인가되면, 전기활성 필름(20)은 기계적 힘이 상기 방향 선회를 일으키는 정전기적 힘과 균형을 이룰 때까지 계속하여 방향을 선회한다. 기계적 힘은 유전층(4)의 탄성복원력, 전극(6)들의 유연성, 및 필름(2)에 결합된 장치 및/또는 하중에 의하여 제공되는 임의의 외부 저항을 포함한다. 또한, 인가된 전압의 결과로서 필름에 의하여 발생한 방향 선회의 결과는 탄성중합체(elastomeric) 물질의 유전상수 및 그 크기 및 강성과 같은 수많은 다른 요인들에도 의존한다. 전압차 및 유도된 전하의 제거는, 도 2a에서 도시된 바와 같이 비활성 상태로 복귀하여, 역전효과를 유발한다.When a voltage is applied, the electroactive film 20 continues to turn until the mechanical force is balanced with the electrostatic force that causes the turn. The mechanical force includes the elastic resilience of the dielectric layer 4, the flexibility of the electrodes 6, and any external resistance provided by the device and / or load coupled to the film 2. In addition, the result of the direction turning caused by the film as a result of the applied voltage also depends on the dielectric constant of the elastomeric material and numerous other factors such as its size and stiffness. The removal of the voltage difference and the induced charge returns to the inactive state as shown in FIG. 2A, causing an inversion effect.

전기활성 폴리머 필름(2)의 길이(L) 및 너비(W)는 두께(t)보다 훨씬 크다. 일반적으로, 유전층(40)는 약 1㎛ 내지 약 100㎛ 범위 내의 두께를 가지며, 각각의 전극보다 두꺼울 수 있다. 액츄에이터에 주어지는 추가 강성이 일반적으로, 약 100 MPa 미만의 비교적 낮은 탄성율을 갖는 유전층의 강성보다 작도록, 전극(6)들의 탄성율 및 두께를 선택하는 것이 바람직하다.The length L and width W of the electroactive polymer film 2 are much greater than the thickness t. In general, dielectric layer 40 has a thickness in the range of about 1 μm to about 100 μm and may be thicker than each electrode. It is desirable to select the elastic modulus and thickness of the electrodes 6 such that the additional stiffness given to the actuator is generally less than the stiffness of the dielectric layer having a relatively low modulus of elasticity of less than about 100 MPa.

당해 광학 시스템과 함께 사용하기에 적합한 전기활성 폴리머 물질 계열은 유전 탄성중합체, 전기활성 폴리머, 전자 전기활성 폴리머, 및 이온 전기활성 폴리머, 및 몇몇 공중합체들을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 적합한 유전 물질로는 실리콘, 아크릴, 폴리우레탄, 플루오로실리콘(fluorosilicone) 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전기활성 폴리머는 비선형 반응의 특성을 갖는다. 전자 전기활성 폴리머는 일반적으로 전기장(주로, 건성)에 반응하는 전자의 이동에 의하여 형상 및 치수가 변화한다. 이온 전기활성 폴리머들은 전기장(주로, 습성 및 전해질을 포함)에 반응하는 이온의 이동에 의하여 형상 및 치수가 변화하는 폴리머이다. 적합한 전극 물질은 탄소, 금, 백금, 알루미늄 등을 포함한다. 본 발명의 격막(diaphragm) 카트리지와 함께 사용되는 적합한 필름 및 물질은, 본 원에 참조로서 포함되어 있는 미국 특허 제6,376,971호, 제6,583,533호, 및 제6,664,718호에 개시되어 있다.Suitable electroactive polymer material classes for use with the optical system include, but are not limited to, dielectric elastomers, electroactive polymers, electron electroactive polymers, and ion electroactive polymers, and some copolymers. Suitable dielectric materials include, but are not limited to, silicones, acrylics, polyurethanes, fluorosilicones, and the like. Electroactive polymers have the properties of nonlinear reactions. Electron electroactive polymers generally change shape and dimensions by the movement of electrons in response to an electric field (primarily dry). Ion electroactive polymers are polymers whose shape and dimensions change due to the movement of ions in response to an electric field (mainly wet and electrolyte). Suitable electrode materials include carbon, gold, platinum, aluminum, and the like. Suitable films and materials for use with the diaphragm cartridges of the present invention are disclosed in US Pat. Nos. 6,376,971, 6,583,533, and 6,664,718, which are incorporated herein by reference.

도 1a 및 1b를 다시 참조하면, 렌즈 배럴 및 적층(108)과 EAP 액츄에이터(102)의 동작상의 교합(engagement)은 렌즈 조립체의 자동 초점을 가능하게 한다. 프레임(122)은 구멍(126b)에 수용되는 볼트에 의하여 하우징(114)의 원단(distal end)에 부착되는 한편, EAP 액츄에이터(102)의 디스크 또는 캡부분(104)은 렌즈 배럴(108)의 원단에 위치 또는 장착되어, 캡(104) 내의 조리개(118)가 조리개(106)과 축상으로 정렬하여 렌즈 조립체로 빛이 통과할 수 있도록 한다. 판형(leaf) 스프링 메카니즘(110) 형태의 바이어싱 부재는 렌즈 배럴(108)과 프레임(122) 사이에 동작적으로 결합하여 디스크(104)에 화살표(125) 방향으로 사전 하중(preload)을 가하거나 편향하도록 하여 절두체(frustum) 형상의 구조를 제공한다. 이러한 절두체 형태의 액츄에이터들은 본 원에 그 전체가 참조로서 포함되어 있는 미국 특허출원 일련번호 제11/085,798호, 제11/085,804호, 및 제11/618,577호에 상세하게 기술되어 있다. 사전 하중 또는 편향(biasing)은 전극 활성화시 단순히 주춤거리기(wrinkle) 보다는 액츄에이터(102)가 원하는 방향으로 작동하도록 보장한다. 도시된 판형 스프링 메카니즘(110)과 함께, 하우징(114)은 오목부(wall recess)(132) 등을 구비하여 액츄에이터(102)와 관련하여 하나 이상의 판형 스프링을 수용하고 동작적으로 배치되도록 한다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 간단한 양(positive rate)의 스프링(예컨대, 코일 스프링)과 같은 그 밖의 다른 바이어싱 수단이 대안적으로 사용될 수 있다.Referring again to FIGS. 1A and 1B, the operational engagement of the lens barrel and stack 108 and the EAP actuator 102 enables autofocus of the lens assembly. The frame 122 is attached to the distal end of the housing 114 by bolts received in the holes 126b, while the disk or cap portion 104 of the EAP actuator 102 is attached to the lens barrel 108. Positioned or mounted at the distal end, the aperture 118 in the cap 104 is axially aligned with the aperture 106 to allow light to pass through the lens assembly. A biasing member in the form of a leaf spring mechanism 110 is operatively coupled between the lens barrel 108 and the frame 122 to preload the disc 104 in the direction of the arrow 125. Or deflection to provide a frustum-like structure. Such frustum-shaped actuators are described in detail in US patent application Ser. Nos. 11 / 085,798, 11 / 085,804, and 11 / 618,577, which are hereby incorporated by reference in their entirety. Preload or biasing ensures that the actuator 102 operates in the desired direction rather than simply wrinkle upon electrode activation. In addition to the illustrated leaf spring mechanism 110, the housing 114 has a wall recess 132 or the like to receive and operatively arrange one or more leaf springs with respect to the actuator 102. As shown in FIG. 7A, other biasing means, such as a simple positive rate of spring (eg, coil spring), may alternatively be used.

렌즈 조립체 또는 적층(108)의 근단(proximal end) 또는 후면 상에는 전자제어장치(128)에 의한 디지털 처리를 위하여 이미지를 수신하는 이미지 센서/검출기(116)(전하결합소자(CCD) 등)가 배치된다. 렌즈 적층(108)의 초점 길이는 EAP 액츄에이터(102)의 선택적 작동에 의하여 조정가능하다(여기서, 하나 이상의 렌즈들의 축상 위치는 다른 렌즈들과 관련하여 조정됨). 액츄에이터(102)뿐만 아니라 센서(116)는 전원공급장치(130)에 전기적으로 결합함으로써 전원을 공급받을 수 있다.On the proximal end or back of the lens assembly or stack 108 is placed an image sensor / detector 116 (such as a charge coupled device (CCD)) which receives an image for digital processing by the electronic control unit 128. do. The focal length of the lens stack 108 is adjustable by selective operation of the EAP actuator 102 (where the axial position of one or more lenses is adjusted relative to the other lenses). Sensor 116 as well as actuator 102 may be powered by electrical coupling to power supply 130.

도 1b에 도시된 바와 같이, 완전한 카메라 조립체는 적어도 가리개 또는 덮개(112)를 포함한다. 종래의 렌즈 시스템들에서 통상적으로 사용되는 적외선 필터(미도시)와 같은 다른 구성요소들이 시스템에 동작가능하게 포함될 수도 있다.As shown in FIG. 1B, the complete camera assembly includes at least a shade or cover 112. Other components, such as infrared filters (not shown) commonly used in conventional lens systems, may be operatively included in the system.

도 3은 본 발명의 다른 렌즈 모듈(140)을 도시한다. 하나 이상의 렌즈(144)를 갖는 원통형 렌즈 배럴(142)이 원단부(142a) 및 근단부(142b)를 갖는 외부 및 내부 하우징 부재(146 및 148) 내에 움직일 수 있도록 포함된다. 원단부(142a)는 외부 하우징(146)의 개구부를 통해 미끄러질 수 있도록 배치되고, 근단부(142b)는 내부 하우징(148)의 개구부를 통해 미끄러질 수 있도록 배치한다. 상기 원단부(142a)와 근단부(142b) 간의 연결부는 환형의 EAP 액츄에이터(152)의 내부 프레임 부재(158)가 장착되는 환형의 쇼율더(shoulder)(150)를 정의한다. 액츄에이터(152)는 내부 프레임 부재(158) 사이에 펼쳐진 상태로 유지되는 필름(154a 및 154b)에 의하여 각각 정의되는 이중 절두체(frustum) 구조를 가진다. 원단 필름(154a)의 주변부는 외부 하우징(146)과 프레임 블록 또는 스페이서(156) 사이에 배치되고, 근단 필름(154b)의 주변부는 내부 하우징(148)과 프레임 블록(156) 사이에 배치된다. 판형 스프링 메카니즘에 의하여 편향되는 대신, 이중 절두체 구조의 원단 필름(154a)이 화살표(155) 방향으로 액츄에이터(152)에 대하여 사전하중을 제공하여, 동일한 방향으로 렌즈 배럭(142)를 이용시켜 초점 렌즈(144)를 조절하도록 한다. 편향되지 않은 필름(154b)은 EAP 필름인 한편, 편향된 필름(154a)은 탄성중합체 웨빙(webbing)일 수 있다. 숄더 필름(154a)은 전기활성 폴리머 물질을 포함하나, 용량(capacitance) 변화에 의하여 위치를 감지하는데 이용되거나, 필름(154b)과 공동으로, 2-위상(two-phase) 액츄에이터를 제공할 수 있다. 후자의 경우, 필름(154b)이 활성화되는 경우, 렌즈 배럴(142)이 화살표(157) 방향으로 움직이도록 하여, 반대 방향으로 렌즈(144)의 초점 거리를 조절할 수 있다.3 shows another lens module 140 of the present invention. A cylindrical lens barrel 142 having one or more lenses 144 is included to be movable within the outer and inner housing members 146 and 148 having the distal end 142a and the proximal end 142b. The distal end portion 142a is disposed to slide through the opening of the outer housing 146, and the proximal end portion 142b is disposed to slide through the opening of the inner housing 148. The connection portion between the distal end portion 142a and the near end portion 142b defines an annular shovelder 150 on which the inner frame member 158 of the annular EAP actuator 152 is mounted. Actuator 152 has a double frustum structure defined by films 154a and 154b that are held in an unfolded state between inner frame members 158. The periphery of the raw film 154a is disposed between the outer housing 146 and the frame block or spacer 156, and the periphery of the near end film 154b is disposed between the inner housing 148 and the frame block 156. Instead of being deflected by the plate spring mechanism, the double frustrated structure film 154a provides a preload with respect to the actuator 152 in the direction of the arrow 155, using the lens barrel 142 in the same direction to focus the lens. Adjust (144). Unbiased film 154b may be an EAP film, while deflected film 154a may be an elastomeric webbing. Shoulder film 154a includes an electroactive polymer material, but may be used to sense position by a change in capacity, or in combination with film 154b, may provide a two-phase actuator. . In the latter case, when the film 154b is activated, the lens barrel 142 may move in the direction of the arrow 157, thereby adjusting the focal length of the lens 144 in the opposite direction.

본 발명의 다른 변형예에서, 도 4a 및 4b는 초점 및 줌을 제어하기 위하여 액츄에이터 조합을 채택한 광학 시스템(160)을 도시한다. 시스템은 하우징(182) 내에 수용된 초점 스테이지(focus stage)를 가지며, 렌즈 배럴(162) 내에 배치되어 격막(diaphragm) 액츄에이터(166)에 의하여 구동되는 초점 렌즈(164)를 포함한다. 초점은 도 1a 및 1b를 참조하여 기술된 방식과 동일한 방식으로 렌즈(164)와 이미지 센서(180) 사이의 거리를 변화시켜 조정된다. 또한, 시스템(160)은 보강재(174a 및 174b)에 의하여 각각 한 쌍의 평판형 액츄에이터(172a 및 172b)에 기계적으로 결합된 렌즈고정부(170) 내부 및 렌즈 덮개(176) 아래에 배치된 줌 렌즈(168)를 포함한다. 이러한 액츄에이터(172a 및 172b) 각각은 EAP 필름을 보강재에 부착된 공통의 프레임 요소(178) 상에 펼침으로써 형성된다. 줌 기능은 렌즈(164 및 168)들 간의 거리를 변화시킴으로써 수행된다. 일반적으로 초점 조정은 약 0.1mm 내지 2.0mm의 이동을 필요로 하나; 줌은 약 5배 내지 10배의 스트로크양을 요구한다. 도면에 도시되지는 않았으나, 결합된 프레임의 여러 개의 면들은 격막 액츄에이터만을 수반하거나 평판형 액츄에이터만을 수반할 수 있는 것으로 고려될 수 있다. 또한, 비직교(non-orthogonal) 프레임 구조가 이용될 수도 있다. In other variations of the invention, FIGS. 4A and 4B show an optical system 160 employing an actuator combination to control focus and zoom. The system includes a focus lens 164 having a focus stage received within the housing 182 and disposed within the lens barrel 162 and driven by the diaphragm actuator 166. The focus is adjusted by varying the distance between the lens 164 and the image sensor 180 in the same manner as described with reference to FIGS. 1A and 1B. The system 160 also includes a zoom disposed within the lens fixing 170 and under the lens cover 176 mechanically coupled to a pair of flat plate actuators 172a and 172b by reinforcements 174a and 174b, respectively. Lens 168. Each of these actuators 172a and 172b is formed by spreading the EAP film onto a common frame element 178 attached to the reinforcement. The zoom function is performed by changing the distance between the lenses 164 and 168. In general, focusing requires a movement of about 0.1 mm to 2.0 mm; Zoom requires about 5 to 10 times the stroke amount. Although not shown in the drawings, it may be contemplated that several sides of the combined frame may involve only diaphragm actuators or only flat plate actuators. In addition, a non-orthogonal frame structure may be used.

가용한 공간이 많은 경우, 장치의 동작 범위를 증가시키기 위하여 더 긴 줌 왕복거리에 적합한 EPAM 줌/초점 엔진을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 도 5A 및 5B는 평판형 액츄에이터(192a 및 192b)의 쌍들의 집합이 망원경적(telescoping) 배열을 이루는 대안적인 렌즈 시스템(190)을 도시하는 사시도이다. 도면에서, 각 쌍들 중 하나는 줌 렌즈(198)을 포함하는 렌즈 배럴(196)에 고정된 렌즈 캐리지(carriage)(194)의 반대측에 배치된다. 작동시, 평판형 액츄에이터 배열은 렌즈 배럴(196) 및 줌 렌즈(198)을 화살표(202 및 204) 방향으로 이미지 센서(200)에 대한 초점축을 따라 이동시킨다. 여기서, 도 5a 및 5b는 각각 최소 및 최대 줌 위치를 도시한다.If there is a large amount of space available, it may be desirable to provide an EPAM zoom / focus engine suitable for longer zoom reciprocating distances in order to increase the operating range of the device. 5A and 5B are perspective views illustrating an alternative lens system 190 in which a set of pairs of plate actuators 192a and 192b are in a telescopic arrangement. In the figure, one of each pair is disposed on the opposite side of the lens carriage 194 fixed to the lens barrel 196 including the zoom lens 198. In operation, the platen actuator arrangement moves the lens barrel 196 and the zoom lens 198 along the focal axis for the image sensor 200 in the directions of arrows 202 and 204. 5A and 5B show the minimum and maximum zoom positions, respectively.

액츄에이터들이 연결되어 동작되는 방식은 도 5a 및 5b의 액츄에이터 적층의 다양한 작동 단계를 도시하는 도 6a 및 6c의 확대도에 의하여 명확히 알 수 있다. 전진 운동은 연속적인 출력바(208)를 액츄에이터 프레임 섹션(206)에 연결함으로써 달성된다. 이 경우, 가장 안쪽의 출력바는 막대(210)에 부착되어 줌 구성요소들을 구동한다.The manner in which the actuators are connected and operated can be clearly seen by the enlarged views of FIGS. 6A and 6C showing the various operating steps of the actuator stack of FIGS. 5A and 5B. Forward movement is accomplished by connecting a continuous output bar 208 to the actuator frame section 206. In this case, the innermost output bar is attached to the rod 210 to drive the zoom components.

도 7a 및 7b를 참조하면, 자동 초점에 추가하여 이미지 안정화 기능을 제공하는 본 발명의 다른 광학 렌즈 시스템(300)이 도시된다. 렌즈 모듈(302)은 하나 이상의 렌즈들을 보유한 렌즈 배럴(312)을 포함한다. 여기서, 상기 렌즈 배럴(312)은 4개의 렌즈(314a, 314b, 314c, 및 314d)를 포함하는 것으로 도시하고 있으나, 그 이하 또는 이상의 렌즈들을 포함할 수 있다. 렌즈 조립체(314)는 외부 프레임(322) 및 내부 디스크 또는 캡 부재(328) 사이에 연장되는 EAP 필름(325)을 포함하는 EAP 액츄에이터(320)에 의하여 이동된다. 외부 프레임(322)은 하부 하우징(324) 및 상부 하우징(326) 사이에 고정된다. 코일 스프링(332) 형태의 바이어싱 부재가 렌즈 배럴(312)를 중심으로 배치되어 하부 하우징(324)의 후단(334)과 렌즈 배럴(312)의 숄더 또는 플랜지 사이에서 동작상 결합하여, 화살표(335) 방향으로 캡 또는 디스크(328)에 사전 하중을 가하거나 편향시킴으로써, EAP 액츄에이터(320)에 절두체 형상을 제공한다.7A and 7B, another optical lens system 300 of the present invention is shown that provides image stabilization in addition to auto focus. Lens module 302 includes a lens barrel 312 that holds one or more lenses. Here, the lens barrel 312 is illustrated as including four lenses (314a, 314b, 314c, and 314d), but may include less or more lenses. The lens assembly 314 is moved by an EAP actuator 320 that includes an EAP film 325 extending between the outer frame 322 and the inner disk or cap member 328. The outer frame 322 is fixed between the lower housing 324 and the upper housing 326. A biasing member in the form of a coil spring 332 is disposed about the lens barrel 312 and is operatively coupled between the rear end 334 of the lower housing 324 and the shoulder or flange of the lens barrel 312, such that the arrow 335 Preloading or deflecting the cap or disk 328 in the) direction provides the frustum shape to the EAP actuator 320.

액츄에이터 디스크 부재(328)의 방사형의 강성도 및 렌즈 배럴(312)의 원단에 부과된 저항력/편향력(화살표(335)의 반대)은 렌즈 모듈(302) 내에서 배럴이 같은 중심을 유지하는데 도움을 준다. 더욱이, 편향된 EAP 액츄에이터의 전반적인 구조는 렌즈 배럴을 효과적으로 지지하여, 그러한 렌즈 위치 시스템의 수동 강성을 보여주는 도 11a의 그래프에서 보듯, 렌즈 배럴이 중력으로부터 영향을 받지 않도록 한다. 한편, 도 11b는 하드 스탑(hard stop) 위치로부터 왕복운동을 시작한 후의 시스템의 통상의 하중 반응을 도시한다.The radial stiffness of the actuator disk member 328 and the resistance / deflection force imposed on the distal end of the lens barrel 312 (as opposed to the arrow 335) help to keep the barrel in the same center within the lens module 302. give. Moreover, the overall structure of the deflected EAP actuator effectively supports the lens barrel so that the lens barrel is unaffected by gravity, as shown in the graph of FIG. 11A showing the passive stiffness of such a lens positioning system. On the other hand, FIG. 11B shows the typical load response of the system after starting the reciprocation from the hard stop position.

부싱벽(bushing wall)(318)이 하우징(324)의 후단(334)으로부터 상방으로 연장되어 코일 스프링(332)와 렌즈 배럴(312)의 외부 표면 사이에 안착된다. 부싱(318)은 렌즈 배럴(312)를 위한 선형 가이드 역할을 하며, 플랜지(336)와 함께, 최대 "매크로(macro)"(근접) 초점 위치에서 왕복운동을 중단시킨다. 빌트인 트래블(built-in travel) 또는 하드 스탑을 구비하면 시스템(300)의 조립체를 제조하는 동안 배럴의 위치를 최초 조정하는데 유용한다. 부싱벽(318)의 강성은 통상의 사용시 렌즈 조립체의 파손을 방지할 수 있다. 더욱이, EAP 액츄에이터(320)의 전반적인 구조는 렌즈 배럴에 충격 흡수성을 제공한다. EAP 액츄에이터, 바이어스 스프링, 부싱, 및 전박적인 배럴 디자인은 서로 협력하여 렌즈 시스템의 최적 성능을 위한 방사형 배열을 한결같이 유지시켜 준다.A bushing wall 318 extends upwardly from the rear end 334 of the housing 324 to be seated between the coil spring 332 and the outer surface of the lens barrel 312. Bushing 318 serves as a linear guide for lens barrel 312 and, with flange 336, stops reciprocating motion at the maximum " macro " (close) focus position. Having a built-in travel or hard stop is useful for initial adjustment of the position of the barrel during the assembly of the system 300. The rigidity of the bushing wall 318 can prevent damage to the lens assembly in normal use. Moreover, the overall structure of the EAP actuator 320 provides shock absorption to the lens barrel. EAP actuators, bias springs, bushings, and the barrel design all work together to consistently maintain a radial arrangement for optimal performance of the lens system.

EAP 액츄에이터의 절두체 구조는, 특히 낮은 측면 형상을 제공하는 구성의, 도 12a에 도시된 판형 스프링 메카니즘(390)과 같은 다른 형태의 바이어싱 부재에 의하여 제공될 수 있다. 바이어싱 메카니즘(390)은 환상의 기저부(392)를 포함한다. 환상의 기저부(392)는 기저부(392)의 둘레에 서로 이격되고 굴곡점(396)에서 상방으로 각을 이루는 방사형으로 연장된 포크형 탭(394)을 포함한다. 도 12b 및 12c는 도 7a 및 7b의 시스템과 유사한 구성을 갖는 광학 렌즈 시스템 내에 바이어싱 부재로서 채택된 판형 스프링 바이어싱 메카니즘(390)을 도시한다. 판형 스프링의 기저부(392)는 플랜지(336) 아래의 렌즈 배럴(312)을 둘러싸며, 각각의 포크형 탭(394)은 베어링면(bearing surface)으로 역할을 하는 외부 프레임(322)의 하측과 결합한다. 균일하게 균형을 이루고, 중심을 유지하는 편향을 제공하기 위하여, 판형 스프링 메카니즘은 동일한 간격의 적어도 3개의 탭(394)을 제공한다. 또한, 판형 스프링(390)의 의도되지 않은 회전 운동을 방지하기 위하여, 포크형 탭(394)의 가지 또는 다리들은 하우징의 각 모서리에 위치한 홈에 결합된다. 내부 하우징 블록(398)은 "무한대(infinity)"(즉, 가장 근접한) 위치에 있을 때 렌즈 배럴(312)에 대하여 선형 부싱 또는 백스탑(backstop)으로 기능한다.The frustum structure of the EAP actuator may be provided by another form of biasing member, such as the leaf spring mechanism 390 shown in FIG. 12A, in particular a configuration that provides a low side shape. The biasing mechanism 390 includes an annular base 392. The annular base 392 includes a radially extending fork tab 394 spaced from each other around the base 392 and angled upward at the bend point 396. 12B and 12C show a leaf spring biasing mechanism 390 employed as a biasing member in an optical lens system having a configuration similar to the system of FIGS. 7A and 7B. The base 392 of the leaf spring surrounds the lens barrel 312 below the flange 336, with each fork tab 394 having a lower side of the outer frame 322 which serves as a bearing surface. To combine. To provide a uniformly balanced and centered deflection, the leaf spring mechanism provides at least three tabs 394 at equal intervals. Further, to prevent unintentional rotational movement of the leaf spring 390, the branches or legs of the fork tab 394 are engaged in grooves located at each corner of the housing. The inner housing block 398 functions as a linear bushing or backstop relative to the lens barrel 312 when in the "infinity" (ie, closest) position.

바이어싱 부재는 광학 렌즈 시스템의 렌즈 배럴 및/또는 하우징 구조에 통합될 수도 있다. 도 13은 본 발명의 렌즈 시스템의 구조적 부분(410)이 하우징 요소(414) 내에 동심으로 배치된 렌즈 배럴(412)를 포함하는 예를 도시한다. 바이어스 부재(416)는 렌즈 배럴과 하우징 사이에서 양쪽에 걸쳐 배치되며, 여기서, 바이어싱 부재는 이들 요소들과 결합된 단일체 또는 일체형 구조(예컨대, 몰딩에 의함)로 형성되거나, 이들 요소들 사이에 삽입되어 제공될 수 잇다. 후자의 구성이 도시되어 있으며, 볼록한 형태(위에서 또는 외부에서 볼 때)의 환상의 격막(418)을 가진다; 그러나, 대안적으로 오목한 형태를 취할 수 있다. 격막(418)의 재료로서 실리콘, 폴리우레탄, EPDM, 그 밖의 다른 탄성중합체, 또는 임의의 저점성 탄성중합체들이 사용될 수 있다. 격막은 외부 렌즈 배럴 벽과 내부 하우징 벽을 각각 떠받치고 있는 내외부 측벽(420a 및 420b) 사이에 연장된다. 곡선형의 격막(418)은 음(negative rate)의 스프링 메카니즘을 제공한다. 음의 편형력을 갖는 EAP 액츄에이터들의 예는 앞서 참조한 미국 특허 출원 일련번호 제11/618,577호에 개시되어 있다.The biasing member may be integrated into the lens barrel and / or housing structure of the optical lens system. 13 illustrates an example in which the structural portion 410 of the lens system of the present invention includes a lens barrel 412 disposed concentrically within the housing element 414. The bias member 416 is disposed across both between the lens barrel and the housing, where the biasing member is formed of a monolithic or integral structure (eg, by molding) associated with these elements, or between these elements. Can be inserted and provided. The latter configuration is shown and has an annular diaphragm 418 in convex form (viewed from above or from outside); However, it may alternatively take a concave form. Silicone, polyurethane, EPDM, other elastomers, or any low viscosity elastomers may be used as the material of the diaphragm 418. The diaphragm extends between the inner and outer sidewalls 420a and 420b which respectively support the outer lens barrel wall and the inner housing wall. Curved diaphragm 418 provides a negative rate spring mechanism. Examples of EAP actuators with negative deflection force are disclosed in US patent application Ser. No. 11 / 618,577, referenced above.

도 14a 및 14b는 당해 렌즈 시스템에 액츄에이터의 스프링 바이어스를 통합하는 다른 방법들을 도시한다. 도 14a에서, EAP 액츄에이터(미도시)에 인가될 스프링 바이어스는, 예컨대, 도 7a 및 7b의 렌즈 시스템(300)의 하부 하우징(324)에 구조적으로 통합되어 있으며, 하우징(324)의 외벽과 부싱벽(318) 사이의 동심의 갭 내에 내부로 방사형으로 연장되는 2개 이상의 탭(422)에 의하여 제공된다. 탭(422)들은 하중이 인가되는 경우 스프링 바이어스를 제공하도록 하는 방식으로 굴곡 또는 몰딩된다. 렌즈 배럴(312) 또한 도 14b에서 보는 바와 같이 탭(422)들과 함께 일체로 형성(몰딩 등에 의함)되어 고정된다.14A and 14B illustrate other methods of incorporating a spring bias of an actuator in the lens system. In FIG. 14A, the spring bias to be applied to the EAP actuator (not shown) is structurally integrated into the lower housing 324 of the lens system 300 of FIGS. 7A and 7B, for example, and the outer wall and bushing of the housing 324. Provided by two or more tabs 422 radially extending inwardly within the concentric gaps between the walls 318. Tabs 422 are bent or molded in such a way as to provide a spring bias when a load is applied. The lens barrel 312 is also integrally formed (by molding, etc.) and fixed together with the tabs 422 as shown in FIG. 14B.

본 발명의 렌즈 시스템들은 렌즈들에 대하여 적합한 위치에 하나 이상의 광필터들을 구비할 수 있다. 도 7a 및 7b의 시스템(300)을 다시 참조하면, 상부 하우징(326)은 광선을 투과시키기 위하여 내부에 배치된 투명 또는 반투명의 덮개(330)를 포함한다. 대안적으로, 상부 하우징(326)은 전체적으로 투명/반투명 물질을 이용하여 주조될 수 있다. 어느 경우에나, 덮개는 가시광 파장을 일반적으로 손실없이 투과시키면서 약 670nm 이상의 적외선 파장이 렌즈 조립체를 투과하는 것을 방지하는 필터로서 기능할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 적외선 필터(366)이 렌즈 조립체에 근접하여 배치될 수 있다.The lens systems of the present invention may have one or more light filters in a suitable position relative to the lenses. Referring back to the system 300 of FIGS. 7A and 7B, the upper housing 326 includes a transparent or translucent lid 330 disposed therein for transmitting light rays. Alternatively, the upper housing 326 may be cast using a transparent / translucent material as a whole. In either case, the lid can function as a filter that prevents infrared wavelengths greater than about 670 nm from penetrating the lens assembly while generally transmitting visible wavelengths without loss. Alternatively or additionally, infrared filter 366 may be disposed proximate the lens assembly.

또한, 본 발명의 렌즈 시스템은 이미지 안정화 기능을 갖는다. 도 7a 및 7b를 다시 참조하면, 예시적인 실시예에 따른 이미지 안정화 모듈(304)이 렌즈 모듈(302)이 렌즈 모듈(302)의 근접하여 배치된다. 이미지 안정화 모듈은 렌즈 모듈(302)에 의하여 초점이 맺힌 이미지를 수용하기 위한 이미지 센서(306) 및 그러한 상들을 처리하기 위한 관련 전자장치들을 포함한다. 이미지 안정화 모듈(304)는 초점을 맞춘 이미지를 선명하게 유지하기 위하여 이미지 센서(360)의 x-y 평면으로의 임의의 움직임, 즉, "흔들림(shake)"을 보상하기 위한 EAP 액츄에이터(310)을 포함할 수도 있다. 또한, 그러한 운동을 감지하기 위한 센서에는 Z-축 보정도 제공될 수 있다.In addition, the lens system of the present invention has an image stabilization function. Referring again to FIGS. 7A and 7B, an image stabilization module 304 according to an exemplary embodiment is disposed with the lens module 302 proximate the lens module 302. The image stabilization module includes an image sensor 306 for receiving an image focused by the lens module 302 and associated electronics for processing such images. The image stabilization module 304 includes an EAP actuator 310 to compensate for any movement, ie, “shake,” in the xy plane of the image sensor 360 to keep the focused image clear. You may. In addition, a sensor for sensing such motion may also be provided with Z-axis correction.

EAP 액츄에이터(310)은 도 8의 분해 조립도 및 도 9a 및 9b의 평면도에서 가장 잘 볼 수 있듯이, "핫(hot)" 및 그라운드측(338 및 348)을 갖는 2겹의 EAP 필름 트랜스듀서를 포함하는 판상의 구성을 갖는다. EAP 필름(338)은 탄성중합체층(342) 및 전기적으로 절연된 전극(340)들을 포함한다. 전극(340)들 각각은 탄성중합체층(342)의 중심부(362a)를 남겨두고 탄성중합체층(342)의 일부로 연장된다. EAP 필름(348)은 탄성중합체층(352) 및 단일 접지 전극(350)을 포함한다. 접지 전극 (350)의 환상의 형상은 각각의 핫 전극(340)에 부착될 수 있으며, 필름(338)의 일부(362a)에 대응하여 전극 물질이 없는 중심부(362b)를 갖도록 형성된다. 2개의 필름은 공동하여 4상 액츄에이터를 제공하기 위하여 4개의 활성 4분면(즉, 4개의 활성-접지 전극쌍)을 갖는 트랜스듀서를 제공한다; 그러나, 도 10a 내지 10d를 참조하여 아래에서 기술되는 바와 같이, 4개 이상 또는 이하의 활성부를 포함할 수 있다. 각각의 4분면은 개별적으로 또는 하나 이상의 다른 4분면들과 함께, 선택적으로 활성화되어 시스템이 겪는 흔들림에 응답하여 이를 보상하기 위하여, x-y평면(즉, 2자유도)으로의 작동(actuation) 운동의 범위를 제공한다. 각 핫 전극에 대하여 하나씩 전기적 탭(344)들이 2개의 필름 사이에 배치된다. 한 쌍의 접지 전기적 탭(346)이 EAP 필름(338 및 348)의 배향하는 외부 표면상에 제공된다. 탭(334 및 348)들은 EAP 액츄에이터를 전원공급장치 및 전자제어장치(미도시)에 연결시킨다. 2겹의 트랜스듀서 필름은 펼쳐지고 인장된 상태로 EAP 필름을 유지하는 상하부 프레임 부재(345a 및 345b) 사이에 배치된다.EAP actuator 310 is a two layer EAP film transducer with "hot" and ground sides 338 and 348, as best seen in the exploded view of FIG. 8 and the top views of FIGS. 9A and 9B. It has a plate-like structure to include. EAP film 338 includes an elastomeric layer 342 and electrically insulated electrodes 340. Each of the electrodes 340 extends to a portion of the elastomer layer 342, leaving a central portion 362a of the elastomer layer 342. EAP film 348 includes an elastomeric layer 352 and a single ground electrode 350. The annular shape of ground electrode 350 may be attached to each hot electrode 340 and is formed to have a central portion 362b free of electrode material corresponding to a portion 362a of film 338. The two films together provide a transducer with four active quadrants (ie four active-ground electrode pairs) to provide a four-phase actuator; However, as described below with reference to FIGS. 10A-10D, four or more active portions may be included. Each quadrant, either individually or in conjunction with one or more other quadrants, is activated selectively to compensate for the response the system experiences in the xy plane (ie two degrees of freedom). Provide a range. Electrical tabs 344 are disposed between the two films, one for each hot electrode. A pair of grounded electrical tabs 346 are provided on the oriented outer surfaces of the EAP films 338 and 348. Tabs 334 and 348 connect the EAP actuator to a power supply and an electronic controller (not shown). The two-ply transducer film is disposed between the upper and lower frame members 345a and 345b which hold the EAP film in an expanded and tensioned state.

또한, 액츄에이터(310)는 합성의 필름 구조의 양측의 중심에 배치되는 2개의 디스크(356 및 358)들을 포함할 수 있다. 디스크들은 다양한 기능을 수행한다. 핫 전극 필름(338)의 외측에 구비된 디스크(356)는 환상의 공간 또는 프레임면(354b)의 잘려진 부분 내에서 후방판 또는 덮개(360b)에 의하여 평면적 정렬로 유지된다. 디스크(356)는 왕복운동 중지(travel stop)(필름(338)이 후방판과 접촉하는 것을 방지) 기능을 수행하고, 센서에 대하여 추가 베어링 서포트로서 기능한다. 디스크(358)은 필름(348)의 외측상에 제공되어 프레임면(354a)의 잘려진 부분의 환상의 공간 내에서, 디스크(358)가 액츄에이터(310)의 운동을 이미지 센서(306)으로 전달하도록 하는 잘려진 부분을 또한 포함하는 전방판 또는 덮개(360a)에 의하여 평면적 정렬로 유지된다. 디스크(358)로부터 이미지 센서(306)로 출력 액츄에이터 운동의 전달을 용이하게 하기 위하여, 선형 베어링 구조/서스펜션 부재(308)이 그 사이에 제공된다. 구조/부재(308)는, 예컨대, 기판(362)의 모서리로부터 연장되는 스프링 탭들과 같은 복수의 충격 흡수 요소(364)를 갖는 판상의 기판(362)의 형태를 취한다. 상기 충격 흡수 요소(364)는 액츄에이터(310)의 출력 운동을 최적화하기 위하여 충격 흡수재로 기능한다. 기판(362)은 이미지 센서(306)과 이의 관련된 전자제어장치 간의 전기적 접촉을 액츄에이터(310)에 제공하는 스프링 탭(364)들을 갖는 플렉스(flex) 회로의 형태일 수 있다(전도성 물질로 형성되는 경우).In addition, actuator 310 may include two disks 356 and 358 disposed at the centers of both sides of the composite film structure. Disks perform a variety of functions. The disk 356 provided on the outside of the hot electrode film 338 is maintained in planar alignment by the backplate or lid 360b in the annular space or the cut portion of the frame surface 354b. The disk 356 functions as a travel stop (prevents the film 338 from contacting the rear plate) and functions as an additional bearing support for the sensor. The disk 358 is provided on the outside of the film 348 to allow the disk 358 to transmit the movement of the actuator 310 to the image sensor 306 within the annular space of the cut portion of the frame surface 354a. It is maintained in planar alignment by the front plate or cover 360a, which also includes the cut portion. In order to facilitate the transfer of output actuator motion from the disk 358 to the image sensor 306, a linear bearing structure / suspension member 308 is provided therebetween. The structure / member 308 takes the form of a plate-like substrate 362 having a plurality of shock absorbing elements 364, such as, for example, spring tabs extending from the edge of the substrate 362. The shock absorbing element 364 functions as a shock absorber to optimize the output motion of the actuator 310. Substrate 362 may be in the form of a flex circuit with spring tabs 364 providing electrical contact between the image sensor 306 and its associated electronic controller to the actuator 310 (which is formed of a conductive material) Occation).

이미지 센서(306), 서스펜션 부재(308), 및 액츄에이터(310)은 하우징(316) 내에 함께 포개진다. 하우징(316)은 원단측(368) 상에서 오목하게 패여 렌즈 모듈(302)을 수용한다. 하우징(316)의 근단측(370) 상에서, 하우징(316)은 액츄에이터(310)의 전기적 접촉 탭(344 및 346) 및/또는 베어링/서스펜션 부재(308)의 스프링 탭(364)를 수용하기 위한 노치(notch) 또는 오목부(372)를 갖는다.The image sensor 306, suspension member 308, and actuator 310 are nested together within the housing 316. The housing 316 is recessed on the distal side 368 to receive the lens module 302. On the proximal side 370 of the housing 316, the housing 316 is for receiving the electrical contact tabs 344 and 346 of the actuator 310 and / or the spring tab 364 of the bearing / suspension member 308. It has a notch or recess 372.

4상 액츄에이터(310)의 언급과 관련하여 언급된 바와 같이, 본 발명의 이미지 안정화 액츄에이터는 원하는 상의 액츄에이션을 제공하는 임의의 수의 활성 영역을 가질 수 있다. 도 10A 내지 10D는 적어도 이미지 안정화를 위한 본 발명의 대상 광학 렌즈 시스템과 함께 사용하기에 적합한 3상 EAP 액츄에이터(380)을 도시한다. 액츄에이터(380)은 3개의 전극 영역(386)들을 갖는 핫 EAP 필름(384a)를 포함한다. 각각의 영역(386)은 액츄에이터(380)의 활성 영역의 약 1/4의 액츄에이션에 영향을 미친다. 접지 EAP 필름(384b)은 단일 환상 접지 전극(388)을 갖는다. 단일 환상 접지 전극(388)은 프레임측(382a 및 382b)에 의하여 필름(384a)와 함께 패키지화되는 경우, 액츄에이터(380)의 3개의 활성 부분의 각각에 접지측을 제공한다. 이러한 3상 디자인은 기계적으로나 전기적으로 4상 디자인보다 기본적이나, 3상 액츄에이터는 단독으로 X-축 또는 Y-축으로 별개의 운동을 제공하지 않을 수 있기 때문에 보다 복잡한 전자적 제어 알고리즘을 필요로 한다.As mentioned in connection with the mention of the four-phase actuator 310, the image stabilizing actuator of the present invention may have any number of active regions that provide actuation of the desired phase. 10A-10D illustrate a three phase EAP actuator 380 suitable for use with the subject optical lens system of the present invention for at least image stabilization. Actuator 380 includes hot EAP film 384a with three electrode regions 386. Each region 386 affects about one quarter actuation of the active region of actuator 380. Ground EAP film 384b has a single annular ground electrode 388. When the single annular ground electrode 388 is packaged with the film 384a by the frame side 382a and 382b, it provides a ground side to each of the three active portions of the actuator 380. Such three-phase designs are more fundamental than mechanical and electrical four-phase designs, but three-phase actuators may not provide separate motion in the X- or Y-axis alone, requiring more complex electronic control algorithms.

많은 제조된 하드웨어 구성요소들은 수용가능한 허용오차 범위 내에 들어오는 치수를 가지며, 구성요소에서와 같은 것에서 그리고 관련 구성요소 간에서의 매우 작은 치수상의 변화는 생산수율에 영향을 미치지 않는다. 그러나, 광학 렌즈와 같은 장치에서는 더욱 정교함이 종종 요구된다. 더욱 상세하게는, 이미지 센서에 대한 렌즈 조립체의 위치는 최종 사용자에 의한 사용시 정확한 초점맞추기를 보장하기 위하여 “무한대” 위치에 있는 경우(즉, “오프(off)” 상태에 있은 경우), 렌즈 조립체의 초점을 최적화하도록 설정되는 것이 중요하다. 그런 이유로, 무한대 위치는 조립 과정 중 조정되는 것이 바람직하다.Many manufactured hardware components have dimensions that fall within acceptable tolerances, and very small dimensional changes, such as in components and between related components, do not affect production yield. However, more precision is often required in devices such as optical lenses. More specifically, the lens assembly's position relative to the image sensor is in the “infinity” position (ie, in the “off” state) to ensure accurate focusing in use by the end user. It is important to be set to optimize the focus. For that reason, the infinity position is preferably adjusted during the assembly process.

도 15a 및 15b는 렌즈 조립체의 무한대 위치를 조정, 즉, 제조 과정 중 최적으로 초점을 맞춘 무한대 위치를 설정하기 위하여 이미지 센서와 렌즈 조립체 간의 거리를 조정하기 위한 예시적인 디자인 구성을 도시한다. 렌즈 배럴 조립체(430)는 렌즈 배럴(432) 및 분리 가능한 플랜지(434)를 포함한다. 플랜지(434)는 내부적으로 나사산이 형성되어 렌즈 배럴(432)의 외부 나사산(437)과 나사결합한다. 프랜지(434)에는, 도 15c에서 보듯이, 시스템 하우징(442) 내에 배치되는 경우 지정된 개구부(436)으로부터 돌출되는 방사형으로 연장되는 탭(436)이 제공된다. 플랜지(434)의 회전하는 배치는 렌즈 배럴(432)에 대하여 고정된다. 렌즈 배럴(432)의 상단 덮개(435)의 융기부(438)에는 조정 도구(444)의 단부(446)를 수용하기 위한 홈 또는 만입부(440)가 제공된다. 조정 도구(444)는 하우징(442) 내에 둘러싸인 경우에도 렌즈 배럴(432)와 접촉이 가능하며, 탭(436) 및 개구부(436)에 의하여 하우징 내에 위치가 고정된 나사결합된 플랜지(434)에 대하여 임의의 방향으로 렌즈 배럴(432)을 회전하는데 사용된다. 이러한 상대적 회전 운동은 렌즈 배럴 조립체(430) 전체를 이미지 센서(미도시) 및 렌즈 시스템 내의 그 밖의 다른 고정된 구성요소에 대하여 선형 또는 축방향(렌즈 배럴의 회전 방향에 의거한 임의의 방향)으로 이동시킨다.15A and 15B illustrate an exemplary design configuration for adjusting the distance between the image sensor and the lens assembly to adjust the infinity position of the lens assembly, that is, to set the optimally focused infinity position during the manufacturing process. The lens barrel assembly 430 includes a lens barrel 432 and a detachable flange 434. The flange 434 is internally threaded to thread with an external thread 437 of the lens barrel 432. The flange 434 is provided with a radially extending tab 436 that projects from the designated opening 436 when disposed within the system housing 442, as shown in FIG. 15C. The rotating arrangement of the flange 434 is fixed relative to the lens barrel 432. The ridge 438 of the top cover 435 of the lens barrel 432 is provided with a groove or indentation 440 for receiving the end 446 of the adjustment tool 444. The adjustment tool 444 is in contact with the lens barrel 432 even when enclosed in the housing 442, and is provided with a screwed flange 434 fixed in the housing by a tab 436 and an opening 436. It is used to rotate the lens barrel 432 in any direction relative to it. This relative rotational motion causes the entire lens barrel assembly 430 to be linear or axial (in any direction based on the direction of rotation of the lens barrel) relative to the image sensor (not shown) and other fixed components within the lens system. Move it.

도 16a 및 16b는 렌즈 조립체를(적어도 일부) 조정하기 위한 다른 렌즈 배럴 구성(450)을 도시한다. 도 15a 내지 15c의 구성과의 차이점은 플랜지(456)이 하우징(452) 내에 동작가능하게 안착된 경우 회전하여 고정되는 렌즈 배럴에 대하여 이동 가능하다는 점이다. 상기 렌즈 배럴의 고정은 렌즈 배럴의 외벽으로부터 방사형으로 연장되는 범퍼 또는 돌출부(460)에 의하여 이루어진다. 렌즈 배럴이 시스템 하우징(452)에 안착되는 경우, 범퍼(460)는 하우징 벽체의 개구부 또는 윈도우(458) 내에 배치되며, 이는 렌즈 배럴의 회전 운동을 방지한다. 플랜지(456)의 외부 둘레에는 조정 도구(미도시)와 결합하도록 구성된 만입부(462)가 제공된다. 하우징(452)에는 플랜지(456)의 주변 가장자리가 노출되는 윈도우(464)가 제공된다. 조정 도구를 이용하여, 플랜지는 필요에 따라 어느 한 방향으로 회전할 수 있다. 앞서 기술한 구성과 마찬가지로, 렌즈 배럴에 대한 플랜지의 상대 운동은 이미지 센서(미도시)에 대하여 전체 렌즈 조립체를 선형 또는 축방향으로 이동시킨다. 상기 양자의 구성들은 렌즈 시스템의 최종 조립 중 렌즈 조립체의 무한대 위치를 조정하는 편리하고 쉬운 방법을 제공한다.16A and 16B show another lens barrel configuration 450 for adjusting (at least in part) the lens assembly. The difference from the configuration of FIGS. 15A-15C is that the flange 456 is movable relative to the lens barrel which is rotated and fixed when operably seated in the housing 452. The lens barrel is fixed by a bumper or protrusion 460 extending radially from the outer wall of the lens barrel. When the lens barrel is seated in the system housing 452, the bumper 460 is disposed in an opening or window 458 of the housing wall, which prevents rotational movement of the lens barrel. An outer perimeter of the flange 456 is provided with an indentation 462 configured to engage an adjustment tool (not shown). The housing 452 is provided with a window 464 through which the peripheral edge of the flange 456 is exposed. Using an adjustment tool, the flange can rotate in either direction as needed. As with the previously described configuration, the relative motion of the flange relative to the lens barrel moves the entire lens assembly linearly or axially relative to the image sensor (not shown). Both configurations provide a convenient and easy way to adjust the infinity position of the lens assembly during final assembly of the lens system.

도 17a 및 17b는 렌즈(472)(단일 렌즈 또는 복수의 렌즈들 중 가장 원단의 렌즈)가 EAP 액츄에이터에 직접 통합되고 선택적으로 배치되는 더욱 단순하고 낮은 측면 형상의 디자인을 가는 본 발명의 렌즈 시스템들의 2개의 다른 실시예들을 도시한다.17A and 17B illustrate lens systems of the present invention that have a simpler, lower lateral shape design in which lens 472 (the farthest lens of a single lens or a plurality of lenses) is integrated directly into the EAP actuator and optionally disposed. Two other embodiments are shown.

도 17a의 렌즈 시스템(470)은 그 사이에 연장되는 EAP 필름(478)을 갖는 외부 프레임 부재(274 및 476)를 각각 포함하는 단상 액츄에이터를 채택한다. 렌즈(472)는 액츄에이터에 의한 출력 운동이 렌즈(472)에 직접 부과되도록 내부 프레임(474) 내에 동심으로 배치되어 고정된다. 단상 액츄에이터는 내부 프레임(476)과 후방판(482) 사이에 정의된 절두체 공간 내에 배치된 조밀한 코일 스프링(480)에 의하여 렌즈의 전방측(472a) 방향으로 편향된다. 후방판은 최대 "매크로(macro)"(근접 초점(near focus)) 위치에서 하드 스탑으로 작용한다. 액츄에이터가 "오프(off)" 상태에 있는 경우, 렌즈(472)는 매크로 위치에 있으며, 활성화되는 경우, 렌즈는 화살표(488) 방향으로 무한대 위치를 향하여 이동한다. 매크로 위치에서만 동작하는 렌즈 포지셔너(positioner) 적용예에서, 초기 매크로 설정은 불필요한 변위(displacement) 범위를 제거함으로써 시스템의 신뢰성을 개선한다.The lens system 470 of FIG. 17A employs a single phase actuator that includes outer frame members 274 and 476, respectively, with an EAP film 478 extending therebetween. The lens 472 is disposed concentrically and fixed in the inner frame 474 so that output movement by the actuator is imposed directly on the lens 472. The single phase actuator is deflected toward the front side 472a of the lens by a dense coil spring 480 disposed within the frustum space defined between the inner frame 476 and the backplate 482. The backplate acts as a hard stop at the maximum "macro" (near focus) position. When the actuator is in the " off " state, the lens 472 is in the macro position, and when activated, the lens moves toward the infinity position in the direction of the arrow 488. In lens positioner applications that operate only in macro position, the initial macro setup improves the reliability of the system by eliminating unnecessary displacement ranges.

유사한, 낮은 측면 형상 구조를 갖는 2-상 렌즈 시스템(510)이 도 17b에 도시된다. 여기서, EAP 액츄에이터는 서로를 편향시키는 2개의 층 또는 격막을 포함한다. 상부 또는 후방 액츄에이터는 내부 및 외부 프레임(490a 및 490b)들 사이에 연장되는 EAP 필름(494)를 포함하며, 하부 또는 전방 액츄에이터는 내부 및 외부 프레임(490a 및 492b) 사이에 연장되는 EAP 프레임(496)을 포함한다. 내부 프레임(490a 및 492a)들은 서로 결합하는 반면, 각각의 외부 프레임(490b 및 492b)는 중간 하우징 부재(500)에 의하여 서로 이격되고, 중간 하우징 부재(500)과 상부 하우징 부재(498) 및 하부 하우징 부재(502) 사이에 배치된다. 렌즈(472)(절두체 형상의 낮은 측면 형상을 가짐)는 결합된 내부 액츄에이터 프레임들 내에 동심원으로 배치된다. 2개의 활성 액츄에이터에서, 각각은 다른 활성 액츄에이터에 바이어스를 제공하고, 렌즈의 2-상 또는 양방향 운동을 가능하게 한다. 상세하게는, 상부 액츄에이터가 오프 상태인 동안 하부 액츄에이터가 활성화되는 경우, 상부 액츄에이터에 의한 바이어스가 화살표(504) 방향으로 렌즈(472)를 움직이며, 이와 유사한 방식으로, 하부 액츄에이터가 오프 상태인 동안 상부 액츄에이터가 활성화되는 경우, 하부 액츄에이터에 의한 바이어스가 화살표(506) 방향으로 렌즈(472)를 움직인다. 이 경우, 렌즈(472)가 단상 시스템(470)에 비하여 2배(2X)의 왕복 거리를 가질 수 있다. 이러한 이중 격막 구성은 액츄에이터들 중 어느 하나를 패시브(passive), 즉, 항상 오프 상태로 만듬으로써 단상 액츄에이터로 기능하도록 만들 수 있다. 어느 경우에나, 이중 격막 액츄에이터는 렌즈 시스템에 매우 낮은 측면 형상의 폼팩터를 제공한다.A two-phase lens system 510 having a similar low side shape structure is shown in FIG. 17B. Here, the EAP actuator includes two layers or diaphragms that deflect each other. The upper or rear actuators include an EAP film 494 extending between the inner and outer frames 490a and 490b, and the lower or front actuators extending between the inner and outer frames 490a and 492b. ). The inner frames 490a and 492a are coupled to each other, while the respective outer frames 490b and 492b are spaced apart from each other by the intermediate housing member 500, and the intermediate housing member 500 and the upper housing member 498 and the lower portion are separated from each other. Disposed between the housing member 502. Lens 472 (having a low lateral shape of the frustum shape) is disposed concentrically within the combined inner actuator frames. In two active actuators, each provides a bias to the other active actuator and enables two-phase or bidirectional movement of the lens. Specifically, when the lower actuator is activated while the upper actuator is off, the bias by the upper actuator moves the lens 472 in the direction of the arrow 504, and in a similar manner, while the lower actuator is off. When the upper actuator is activated, a bias by the lower actuator moves lens 472 in the direction of arrow 506. In this case, the lens 472 may have a 2x (2X) round trip distance compared to the single phase system 470. This double diaphragm configuration can make any one of the actuators passive, ie, always off, to function as a single phase actuator. In either case, the double diaphragm actuator provides a very low side shape form factor for the lens system.

자동 초점 또는 줌을 위한 렌즈의 왕복운동(travel)/스트로크(stroke)는 렌즈 운동을 가능하게 하는 추가적인 구조적 구성요소들을 채용함으로써 증가(및 감소)될 수 있다. 이러한 운동은 단일 렌즈 또는 렌즈 적층(stack)의 절대 변위(absolute displacement) 및/또는 렌즈 조립체 내의 렌즈들 사이의 상대적 이동에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 이동에 영향을 미치는 추가 요소들은 렌즈 배럴/조립체에 통합 또는 결합되는 하나 이상의 EAP 액츄에이터, 기계적 연결 등, 또는 이들의 결합을 포함할 수 있다.The travel / stroke of the lens for auto focus or zoom can be increased (and decreased) by employing additional structural components that enable lens movement. This movement can affect the absolute displacement of a single lens or lens stack and / or the relative movement between the lenses in the lens assembly. Additional factors affecting this movement may include one or more EAP actuators, mechanical connections, or the like, or combinations thereof, integrated or coupled to the lens barrel / assembly.

도 18 및 19는 화살표(525 및 535)에 의하여 각각 도시된 스트로크 출력을 증폭하기 위하여 다수의 EAP 액츄에이터/트랜스듀서들이 연속하여 적층된 본 발명의 예시적인 렌즈 변위 메카니즘을 도시하는 사시도들이다. 트랜스듀서들은 원하는 출력을 얻기 위하여 원하는 구성으로 결합되어 함께 작동될 수 있다.18 and 19 are perspective views illustrating an exemplary lens displacement mechanism of the present invention in which multiple EAP actuators / transducers are stacked in series to amplify the stroke output shown by arrows 525 and 535, respectively. The transducers can be combined and operated together in the desired configuration to achieve the desired output.

도 18a 및 18b의 렌즈 변위 메카니즘(520)은 각 액츄에이터 장치(528)가 함께 동작되는 내부 프레임 또는 캡(532)들을 포함하는 2개의 서로 대향하는 오목한 트랜스듀서 격막(526)를 포함하는 다수의 이중-절두체 EAP 액츄에이터(528) 장치를 제공한다. 액츄에이터의 외부 프레임(534)들은 동시 동작하거나 인접한 액츄에이터의 외부 프레임(534)에 결합된다. 최원단 외부 프레임(534a)는 그 내부에 배치된 렌즈(522)를 갖는 렌즈 프레임(524)에 장착된다. 최근단 외부 프레임(534b)는 이미지 센서 모듈(미도시)으로부터 원단에 배치된다.The lens displacement mechanism 520 of FIGS. 18A and 18B includes a plurality of doubles comprising two opposing concave transducer diaphragms 526 including an inner frame or caps 532 in which each actuator device 528 is operated together. A frustum EAP actuator 528 device is provided. The outer frames 534 of the actuators operate simultaneously or are coupled to the outer frames 534 of adjacent actuators. The outermost outer frame 534a is mounted to a lens frame 524 having a lens 522 disposed therein. The outermost outer frame 534b is disposed at the far end from an image sensor module (not shown).

도 19a 및 19b는 복수의 EAP 액츄에이터 장치(548)들 각각이 트랜스듀서 격막(544)들이 외부 프레임(538)들이 동시 작동되면서 내부로 향하는 오목한 면들을 포함하는 역전된 구성을 갖는 유사하게 기능하는 렌즈 변위 메카니즘(540)을 도시한다. 액츄에이터들의 내부 프레임(536)들은 동시 동작하거나 인접한 액츄에이터의 내부 프레임(536)에 결합된다. 최원단 내부 프레임(536a)은 그 내부에 동심원으로 렌즈를 유지하는 기능을 수행한다. 최근단 내부 프레임(536b)는 이미지 센서 모듈(미도시)로부터 최원단에 배치된다.19A and 19B show a similarly functioning lens in which each of the plurality of EAP actuator devices 548 has an inverted configuration in which the transducer diaphragms 544 include concave surfaces facing inward with the outer frame 538 actuated simultaneously. Displacement mechanism 540 is shown. The inner frames 536 of the actuators are simultaneously operated or coupled to the inner frames 536 of adjacent actuators. The outermost inner frame 536a serves to hold the lens concentrically therein. The innermost internal frame 536b is disposed at the far end from an image sensor module (not shown).

어느 설계에서나, 액츄에이터의 레벨이 크면, 스트로크 잠재력도 크다. 더욱이, 적층에서 하나 이상의 액츄에이터 레벨은 추가 렌즈들이 다양한 액츄에이터 레벨에 통합되고, 무한 초점 렌즈 조립체로서 공동으로 동작되는 줌 적용(zoom application)을 위하여 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 트래스듀서 레벨들은 활성 액츄에이터 제어 또는 동작 확인을 용이하게 하기 위하여-액츄에이션에 반대되는 것으로서-센싱(sensing)을 위해 제공될 수 있다. 이러한 동작들중의 어느 하나로, 고도로 정확하고 정교하게 액츄에이터 위치를 제어하기 위하여 PI 또는 PID 제어기와 같은 임의 형태의 피드백 접근법이 본 시스템에 채용될 수 있다.In either design, the greater the level of the actuator, the greater the stroke potential. Furthermore, one or more actuator levels in the stack can be used for zoom applications in which additional lenses are integrated at various actuator levels and jointly operated as an endless focus lens assembly. Additionally or alternatively, one or more transducer levels may be provided for sensing—as opposed to actuation—to facilitate active actuator control or operation verification. In either of these operations, any form of feedback approach, such as a PI or PID controller, may be employed in the system to control the actuator position with high accuracy and precision.

도 20a 및 20b를 참조하면, 기계적 렌즈 구동부 또는 구성요소들(554)과 협력하여 EAP 기반부 또는 구성요소들(552)을 이용하는 다른 렌즈 변위 메카니즘(55)이 도시된다. 여기서, EAP부(552)는 렌즈 구동부(554)를 구동하는데 사용된다. EAP부(552)는 결합된 트랜스듀서의 내부 프레임(555a 및 555b)들이 광축(576)을 따라 상대적으로 이동가능하게 하면서, 외부 프레임(556a 및 556b)이 하부 하우징부(558a 및 558b)들 사이에 유지되는 이중 절두체 액츄에이터를 포함한다. 상술한 바와 같이, 액츄에이터는 광축(576)을 따라 양 방향으로 활성 이동이 가능하게 하는 2-상 액츄에이터 또는 광축을 따라 상방/전방으로 이동가능한 단상 액츄에이터로서 구성될 수 있다.20A and 20B, another lens displacement mechanism 55 is shown utilizing the EAP base or components 552 in cooperation with the mechanical lens driver or components 554. Here, the EAP unit 552 is used to drive the lens driver 554. The EAP portion 552 allows the inner frames 555a and 555b of the coupled transducer to be relatively movable along the optical axis 576, while the outer frames 556a and 556b are positioned between the lower housing portions 558a and 558b. And a double frustum actuator maintained at. As described above, the actuator may be configured as a two-phase actuator that enables active movement in both directions along the optical axis 576 or a single-phase actuator that is movable up / down along the optical axis.

변위 시스템(550)의 기계부(554)는 연결쌍(566a 및 566b, 및 568a 및 568b)에 의하여 상호연결된 제1 및 제2 드라이버 플레이트 또는 플랫폼(560 and 564)을 포함한다. 각각의 판들은 렌즈(미도시)를 포함하기 위하여 중앙 개구부를 가진다. 상기 드라이버 플레이트들은 협력하여 무한초점축을 따라 움직일때 상부 하우징(574) 내의 렌즈 개구부(578)의 중심에 배치된 무한초점 렌즈(미도시)의 배율을 조절하는 무한 초점 렌즈 조립체를 제공한다. 단지 2개의 줌 변위 플레이트들만이 제공되나, 임의의 갯수의 플레이트 및 해당 렌즈들이 채용될 수 있다.The mechanical portion 554 of the displacement system 550 includes first and second driver plates or platforms 560 and 564 interconnected by connecting pairs 566a and 566b and 568a and 568b. Each plate has a central opening to contain a lens (not shown). The driver plates cooperate to provide an infinite focal lens assembly that adjusts the magnification of an infinite focal lens (not shown) disposed in the center of the lens opening 578 in the upper housing 574 as it moves along the infinite focal axis. Only two zoom displacement plates are provided, but any number of plates and corresponding lenses may be employed.

연결쌍들은 제1 드라이버 플레이트(560)에 작용하는 힘에 응답하여 광축을 따라 제2 드라이버 플레이트(564)를 움직이기 위하여 가위형(scissor jack) 운동을 제공한다. 당해 기술분야에 숙련된 자들에게 자명한 바와 같이, 그러한 가위형 운동은 제1 드라이버 플레이트(560)보다 더 빠른 속도로 제2 드라이버 플레이트(564)를 이동하게 만든다. 여기서, 제1 플레이트 및 제2 플레이트 간의 이동 비율은 망원 효과(telescoping effect)를 제공한다. 플레이트들(560 및 564)은 하부 하우징부(558a) 및 상부 하우징(574) 사이에 연장되는 선형 가이드 막대(572)들을 따라 미끄러지면서 가이드된다. 액츄에이터부(552)의 활성화시, 캡(555a)이 이동되어 드라이버 플레이트(560)의 근단(562)에 대하여 상향력을 인가한다. 이는 선택된 더 큰 이동 속도로 제2 플레이트9564)를 구동하기 위하여 연결쌍들을 움직이는 제1 플레이트(560)을 구동한다. 가위형 연결이 도시되었으나, 어느 하나의 플레이트를 다른 플레이트 보다 비례적으로 더 큰 이동 속도 및 거리로 이동시키기 위하여 다른 형태의 연결 또는 기계적 배치가 이용될 수 있다.The connection pairs provide scissor jack movement to move the second driver plate 564 along the optical axis in response to a force acting on the first driver plate 560. As will be apparent to those skilled in the art, such scissor movement causes the second driver plate 564 to move at a faster speed than the first driver plate 560. Here, the rate of movement between the first plate and the second plate provides the telescoping effect. Plates 560 and 564 are guided by sliding along linear guide rods 572 extending between lower housing portion 558a and upper housing 574. Upon activation of the actuator portion 552, the cap 555a is moved to apply an upward force to the proximal end 562 of the driver plate 560. This drives the first plate 560 to move the connection pairs to drive the second plate 9564 at the selected higher travel speed. Although scissor connections are shown, other types of connections or mechanical arrangements may be used to move one plate at a proportionately greater travel speed and distance than the other.

도 21은 액츄에이터부(582)가 코일 스프링(586)에 의하여 광축(588)을 따라 상방으로 편향된 단일 EAP 트랜스듀서(584)를 포함하는 본 발명의 다른 이종(hybrid)(액츄에이터-연결) 렌즈 변위 메카니즘(580)을 도시하는 단면도이다. 여기서, 코일 스프링(586) 대신, 임의의 스프링 바이어스 수단(에컨대, 판형 스프링)이 채용될 수 있다. 액츄에이터의 활성화시, 캡(590)은 연결 메카니즘(596)을 구동하여 광축(588)을 따라 상방으로 제2 드라이버 플레이트(594)를 움직이는 제1 드라이버 플레이트(592)를 이동시킨다. 21 shows another hybrid (actuator-connected) lens displacement of the present invention wherein the actuator portion 582 includes a single EAP transducer 584 deflected upward along the optical axis 588 by a coil spring 586. A cross-sectional view illustrating mechanism 580 is shown. Here, instead of the coil spring 586, any spring biasing means (eg, plate spring) can be employed. Upon activation of the actuator, the cap 590 drives the coupling mechanism 596 to move the first driver plate 592 which moves the second driver plate 594 upward along the optical axis 588.

도 22 및 23을 참조하면, 이종 구조를 채택하는 본 발명의 2개의 다른 렌즈 변위 메카니즘이 도시된다. 상기 렌즈 변위 메카니즘들은 각각의 렌즈 조립체/배럴들을 2가지 형태의 액츄에이터 메카니즘을 이용하여 단계적 또는 "자벌레(inchworm)" 방식으로 이동시킨다.Referring to Figures 22 and 23, two different lens displacement mechanisms of the present invention employing heterogeneous structures are shown. The lens displacement mechanisms move each lens assembly / barrel in a stepwise or “inchworm” manner using two types of actuator mechanisms.

도 22a 및 22b의 렌즈 변위 메카니즘(600)은 렌즈 조립체/배럴(602)의 자벌레 변위에 달성하기 위하여 2가지 형태의 액츄에이션 운동("두께 모드(thickness mode)" 액츄에이션 및 평면 엑추에이션)을 채용한다. 렌즈 배럴(602)는 줌을 위한 무한초점 렌즈 조립체를 형성하는 하나 이상의 렌즈(미도시)를 보유한다. 배럴(602)는 외부 표면으로부터 측방향으로 연장되는 부싱(606)을 포함한다. 부싱(606)은 상부와 하부 액츄에이션부(608a 및 608b)들 사이에 연장되는 가이드 레일(604)와 마찰하여 미끄러질 수 있도록 결합된다. 메카니즘(600)의 액츄에이션 요소들은 하부(608a) 및 상부(608b)를 포함한다. 각각의 액츄에이션부는 두께 방식 액츄에이터 EAP 필름(610) 및 평면형 액츄에이션 EAP 필름(612)을 갖는 액츄에이터 적층을 포함한다. 필름들은 서로 분리되어 있고, 바람직하게는 매우 낮은 점성도 및 경도(durometer rating)를 갖는 점탄성(visco-elastic) 물질과 같은 유연한 물질층 사이에 둘러싸여 액츄에이터 적층(608a)을 형성한다. 도 22A는 액츄에이터 적층(608a)의 절단면을 통해 보듯 전극층 패턴(610a 및 612a)을 도시한다. 중심홀 또는 틈(616)은 적층(608a)를 통해 연장되어 초점이 맺힌 이미지를 이미지 센서/감지기(미도시)로 전달한다.The lens displacement mechanism 600 of FIGS. 22A and 22B performs two types of actuation movements (“thickness mode” actuation and planar actuation) to achieve the magnetic displacement of the lens assembly / barrel 602. Adopt. Lens barrel 602 holds one or more lenses (not shown) that form an endless lens assembly for zooming. Barrel 602 includes a bushing 606 extending laterally from an outer surface. The bushing 606 is coupled so as to rub against the guide rail 604 extending between the upper and lower actuation portions 608a and 608b. Actuation elements of mechanism 600 include a bottom 608a and a top 608b. Each actuator portion includes an actuator stack having a thickness type actuator EAP film 610 and a planar actuation EAP film 612. The films are separated from each other and are surrounded by a layer of flexible material, such as a visco-elastic material, which preferably has a very low viscosity and durometer rating to form the actuator stack 608a. 22A shows electrode layer patterns 610a and 612a as seen through the cut plane of actuator stack 608a. Center hole or gap 616 extends through stack 608a to deliver the focused image to an image sensor / detector (not shown).

동작시, 가이드 레일의 후단부 또는 하단부(604a)들이 실질적으로 직각으로 필름 적층(608a)(또는 적어도 액츄에이터층(614b 및 614c)과 결합하여 있는 동안, 평면형 액츄에이터 EAP 필름(612)의 활성화는 레일 단부(604a)들이 측방으로 서로 반대 방향으로, 예컨대, 가이드 레일(604)의 축의 길이방향에 수직인 방향(605)으로 서로 멀어지도록 움직이게 한다. 가이드 레일들의 전단부 또는 상단부(604b)들이 고정된 위치에 있는 동안, 이러한 움직임은 가이드 레일(604)들이 베어링(606)에 지지되도록하여, 렌즈 배럴(602)의 위치를 레일(604) 상에 마찰에 의해 고정시킬 수 있다. 필름(612)의 비활성화는 레일을 다시 중립 위치 또는 필름 적층(608a)에 대하여 직각 위치로 당긴다. 두께 방식 액츄에이션은 축방향(607)으로 가이드 레일을 이동하여, 가이드 레일(603)에 마찰에 의해 결합되는, 렌즈 배럴(602)을 동일한 방향으로 이동시키어 렌즈 조립체의 초점거리를 조정한다. 더욱 상세하게는, EAP 필름(610)이 활성화되는 경우, 필름 적층(608a)이 구부러져 가이드 레일(604)들을 축방향으로 이동시킨다. 렌즈 배럴(602)의 전진시, 마찰 지지면(미도시)는 배럴의 외부 표면에 교합되도록 배치되어, 이러한 마찰 교합은 배럴 부싱(606)에 의하여 레일(604) 상에 부과된 마찰 교합보다 더 강하다. 배럴의 벽체 상의 지지면의 마찰 교합은 가이드 레일 상의 부싱을 압도하여, 두께 방식 EAP 필름(610)이 비활성화되고, 가이드 레일이 비활성 위치로 복귀하는 경우, 렌즈 배럴은 진행한 위치에 유지된다. 상기의 평면형 두께 방식 액츄에이션의 순서을 역으로 수행하여 렌즈 조립체를 반대의 축방향으로 이동시킬 수 있다.In operation, activation of the planar actuator EAP film 612 occurs while the trailing or lower ends 604a of the guide rail are engaged with the film stack 608a (or at least the actuator layers 614b and 614c at substantially right angles). The ends 604a move laterally away from each other in directions opposite to each other, for example in a direction 605 perpendicular to the longitudinal direction of the axis of the guide rail 604. The front ends or the top ends 604b of the guide rails are fixed. While in position, this movement causes the guide rails 604 to be supported by the bearing 606, thereby rubbing the position of the lens barrel 602 by friction on the rails 604. Of the film 612 Deactivation pulls the rail back to a neutral position or to a position perpendicular to the film stack 608a.The thickness actuation actuates the guide rail in the axial direction 607 by friction with the guide rail 603. Combined, the lens barrel 602 is moved in the same direction to adjust the focal length of the lens assembly More specifically, when the EAP film 610 is activated, the film stack 608a is bent to guide rail 604. Axially move the lens barrel 602. As the lens barrel 602 is advanced, a friction support surface (not shown) is arranged to engage the outer surface of the barrel such that the frictional engagement is on the rail 604 by the barrel bushing 606. The frictional engagement of the supporting surface on the wall of the barrel overwhelms the bushing on the guide rail, so that when the thickness method EAP film 610 is deactivated and the guide rail returns to the inactive position, the lens barrel Is maintained in the advanced position, and the lens assembly can be moved in the opposite axial direction by reversing the order of the planar thickness actuation.

임의로, 상부 액츄에이션부(608b)가 채용되어 레일(604)의 상대 위치 또는 각도를 조절하고(거나), 어느 하나의 축방향(607)으로 렌즈 배럴(602)의 잠재적 왕복 거리를 증가시킬 수 있다. 이러한 예에서, 액츄에이터(608b)는 레일을 부싱(606)에 대하여 마찰 교합할 목적으로 레일들의 위치를 조절하는 평면형 액츄에이션을 제공하도록 구성된다. 특히, 액츄에이터 적층(608a)은 하부 액츄에이터(608a)의 층들(614a 내지 614c)와 동일한 물질로 형성될 수 있는 층들(620a 및 620b) 사이에 배치된 평면형 액츄에이션 EAP 필름(618)을 포함한다. 상기 합성 구조는 초점 렌즈(미도시)를 통화한 광선이 줌 또는 무한초점 렌즈 조립체(602)에 도달하도록 하기 위하여 이를 관통하여 연장되는 홀 또는 틈을 갖는다. 바람직하게는, 평면형 구간(608a 및 608b)은 서로 평행 관계에 있는 가이드 막대(604)들을 동시에 유지하도록 작용한다.Optionally, an upper actuation portion 608b may be employed to adjust the relative position or angle of the rail 604 and / or increase the potential round trip distance of the lens barrel 602 in either axial direction 607. have. In this example, the actuator 608b is configured to provide a planar actuation that adjusts the position of the rails for the purpose of frictionally mating the rails with respect to the bushing 606. In particular, the actuator stack 608a includes a planar actuation EAP film 618 disposed between layers 620a and 620b, which may be formed of the same material as the layers 614a through 614c of the lower actuator 608a. The composite structure has holes or gaps extending therethrough to allow light rays passing through a focus lens (not shown) to reach the zoom or infinity lens assembly 602. Preferably, planar sections 608a and 608b act to simultaneously hold guide rods 604 that are parallel to each other.

상부 액츄에이터(608b)는 상기 레일들의 각변위를 제공하기 위하여 하부 액츄에이터(608a)의 평면형 액츄에이션을 대신하여 채용될 수 있거나, 레일들의 양단을 측방향으로 변위시키기 위하여 하부 액츄에이터(608a)의 평면형 액츄에이션부와 나란히 협력하여 사용될 수 있다. 이러한 협력 액츄에이션은 레일의 각배치(angular disposition)를 정교하게 조정하도록 제어되거나, 대안적으로, 레일들을 각각의 액츄에이터들의 평면에 대하여 직각으로 유지하는 한편(즉, 레일들은 서로 평행하게 유지됨), 부싱(606)에 대하여 마찰력에 의한 지지를 얻기에 충분한 측방 변위(렌즈 배럴(602)의 방향 또는 반대반향)를 제공하도록 제어될 수 있다. 상부 액츄에이터(608b)는 가이드 레일들의 축이동을 증가시키기 위하여 앞서 기술한 두께 방식 액츄에이션 기능들을 구비할 수도 있다. 레일들이 모두 이동하는 것으로 기술되었으나, 본 발명은 단일의 레일 또는 2이상의 레일을 이동하도록 구성된 렌즈 변위 메카니즘의 변형예도 포함한다.The upper actuator 608b may be employed in place of the planar actuator of the lower actuator 608a to provide angular displacement of the rails, or the planar actuator of the lower actuator 608a to laterally displace both ends of the rails. It can be used in tandem with the ministry. Such cooperative actuation is controlled to precisely adjust the angular disposition of the rail, or alternatively, keep the rails perpendicular to the plane of the respective actuators (ie, the rails remain parallel to each other), The bushing 606 may be controlled to provide a lateral displacement (in the opposite or opposite direction of the lens barrel 602) sufficient to obtain frictional support. The upper actuator 608b may have the thickness actuation functions described above to increase the axial movement of the guide rails. Although all rails have been described as moving, the present invention also includes variations of the lens displacement mechanism configured to move a single rail or more than two rails.

도 23a 및 23b는 자벌레 형태의 액츄에이션 운동을 채용하는 다른 렌즈 변위 메카니즘(625)를 도시한다. 상기 메카니즘(625)은 렌즈(미도시)를 보유하는 절단부(627)를 각각 갖는 복수의 렌즈 스테이지들(626a, 626b, 626c, 및 626d)을 포함하는 렌즈 조립체를 수용한다. 당해 기술분야에서 숙련된 자들은 도시된 4개의 렌즈 스테이지보다 적거나 많은 렌즈 스테이지들이 채용될 수 있으며, 스테이지들은 초점조절, 줌조절을 위해 사용된 렌즈들을 보유하거나 단순히 광선의 통로를 제공한다는 점을 이해할 것이다. 더욱이, 모든 스테이지들이 이동가능할 필요는 없으며, 메카니즘 하우징 또는 스트럿(strut)(628)에 고정될 수 있다. 도시된 변형예에서, 예를 들어, 제1 및 제4 스테이지들(626a 및 626d)은 고정되나, 제2 및 제3 스테이지들(626b 및 626c)은 이동 가능한다. 4개의 렌즈 스테이지들은 상부로부터 하부 렌즈 스테이지들(626a 및 626d)에 고정되고 연장되는 선형의 가이드 레일(642)들에 의하여 서로 평행하게 이격되어 배치된다. 이동가능한 렌즈 스테이지들(626b 및 626c)은 베어링(648)들을 관통하여 가이드 레일(642)들을 따라 선형으로 이동 가능하다.23A and 23B illustrate another lens displacement mechanism 625 that employs a bugle-shaped actuation motion. The mechanism 625 houses a lens assembly comprising a plurality of lens stages 626a, 626b, 626c, and 626d, each having a cutout 627 holding a lens (not shown). Those skilled in the art may find that fewer or more lens stages may be employed than the four lens stages shown, which stages retain the lenses used for focusing, zooming or simply providing a path of light. I will understand. Moreover, not all stages need to be movable and may be secured to the mechanism housing or strut 628. In the variant shown, for example, the first and fourth stages 626a and 626d are fixed while the second and third stages 626b and 626c are movable. The four lens stages are spaced parallel to each other by linear guide rails 642 fixed and extending from the top to the lower lens stages 626a and 626d. The movable lens stages 626b and 626c are linearly movable along the guide rails 642 through the bearings 648.

변위 메카니즘(625)의 액츄에이션부는 제1/상부 및 제2/하부 액츄에이터 카트리지(630a 및 630b)들을 포함한다. 카트리지(630a)의 구성은 도 24A에 도시되어 있다. 도면에서, 서로 연속하여 적층된 2개의 액츄에이터들-단상 선형 액츄에이터(632) 및 2-상 평면형 액츄에이터(634)-이 제공된다. 각각의 액츄에이터는 내부 및 외부 부재(638a 및 638b)들 사이에 연장된 EAP 필름을 포함하며, 각각의 내부 부재(638a)들은 동시에 작동하며, 각각의 외부 부재(638b)들은 그 사이에 배치된 스페이서(640)에 결합된다. 도시된 변형예에서, 각각의 평면형 액츄에이터(634)의 EAP 필름은 적어도 2개의 별개로 활성가능한 부분들(636a 및 636b)로 구분되어 2-상(또는 3-상 이상) 액츄에이션을 제공한다. 본 변형예에서, 각각의 선형 액츄에이션(632)은 전체로서 활성가능한 단일체(monolithic)의 EAP 필름(636c)를 포함한다. 2개(상부 및 하부 카트리지 각각)의 단상 선형 액츄에이터(632)들은 협력하여 2-상 선형 액츄에이터를 형성하며. 여기서, 서로에 대하여 장력이 작용하고 있는 액츄에이터를 보유하는 푸쉬로드(644)에 의하여, 하부 선형 액츄에이터는 상단 선형 액츄에이터에 의하여 편향된다, 그 역도 마찬가지이다. 결과적으로, 해당 선형 액츄에이터(632)가 패시브인 경우, 각각의 평면형 액츄에이터(634)는 인가된 평면외(out-of-plane) 힘을 갖지 않는다. 양 액츄에이터들(632 및 634)의 내부 부재(638a)들의 출력 운동은, 화살표(640a 및 640b)에 의하여 나타나는 바와 같이, 축운동 및/또는 평면 운동을 각각 나타내도록 제어되어 원하는 액츄에이션 사이클 또는 시퀀스를 제공할 수 있다. 상부 카트리지(630b)의 구성은 하부 카트리지(630a)와 동일하나, 카트리지의 오목면이 밖으로 향하도록 하여 하부 카트리지(630a)를 향하고 있다.The actuation portion of the displacement mechanism 625 includes first / top and second / bottom actuator cartridges 630a and 630b. The configuration of the cartridge 630a is shown in FIG. 24A. In the figure, two actuators are provided that are stacked in series with each other—a single phase linear actuator 632 and a two-phase planar actuator 634. Each actuator includes an EAP film extending between inner and outer members 638a and 638b, each inner member 638a operating simultaneously, and each outer member 638b having a spacer disposed therebetween. 640 is combined. In the variant shown, the EAP film of each planar actuator 634 is divided into at least two separately activatable portions 636a and 636b to provide two-phase (or three-phase or more) actuation. In this variation, each linear actuation 632 includes a monolithic EAP film 636c that is actuable as a whole. Two (top and bottom cartridges) single phase linear actuators 632 cooperate to form a two-phase linear actuator. Here, by the push rod 644 holding the actuators in tension with respect to each other, the lower linear actuator is deflected by the upper linear actuator, and vice versa. As a result, when the linear actuator 632 is passive, each planar actuator 634 has no applied out-of-plane force. The output motion of the inner members 638a of both actuators 632 and 634 is controlled to represent axial motion and / or planar motion, respectively, as indicated by arrows 640a and 640b, so as to represent the desired actuation cycle or sequence. Can be provided. The configuration of the upper cartridge 630b is the same as that of the lower cartridge 630a, but is directed toward the lower cartridge 630a with the concave surface of the cartridge facing out.

푸쉬로드(644) 형태의 연결부는 각각의 렌즈 스테이지들 내의 축방향으로 정렬된 홀을 관통하여 미끄러지면서, 액츄에이터 카트리지들(630a 및 630b)의 내부 대향 출력 부재(638a)들 사이에서 연장된다. 각 렌즈 스테이지의 축상 위치를 고정하기 위하여 푸쉬로드와 선택적으로 교합되는 클러치 또는 브레이크 메카니즘들(646a 및 646b)이 이동가능한 스테이지들(626b 및 626c) 내의 홀에 인접하고, 서로 직경의 반대방향에 배치된다. 클러치 메카니즘들(644a 및 646b)는, 예컨대, 마찰 지지면 또는 푸쉬로드(644) 상의 해당 홈에 협력하여 교합하는 치상돌기(tooth)를 포함하는 임의의 적합한 구성을 포함할 수 있다.A connection in the form of a pushrod 644 extends between the inner opposing output members 638a of the actuator cartridges 630a and 630b, sliding through the axially aligned holes in the respective lens stages. Clutch or brake mechanisms 646a and 646b, which are selectively associated with the push rod to fix the axial position of each lens stage, are adjacent to the holes in the movable stages 626b and 626c, and disposed opposite to each other in diameter. do. Clutch mechanisms 644a and 646b may include any suitable configuration, including, for example, a tooth that cooperates with a corresponding support on the friction support surface or pushrod 644.

동작시, 2개의 액츄에이터 카트리지들(630a 및 630b)의 선형 및 평면형 액츄에이터들(632 및 634)의 선택적인 액츄에이션은 푸쉬로드(644)의 주기적 운동으로 하여금 렌즈 스테이지들(626b 및 626c)를 단계적으로 이동시킬 수 있도록 한다. 이러한 단계적 또는 "자벌레" 운동은 도 24b 내지 24f에 개략적으로 도시되어 있다. 도 24b는 양 액츄에이터들(632 및 634)가 비활성인 경우, 중립 위치에 있는, 즉, 렌즈 스테이지(626b) 또는 렌즈 스테이지(636c)와 결합되지 않은 가이드 레일(644)를 도시한다. 렌즈 스테이지(626b)를 전방으로 움직이기 위하여, 각 평면형 액츄에이터(634)(즉, 도 23a 및 23b의 상부 및 하부)의 EAP 필름의 제1 부분(636a)이, 도 24d에 도시된 바와 같이, 활성화되어 푸시로드(644)를 중립위치로부터 측방향으로 이동시키어 클러치 메카니즘(646a)(미도시)에 결합시킨다. 다음, 도 24d에 도시된 바와 같이, 선형 액츄에이터(632)가 활성화 되는 한편, 각 평면형 액츄에이터(634)의 제1 부분(636a)이 평면은 활성화 상태로 남아 출력 부재(638a)를 평면외(out-of-plane)로 이동시킨다. 이러한 평면외 운동은 푸쉬로드(644)를 밀어내거나 들어올리고, 이에 의해, 렌즈 스테이지(626b)를 전방으로 이동시킨다. 원하는 축위치로 이동되면, 푸쉬로드(644)는, 도 24E에 도시된 바와 같이, 각 평면형 액츄에이터(634)의 제1 EAP 부분(636a)를 비활성화함으로써 클러치(646a)로부터 연결이 해제된다. 마지막으로, 도 24f에 도시된 바와 같이, 각 선형 액츄에이터(632)는 비활성화되어 푸쉬로드(644)를 중립 위치로 끌어온다. 렌즈 스테이지(626c)를 이동시키기 위하여, 상기 과정이 반복되나, 제1 EAP 부분(636a)를 대신하여 평면형 액츄에이터(634)의 제2 EAP 부분(636b)을 활성화한다. 개별적으로 활성화 가능한 상들(phases), 즉, EAP 필름 부분들은 추가적 클러치 메카니즘과 함께 각 평면형 액츄에이터(634)에 추가되어 렌즈 변위 메카니즘이 양쪽의 렌즈 스테이지 또는 경우에 따라서는 그 이상의 스테이지들을 나란히 이동시킬 수 있다.In operation, the selective actuation of the linear and planar actuators 632 and 634 of the two actuator cartridges 630a and 630b causes the periodic movement of the pushrod 644 to step the lens stages 626b and 626c step by step. To be moved. This step or "bugle" motion is schematically illustrated in Figures 24B-24F. FIG. 24B shows the guide rail 644 in the neutral position, ie not engaged with the lens stage 626b or lens stage 636c, when both actuators 632 and 634 are inactive. In order to move the lens stage 626b forward, the first portion 636a of the EAP film of each planar actuator 634 (ie, upper and lower portions of FIGS. 23A and 23B), as shown in FIG. 24D, Is activated to move the pushrod 644 laterally from the neutral position to engage the clutch mechanism 646a (not shown). Next, as shown in FIG. 24D, the linear actuator 632 is activated, while the first portion 636a of each planar actuator 634 remains flat and the output member 638a is out of plane. -of-plane). This out-of-plane motion pushes or lifts the push rod 644, thereby moving the lens stage 626b forward. Once moved to the desired axial position, push rod 644 is disconnected from clutch 646a by deactivating first EAP portion 636a of each planar actuator 634, as shown in FIG. 24E. Finally, as shown in FIG. 24F, each linear actuator 632 is deactivated and pulls push rod 644 to a neutral position. In order to move the lens stage 626c, the above process is repeated but activates the second EAP portion 636b of the planar actuator 634 in place of the first EAP portion 636a. Individually activatable phases, ie EAP film portions, are added to each planar actuator 634 with an additional clutch mechanism so that the lens displacement mechanism can move both lens stages or, optionally, more stages side by side. have.

도 25a 내지 25c는 초점 및 줌 기능을 갖는 다른 렌즈 변위 시스템(650)을 도시한다. 시스템(650)은 2개의 집적된 단상, 스프링-바이어싱 액츄에이터들을 포함한다-하나는 단일 절두체 격막 구성(652)을 포함하고, 다른 하나는 이중 절두체 격막 구성(654)를 포함. 액츄에이터는 초점 렌즈 조립체(658)를 수용하는 렌즈 배럴 구조(656)를 포함한다. 배럴 구조(662)에 수용되는 무한초점 렌즈 조립체(660)가 시스템의 초점축을 따라 렌즈 조립체(658)에 가장 근접하여 배치된다. 2개의 렌즈 배럴들(656 및 662)는 코일 스프링(664)에 의하여 서로 반대방향으로 편향된다. 액츄에이터들(652 및 654)의 외부 프레임 또는 출력 부재들(668a 및 668b)이 각각 결합되는 방사형으로 연장되는 측면 구조는 2개의 액츄에이터를 더욱 통합한다. EAP 필름(670)은 외부 프레임(668a)과 액츄에이터(652)를 포커싱하는 렌즈 배럴(656)의 원단에 장착되는 해당 내부 프레임 또는 출력 부재(672) 사이에 펼쳐진다. 이후, 제1 EAP 필름(676a)는 외부 프레임(668a)와 렌즈 배럴(662)의 원단에 장착되는 해당 내부 프레임 또는 출력 부재(674) 사이에 펼쳐진다. 제2 EAP 필름(676b)은 줌 액츄에이터(654)의 이중 격막 구조를 형성하기 위하여 내부 프레임(674) 및 접지 외부 프레임 또는 출력 부재(668c) 사이에 펼쳐진다. 제2 코일 스프링(678)은 접지 외부 프레임(668c)로부터 결합된 외부 프레임들(668a 및 668b)을 편향시킨다.25A-25C show another lens displacement system 650 with focus and zoom functions. System 650 includes two integrated single phase, spring-biased actuators—one comprising a single frustum diaphragm configuration 652 and the other comprising a double frustum diaphragm configuration 654. The actuator includes a lens barrel structure 656 that houses the focus lens assembly 658. Infinite lens assembly 660 received in barrel structure 662 is disposed closest to lens assembly 658 along the focal axis of the system. The two lens barrels 656 and 662 are deflected in opposite directions by the coil spring 664. The radially extending side structure to which the outer frame or output members 668a and 668b of the actuators 652 and 654 are coupled, respectively, further integrates the two actuators. EAP film 670 extends between an outer frame 668a and a corresponding inner frame or output member 672 mounted to the distal end of lens barrel 656 that focuses actuator 652. The first EAP film 676a is then spread out between the outer frame 668a and the corresponding inner frame or output member 674 mounted to the distal end of the lens barrel 662. The second EAP film 676b is spread between the inner frame 674 and the grounded outer frame or output member 668c to form the double diaphragm structure of the zoom actuator 654. The second coil spring 678 deflects the outer frames 668a and 668b coupled from the ground outer frame 668c.

도 25a에 도시된 바와 같이, 시스템 액츄에이터들의 모든 상들은 "무한대" 위치에 초점을 갖는 패시브이다. 시스템 초점을 조절하는 것은 도 25b에 도시된 바와 같이, 초점 액츄에이터(652)의 EAP 필름(670)을 활성화하는 것을 포함한다. 렌즈 배럴(656)에 가해진 사전하중(preload)는 화살표(680)의 방향으로 렌즈 배럴(656)을 전진시켜 감소된 초점 거리를 제공한다. 렌즈 배럴(656)에서 변위량은 액츄에이터(652)에 인가된 전압량을 제어함으로써 제어될 수 있다. 줌 액츄에이션은 이와 유사하나, 도 25c에 도시된 바와 같이, 전압이 EAP 필름(676a 및 676b) 양쪽 모두에 인가되어 화살표(682) 방향으로 렌즈 배럴(662)를 전진시키는 액츄에이터(654)의 활성화란 점에서 차이가 있다. 초점조절과 마찬가지로, 줌 변위의 범위는 액츄에이터(654)에 인가된 전압량을 조절함으로써 제어될 수 있다. 더 큰 변위량을 얻기 위하여, 연속적으로 배열된 추가적인 액츄에이터 스테이지들이 제공될 수 있다. 단계적으로 증가하는 줌 변위를 제공하기 위하여 액츄에이터(654)는 2개의 격막이 서로 독립적으로 활성화되는 2-상으로 동작될 수 있다. 도면에서 초점(도 25b) 및 줌(도 25c) 렌즈 조립체의 독립적인 동작을 도시하였으나, 양자 모두 특정 렌즈 적용에 있어 초점과 줌의 원하는 조합을 제공하기 위하여 동시에 동작되거나 서로 나란히 제어될 수 있다.As shown in FIG. 25A, all the phases of the system actuators are passive with focus at the "infinity" position. Adjusting the system focus includes activating the EAP film 670 of the focus actuator 652, as shown in FIG. 25B. Preload applied to lens barrel 656 advances lens barrel 656 in the direction of arrow 680 to provide a reduced focal length. The displacement amount in the lens barrel 656 can be controlled by controlling the amount of voltage applied to the actuator 652. The zoom actuation is similar, but as shown in FIG. 25C, activation of the actuator 654 is applied to both the EAP films 676a and 676b to advance the lens barrel 662 in the direction of the arrow 682. There is a difference in that. As with the focusing, the range of zoom displacement can be controlled by adjusting the amount of voltage applied to the actuator 654. In order to obtain a larger amount of displacement, additional actuator stages arranged in series can be provided. The actuator 654 may be operated in two phases in which the two diaphragms are activated independently of each other to provide incremental zoom displacement. While the drawings illustrate independent operations of the focus (FIG. 25B) and zoom (FIG. 25C) lens assemblies, both may be operated simultaneously or controlled side by side to provide the desired combination of focus and zoom in a particular lens application.

도 26a 및 26b는 렌즈 이미지 안정화에 적합한 다른 변위 메카니즘(690)을 도시한다. 액츄에이터 메카니즘은 외부 프레임 마운트(692) 및 중심 출력 디스크 또는 부재(694) 사이에 펼쳐진 다중상의 EAP(696)을 갖는다. 출력 디스크(694)는 평면밖으로 디스크를 편향시키는 피벗(698)에 장착된다. 정지 중에는, 도 26a에 도시된 바와 같이, 모든 상(phase) 또는 다중상의 일부들이 패시브이고, 출력 디스크(694)는 수평이다. 필름들(696a) 중 선택된 일부 또는 일부들(개별적으로 활성화가능한 임의 갯수의 일부들 중)이 활성화되는 경우, 편향된 필름은 활성화된 영역(696a)에서 느슨해져, 출력 플랫폼(694) 상에 힘에서 분균형을 초래하고, 도 26b에서 보는 바와 같이, 플랫폼(694)를 기울게 만든다. 다양한 활성가능한 부분들은 선택적으로 활성화되어, 시스템 흔들림에 응답하여 이미지 센서 또는 미러(미도시되었으나, 중심 디스크 또는 출력 부재(694)의 상단에 배치됨)의 3차원적 변위를 제공한다.26A and 26B illustrate another displacement mechanism 690 suitable for lens image stabilization. The actuator mechanism has a multiphase EAP 696 that extends between the outer frame mount 692 and the central output disk or member 694. The output disk 694 is mounted to a pivot 698 that deflects the disk out of plane. During stop, as shown in FIG. 26A, all phases or portions of multiple phases are passive, and output disk 694 is horizontal. When a selected portion or portions of the films 696a (of any number of portions that are individually activatable) are activated, the deflected film loosens in the activated region 696a, distributing the force on the output platform 694. This results in a balance and causes the platform 694 to tilt as shown in FIG. 26B. The various activatable portions are selectively activated to provide a three-dimensional displacement of the image sensor or mirror (not shown, but disposed on top of the central disk or output member 694) in response to system shake.

도 26a 및 26b의 변위 메카니즘은 이미지 센서에서의 뜻하지 않은 z-방향 움직임을 보상하도록 더욱 변형될 수 있다. 이러한 변위 메카니즘(700)이 도 27a 내지 27c에 도시되며, 액츄에이터의 출력 부재(704)를 피벗(pivot) 방식으로 접지 장착하는 대신, 스프링 바이어싱 메카니즘(708)이 사용될 수 있다. 또한, 다중상(multi-phased) 필름(706)을 사용함으로써, 도 27b에 도시된 바와 같이, 하나의 필름(706a) 또는 상들보다 적은 수의 필름 부분들이 활성화되는 경우, 액츄에이터 출력 디스크(694)는 비대칭적 기울어짐 및 축이동(axial translation)을 겪는다. 모든 필름 부분들(706)이 동시에 활성화 되거나 몇몇이 활성화 되어 대칭적 반응(symmetrical response)을 제공하는 경우, 도 27c에 도시된 바와 같이, 출력 부재(704)는 축방향으로 순수하게 선형적인 변위를 겪게 된다. 이러한 선형적 변위의 규모는 모든 상들에 인가된 전압을 조절하거나 동시에 활성화되는 상대적 갯수의 필름 부분들을 선택함으로써 제어될 수 있다.The displacement mechanism of FIGS. 26A and 26B can be further modified to compensate for unintended z-direction motion in the image sensor. This displacement mechanism 700 is shown in FIGS. 27A-27C, and instead of ground mounting the output member 704 of the actuator in a pivoted manner, a spring biasing mechanism 708 can be used. In addition, by using a multi-phased film 706, the actuator output disk 694 when fewer film portions than one film 706a or phases are activated, as shown in FIG. 27B. Undergoes asymmetric tilting and axial translation. If all the film portions 706 are activated simultaneously or some are activated to provide a symmetrical response, as shown in FIG. 27C, the output member 704 is capable of purely linear displacement in the axial direction. Will suffer. The magnitude of this linear displacement can be controlled by adjusting the voltage applied to all phases or by selecting a relative number of film portions that are activated at the same time.

또한, 본 발명은 본 원에 개시된 것과 같은 이미지/광학 시스템과 함께 사용되는 셔터/조리개 메카니즘을 제공할 수 있다. 여기서, 렌즈 조리개(셔터 기능)을 닫고(거나) 광학 요소 또는 부품(조리개 기능)에 전달되는 광량을 제어하는 것이 필요하거나 바람직하다. 도 28은 복수의 협력 플레이트 또는 블레이드(724)를 작동하여 이미징 경로(imaging pathway)를 통과하는 빛의 통과를 조절하기 위하여 EAP 액츄에이터(712)를 채용하는 본 발명의 이러한 셔터/조리개 시스템(710)을 도시한다. 액츄에이터(712)는 외부 및 내부 프레임 부재들(714 및 716) 사이에 연장되는 2-상 EAP 필름(718a 및 718b)를 갖는 평면형 구성을 가진다. 여기서, 내부 프레임 부재는 빛을 통과시키기 위한 환상의 개구부(715)를 갖는다. 단지 2개의 필름 부분들(718a 및 718b)만이 본 실시예에 설명되고 있으나, 다중상 필름이 사용될 수도 있다. 셔터/조리개의 기계적/동작하는 구성요소들은 상단 및 하단 플레이트(720a 및 720b)를 갖는 카트리지 내에 수용되며, 상기 플레이트들 각각은 빛을 통과시키기 위한 개구부(725a 및 725b)들을 갖는다.In addition, the present invention may provide a shutter / iris mechanism for use with an image / optical system as disclosed herein. Here, it is necessary or desirable to close the lens iris (shutter function) and / or to control the amount of light transmitted to the optical element or component (aperture function). FIG. 28 illustrates this shutter / iris system 710 of the present invention employing an EAP actuator 712 to operate a plurality of cooperating plates or blades 724 to regulate the passage of light through an imaging pathway. To show. Actuator 712 has a planar configuration with two-phase EAP films 718a and 718b extending between outer and inner frame members 714 and 716. Here, the inner frame member has an annular opening 715 for passing light. Only two film portions 718a and 718b are described in this embodiment, but a multiphasic film may be used. The mechanical / operating components of the shutter / aperture are housed in a cartridge with top and bottom plates 720a and 720b, each of which has openings 725a and 725b for passing light.

조리개 블레이드(724)는 곡선형 또는 아치형의 눈물방울 형상을 갖는다. 이들의 환상의 정렬은 중첩되는 평면적 정렬 내에 유지된다. 블레이드들은 블레이드(724)의 폭이 더 넓은 쪽의 단부를 관통하여 연장되어 블레이드들이 피벗동작하는 피벗 또는 받침점(fulcrum point)을 정의하는 홀에 대응하여 결합되는, 상방으로 연장되는 캠핀(cam pin)(736)에 의하여 피벗 방식으로 하단 플레이트(720)에 장착된다. 블레이드들의 테이퍼된 단부들은 동일 방향으로 향하여, 이들의 오목한 변은 렌즈 조리개를 정의한다. 렌즈 조리개의 개구부 크기는 블레이드(724)을 선택적으로 선회(pivoting)시킴으로써 변화한다. 블레이드(724)들 각각은 캠 팔로워 슬롯(730)을 포함하며, 이를 통해 다른 무리의 캠핀(732)들이 블레이드(724)에 대향면 상에 배치된 회전 칼라(722)의 바닥면으로부터 연장된다(도 28에 도시되는 바와 같음). 캠 팔로워 슬롯(730)은, 칼라(722)가 회전하여 블레이드의 받침점을 중심으로 곡선형의 블레이드들을(724)를 선회시킴에 따라, 캠핀(732)에 원하는 아치형의 왕복 경로를 제공하기 위하여 곡선형으로 형성된다. 칼라(722)의 상단 또는 액츄에이터로 향한 면으로부터 연장되는 핀(726)은 상부 카트리지 플레이트(720a)의 개구부(725a)를 관통하여 돌출하여, 액츄에이터(712)의 내부 프레임 부재(716) 내의 홀(717)과 결합한다. 액츄에이터 2-상 필름(718)의 선택적 활성화는 내부 액츄에이터 프레임(716)이 평면에서 측방으로 반대반향으로 이동하도록 만든다. 칼라핀(726)의 당기기/밀기를 통한 액츄에이터의 출력 운동은 칼라(727)를 회전시키고, 이에 의해, 각각의 조리개 블레이드(724)들 내의 캠슬롯(730) 내의 캠핀(732)들을 회전시킨다. 이에 따라, 블레이드들을 선회시켜, 블레이드들의 테이퍼된 단부들을 서로 더욱 가까워지거나 멀어지게 움직여서 가변적인 조리개 개구부를 구현한다. 이는 도 29B의 카트리지(723)의 평면도에 가장 잘 나타나 있다. 조리개 개구부의 크기는 완전 열림(도 29A) 및 완전 닫힘(도 29C) 사이에서 변화하여 렌즈 셔터로서 동작한다.The iris blade 724 has a curved or arcuate teardrop shape. Their annular alignment remains within the overlapping planar alignment. The blades extend upwardly through the wider ends of the blades 724 and are joined upwardly to correspond to holes defining pivots or fulcrum points on which the blades pivot. 736 is mounted to the bottom plate 720 in a pivoting manner. The tapered ends of the blades face in the same direction, with their concave sides defining the lens aperture. The opening size of the lens stop is changed by selectively pivoting the blade 724. Each of the blades 724 includes a cam follower slot 730, through which a different group of camping pins 732 extends from the bottom surface of the rotating collar 722 disposed on the opposite surface to the blade 724 ( As shown in FIG. 28). The cam follower slot 730 is curved to provide the cam pin 732 with the desired arcuate reciprocating path as the collar 722 rotates to orbit the curved blades 724 around the support point of the blade. It is formed into a mold. A pin 726 extending from the top of the collar 722 or from the side toward the actuator protrudes through the opening 725a of the upper cartridge plate 720a, so that the hole (in the inner frame member 716 of the actuator 712) 717). Selective activation of the actuator two-phase film 718 causes the inner actuator frame 716 to move in the opposite direction from the plane to the side. The output movement of the actuator through the pull / push of the collar pin 726 rotates the collar 727, thereby rotating the cam pins 732 in the cam slot 730 in the respective aperture blades 724. Accordingly, the blades are pivoted to move the tapered ends of the blades closer to or farther from each other to achieve a variable aperture opening. This is best shown in the top view of the cartridge 723 of Figure 29B. The size of the aperture opening varies between fully open (FIG. 29A) and fully closed (FIG. 29C) to act as a lens shutter.

도 36a 내지 36d는 본 발명의 다른 조리개/셔터 메카니즘(840)을 도시한다. 메카니즘(840)은 조리개/셔터 블레이드(844)가 피벗 방식으로 피벗 포인트(845)에 그 일단이 장착되는 판상 기저부(842)를 포함한다. 블레이드(844)의 피벗 운동은 광통과 이미지 조리개(854) 위에서 평면적으로 블레이드의 자유단을 전후로 움직인다. 블레이트(844)의 운동은 블레이드(844)의 내변(interior edge) 내의 노치(856) 내에 움직일 수 있게 수용되는 자유단을 포함하는 레버암(lever arm)(846)의 피벗 운동에 의하여 구현된다. 레버암(846)은 피벗 포인트(852a)에서 기저부(842)에 피벗 방식으로 장착된다. 레버암(846)에 일체로 결합되거나 단일체로 형성된 플렉셔(flexure)(848)가 제1 피벗 포인트(852a)와 제2 피벗 포인트(852b) 사이에서 연장된다. 탭(850)이 플렉셔(848) 중심부로부터 내측으로 조리개(854)를 향하여 연장된다. 블레이드, 레버암, 및 플렉셔는 조리개(854)를 통상의 열림 상태 또는 통상의 닫힘 상태로 구현할 수 있다.36A-36D illustrate another aperture / shutter mechanism 840 of the present invention. Mechanism 840 includes a plate-like base 842 on which one stop is mounted to pivot point 845 in a diaphragm / shutter blade 844. Pivot movement of the blade 844 moves back and forth the free end of the blade in planar view above the light barrel and image aperture 854. The movement of the blade 844 is realized by the pivoting movement of the lever arm 846 including a free end movably received in the notch 856 in the interior edge of the blade 844. . Lever arm 846 is pivotally mounted to base 842 at pivot point 852a. A flexure 848 integrally coupled or integrally formed with the lever arm 846 extends between the first pivot point 852a and the second pivot point 852b. The tab 850 extends inward from the center of the flexure 848 toward the aperture 854. Blades, lever arms, and flexures may implement aperture 854 in a normal open or normal closed state.

도 36c에서 보는 바와 같이, 화살표(860a) 방향으로의 조리개(850)를 향한 탭(850)의 운동은 플렉셔(848)를 동일한 방향으로 향하게 한다. 이러한 동작은 레버암(846)을 화살표(860b) 방향으로 선회시켜 레버암의 자유단이 노치(856) 내에서 피벗 포인트(845)를 향하여 움직이도록 한다. 이로써, 블레이드(844)는 화살표(860c) 방향으로 선회하여 조리개(854)를 덮을 수 있다. 이러한 액츄에이션은, 도 36d에서 도시된 바와 같이, 메카니즘(840)의 움직이는 구성요소들의 상단에 장착 또는 적층된 액츄에이터(856)의 활성에 의하여 이루어 진다. 액츄에이터(856)는 외부 및 내부 프레임 부재들(858a 및 858b) 사이에 각각 연장되는, 도 28의 액츄에이터(710)의 구성과 유사한 2-상 EAP 필름(860a 및 860b) 구성을 포함한다. 탭(856)의 자유단은 기계적으로 내부 프레임 부재(858b)에 결합된다. 도 36d에 도시된 셔터 메카니즘(840)에 대한 액츄에이터(856)의 방향에 기초하여, EAP 섹션(860a)의 활성화는 단독으로 탭(850)을 밖으로 밀어 내는 반면, EAP 섹션(860b)의 활성화는 단독으로 탭(850)을 내부로 당긴다.As shown in FIG. 36C, the movement of the tab 850 toward the aperture 850 in the direction of the arrow 860a directs the flexure 848 in the same direction. This operation pivots lever arm 846 in the direction of arrow 860b so that the free end of the lever arm moves toward pivot point 845 within notch 856. As a result, the blade 844 may pivot in the direction of the arrow 860c to cover the diaphragm 854. This actuation is accomplished by the actuation of actuator 856 mounted or stacked on top of the moving components of mechanism 840, as shown in FIG. 36D. Actuator 856 includes a two-phase EAP film 860a and 860b configuration similar to that of actuator 710 of FIG. 28, extending between outer and inner frame members 858a and 858b, respectively. The free end of the tab 856 is mechanically coupled to the inner frame member 858b. Based on the direction of actuator 856 relative to shutter mechanism 840 shown in FIG. 36D, activation of EAP section 860a alone pushes tab 850 out, while activation of EAP section 860b is Pull the tab 850 inside alone.

도시된 바와 같이, 메카니즘(840)은 조리개(854)가 열리거나 닫힘으로서 기본적으로 셔터로서 기능한다. 블레이드(844)가 닫힘 위치에 있을 때 조리개(854)와 정렬하고, 조리개(854)의 직경보다 더 작은 직경을 갖는 홀(862)(도 36a에서 점선으로 표시)을 블레이드(844) 내에 제공함으로써, 메카니즘은 2가지 설정을 갖는 조리개 메카니즘으로서 기능할 수 있다- 그 중 하나는 블레이드를 열림 위치에 두어, 더 많은 양의 빛이 조리개(854)를 통과하여 렌즈 모듈에 도달하도록 하는 것이고, 다른 하나는 블레이드로 조리개를 덮어, 더 작은 구멍(862)을 통해 빛을 통과시키는 것이다.As shown, mechanism 840 basically functions as a shutter as aperture 854 opens or closes. By aligning with the aperture 854 when the blade 844 is in the closed position, by providing a hole 862 (shown in dashed lines in FIG. 36A) in the blade 844 with a diameter smaller than the diameter of the aperture 854. The mechanism can function as an aperture mechanism with two settings-one of which places the blade in the open position, allowing more light to pass through the aperture 854 to reach the lens module, and the other. Is to cover the iris with a blade, passing light through the smaller holes 862.

다른 렌즈 변위 메카니즘들이 유니모프(unimorph) 필름 구조 또는 합성물을 채용하는 액츄에이터를 사용함으로써 렌즈 또는 렌즈 적층의 운동을 가능하게 한다. 도 30a 및 30b는 이러한 필름 구조(740)의 일부의 단면을 도시한다. 필름 구조는 유전막(742)보다 비교적 강성인, 즉 더 높은 탄성율을 갖는 필름 후면 또는 기판에 부착된 탄성중합체 유전막(742)을 포함한다. 이러한 층들은 유전막(742)의 노출면 상의 유연한 전극(746)과 강성 필름 후면(744)의 내부 또는 노출면 상의 더 강성인 전극(748) 사이에 배치된다. 합성구조(740)는 하나의 방향으로만 편향시킨다. 특히, 도 30b에서 보는 바와 같이, 필름 구조(740)이 활성화되는 경우, 유전막(742)는 압축되어 측방으로 변위를 일으켜서, 구조가 기판(744)로부터 멀어지는 방향으로 활 또는 아치형을 이루게 된다. 구조에 부과된 바이어싱은 국제공개번호 제WO98/35529호에 기술된 바를 포함하는 임의의 알려진 방식으로 달성된다. 이하, 이러한 유니모프형 EAP 액츄에이터를 채택하는 본 발명의 몇몇 렌즈 변위 메카니즘들은 기술된다.Other lens displacement mechanisms enable movement of the lens or lens stack by using actuators that employ unimorph film structures or composites. 30A and 30B show cross sections of a portion of this film structure 740. The film structure includes an elastomeric dielectric film 742 attached to a film backing or substrate that is relatively rigid than the dielectric film 742, that is, has a higher modulus of elasticity. These layers are disposed between the flexible electrode 746 on the exposed side of the dielectric film 742 and the rigider electrode 748 on the exposed side or inside the rigid film backside 744. The composite structure 740 deflects only in one direction. In particular, as shown in FIG. 30B, when the film structure 740 is activated, the dielectric film 742 is compressed to laterally displace such that the structure is bowed or arcuated in a direction away from the substrate 744. The biasing imposed on the structure is achieved in any known manner, including as described in WO 98/35529. Hereinafter, some lens displacement mechanisms of the present invention employing such unimorphic EAP actuators are described.

도 31a 및 31b의 렌즈 변위 시스템(750)은 유니모프 EPA 필름 구조체(752)를 이용하는 액츄에이터 메카니즘에 결합된 렌즈 배럴 또는 조립체(754)를 포함한다. 필름 구조체(752)의 선택된 영역 또는 길이는 렌즈 배럴(754) 및 고정된 기저 부재(756) 사이로 연장된다. 필름 구조체는 단상 구조 또는 다수의 어드레스할 수 있는 영역을 포함하여 다중상 실행(multi-phase action)을 제공하는 스커트(skirt)와 같이 렌즈 배럴을 둘러싸는 단일체(monolithic piece)일 수 있다. 대안적으로, 액츄에이터는 공동으로 또는 독립적으로 어드레스되도록 구성될 수 있는 다수의 개별적인 필름의 조각들을 포함할 수 있다. 다른 변형예에서, 더욱 강성의 필름측 또는 층(즉, 기판측)은 필름이 외측으로 편향되도록 내측을 향한다. 도 31b에 도시된 바와 같이, 필름의 활성에 따라, 필름은 고정된 측으로부터 멀어지는 방향으로, 즉, 기저 부재(756)로부터 멀어지는 쪽으로 필름을 연장시키는 편향된 방향으로 연장하여, 화살표(758) 방향으로 렌즈 배럴(754)를 이동시킨다. 필름 합성물의 다양한 파라미터들, 예를 들어, 필름 영역/길이, EAP층과 기판층 간의 탄성 편차(variance elasticity) 등은 렌즈 시스템의 초점 및/또는 줌 동작에 영향을 미치는 원하는 변위량을 제공하도록 조절될 수 있다.The lens displacement system 750 of FIGS. 31A and 31B includes a lens barrel or assembly 754 coupled to an actuator mechanism using the unimorph EPA film structure 752. The selected area or length of the film structure 752 extends between the lens barrel 754 and the fixed base member 756. The film structure may be a monolithic piece that surrounds the lens barrel, such as a single phase structure or a skirt that provides a multi-phase action including multiple addressable regions. Alternatively, the actuator may include a number of individual pieces of film that can be configured to be addressed jointly or independently. In another variant, the more rigid film side or layer (ie, substrate side) faces inwardly such that the film is deflected outward. As shown in FIG. 31B, depending on the activity of the film, the film extends in a direction away from the fixed side, ie in a biased direction extending the film away from the base member 756, in the direction of the arrow 758. The lens barrel 754 is moved. Various parameters of the film composite, such as film area / length, variation elasticity between the EAP layer and the substrate layer, etc., may be adjusted to provide the desired amount of displacement that affects the focus and / or zoom motion of the lens system. Can be.

도 32a 및 32b의 렌즈 변위 메카니즘(760)은 또한 유니모프 필름 액츄에이터를 이용한다. 시스템(760)은 가이드 레일(766) 상에 배치된 렌즈 케리지(764)에 장착된 렌즈 배럴 또는 어셈블리(762)를 포함한다. 액츄에이터(770)는 직렬 방식으로 서로 결합된 접히거나 적층된 유니모프 필름 시트들을 포함한다. 도시된 실시예에서, 각 유니모프 시트는 렌즈 배럴을 마주하는 더 유연한 측(772a) 및 렌즈 배럴로부터 멀리 마주하는 단단한 측과 조립되지만, 그 반대도 또한 적용 가능하다. 도 32a에 도시된 바와 같이, 모든 액츄에이터 시트들이 비활동적일 때, 적층은 위치적으로 가장 압축되며, 즉, 렌즈 배럴(762)은 가장 중심에 근접한 위치에 놓이게 된다. 초점 렌즈 조립체(focusing lens assembly)의 맥락에서 보면, 이 위치는 가장 긴 초점 거리를 제공하는 반면, 무한초점 렌즈 조립체(afocal lens assembly)의 맥락에서 보면, 줌 렌즈는 매크로 위치에 놓이게 된다. 하나 이상의 시트들(772)의 활성화는 총체적으로나 또는 독립적으로 렌즈 배럴(762)를 화살표(765) 방향으로 배치하여 렌즈 시스템의 초점 및/또는 배율을 조절한다.The lens displacement mechanism 760 of FIGS. 32A and 32B also utilizes a unimorph film actuator. System 760 includes a lens barrel or assembly 762 mounted to lens carriage 764 disposed on guide rail 766. Actuator 770 includes folded or laminated unimorph film sheets joined together in a series manner. In the illustrated embodiment, each unimorph sheet is assembled with a more flexible side 772a facing the lens barrel and a rigid side facing away from the lens barrel, but vice versa is also applicable. As shown in FIG. 32A, when all the actuator sheets are inactive, the stack is most compressed positionally, ie the lens barrel 762 is placed in the closest position. In the context of a focusing lens assembly, this position provides the longest focal length, while in the context of an afocal lens assembly, the zoom lens is placed in a macro position. Activation of the one or more sheets 772, collectively or independently, positions the lens barrel 762 in the direction of the arrow 765 to adjust the focus and / or magnification of the lens system.

높은 습도 및 극한 온도 환경과 같은 임의의 환경적인 조건 하에서, EAP 액츄에이터의 성능은 영향을 받을 수 있다. 본 발명은 EAP 액츄에이터 자체에 통합될 수 있는 특징과 연계하여 이러한 주변 조건들을 대처하거나, 또는 그렇지 않다면, 시스템의 공간 요구들을 증가시키지 않고 시스템 내에 조립된다. 어떤 변화에 있어서, EAP 액츄에이터는 발열체(heating element)를 구비하여 열을 발생하며, 필요에 따라서, EPA 액츄에이터의 습도 및/또는 온도 및/또는 직접적인 주변 대기 환경을 유지하고 제어한다. 발열체(들)는 저항성을 가지며, EAP 필름에 집적되거나 인접한 전도체를 구비한다, 여기서, 전도체를 가로지르는 전압은 액츄에이터의 활동성을 위하여 요구되는 전압보다 낮다. 시스템의 주변 파라미터들을 제어하기 위하여 렌즈 변위 및/또는 이미지 안정화를 위해 사용되는 동일한 EAP 액츄에이터를 이용하는 것은 시스템 내에서의 구성요소들의 수 그리고 전체 질량 및 무게를 보다 더 감소시킨다.Under certain environmental conditions, such as high humidity and extreme temperature environments, the performance of the EAP actuator may be affected. The present invention addresses these ambient conditions in conjunction with features that can be incorporated into the EAP actuator itself, or otherwise is assembled within the system without increasing the space requirements of the system. In some variations, the EAP actuator has a heating element to generate heat and, as needed, maintains and controls the humidity and / or temperature and / or direct ambient atmosphere of the EPA actuator. The heating element (s) are resistive and have conductors integrated or adjacent to the EAP film, where the voltage across the conductors is lower than the voltage required for the actuator's activity. Using the same EAP actuator used for lens displacement and / or image stabilization to control the peripheral parameters of the system further reduces the number of components in the system and the overall mass and weight.

도 33a는 가열 기능을 위하여 직렬 전극 배열을 이용한 본 발명의 렌즈/광학 시스템으로 이용 가능한 예시적인 EAP 액츄에이터(780)를 보여준다. 상기 도면은 접지 전극 패턴(782)을 구비한 액츄에이터의 접지측 및 투시도에 도시된 액츄에이터(780)의 타측 상의 고전압 전극 패턴(784)을 보여준다. 돌출부들(lugs)(786a, 786b)은 각각 액츄에이터를 구동하기 위한 시스템의 전력공급장치(미도시)로부터 접지 및 고전압 입력부로의 전기적 연결을 수립한다. 제3 돌출부 또는 전도체(786c)는 직렬 저항성 히터 전류 경로를 위한 전력공급장치로부터 저전압 입력부로의 연결을 제공한다. 화살표들(788)은 저항성 가열체로서 전체 접지 전극(782)을 사용하는 전극 배열에 의해 제공된 환형 전류 경로를 보여준다.33A shows an exemplary EAP actuator 780 available with the lens / optical system of the present invention using a series electrode arrangement for the heating function. The figure shows the high voltage electrode pattern 784 on the ground side of the actuator with the ground electrode pattern 782 and on the other side of the actuator 780 shown in a perspective view. Lugs 786a and 786b respectively establish an electrical connection from the power supply (not shown) of the system to drive the actuator to ground and high voltage inputs. The third protrusion or conductor 786c provides a connection from the power supply for the series resistive heater current path to the low voltage input. Arrows 788 show the annular current path provided by the electrode arrangement using the entire ground electrode 782 as a resistive heating element.

도 33b는 가열 기능을 위하여 병렬 전극 배열을 이용하는 다른 EAP 액츄에이터를 보여준다. 상기 도면은 액츄에이터의 타측으로부터 투시도에 도시된 접지 전극 패턴(792) 및 고전압 패턴(784)을 구비한 액츄에이터의 접지측을 보여준다. 돌출부들(796a, 796b)은 각각 액츄에이터를 구동하기 위한 시스템의 전력공급장치(미도시)로부터 접지 및 고전압 입력부로의 전기적 연결을 수립한다. 병렬 버스바(parallel bus bar)(798a 및 798b)들은 전력공급장치(미도시)로부터 접지 및 저전압 입력부들 각각으로의 연결을 위한 액츄에이터(790)의 접지측 상에 제공된다. 화살표들(800)은 병렬 전극 배열에 의해 확립된 전류의 방사상 경로를 보여준다. 직렬 방법에 대비되는 병렬로 전극을 이용하는 것은 저전력의 이용을 가능하게 하여 전류 유동을 얻으며, 필요에 따라 필름의 가열을 유도한다.33B shows another EAP actuator using a parallel electrode array for the heating function. The figure shows the ground side of the actuator with the ground electrode pattern 792 and the high voltage pattern 784 shown in perspective from the other side of the actuator. Protrusions 796a and 796b respectively establish electrical connections from the power supply (not shown) of the system for driving the actuator to ground and high voltage inputs. Parallel bus bars 798a and 798b are provided on the ground side of actuator 790 for connection from a power supply (not shown) to each of the ground and low voltage inputs. Arrows 800 show the radial path of current established by the parallel electrode arrangement. Using electrodes in parallel as opposed to the series method allows the use of low power to obtain current flow and induce heating of the film as needed.

상술한 바와 같이, 시스템 습도 및 온도 제어에 관한 다른 접근법은 EAP 액츄에이터에 인접하게 배치된 저항성 발열체를 이용하는 것이다. 도 34는 EAP 필름(812)을 구비한 EAP 액츄에이터를 이용한 렌즈 변위 메카니즘(810)을 보여준다. 상부 하우징/커버(813) 및 EAP 필름(812) 사이에 정의된 공간(816)은 발열체(814)를 배치하기에 충분한 공간을 제공한다. 바람직하게, 가열체는 시스템의 공간 요구들을 최소화하고, 가열체(814) 및 EAP 필름(812) 사이의 열 전달을 최대화하기 위하여 EAP 필름의 그것과 매칭할 수 있는 프로파일 및 크기를 가지며, 이 경우, 도 34A에 도시된 것처럼 절두체 형상이다. 가열체는 절연 기판(815b) 및 전기적 콘택들(818) 상에 저항성 트레이스(resistive trace)(815a)를 포함하여 가열체를 시스템의 전력 및 감지 전자기기에 전기적으로 연결시킨다.As mentioned above, another approach to system humidity and temperature control is to use a resistive heating element disposed adjacent to the EAP actuator. 34 shows a lens displacement mechanism 810 using an EAP actuator with an EAP film 812. The space 816 defined between the upper housing / cover 813 and the EAP film 812 provides enough space for placing the heating element 814. Preferably, the heating body has a profile and size that can be matched to that of the EAP film in order to minimize the space requirements of the system and to maximize the heat transfer between the heating body 814 and the EAP film 812. , Frustum shape as shown in FIG. 34A. The heating body includes a resistive trace 815a on the insulating substrate 815b and the electrical contacts 818 to electrically connect the heating body to the power and sensing electronics of the system.

본 발명의 렌즈 변위 시스템들의 다른 선택적인 특징은 렌즈 변위의 폐-루프 제어를 제공하는 렌즈 또는 렌즈 조립체의 위치를 감지하는 센서를 제공하는 것이다. 도 35는 도 7a의 렌즈 변위 시스템과 동일한 구성을 갖는 렌즈 변위 시스템들(820)에 연계된 이러한 위치 감지 장치의 예시적인 실시예를 보여준다. 감지 장치는 원통형 형상을 가진 포개진 전극 쌍을 포함한다. 하나의 전극(822a), 예를 들어, 접지측 전극은 렌즈 배럴(824)의 외부를 둘러싼다. 접지 전극(822a)는 액츄에이터 바이어싱 스트링(830)을 통하여 접지 리드(830a)에 전기적으로 결합된다. 다른 전극(822b), 예를 들어, 활성 또는 전력/감지 전극(822b)는 하우징의 후측 단부로부터 상측으로 연장하는 부싱 벽(826)의 내면을 둘러싸며, 액츄에이터 바이어싱 스프링(830)과 렌즈 배럴(824)의 외면 사이에 안착된다. 전극(822b)은 전원/감지 리드(830b)에 전기적으로 연결된다. 활성 전극(822b)에 부착된 절연 물질은 두 개의 전극들 사이에 정의된 갭에 제공되어 전기 용량적 구조(capacitive structure)를 제공한다. 도시된 것처럼 렌즈 배럴의 위치로 인하여, 전극들을 가로지르는 캐패시턴스는 가장 최대가 된다. 렌즈 배럴(824)이 말단 방향으로 놓임에 따라, 전극들의 겹쳐지는 표면적들은 증가하며, 이어서 그들 사이의 전기 용량적 전하를 감소시킨다. 캐패시턴스 내의 전하는 렌즈 위치의 폐-루프 제어를 위한 시스템의 제어 전자기기들(미도시)로 피드백된다.Another optional feature of the lens displacement systems of the present invention is to provide a sensor for sensing the position of a lens or lens assembly that provides closed-loop control of lens displacement. 35 shows an exemplary embodiment of such a position sensing device associated with lens displacement systems 820 having the same configuration as the lens displacement system of FIG. 7A. The sensing device includes a nested electrode pair having a cylindrical shape. One electrode 822a, for example a ground side electrode, surrounds the outside of the lens barrel 824. Ground electrode 822a is electrically coupled to ground lead 830a through actuator biasing string 830. The other electrode 822b, for example the active or power / sense electrode 822b, surrounds the inner surface of the bushing wall 826 extending upward from the rear end of the housing, with the actuator biasing spring 830 and the lens barrel. It is seated between the outer surface of 824. Electrode 822b is electrically connected to power / sense lead 830b. An insulating material attached to the active electrode 822b is provided in a gap defined between the two electrodes to provide a capacitive structure. Due to the position of the lens barrel as shown, the capacitance across the electrodes is at its maximum. As the lens barrel 824 is placed in the distal direction, the overlapping surface areas of the electrodes increase, which in turn reduces the capacitive charge between them. The charge in the capacitance is fed back to control electronics (not shown) of the system for closed-loop control of the lens position.

자동 초점, 줌, 이미지 안정화 및/또는 셔터 제어를 위한 EAP 액츄에이터의 사용에 의하면, 당해 광학 렌즈 시스템들은 최소화된 공간 및 전력 요구량을 가지며, 마찬가지로, 휴대폰 카메라들과 같은 고밀집 광학 시스템들에서 사용하기 위한 목적이다.With the use of EAP actuators for auto focus, zoom, image stabilization and / or shutter control, such optical lens systems have minimal space and power requirements, and likewise for use in high density optical systems such as mobile phone cameras. For the purpose.

해당 광학 시스템들, 장치들, 구성성분들 및 구성요소들과 연계된 본 발명의 방법들이 고찰된다. 예를 들어, 이러한 방법들은 이미지 상에 렌즈를 선택적으로 초점을 맞추는 단계, 렌즈 조립체를 이용하여 이미지를 선택적으로 확대시키는 단계 및/또는 이미지 센서를 선택적으로 이동시켜 렌즈 또는 렌즈 조립체에 의해 발생하는 원하지 않는 흔들림을 보상하는 단계를 포함한다. 상기 방법들은 대상 발명들이 이용되고, 조건들이 마지막 사용자에 의해 수행될 수 있는 적절한 장치 및 시스템을 제공하는 행위를 포함한다. 다시 말해서, “공급”(예를 들어, 렌즈, 액츄에이터 등)은 단지 마지막 사용자의 획득, 접속, 접근, 위치, 설정, 활성, 작동, 또는 다른 방법으로 해당 방법에 필수 장치를 제공하는 행위를 포함한다. 해당 방법들은 전기적 활성화뿐만 아니라 설명된 장치의 사용과 연계된 기계적인 활성화들 각각을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 설명된 장치의 사용에 암시된 방법론(methodology)은 본 발명의 일부를 형성한다. 더욱이, 전기적 하드웨어 및/또는 소프트웨어 제어 및 전원 공급장치들은 본 발명의 일부를 형성하는 방법들에 영향을 끼쳤다.Methods of the present invention in connection with corresponding optical systems, devices, components and components are contemplated. For example, such methods may include selectively focusing a lens on an image, selectively enlarging the image using the lens assembly, and / or selectively moving the image sensor to produce the desired effect generated by the lens or lens assembly. Compensating for the shaking. The methods include the act of providing a suitable device and system in which the subject inventions are used and the conditions can be performed by the last user. In other words, "supply" (e.g., lens, actuator, etc.) simply includes the act of providing the necessary device to the method by the last user's acquisition, access, access, location, setting, activation, operation, or otherwise. do. The methods may include each of the mechanical activations associated with the use of the described apparatus as well as the electrical activation. Likewise, the methodology implied by the use of the described apparatus forms part of the present invention. Moreover, electrical hardware and / or software control and power supplies have influenced the methods of forming part of the present invention.

본 발명의 또 다른 측면은 사용 동작을 위한 전문가, 사용을 위한 지침들 등등에 의한 패키지화된 조합 또는 조립에 제공되는지 여부- 여기에 설명된 장치들의 임의의 조합을 갖는 키트들(kits)을 포함한다. 키트는 본 발명에 따른 임의의 수의 광학 시스템들을 포함할 수 있다. 키트는 기계적 또는 전기적 연결부들, 전원 공급부들 등을 포함하는 광학 시스템들과 더불어 사용을 위한 다양한 다른 구성성분들을 포함한다. 해당 키트들은 또한 장치들 또는 그들의 조립체들의 사용을 위해 작성된 지침들을 포함한다. 이러한 지침들은 종이나 플라스틱 등과 같이 기판 상에 인쇄될 수 있다. 마찬가지로, 지침들은 패키지 인서트로서 키트들 내에, 키트 또는 그들의 구성성분들(즉, 패키지 또는 서버-패키지와 연계된)의 용기의 라벨링 내에 존재할 수 있다. 다른 실시예들에서, 지침들은 적합한 컴퓨터 판독 가능한 기억매체, 예들 들어, 시디롬, 디스켓등에 존재하는 전기적 저장 데이터 파일로서 존재한다. 또 다른 실시예들에서, 실질적인 지침들은 키트 내에 존재하는 것이 아니라, 원격 소스로부터, 예를 들어, 인터넷을 경유하여 지침들을 얻을 수 있는 수단이 제공된다. 본 실시예의 일 예는 지침들이 보여질 수 있고 및/또는 지침들이 다운로드될 수 있는 웹 어드레스를 포함하는 키트이다. 지침들을 구비함에 따라, 지침들을 획득하기 위한 본 수단은 적합한 매체 상에 기록된다.Another aspect of the invention includes kits having any combination of the devices described herein-whether provided in a packaged combination or assembly by an expert for use operation, instructions for use, and the like. . The kit may comprise any number of optical systems in accordance with the present invention. The kit includes various other components for use with optical systems including mechanical or electrical connections, power supplies, and the like. The kits also include instructions written for the use of the devices or their assemblies. These instructions may be printed on a substrate such as paper or plastic. Similarly, the instructions may be present in the kits as package inserts, in the labeling of the container of the kit or its components (ie associated with the package or server-package). In other embodiments, the instructions are present as an electrical storage data file residing on a suitable computer readable storage medium, eg, a CD-ROM, diskette, or the like. In still other embodiments, the substantial instructions are not present in the kit, but means are provided for obtaining the instructions from a remote source, for example via the Internet. One example of this embodiment is a kit that includes a web address from which instructions can be viewed and / or from which instructions can be downloaded. With the instructions, the means for obtaining the instructions are recorded on a suitable medium.

본 발명의 다른 상세화에 관해서는, 물질 및 대체 관련 형상들은 관련 기술에 숙련된 자의 능력범위 내에서 이용될 수 있다. 동일한 내용은 일반적으로 또는 논리적으로 이용되는 것과 같은 부가적인 행위들의 측면에서 본 발명의 방법-근거 견해들과 관련된 사실을 지지할 수 있다. 부가적으로, 본 발명이 몇몇 예시들을 참조하여 설명되었지만, 선택적으로 결합하는 다양한 특징들은, 본 발명은 이에 한정되지는 않지만, 본 발명의 각각의 변화와 관련하여 고찰된 것처럼 설명되거나 암시된다. 다양한 변화들은 설명된 본 발명으로 구현될 수 있으며, 등가물들(여기에서 인용되거나 간결함을 위하여 포함된)은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 대용될 수 있다. 도시된 각 부품들 또는 서버-조립체들의 임의의 수는 그들의 설계에 통합될 수 있다. 이러한 변화들 또는 다른 것들은 조립체를 위한 설계의 원리들에 의해 착수되고 안내될 수 있다.As for other details of the invention, materials and alternative related shapes may be used within the capabilities of those skilled in the art. The same may support the facts related to the method-based views of the invention in terms of additional acts such as those used generally or logically. In addition, while the present invention has been described with reference to some examples, various features that selectively combine, are described or implied as discussed with reference to each variation of the invention, although the invention is not so limited. Various changes may be made to the described invention, and equivalents (which are cited herein or incorporated for brevity) may be substituted without departing from the spirit and scope of the invention. Any number of individual parts or server-assemblies shown may be incorporated into their design. These changes or others may be undertaken and guided by the principles of design for the assembly.

또한, 설명된 본 발명의 변형예들의 임의의 선택적인 특징은 독립적으로 또는 여기에 설명된 임의의 하나 이상의 특징들과의 조합으로 설명되고 청구될 수 있는 것으로 고려될 수 있다. 단일 항목을 참조하는 것은 다수의 동일한 항목들이 존재하는 가능성을 포함한다. 더욱 구체적으로, 여기 및 첨부된 청구항들에서 사용된 것과 같은, “하나”, “일”, “상기” 및 “그”와 같은 단수 형태들은 만일 특정 상태의 경우가 아니라면, 다수의 대상을 포함한다. 다시 말해서, 물품들의 사용은 아래에서 청구항들뿐만 아니라 상술한 설명에서 대상 항목의 “적어도 하나”를 허용한다. 청구들은 임의의 선택적 성분을 배제하는 것으로 기초될 수 있는 것에 더 주목한다. 마찬가지로, 본 진술은 “단독” “단지”와 같은 배제적인 용어들 및 청구 용소들의 인용과 연계된 것, 또는 “부정적인” 한정의 이용의 사용을 위한 전제 기초로서 의도된다. 이러한 배제적인 용어의 사용 없이, 청구항들 내의 “포함한다”는 용어는 주어진 수의 구성 요소들이 청구항 내에 열거되거나 또는 특징의 부가가 청구항들에서 설명된 구성요소의 본질을 변형시키는 것으로 고려되는 것에도 불구하고 임의의 부가적인 요소의 포함을 허용할 수 있다. 다르게 진술하면, 비록 여기에 특정하게 정의되지는 않았지만, 여기에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 청구항의 타당성을 유지함과 동시에 가능한 한 일반적으로 이해되는 의미의 포괄적인 것으로 주어질 것이다.In addition, it is contemplated that any optional feature of the variations of the invention described may be described and claimed independently or in combination with any one or more features described herein. Referencing a single item includes the possibility that multiple identical items exist. More specifically, singular forms such as “one”, “one”, “above” and “the” as used herein and in the appended claims include plural objects unless otherwise specified. . In other words, the use of articles allows for “at least one” of the subject item in the foregoing description as well as the claims below. It is further noted that the claims may be based on excluding any optional component. Likewise, this statement is intended as a preliminary basis for the use of an exclusionary term such as “alone” or “only” and the citation of claims, or for the use of “negative” limitations. Without the use of such an exclusionary term, the term “comprises” in the claims shall not be construed to contemplate that a given number of elements be listed in the claims or that the addition of features will modify the nature of the elements described in the claims. Nevertheless, the inclusion of any additional element may be allowed. In other words, although not specifically defined herein, all technical and scientific terms used herein will be given the inclusiveness of the meanings as generally understood as possible while maintaining the validity of the claims.

전반적으로, 본 발명의 범위는 제공된 예들에 의하여 제한되지 않을 것이다.Overall, the scope of the present invention will not be limited by the examples provided.

100: 렌즈 모듈
102: 전기활성 폴리머 액추에이터100: lens module
102: electroactive polymer actuator

Claims (71)

초점축을 따라 배치된 적어도 하나의 렌즈를 포함하며, 선형 베어링면을 구비하는 렌즈 유닛;
상기 렌즈에 인접하여 배치되며, 상기 초점축을 따라 상기 렌즈 유닛을 이동시키도록 구동하는 전기활성 폴리머 액추에이터; 및
상기 렌즈 유닛의 위치를 유지하도록 상기 선형 베어링면에 인접하여 구비되는 선형 가이드를 포함하는 렌즈 이동 시스템.A lens unit including at least one lens disposed along a focal axis and having a linear bearing surface;
An electroactive polymer actuator disposed adjacent said lens and driving to move said lens unit along said focal axis; And
And a linear guide provided adjacent to the linear bearing surface to maintain the position of the lens unit. 제 1항에 있어서,
상기 초점축을 따라 상기 렌즈 유닛을 바이어싱하는 바이어싱 메커니즘을 더 포함하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 1,
And a biasing mechanism for biasing the lens unit along the focal axis. 제 2항에 있어서,
상기 렌즈 유닛의 바이어싱은 상기 전기활성 폴리머 액추에이터의 다이어프램을 절두체(frustum) 형상으로 늘이는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 2,
The biasing of the lens unit extends the diaphragm of the electroactive polymer actuator into a frustum shape. 제 2항에 있어서,
상기 바이어싱 메커니즘은 상기 렌즈 유닛을 둘러싸는 코일 스프링을 포함하고, 상기 선형 가이드는 상기 코일 스프링과 상기 렌즈 유닛의 외측면 사이에 배치되는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 2,
The biasing mechanism includes a coil spring surrounding the lens unit, and the linear guide is disposed between the coil spring and the outer surface of the lens unit. 제 1항에 있어서,
상기 선형 가이드는, 상기 렌즈 유닛을 적어도 부분적으로 감싸는 하우징으로부터 연장된 부싱 벽(bushing wall)인 렌즈 이동 시스템.The method of claim 1,
The linear guide is a bushing wall extending from a housing at least partially surrounding the lens unit. 제 1항에 있어서,
상기 선형 가이드는 상기 초점축에 평행하게 연장되는 적어도 하나의 가이드 레일을 포함하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 1,
And the linear guide comprises at least one guide rail extending parallel to the focal axis. 제 6항에 있어서,
상기 렌즈 유닛은 상기 적어도 하나의 가이드 레일을 수용하기 위해 내부에 구멍을 구비한 플랫폼을 포함하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 6,
And the lens unit includes a platform having a hole therein for receiving the at least one guide rail. 제 2항에 있어서,
상기 바이어싱 메커니즘은 상기 렌즈 가이드와 상기 렌즈 유닛의 외측면 사이에 배치된 판 스프링 메커니즘을 포함하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 2,
The biasing mechanism includes a leaf spring mechanism disposed between the lens guide and the outer surface of the lens unit. 제 8항에 있어서,
상기 판 스프링 메커니즘은 상기 렌즈 유닛을 둘러싸는 베이스 링 및 상기 전기활성 액추에이터의 표면에 대해 체결된 복수의 방사 연장형 탭들을 구비하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 8,
The leaf spring mechanism has a base ring surrounding the lens unit and a plurality of radially extending tabs fastened to a surface of the electroactive actuator. 제 2항에 있어서,
상기 바이어싱 메커니즘은 상기 렌즈 유닛과 일체형으로 형성되는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 2,
And the biasing mechanism is integrally formed with the lens unit. 제 10항에 있어서,
상기 바이어싱 메커니즘은 상기 렌즈 유닛을 적어도 부분적으로 감싸는 하우징과 일체형으로 더 형성되는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 10,
The biasing mechanism is further formed integrally with a housing at least partially surrounding the lens unit. 제 2항에 있어서,
상기 바이어싱 메커니즘은 상기 렌즈 유닛과 상기 하우징 사이에서 연장되는 환형 다이어프램을 포함하며, 상기 다이어프램은 음(negative rate)의 스프링 바이어스를 가지는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 2,
The biasing mechanism includes an annular diaphragm extending between the lens unit and the housing, the diaphragm having a negative spring bias. 제 12항에 있어서,
상기 다이어프램은 저점성 탄성중합체 물질을 포함하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 12,
And the diaphragm comprises a low viscosity elastomeric material. 제 2항에 있어서,
상기 바이어싱 메커니즘은 상기 렌즈 유닛과 상기 하우징 사이에서 연장되는 적어도 두 개의 스프링 탭들을 포함하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 2,
The biasing mechanism includes at least two spring tabs extending between the lens unit and the housing. 제 1항에 있어서,
상기 렌즈 유닛의 이동은 상기 렌즈 유닛의 초점 길이를 변경하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 1,
Movement of the lens unit changes the focal length of the lens unit. 제 1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 렌즈는 초점 렌즈인 렌즈 이동 시스템.The method of claim 1,
And the at least one lens is a focus lens. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈 유닛의 이동은 상기 렌즈 유닛의 배율을 변경하는 렌즈 이동 시스템.The lens shift system of claim 1, wherein the shift of the lens unit changes the magnification of the lens unit. 제 1항에 있어서,
상기 렌즈 유닛은 상기 액추에이터의 구동에 의해 이동하는 렌즈 구동기 메커니즘에 의해 이동하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 1,
And the lens unit is moved by a lens driver mechanism that is moved by driving of the actuator. 제 18항에 있어서,
상기 렌즈 유닛은 무한 초점 렌즈 어셈블리를 포함하는 렌즈 이동 시스템.19. The method of claim 18,
And the lens unit comprises an infinite focus lens assembly. 제 19항에 있어서,
다수의 렌즈 스테이지들을 포함하며, 각각의 스테이지는 렌즈를 포함하며, 상기 렌즈 구동기 메커니즘은 상기 다수의 스테이지들을 서로 다른 비율로 이동시키는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 19,
And a plurality of lens stages, each stage including a lens, and wherein the lens driver mechanism moves the plurality of stages at different rates. 제 20항에 있어서,
어느 한 렌즈 스테이지의 이동률에 대한 다른 렌즈 스테이지의 이동률의 비는 망원 구동(telescoping action)을 정의하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 20,
The ratio of the movement rate of another lens stage to the movement rate of one lens stage defines a telescoping action. 제 20항에 있어서,
각각의 렌즈는 상기 렌즈 구동기 메커니즘에 의해 이동되는 렌즈 플레이트 내에 안착되는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 20,
Each lens seated in a lens plate moved by the lens driver mechanism. 제 22항에 있어서,
상기 렌즈 구동기 메커니즘은 렌즈 플레이트들 사이에서 연장되는 한 쌍의 연결부들을 더 포함하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 22,
The lens driver mechanism further comprises a pair of connections extending between the lens plates. 제 1항에 있어서,
상기 렌즈 유닛의 이동이 무한 초점 위치를 넘어서는 것을 방지하기 위한 백스탑(backstop)을 더 포함하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 1,
And a backstop to prevent movement of the lens unit beyond an infinite focal position. 제 1항에 있어서,
상기 초점축을 따라 적어도 하나의 광 필터를 더 포함하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 1,
And at least one optical filter along the focal axis. 제 1항에 있어서,
상기 렌즈 유닛의 전단부 위에 반투명 커버를 더 포함하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 1,
And a translucent cover over the front end of the lens unit. 제 1항에 있어서,
상기 렌즈 유닛은 상기 렌즈 유닛의 초점을 캘리브레이션하도록 구성된 렌즈 이동 시스템.The method of claim 1,
The lens unit is configured to calibrate the focus of the lens unit. 제 27항에 있어서,
상기 렌즈 유닛의 하우징 부분은 캘리브레이션 툴을 수용하기 위한 적어도 하나의 홈을 포함하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 27,
The housing portion of the lens unit includes at least one groove for receiving a calibration tool. 제 1항에 있어서,
상기 렌즈 유닛의 위치를 감지하기 위한 센서를 더 포함하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 1,
And a sensor for sensing the position of the lens unit. 제 29항에 있어서,
상기 센서는 한 쌍의 이격된 전극들을 포함하며, 제 1 전극은 상기 렌즈 유닛의 외측면에 배치되고 제 2 전극은 상기 렌즈 유닛의 외측면을 향하는 상기 선형 가이드의 표면에 배치되고, 선형 가이드에 대한 상기 렌즈 유닛의 위치는 상기 전극을 가로지르는 커패시턴스를 변경하는 렌즈 이동 시스템.30. The method of claim 29,
The sensor includes a pair of spaced apart electrodes, a first electrode disposed on an outer side of the lens unit and a second electrode disposed on a surface of the linear guide facing the outer side of the lens unit, The position of the lens unit relative to changes the capacitance across the electrode. 제 1항에 있어서,
상기 전기활성 폴리머 액추에이터의 적어도 일부의 온도를 제어하도록 배치된 가열 소자를 더 포함하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 1,
And a heating element arranged to control the temperature of at least a portion of the electroactive polymer actuator. 제 1항에 있어서,
상기 렌즈 유닛은 실린더형 배럴 구조를 가지며 상기 선형 베어링면은 렌즈 배럴의 외측면인 렌즈 이동 시스템.The method of claim 1,
The lens unit has a cylindrical barrel structure and the linear bearing surface is an outer surface of the lens barrel. 제 1항에 있어서,
상기 렌즈 유닛은 복수의 렌즈들을 포함하며, 최 원위 렌즈는 초점 렌즈이고 둘 또는 그 이상의 근위 렌즈들은 무한 초점 렌즈인 렌즈 이동 시스템.The method of claim 1,
The lens unit includes a plurality of lenses, the distal most lens being a focus lens and the two or more proximal lenses are infinite focus lenses. 제 1항에 있어서,
상기 전기활성 폴리머 액추에이터는 구동 시 오직 한 방향으로만 구부러지도록 구성된 필름을 포함하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 1,
The electroactive polymer actuator comprises a film configured to bend in only one direction when driven. 제 34항에 있어서,
상기 필름은 뒤판 물질(backing material)에 부착된 탄성중합체성 유전층을 포함하며, 상기 뒤판 물질은 상기 유전층보다 더 높은 탄성률을 가지는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 34,
Said film comprising an elastomeric dielectric layer attached to a backing material, said backplate material having a higher modulus of elasticity than said dielectric layer. 초점축을 따라 배치된 적어도 하나의 렌즈를 포함하며, 렌즈 유닛 내에서 무한 방향(infinity direction)으로 바이어싱되는 렌즈 유닛;
상기 렌즈 유닛이 매크로 방향으로 초기 매크로 위치를 넘어서 이동하는 것을 방지하는 백스탑; 및
상기 렌즈 유닛에 인접하여 배치되고 상기 초점축을 따라 상기 렌즈 유닛을 무한 위치를 향해 이동시키도록 구동하는 전기활성 폴리머 액추에이터를 포함하는 렌즈 이동 시스템.A lens unit including at least one lens disposed along a focal axis and biased in an infinity direction within the lens unit;
A back stop to prevent the lens unit from moving beyond the initial macro position in the macro direction; And
And an electroactive polymer actuator disposed adjacent said lens unit and driving to move said lens unit toward said infinite position along said focal axis. 초점축을 따라 배치되고 초점축을 따라 반대 방향으로 이동가능한 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 렌즈 유닛; 및
상기 렌즈 유닛에 인접하여 배치되고 상기 초점축을 따라 상기 렌즈 유닛을 이동시키도록 구동하며, 서로 간에 바이어싱하는 마주보는 절두체 형상의 다이어프램들을 포함하는 2-위상(two-phase) 전기활성 폴리머 액추에이터를 포함하는 렌즈 이동 시스템.A lens unit including at least one lens disposed along a focal axis and movable in opposite directions along the focal axis; And
A two-phase electroactive polymer actuator disposed adjacent the lens unit and driving to move the lens unit along the focal axis and comprising opposing frustum shaped diaphragms biasing each other. Lens shift system. 제 37항에 있어서,
연속적으로 적층된 복수의 2-위상 전기활성 폴리머 액추에이터들을 포함하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 37, wherein
A lens shift system comprising a plurality of two-phase electroactive polymer actuators stacked in series. 제 38항에 있어서,
인접한 액추에이터들은 스프링에 의해 이격되도록 바이어싱되는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 38,
Adjacent actuators are biased to be spaced apart by a spring. 제 39항에 있어서,
절두체 다이어프램들의 오목한 측면들은 서로 마주보는 렌즈 이동 시스템.40. The method of claim 39,
A convex side of the frustum diaphragms facing each other. 제 40항에 있어서,
절두체 다이어프램들의 볼록한 측면들은 서로 마주보는 렌즈 이동 시스템.41. The method of claim 40,
The convex sides of the frustum diaphragms face each other. 초점축을 따라 배치된 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 렌즈 유닛; 및
상기 렌즈 유닛에 인접하여 배치되고 상기 초점축을 따라 상기 렌즈 유닛을 이동시키도록 구동하며, 구동 시 오직 한 방향으로만 구부러지는 전기활성 폴리머 필름을 포함하는 전기활성 폴리머 액추에이터를 포함하는 렌즈 이동 시스템.A lens unit including at least one lens disposed along a focal axis; And
And an electroactive polymer actuator disposed adjacent to the lens unit and driving to move the lens unit along the focal axis, the electroactive polymer actuator comprising an electroactive polymer film that bends only in one direction when driven. 제 42항에 있어서,
상기 필름은 뒤판 물질에 부착된 탄성중합체성 유전층을 포함하며, 상기 뒤판 물질은 상기 유전층보다 더 높은 탄성률을 가지는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 42, wherein
And the film comprises an elastomeric dielectric layer attached to the backplate material, wherein the backplate material has a higher modulus of elasticity than the dielectric layer. 제 42항에 있어서,
상기 액추에이터는 고정된 베이스 부재를 더 포함하며, 상기 필름은 상기 렌즈 유닛과 상기 베이스 부재 사이에서 연장되는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 42, wherein
The actuator further comprises a fixed base member, wherein the film extends between the lens unit and the base member. 제 44항에 있어서,
상기 필름은 아치형 구조를 가지며, 상기 뒤판 물질은 상기 필름의 오목한 측면에 위치하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 44,
The film has an arcuate structure and the backplate material is located on the concave side of the film. 제 44항에 있어서,
상기 필름은 접힌 구조를 가지는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 44,
And the film has a folded structure. 초점축을 따라 배치된 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 렌즈 유닛; 및
상기 렌즈 유닛에 인접하여 배치되고 상기 초점축을 따라 상기 렌즈 유닛을 이동시키도록 구동하며, 열을 생성하도록 구성된 전극 배치를 포함하는 전기활성 폴리머 액추에이터를 포함하는 렌즈 이동 시스템.A lens unit including at least one lens disposed along a focal axis; And
And an electroactive polymer actuator disposed adjacent the lens unit and driving to move the lens unit along the focal axis, the electrode arrangement comprising an electrode arrangement configured to generate heat. 제 47항에 있어서,
상기 전극 배치는 직렬로 구성된 렌즈 이동 시스템.The method of claim 47,
And the electrode arrangement is configured in series. 제 47항에 있어서,
상기 전극 배치는 병렬로 구성된 렌즈 이동 시스템.The method of claim 47,
And the electrode arrangement is configured in parallel. 초점축을 따라 배치된 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 렌즈 유닛;
상기 렌즈 유닛에 인접하여 배치되고 상기 초점축을 따라 상기 렌즈 유닛을 이동시키도록 구동하며, 전기활성 폴리머 필름을 포함하는 전기활성 폴리머 액추에이터; 및
상기 전기활성 폴리머 필름에 인접하여 배치되고 상기 전기활성 폴리머 필름의 윤곽과 매칭되는 윤곽을 가지는 가열 소자를 포함하는 렌즈 이동 시스템.A lens unit including at least one lens disposed along a focal axis;
An electroactive polymer actuator disposed adjacent said lens unit and driving to move said lens unit along said focal axis, said electroactive polymer actuator comprising an electroactive polymer film; And
And a heating element disposed adjacent the electroactive polymer film and having a contour that matches the contour of the electroactive polymer film. 제 50항에 있어서,
상기 가열 소자는 절두체 형상을 가지는 렌즈 이동 시스템.51. The method of claim 50 wherein
And the heating element has a frustum shape. 광학 시스템에 사용하는 장치에 있어서,
선회가능하도록 장착된 적어도 하나의 조리개 블레이드; 및
상기 조리개 블레이드에 인접하여 배치된 전기활성 폴리머 액추에이터를 포함하며,
상기 액추에이터는 렌즈 조리개를 통한 빛의 통과를 조절하기 위해 상기 조리개 블레이드를 이동시키도록 구동하는 장치.In the apparatus used for the optical system,
At least one aperture blade mounted pivotably; And
An electroactive polymer actuator disposed adjacent said aperture blade,
And said actuator drives said aperture blade to move light through the lens aperture. 제 52항에 있어서,
평면적으로 배치된 복수의 협력식 조리개 블레이드들을 포함하는 장치.The method of claim 52, wherein
Apparatus comprising a plurality of cooperative aperture blades arranged in a planar manner. 제 53항에 있어서,
각각의 조리개 블레이드는 만곡된 눈물방울 형상을 가지며, 상기 블레이드는 적어도 일부가 인접한 블레이드와 겹쳐지도록 환형으로 배열되는 장치.54. The method of claim 53,
Wherein each aperture blade has a curved teardrop shape, the blades arranged annularly such that at least a portion overlaps an adjacent blade. 제 54항에 있어서,
상기 액추에이터는 외측 프레임 부재와 내측 프레임 부재 사이에서 연장되는 2-위상 평면형 필름을 포함하고 상기 내측 프레임 부재는 상기 렌즈 조리개로 빛을 통과시키는 환형 개구를 구비하며, 임의의 한 위상에서의 구동은 블레이드를 일 방향으로 선회되도록 이동시키고 다른 위상에서의 구동은 블레이드를 반대 방향으로 선회되도록 이동시키는 장치.The method of claim 54,
The actuator includes a two-phase planar film extending between the outer frame member and the inner frame member and the inner frame member has an annular opening through which light passes through the lens aperture, the drive in any one phase being a blade Moving the blade to pivot in one direction and driving in another phase moves the blade to pivot in the opposite direction. 제 52항에 있어서,
상기 조리개 블레이드의 선회단과 협력하는 플렉셔(flexure) 메커니즘을 더 포함하고, 구동 시, 상기 전기활성 폴리머 액추에이터는 상기 조리개 블레이드를 선회되도록 회전시키는 상기 플렉셔 메커니즘의 일부를 구부리는 장치.The method of claim 52, wherein
And a flexure mechanism that cooperates with the pivoting end of the aperture blade, wherein when driven, the electroactive polymer actuator bends a portion of the flexure mechanism that rotates the aperture blade to pivot. 제 52항에 있어서,
상기 조리개 블레이드의 자유단은 빛이 통과하는 구멍을 구비하는 장치.The method of claim 52, wherein
The free end of the aperture blade is provided with a hole through which light passes. 초점축을 따라 배치된 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 렌즈 유닛; 및
상기 렌즈 유닛의 마주보는 단부들에 배치되고, 액추에이터에 대해 상기 렌즈 유닛을 이동시키도록 구동하는 두 개의 전기활성 폴리머 액추에이터 메커니즘들을 포함하는 렌즈 이동 시스템.A lens unit including at least one lens disposed along a focal axis; And
And two electroactive polymer actuator mechanisms disposed at opposing ends of the lens unit and driving to move the lens unit relative to an actuator. 제 58항에 있어서,
상기 액추에이터 메커니즘들 사이에서 연장되는 적어도 하나의 가이드 레일을 더 포함하고, 상기 렌즈 유닛은 상기 적어도 하나의 가이드 레일에 슬라이드 가능하도록 결합되며, 상기 액추에이터 메커니즘들은 상기 렌즈 유닛이 상기 초점축을 따라 점진적인 방식으로 이동하도록 구동하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 58,
Further comprising at least one guide rail extending between the actuator mechanisms, the lens unit being slidably coupled to the at least one guide rail, the actuator mechanisms being configured such that the lens unit is in a gradual manner along the focal axis. Lens shift system that drives to move. 제 59항에 있어서,
상기 액추에이터 메커니즘들 중 적어도 하나는 상기 초점축 및 상기 초점축의 횡방향을 따라 상기 적어도 하나의 가이드 레일을 이동시키기 위한 적어도 두 개의 개별적으로 구동가능한 부분들을 포함하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 59,
At least one of the actuator mechanisms includes at least two individually driveable portions for moving the at least one guide rail along the focal axis and the transverse direction of the focal axis. 제 60항에 있어서,
각각의 개별적으로 구동가능한 부분은 전기활성 필름층을 포함하고, 상기 층들은 적층되는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 60,
Each individually driveable portion comprises an electroactive film layer, the layers being stacked. 제 61항에 있어서,
적어도 하나의 필름층은 구동 시 두께 모드(thickness mode) 구동을 제공하고, 적어도 하나의 다른 필름층은 구동 시 평면(in-plane) 구동을 제공하는 렌즈 이동 시스템.62. The method of claim 61,
At least one film layer provides a thickness mode drive when driven and at least one other film layer provides in-plane drive when driven. 제 60항에 있어서,
상기 평면 구동은 상기 적어도 하나의 가이드 레일을 각도를 이루도록(angularly) 이동시키는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 60,
And the planar drive moves the at least one guide rail angularly. 제 59항에 있어서,
상기 렌즈 유닛은 플랫폼 내에 배치된 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈 스테이지들을 포함하며, 적어도 하나의 렌즈 스테이지는 다른 렌즈 스테이지에 독립적으로 상기 초점축을 따라 이동가능한 렌즈 이동 시스템.The method of claim 59,
And the lens unit comprises a plurality of lens stages comprising a lens disposed in a platform, wherein at least one lens stage is movable along the focal axis independently of another lens stage. 제 64항에 있어서,
상기 두 개의 액추에이터 메커니즘들 사이에서 연장되고 상기 두 개의 액추에이터 메커니즘들에 결합되어 구동하는 푸쉬로드를 더 포함하고, 상기 푸쉬로드는 각각의 렌즈 플랫폼 내에서 조리개를 통과하고 각각의 렌즈 플랫폼과 분리가능하도록 결합가능한 렌즈 이동 시스템.The method of claim 64, wherein
And further comprising a push rod extending between the two actuator mechanisms and driving coupled to the two actuator mechanisms, the push rod passing through the aperture within each lens platform and detachable from the respective lens platform. Combinable Lens Shift System. 제 65항에 있어서,
상기 푸쉬로드와의 협력적 체결을 위해 각각의 렌즈 플랫폼과 결합된 클러치 메커니즘을 더 포함하는 렌즈 이동 시스템.66. The method of claim 65,
And a clutch mechanism associated with each lens platform for cooperative engagement with the push rod. 제 58항에 있어서,
각각의 액추에이터 메커니즘은 상기 초점축 및 상기 초점축의 횡방향을 따라 상기 렌즈 유닛을 이동시키기 위한 두 개의 개별적으로 구동가능한 부분들을 포함하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 58,
Each actuator mechanism includes two individually driveable portions for moving the lens unit along the focal axis and the transverse direction of the focal axis. 제 67항에 있어서,
하나의 구동가능한 부분은 단일-위상 선형 액추에이터를 포함하고, 다른 구동가능한 부분은 서로 간에 연속적으로 적층된 2-위상 평면형 액추에이터를 포함하는 렌즈 이동 시스템.The method of claim 67,
One drive portion comprises a single-phase linear actuator and the other drive portion includes a two-phase planar actuator successively stacked on each other. 제 68항에 있어서,
상기 액추에이터는 요구되는 구동 시퀀스를 제공하기 위해 축 방향 및 횡방향으로 상기 푸쉬로드를 이동시키도록 독립적 및 선택적으로 제어가능한 렌즈 이동 시스템.The method of claim 68, wherein
And the actuator is independently and selectively controllable to move the push rod in the axial and transverse directions to provide the desired drive sequence. 제 58항에 있어서,
상기 렌즈 유닛은 초점 렌즈 부분 및 무한 초점 렌즈 부분을 포함하며, 제 1 액추에이터는 상기 무한 초점 렌즈 부분에 대하여 상기 초점축을 따라 상기 초점 렌즈 부분을 이동시키고 제 2 액추에이터는 상기 초점축을 따라 상기 무한 초점 렌즈 부분을 이동시키며, 상기 액추에이터는 선택적으로 그리고 독립적으로 구동가능한 렌즈 이동 시스템.The method of claim 58,
The lens unit includes a focus lens portion and an infinite focus lens portion, wherein a first actuator moves the focus lens portion along the focal axis with respect to the infinite focus lens portion and a second actuator moves the focal lens along the focal axis. Moving the part, the actuator being selectively and independently driveable. 제 70항에 있어서,
상기 두 개의 렌즈 부분들은 스프링에 의해 서로에 대해 이격되도록 바이어싱되는 렌즈 이동 시스템.
The method of claim 70,
And the two lens portions are biased to be spaced apart from each other by a spring.
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