KR100845334B1

KR100845334B1 - 소형 광학렌즈의 자동초점 조절장치

Info

Publication number: KR100845334B1
Application number: KR1020060126032A
Authority: KR
Inventors: 권기태; 최상수
Original assignee: 유성정밀 주식회사; 주식회사 모비너스; 권기태
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2026-12-12
Also published as: KR20070062440A

Abstract

본 발명은 리니어 직류모터를 사용하는 소형 광학렌즈의 자동초점 조절장치에 관한 것으로, 렌즈어셈블리가 내부에 결합된 렌즈홀더에 본드영구자석이 장착된 구동부;와 상기 구동부를 초기위치로 복원시키는데 필요한 상측스프링과 하측스프링으로 이루어진 스프링부와 상기 본드 영구자석의 외측으로 공극공간이 없도록 코일이 이격 설치되어 발생하는 자력으로 본드 영구자석에 반발력을 가해 구동부를 이동시키도록 구성되어 있으며, 상기 자기회로부의 코일 외측에 설치되어 코일의 자기력을 부가하여 본드 영구자석과 새로운 추가 자기력을 발생하는 원형형상의 연자성체로 형성된 부가회로부와 상기 단품들을 하나로 결합하기 위한 하우징으로 구성된 소형 광학렌즈의 자동초점 조절장치를 제공한다.

본 발명은 정밀가공의 상, 하측자성체와 소결 영구자석을 대신하여 본드 영구자석과 코일로 자기회로부를 형성함으로써 자기회로부의 원가를 절감시킬 수 있으며, 특히 종래기술의 자성체 내측판을 제거하고 두께를 얇게 제작할 수 있는 본드 영구자석을 사용함으로써 제품크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 제작상의 간섭불량을 감소시킬 수 있으며, 연자성체의 부가회로부를 구비하여 추가 자기력을 발생시킴으로써 본드 영구자석의 부족한 자력을 보강할 수 있어 전체 구동력을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

자동초점, 오토포커스, 광학렌즈, 액추에이터, 부가회로부

Description

소형 광학렌즈의 자동초점 조절장치{Device For Controlling Auto Convergence Of Small Optical Lens}

도 1은 종래 기술에 따른 소형 렌즈의 자동초점 조절장치를 도시한 분해사시도.

도 2는 도 1에 도시된 자동초점 조절장치의 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 소형 광학렌즈의 자동초점 조절장치를 도시한 분해사시도.

도 4는 본 발명에 따른 소형 광학렌즈의 자동초점 조절장치의 단면도.

도 5은 본 발명에 따른 단부효과에 의한 본드 영구자석의 추가자기력을 표시한 자기회로부의 자속 패턴도.

도 6은 본 발명에 따른 자기회로부의 코일에 의하여 발생하는 자기력을 표시한 그래프.

도 7은 본 발명에 따른 부가회로부의 자기력에 의해 발생하는 추가자기력을 표시한 그래프.

도 8은 본 발명에 따른 소형 광학렌즈의 자동초점 조절장치에서 구동부를 움직이는 전체 구동력을 표시한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

51 : 렌즈어셈블리 52 : 상측커버

53 : 상측스프링 54 : 하우징

55 : 자기회로부 55a : 코일

55b : 본드 영구자석 56 : 터미널

57 : 부가회로부 59 : 렌즈홀더

60 : 스페이서 61 : 하측스프링

62 : 하측커버 80 : 소형 광학렌즈의 자동초점 조절장치

본 발명은 소형 광학렌즈의 자동초점 조절장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기회로의 구조를 개선하여 제품크기 및 원가를 감소시킨 자동초점 조절장치에 관한 것이다.

자동으로 화상초점을 맞출 수 있는 디지털 카메라는 렌즈의 위치를 가변 시킬 수 있는 자동초점 조절장치가 필요한데, 일반적으로 디지털 카메라에 쓰이는 광학렌즈의 자동초점 조절장치는 스테핑 모터나 DC모터의 회전운동을 기어와 같은 변환장치를 사용하여 초점렌즈를 광축방향으로 직선운동 시키는 방법을 널리 사용하고 있다.

그러나 휴대폰의 카메라모듈과 같이 제한된 공간에서 사용되는 소형 광학렌즈의 자동초점 조절장치는 회전형모터와 기어박스를 장착하기 어려워, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 리니어직류모터(Linear DC Motor : LDM)와 같은 의 구동장치를 사용하고 있다.

또한 소형 광학렌즈의 자동초점 조절장치에 사용되는 리니어직류모터의 방식은 코일이 이동하는 코일가동형 리니어직류모터(Moving Coil Type LDM)와 자석가동형 리니어직류모터(Moving Magnet Type LDM)가 모두 적용되고 있지만 코일보다 영구자석이 더 무거워 가동부의 무게가 증가하기 때문에 도 1과 같은 코일가동형 방식을 선호하고 있다.

종래의 소형 광학렌즈의 자동초점 조절장치(20)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 렌즈어셈블리(1)가 나사의 체결방식으로 결합된 렌즈홀더(10)에 코일(9)을 장착한 구동부와, 두 개의 연자성체(6),(8)와 링형 영구자석(7)으로 구성된 자기회로부, 그리고 4개의 스크류(2)로 체결되는 상, 하측 하우징(3),(13)을 포함하는 고정부로 크게 이루어져 있다.

종래의 소형광학렌즈 자동초점 조절장치(20)의 직선운동은 두 개의 연자성체(6),(8)와 링형의 영구자석(7)으로 자기회로부를 구성하여 상측자성체(6)의 내측 판(6a)과 하측자성체(8)의 내측 면 사이의 틈에 항상 일정한 자속이 흐르게 하고, 상기 틈에 위치한 코일(9)에 전류를 인가하여 전류가 자속과 쇄교할 때 발생하는 광축방향 자기력(플레밍의 왼손법칙)을 이용해 직선운동을 하게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 자동초점 조절장치는, 상측자성체의 내측판(6a)을 렌즈홀더(10)와 코일(9) 사이에 위치시킴으로써 내측판의 두께와 내측판 양측의 공극 때문에 제품크기가 증가하고, 동작 중에 상측자성체의 내측판(6a)과 코일(9) 또는 렌즈홀더(10) 사이에 간섭이 발생하는 문제가 있다. 또한 정밀가공이 필요한 상, 하측자성체와 소결(sintered) 영구자석을 사용하고 있어 자기회로부의 원가가 높은 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 가격이 저렴한 본드(bonded) 영구자석과 코일로 자기회로부를 형성하고 구조가 간단한 연자성체의 부가회로부를 추가함으로써 자기회로부의 원가를 절감시키고, 종래기술의 자성체 내측판을 제거하고 두께를 얇게 제작할 수 있는 본드 영구자석을 사용함으로써 제품의 크기를 크게 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제작상의 간섭불량을 감소시킬 수 있는 소형 광학렌즈의 자동초점 조절장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 본드 영구자석을 채택하여 감소하는 자력을 증가시킬 목적으로 영구자석과 이격하여 연자성체의 부가회로부를 구비함으로써, 구동력을 증가시킨 소형 광학렌즈의 자동초점 조절장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 소형 광학렌즈의 자동초점 조절장치는 리니어 직류모터를 사용하며, 렌즈어셈블리가 내부에 결합된 렌즈홀더에 본드영구자석이 장착된 구동부와 상기 구동부를 초기위치로 복원시키는데 필요한 상, 하측판스프링으로 이루어진 스프링부와 상기 본드 영구자석의 외측으로 공극공간이 없도록 코일이 이격 설치되어 발생하는 자력으로 본드 영구자석에 반발력을 가해 구동부를 이동시키도록 구성되어 있으며, 상기 자기회로부의 코일 외측에 설치되어 코일의 자기력을 부가하여 본드 영구자석과 새로운 추가 자기력을 발생하는 원형형상의 연자성체로 형성된 부가회로부와 상기 단품들을 하나로 결합하기 위한 하우징을 그 구성으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 구성을 더욱 상세히 살펴보도록 한다.

우선, 도 3 내지 도 4에서 도시된 바와 같이 렌즈어셈블리(51)가 내부에 결합된 렌즈홀더(59)로 이루어진 구동부와 상기 구동부를 초기위치로 복원시키는데 필요한 상,하측판스프링(53)(61)과 상기 구동부에 본드 영구자석(55b)이 장착되고, 상기 본드 영구자석(55b)의 외측으로 코일(55a)이 이격 설치되어 발생하는 자력으로 본드 영구자석(55b)에 반발력을 가해 구동부를 이동시키도록 구성된 자기회로부(55)와 상기 자기회로부(55)의 코일(55a) 외측에 설치되어 코일(55a)의 자기력을 부가하여 본드 영구자석(55b)과 새로운 추가 자기력을 발생하는 부가회로부(57)와 상기 코일(55) 동선 양 끝단에 전류를 공급하기 위한 터미널(56)과 상기 코일의 리드선을 보호하고 렌즈의 회전을 방지하는 스페이서(60)와 상기 단품들을 하나로 결합하기 위해 상측커버(52), 하우징(54), 하측커버(62)로 구성된다.

여기서 상기 부가회로부(57)는 상기 코일(55)에 흐르는 자속량을 증가시켜 자기력을 증가시키고 또한 상기 본드 영구자석(55b)과 부가회로부(57) 사이에서 단부효과에 의한 추가 자기력(drag force)을 발생시켜 전체 구동력을 증가시킬 목적으로 상기 자기회로부(55)의 코일(55a) 외측에 접하여 형성하되, 재질은 연자성체로 형성하도록 한다.

그리고, 상기 터미널(56)은 FPCB(FLEXIBLE PRINTED CIRCUITS BOARD : 연성 인쇄 회로 기판) 재질로 제작하여 스페이서(60)의 두개의 보스에 삽입 후 열융착으로 고정시키고 상기 코일(55a)의 +, - 리드선에 연결하여 전류를 공급하는 것이 바람직하다.

상기 자기회로부의 모터구동방식은 고정부에 상,하측 자성체(6),(8)와 영구자석(7)를 설치하고 구동부에 코일(9)을 설치하는 코일가동형과 달리, 고정부에 코일(55a)과 부가회로부(57)를 배치하고 구동부에 본드 영구자석(55b)을 배치한 자석가동형을 사용하고 있다. 이를 통해 종래의 상측자성체 내측판(6a)을 제거하여 내측 판의 두께와 내측판(6a) 양측의 공극을 제거함으로써 자기회로부(55)의 크기를 감소시킬 수 있고, 상측자성체 내측판(6a)과 코일(9) 또는 렌즈홀더(10) 사이의 공극에서 빈번히 발생하던 간섭을 제거함으로써 간섭불량을 개선할 수 있다. 또한 정밀가공이 필요해 원가가 높은 상, 하측 자성체(6),(8)를 제거함으로써 자기회로부(55)의 원가를 절감할 수 있다.

또한 종래에는 하나 또는 여러개의 자력이 강한 소결 영구자석(7)을 주로 사용하고 있다. 하지만 소결 영구자석(7)의 경우 얇은 두께의 제작이 힘들어 조절장치의 크기가 커지며 C형이나 원통형과 같이 곡선형상을 가진 경우 가공비가 높아 제품의 단가를 높이는 문제점이 있다. 특히, 본 발명과 같이 자석과 렌즈가 같이 움직이는 자석가동형의 모터구동방식을 채택하는 소형 광학렌즈의 자동초점 조절장치(80)에서는 소결 영구자석을 채택할 경우 영구자석의 무게가 무거워 렌즈의 구동에 문제를 발생시킬 수 있다.

따라서 본 발명에서는 가격이 저렴하고 무게가 가벼우며 얇은 두께로 제작 가능한 본드 영구자석(55b)을 적용함으로써 문제점을 해결하고 있다. 또한 다양한 형상이 제작 가능한 특징을 살려 원통링 형태로 본드 영구자석(55b)을 성형하여 렌즈홀더(59)의 외경에 접하게 끼워 넣어 접착함으로써 낙하충격에 대한 영구자석(55b)의 신뢰성을 높이고 있다.

하지만 상기의 자기회로부(55)는 소결 영구자석에 비해 자력이 약한 본드 영구자석(55b)을 사용하고 있고 자기회로부(55)를 이루고 있는 상,하측자성체(6),(8)을 제거함으로써 자기회로부(55) 내의 자기력이 감소하는 문제점이 있다. 이런 문제점을 해결하기 위해 코일(55a)에서 발생하는 자기력(자속이 존재하는 공간에서 자속과 쇄교하는 방향으로 코일에 전류가 흐를 때 발생하는 플레밍의 왼손법칙에 의한 힘)을 높이고 또한 추가의 자기력이 필요하게 된다.

본 발명의 상기 부가회로부(57)는 상기 자기회로부의 변경으로 감소되는 구동력을 증가시킬 목적으로 상기 자기회로부의 코일(55) 외측에 접하도록 연자성체로 이루어진 부가회로부(57)를 설치하고 있다.

상기 부가회로부(57)의 효과는 자기회로부(55) 내에 연자성체를 추가시켜 자기회로부(55)의 자기저항을 감소시켜 도 5에 도시된 것과 같이 자속량을 증가시킨 다. 이와 같이 자속량이 증가하면 도 6에서와 같이 코일(55a)에서 발생하는 자기력을 증가시키게 된다. 또한 도 5에 표시된 자석가동형 리니어직류모터의 단부효과(longitudinal end effect)에 의한 추가 자기력이 부가회로부(57)의 양단에 발생하여 이렇게 발생한 도 7의 추가 자기력으로 본드 영구자석(55b)에 반발력을 가해 자동초점 조절장치의 렌즈구동에 사용되는 전체 구동력을 도 8와 같이 증가시킬 수 있다.

상기 부가회로부(57)의 양단에서 발생하는 추가 자기력은 코일(55a)의 전류량과는 상관없이 본드 영구자석(55b)의 이동량에 비례하여 증가한다. 따라서 전류에 의해 발생하는 코일(55a)의 자기력으로 본드 영구자석(55b)이 이동을 시작하면 본드 영구자석(55b)의 이동량과 비례하는 추가 자기력이 추가로 발생하여 렌즈홀더(59)를 안정적으로 구동시킬 수 있는 충분한 구동력을 얻을 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 조립방법 및 작동과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 상기 본드 영구자석(55b)과 렌즈홀더(59)의 장착하여 구동부를 구성한다.

그런 후 하우징(54)을 뒤집어 부가회로부(57)와 코일(55a)을 삽입하고 상기 구동부를 코일(55a) 내측으로 삽입한다.

또한, 스페이서(60)와 하측판스프링(61) 그리고 하측커버(62)를 순서대로 하우징(54)의 하측 열융착보스를 가이드로 하여 장착한 후 돌출된 4개의 보스를 열융착하여 고정시킨다. 다음으로 단품들이 결합된 하우징(54)을 뒤집어 상측판스프 링(53)과 상측커버(52)를 순서대로 하우징의 상측 열융착보스를 가이드로 하여 장착한 후 돌출된 4개의 보스를 열융착하여 고정시키고, 마지막으로 제품 밖으로 돌출된 코일의 리드선을 터미널(56)의 납땜한 후 터미널(56)을 스페이서(60)에 돌출된 두개의 보스에 삽입하고 열융착하여 자동초점 조절장치를 조립한다.

상기 구동부의 상하 직선운동은 자속과 쇄교하여 전류가 흐를 때 수직방향으로 코일(55a)에 발생하는 자기력(플레밍의 왼손법칙)에 의해 발생되고 이때 코일(55a)이 고정되어 있으므로 작용, 반작용의 원리에 따라 본드 영구자석(55b)이 움직이게 된다.

이 때, 상기 본드 영구자석(55b)에 자기력이 인가되면 구동부가 상, 하측판스프링(53)(61)의 탄성복원력을 이기고 이동을 시작한다. 상, 하측판스프링(53)(61)의 탄성복원력은 이동량에 비례하여 증가하기 때문에 구동부의 변위는 코일(55a)에 흐르는 전류량에 의해 조절되는 자기력으로 제어가 가능하다.

또한, 구동부의 이동이 발생하면 이동량에 따라 비례하게 부가회로부(57)의 자기력이 추가로 발생하여 자기회로부(55)의 변경에 의해 감소된 구동력을 증가시게 된다.

자동초점 동작이 끝나 코일(55a)에 인가되던 전압을 제거하면 구동부를 누르고 있는 상,하측판스프링(53)(61)의 탄성력에 의해 초기 위치로 복원하게 된다.

상기에서 전술한 바와 같이 본 발명의 소형 광학렌즈의 자동초점 조절장치는 정밀가공의 상, 하측자성체와 소결 영구자석을 대신하여 본드 영구자석과 코일로 자기회로부를 형성함으로써 자기회로부의 원가를 절감시킬 수 있으며, 특히 종래기술의 자성체 내측판을 제거하고 두께를 얇게 제작할 수 있는 본드 영구자석을 사용함으로써 제품크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 제작상의 간섭불량을 감소시킬 수 있다.

또한 연자성체의 부가회로부를 구비하여 추가자기력을 발생시킴으로써 본드 영구자석의 부족한 자력을 보강할 수 있어 전체 구동력을 증가시킬 수 있다.

Claims

렌즈어셈블리가 내부에 결합된 렌즈홀더에 본드영구자석이 장착된 구동부;와 상기 구동부를 초기위치로 복원시키는데 필요한 상측스프링과 하측스프링으로 이루어진 스프링부;와 상기 본드 영구자석의 외측으로 공극공간이 없도록 코일이 이격 설치되어 발생하는 자력으로 본드 영구자석에 반발력을 가해 구동부를 이동시키도록 구성되어 있으며, 상기 자기회로부의 코일 외측에 설치되어 코일의 자기력을 부가하여 본드 영구자석과 새로운 추가 자기력을 발생하는 원형형상의 연자성체로 형성된 부가회로부;와 상기 단품들을 하나로 결합하기 위한 하우징으로 구성되는 소형 광학렌즈의 자동초점 조절장치.
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