KR100944158B1

KR100944158B1 - 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR100944158B1
Application number: KR1020070114661A
Authority: KR
Inventors: 김경욱
Original assignee: (주)태극기전
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2027-11-12
Also published as: KR20090048683A

Abstract

본 발명은 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터에 관한 것으로, 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터에서 영구자석의 구조를 변경하여 자속밀도의 데드존을 대폭 감소시킴으로 전체 구성 부품수와 치수가 감소되도록 하고, 영구자석과 코일에 설치되는 코어 및 스토퍼에 의하여 코일에 전류를 흘려주지 않아도 이동체가 위치 고정되도록 하여 카메라의 전력소모량을 대폭 감소시키는 것이다.

AF(Auto Focus), PWM(Pulse Width Modullation), PDM(Pulse Density Modullation), PAM(Pulse Amplitude Modullation), Full bridge circuit, 자속 밀도, 렌즈, 영구 자석, 코일, 리니어 모터

Description

렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터 및 그 제어방법 {Linear Motor of lens focus and its control method}

본 발명은 자동 초점(Auto Focus) 및 줌 (Zoom)을 필요로 하는 광학용 장치(카메라, 캠코더, 카메라 핸드폰 등)에 적용되는 카메라 모듈( 렌즈모듈, 엑츄에이터, 이미지센서 혹은 이미지센서프로세서, 구동회로, F-PCB 혹은 PCB, 콘넥트 등으로 구성됨)의 한 구성 부품으로 렌즈를 장착하여 광학용 장치의 제어원 으로부터 제어신호에 따라 렌즈를 이동시키는 리니어 모터에 관한 것으로, 특히 체적, 소모전류 절감의 효과와 품질, 성능이 개선되도록 한 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터에 관한 것이다.

자동 초점 및 줌을 필요로 하는 광학용 장치(카메라, 캠코더, 카메라 핸드폰 등)에 적용되는 카메라 모듈( 렌즈모듈, 엑츄에이터, 이미지센서 혹은 이미지센서프로세서, 구동회로, F-PCB 혹은 PCB, 콘넥트 등으로 구성됨)의 한 구성 부품으로 렌즈를 이동시키는 리니어 모터(엑츄에이터)는 피사체의 거리에 따른 센서 혹은 필름에 적정한 상이 맺힐 수 있도록 제어원으로부터 제어신호에 의해 이동체에 장착된 렌즈를 임의의 적정한 초점거리로 이동 혹은 정지시키는 역할을 한다.

이러한 리니어모터의 종래 기술로써 통상적으로 사용 중인 카메라 렌즈 초점거리 제어용 리니어모터의 액츄에이터 동작을 살펴보면, 판스프링의 탄성계수에 따른 복원력과 고정자석과 유도자석(코일)의 자기적 결합력의 상관 관계(두 힘의 상대적 비교)를 이용하여 힘의 차가 있으면 고정자석을 포함하는 고정체의 광축상의 두 정점 사이를 유도자석(코일)을 포함하는 이동체에 설치된 렌즈가 방향 이동하고 두 힘이 평형이면 광축상의 특정위치에서 정지상태를 유지한다.

이러한 판스프링을 사용하는 리니어 모터를 구동하기 위한 구동 회로의 동작을 살펴보면, 제어원에서 공급된 PWM신호를 적분기를 통해 적분화 하거나 DAC(digital-to-analog convert)를 이용해 연산증폭기의 입력에 인가하고 증폭기를 통한 출력신호를 BJT 혹은 FET의 제어신호로 제어하여 제어신호에 따른 BJT와 FET의 스위칭 저항값을 변경하여 정전압원에서 코일로 인가되는 전류의 세기를 변화시켜 자기결합력의 제어를 가능하게 하는 회로이다.

그러나, 이러한 종래의 초점거리 제어용 리니어 모터는 초점을 맞추기 위해 코일에 항상 전류를 인가해야 하므로, 밧데리를 사용하는 광학용 장치(카메라, 캠코드, 카메라폰, 감시 및 정찰용 카메라, 로봇, 노트북, PMP, PDA 등)에 종래의 리니어모터의 엑츄에이터를 적용하면 밧데리 사용시간이 단축된다.

이와 같은 종래 기술의 문제점인 전류 소모량 문제를 해결하기 위한 선행기술로 본 출원인이 대한민국 등록특허 10-0719799호에 렌즈가 설치된 이동체의 외주로 고정체를 일정간격 이격시켜 원통형으로 설치하고, 상기한 이동체 혹은 고정체에 선택적으로 영구자석, 코일 및 스토퍼를 설치한 솔레노이드형 리니어 모터의 액츄에이터와 상기한 리니어모터의 액츄에이터를 구동하는 가변전압원을 사용하는 구동회로에 대한 기술을 제안하였다.

이러한 종래기술은 코일과 스토퍼 및 영구자석의 상호 동작에 의하여 정지시 코일에 전류를 인가하지 않아도 되므로 전력낭비의 문제점은 해결하였으나, 액츄에이터를 구성하는 부품수가 많고, 구조가 복잡하며, 정밀 가공 및 조립이 필요하여, 엑츄에이터의 생산 단가를 높이고, 구성부품의 신뢰성 저하 및 품질 불량의 원인이 되었다. 또한, 렌즈 등의 구성부품 변경시 영구자석과 코일, 이동체와 고정체를 구성하는 모든 구성을 새로 제작하여야 하므로 설계변경이 용이하지 않고, 설계 변경시 많은 비용과 시간이 소비되는 문제점이 있었다.

또한 두께가 두꺼워서 얇은 두께의 시스템(특히 핸드폰)에 적용하는데 문제가 발생되었다.

그리고, 가변전압원을 사용하므로 제어원에 의한 제어방법이 복잡한 문제점이 있었다.

상기한 문제점의 해결을 위한 본 발명의 목적은 핵심 구성 부품들을 구성체로 모듈화하고 구성부품 혹은 구성체를 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터의 일측 공간에 밀집 배치시키므로 생산단가를 낮추고 품질을 향상시키며, 설계 변경이 용이하고 새로운 제품 개발에 편리하며, 구성체의 모듈화시에 문제가 되는 자속밀도 분포의 비선형성 혹은 불균일성과 자기 결합력이 집중될 공간이외에 타 공간으로 분산되는 자속을 해결하기 위하여 영구자석의 구조를 변경하여 자속밀도의 데드존을 감소시킴으로 선형적으로 제어 가능한 이동체의 이동거리를 확대 시키고, 영구자석의 후면에 부착된 강자성체인 브라켓과 코일에 부착되는 강자성체인 코어 및 스토퍼에 의하여 집중화시킴으로 코일에 흐르는 전류를 감소시켜 광학용 시스템의 전력 소모량을 감소시키며, On/Off가 가능한 정전압원을 적용함으로써 제어원에서 좀 더 간단한 제어 알고리즘을 적용하여 피사체의 거리에 따른 센서 혹은 필름에 적정한 상이 맺히는 데 필요한 렌즈의 초점거리 확보 시간을 좀 더 빨리 찾도록 하는 데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 이동체 혹은 고정체를 구성하는 코일을 포함하는 코일 구성체와 영구자석을 포함하는 영구자석 구성체, 제어원으로부터 동작제어신호를 인가받아 코일로 동작구동신호를 출력하는 구동회로, 상기한 코일 구성체와 영구자석 구성체가 설치되는 사출물을 포함하여 구성되는 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터에 있어서, 상기한 코일 구성체는 코일의 중심에 자성체 코어를 삽입하고 스토퍼로 구성되며, 상기한 영구자석 구성체는 상기한 영구자석의 코일 반대측 면으로 강자성체로 이루어진 브라켓을 설치하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 구성에서 상기한 영구자석은 두께가 얇은 사각형으로 형성하여 두 꼭지점을 연결한 대각선을 경계로 N극과 S극을 대칭적으로 착자하고, 대각선을 기준으로 착자된 영구자석은 대각선을 따라 이분형성하며, 이분형성된 영구자석은 대각선이 맞물리면서 양단부 위치가 다르도록 위치를 변경하거나 대각선 부분이 서로 이격되도록 하며, 이격공간은 빈 공간 혹은 비자성체 물질을 넣고 상기 영구 자석 형상과 같이 제작하여 브라켓과 결합시켜, 두 개의 영구자석, 브라켓, 이격공간 형상의 비자성체로 영구 자석 구성체를 구성한다.

아울러, 상기한 코일의 외측으로 강자성체로 이루어진 스토퍼를 더 설치한다. 또한, 상기한 영구자석 구성체 및 코일 구성체를 포함하여 구성되는 액츄에이터의 코일로 출력전압의 On/Off가 가능한 정전압원을 이용하여 제어신호를 출력함으로써 제어원에서 좀 더 간단한 제어 방법으로 피사체의 거리에 따른 렌즈의 초점을 맞출 수 있도록 한다.

그리고, 상기한 액츄에이터에 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에서 설명할 다양한 제어 알고리즘을 적용함으로써 빠른 시간안에 자동으로 렌즈의 초점거리를 맞추는 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 카메라를 구성하는 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터에서 고정체 사출물 및 이동체 사출물의 일측 공간에 핵심 부품 및 구성체들을 장착할 공간을 밀집 배치하고 부품 및 구성체들을 모듈화 함으로써 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터의 구성부품수를 줄일 수 있으며, 구조가 간단해져 품질 좋아지고 및 생산단가를 줄일 수 있으며, 사양 변경, 신제품 개발 및 하나의 이동체를 둘이상의 이동체로 용도 변경 등을 쉽게 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 영구자석의 구조를 변경하여 자속밀도의 데드존을 감소시킴으로 선형 적으로 제어 가능한 이동체의 이동거리를 확대시켜 이동거리가 같은 조건을 기준으로 상기 영구 자석의 이격 배치가 종래 구성에 비하여 렌즈 초점거리 제어용 리니어 모터의 두께를 슬림화하는 효과가 있다.

아울러, 코일 경계면을 기준으로 영구자석의 후면에 부착된 강자성체인 브라켓과 코일후면에 부착되는 강자성체인 스토퍼에 의하여 코일 경계면으로 향하는 자속의 세기가 세어져 자기 결합력이 세어지므로 자기 결합력이 같은 조건을 기준으로 종래 기술에 비하여 코일에 흐르는 전류를 감소시킬 수 있으므로 휴대용 광학 장치의 전력 소모량을 감소시켜 밧데리 사용시간을 길게 하는 효과가 있다.

더욱이, 구동회로에 On/Off가 가능한 정전압원의 적용과 제어 알고리즘을 적용함으로써 좀 더 간단한 제어 방법과 좀 더 빠른 시간에 자동으로 초점을 맞추어 줄 수 있고 초점을 빨리 맞추면 광학 장치의 전력 소모량을 더욱 줄이는 효과가 있다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 살펴본다.

도 1은 본 발명에 따른 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터는 일측으로 길쭉하게 타원형으로 권취된 코일(3)과, 상기한 코일(3)의 중심에 끼워지는 자성체로 이루어진 코어(2), 상기한 코일(3)과 코어(2)의 외주면에 설치되어 코일(3)의 위치를 결정하며 자속밀도를 선형화시키는 스토퍼(1), 상기한 코일(3)과 작용하여 이동체를 이동시키는 영구자석(4), 상기한 영구자석(4)의 코일(3) 반대편에 설치되어 자속밀도의 데드존을 감소시키고 코일(3)으로 자속의 세기를 더 강화시키는 브라켓(21) 및, 제어원(31)으로부터 동작 제어 신호를 인가받아 상기한 코일(3)로 동작구동신호를 출력하는 구동회로로 구성된다.

상기한 구성에서 스토퍼(1)는 도 2의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 중심에 코어(2)가 삽입되는 삽입공(118)이 천공되도록 하거나, (b)와 같이 양측으로 코일(3)의 장축방향 양측면을 고정하는 고정벽(120)이 돌출되도록 절곡형성하거나, (c)와 같이 코어(2)가 고정되는 삽입공은 천공하지 않고 코일(3)의 장축방향 양측면을 고정하면서 코일경계면(25)측을 고정하도록 이중으로 절곡한 제 1절곡면(121)을 형성하거나, (d)와 같이 코일 구성체가 장착될 사출물 장착 공간 쪽으로 절곡되어 스토퍼(1)를 고정시키는 제 2절곡면(127)을 형성하거나 코일경계면(25)에 수직방향을 지지하여 코일(3)의 이탈을 막는 제 3절곡면(126)을 형성하여, 코일의 이탈을 막는다.

한편, 상기한 스토퍼(1)의 구조에서 고정벽(120)과 제 1절곡면(121)은 설계변수인 금속 자기 결합력을 보강하는 방법으로 형성된 것이며 금속자기결합력과 코일 자속 밀도 분포가 적정하다면 제거해서 직사각형 혹은 정사각형의 기본구조로 하여도 된다.

(e)에 나타내는 스토퍼(1)는 중심에 간격(124)을 갖는 두 개의 몸체(122)(123)로 분리형성한 것으로, 이동체에 영구자석 구성체가 적용된다면 F-PCB 대용으로 코일의 납땜을 위한 코일 단자와 풀브릿지 회로의 전기적 출력단의 접촉용으로 각각 사용하도록 하고 F-PCB가 없는 구조도 적용 가능하다.

그리고, 이와 같이 구성된 스토퍼(1)는 도 3에 나타내는 코일 구성체가 장착될 사출물 장착 공간에 장착되는데, 도 2의 (a)(b) 스토퍼(1)는 도 3의 (ㄱ)에 나타내는 바와 같이 단순한 사각형의 사출물 장착 공간(140)으로 삽입되고, (c)의 스토퍼(1)는 (ㄴ)에 나타내는 바와 같이 제 1절곡면(121)이 걸리는 가이드돌기(144)가 형성된 사출물 장착 공간(141)으로 삽입되며, (d)의 스토퍼(1)는 (ㄷ)에 나타내는 바와 같이 제 2절곡면(127)이 걸리는 걸림홈(147)이 형성된 사출물 장착 공간(143)으로 끼워지고, (e)는 (ㄹ)의 사출물 장착 공간(142)으로 끼워진다.

그리고, (ㄷ)과 (ㄹ)로 나타내는 사출물 장착공간(142)(143)에는 코일(3)에 끼워지는 코어(2)가 고정되는 걸림턱(146)이 더 형성된다. 도면중 미설명부호 145는 이분되어 발생된 간격(124)을 지지하는 가이드이다.

한편, 상기한 코어(2)는 강자성체 물질이며 코일(3)의 중심에 끼워져서 도 4에 나타내는 바와 같이 코일(3)에 일정 전류를 흘렸을 때 코일(3)의 장축을 기준으로 한 길이별 자속밀도 분포도에서 코일(3)만을 사용했을 때 A로 표시되는 자속밀도 분포곡선을 B와 같이 코일(3)의 장축 길이 방향으로 평탄화시키는 역할과 스토퍼의 역할을 겸한다. 스토퍼(1)는 강자성체 물질이며 자속밀도 분포곡선을 C로 나타내는 바와 같이 코일의 장축방향으로 코어(2)만 사용하였을 때보다 더 평탄화 한다. 상기 역할을 하는 코어(2)는 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이 사각형으로 형성하거나, (b)에 나타내는 바와 같이 몸체(111)의 양측 종단에 돌출부(112)를 형성하여 코일 경계면(25)에서 코일의 자속밀도분포와 금속 자기 결합력의 관계를 고려한다.

그리고, 상기한 구성에서 코일(3)은 에나멜선으로 영구자석(4)과 접하는 면인 코일 경계면(25)에서 보았을 때 한 축이 긴 형태의 타원형으로 제작되며 제어원(31)으로부터 출력되는 제 1,2제어신호(11)(13)에 따라 이동방향과 위치 및 속도 등을 결정하는 핵심 부품이다.

상기한 코일(3)에 일정 전류를 인가했을 때 코일(3)에 발생하는 자속밀도 분포곡선은 C처럼 자속밀도가 전체적으로 평탄한 것(이하 상수적 특성을 갖는 것)이 좋은데, 그 이유는 코일 경계면에서 코일에 의한 자극과 영구자석의 자극이 다른 자극이면 인력이 발생되고 같으면 척력이 발생되며, 이동과 관련된 힘은 인력(이하 자기결합력)과 영구자석의 이동구간(24)에서 발생되는 선형적 자속밀도차에 의해 밀도가 높은 쪽으로 이동하려는 힘(이하 자속밀도 이동력)으로 구성되므로, 평탄하지 않으면 이동구간 내에서 코일(3)의 중심부분에서만 상기한 인력이 강하고 가장자리는 약하므로 자속밀도 이동력이 이동구간에서 코일에 의해 비선형적 특성을 갖게 되므로 선형적 제어가 가능한 이동길이가 짧아지게 되는 문제점이 있었다. 이와 같이 코어(2)와 스토퍼(1)는 코일 자속 밀도의 분포를 상수적 특성으로 만들어 주는 역할을 하며, 또한 코일(3)에 인가되는 전류의 흐름을 차단하더라도 영구자석(4)과 자성체로 형상화된 코어(2)와 스토퍼(1)가 금속자기결합력에 의해 차단된 위치에서 이동체의 위치고정을 가능하게 한다.

한편, 상기한 바와 같이 코일(3), 코어(2), 스토퍼(1)로 코일 구성체를 구성하고, 자속 밀도 분포곡선에 의한 이동력, 이동거리, 선형적 제어 구간 등과 무게를 가진 이동체가 이동, 정지 동작시 기본적으로 갖는 물리적 힘(관성, 중력, 마찰력 및 그 합력)과의 관계를 엑츄에이터의 설계시 적절히 이용한다면 코어(2) 혹은 스토퍼(1) 중 한 부품을 제거하여 코일 구성체의 구성도 가능하다. 또한 코일 구성체를 선 조립하여 인서트 사출물로 구성하면 하나의 부품이되므로 엑츄에이터 제조시 생산성이 좋아진다.

영구자석(4)은 도 1, 6a 내지 도 6c에 나타내는 바와 같이 두께를 가진 사각형(직사각형 혹은 정사각형) 형태로 형성되며, 도 1 및 도 6a에 나타내는 바와 같이 사각형 일면의 두 꼭지점을 대각선으로 나누어 대각선을 경계로 N극과 S극을 대칭적으로 착자하여 각 자극의 거리별 자속 밀도 분포가 대각선의 기울기와 같이 선형(일차함수)적으로 증가 혹은 감소되게 제작한다.

이동체의 이동거리는 영구자석의 길이에 따르고, 대각선의 기울기에 따라 자속밀도 이동력의 세기는 달라진다.

그리고, 브라켓(21)은 강자성체(철 혹은 규소강)로 형상화하며, 도 1에 나타내는 바와 같이 사각형 모양으로 형성하거나, 영구자석의 양측부에 부착될 수 있도록 도 7a에 나타내는 바와 같이 브라켓(21-1)(21-2)을 이분형성하거나, 도 7b에 나타내는 바와 같이 브라켓(21)의 종단에 돌출부(45)(46)를 절곡가능하도록 형성하여, 일측 돌출부(45)는 영구자석쪽으로 타측 돌출부(46)는 영구자석 구성체가 장착될 사출물의 홀쪽으로 절곡하여 조립시 돌출부(46)에 의해 사출물에서 브라켓의 이탈이 발생되지 않도록 하고, 브라켓이 고정된 상태에서 돌출부(45)에 의해 영구자석의 이탈이 없도록 한다.

이와 같이 형성된 브라켓의 제1역할은 영구자석의 자속이 브라켓(21) 반대 면으로 향하는 것을 일부 차단하고, 제 2역할은 영구자석의 자속밀도 분포곡선을 도 4의 C와 같이 전체적으로 선형적(일차함수)으로 되도록 데드존의 일부구간을 변경해주며, 제 3역할은 코일과의 경계면에서 브라켓(21)을 사용하기 전보다 자속의 세기를 브라켓(21)을 사용함으로 증가시키고, 증가된 자속의 세기는 자기결합력을 크게 하여 자속밀도 이동력을 크게 함으로 자속밀도 이동력이 같다면 코일에 흐르는 전류를 낮출 수 있다.

한편, 상기한 바와 같이 자속밀도 분포곡선은 도 8a에 도시한 것처럼 영구자석의 자속밀도 분포곡선이 전체 구간 내에서 선형적(일차함수)으로 증가 감소하는 형태가 이상적 형태로 가장 좋으나 도 1의 영구자석(4)처럼 직사각형의 두 꼭지점을 연결한 대각선을 기준으로 대칭적으로 N극과 S극을 착자하더라도 실제 자속 밀도 분포는 도 8b에 도시한 것처럼 영구자석(4)의 양끝 부분에서 N극과 S극이 동시에 존재하여 자속밀도가 감소하여 비선형구간(이하 데드존이라 함)이 발생되고, 이러한 데드존(27)의 폭을 도 8a에 가깝게 하기 위한 방법을 하기에서 보다 상세하게 살펴본다.

첫째, 도 6a의 (a)에 나타내는 바와 같이 두께를 가진 직사각형 기둥형태의 영구자석을 두께를 가진 삼각기둥형태의 영구자석 두 개로 분리하여 일정거리만큼 공간적으로 이격시키거나 (b)에 나타내는 바와 같이 삼각기둥형태의 영구자석을 대각선을 중심으로 중심위치가 어긋나도록 위치하여 양종단 위치가 동일 선상이 아닌 다른 위치에 위치되도록 위치를 변경하고, 이격시키는 거리 혹은 위치가 다른 양종단 거리는 하나의 데드존 길이보다 같거나 조금 작게 띄우는데, 이와 같이 이격시킬 경우 자속밀도의 분포곡선이 도 8b의 점선으로 나타내는 바와 같이 이격된 위치만큼 이동되므로 이동거리가 길어지게 되어 선형구간(26)이 확장되므로 두 데드존에 의한 선형구간 감소 문제를 해소할 수 있게 되지만 이격거리가 데드존보다 길어지면 선형구간의 중복이 되는 거리가 짧아져서 이동 거리가 짧아진다.

한편, 상기한 두개의 영구자석 사이의 이격거리 사이에는 빈 공간 혹은 비자성체 물질을 넣고 브라켓과 결합시켜 두 개의 영구자석, 브라켓, 이격공간 형상의 비자성체로 영구 자석 구성체를 구성하여 장착하거나 빈 공간 없이 삼각형의 기울기를 맞대어 이격거리만큼 두 개의 영구자석을 이동시켜 브라켓과 결합시켜 영구자석 구성체를 구성한다.

둘째, 도 6b처럼 기울기 변경을 통한 착자 모양의 변경으로 연장할 수 있고, 셋째 도 6c처럼 사선이 아니라 평행선으로 N,S극을 분리하고, 영구자석(4)의 두께 방향으로 N,S극을 대각선으로 착자할 수 있다.

셋째, 브라켓(21)을 사용함으로써 선형 구간을 연장할 수 있다.

상기한 방법들 중 가장 제조하기 쉽고 현실적인 방법은 상기 첫째와 셋째 방법을 적용하는 것이다.

이러한 브라켓(21)과 영구자석(4)으로 영구자석 구성체를 구성한다.

도면중 미설명부호 14는 코일에 전기적 선을 연결할 코일 단자이다.

설계상의 변수(유도 자속밀도 분포, 코어와 영구자석간의 금속자기결합력 등 역학적 설계범위)에 따라서 코어가 없는 설계도 가능하다.

도 9는 영구자석 구성체가 장착될 사출물 장착 공간(이하 영구자석 구성체 장착 공간, 130,131)의 형상을 나타낸다.

(a)에 나타내는 영구자석 구성체 장착 공간(130)은 영구자석과 브라켓의 접촉단면적이 같은 때 적용되는 것으로 영구자석 장착 공간의 기본형이며, (b)에 나타내는 영구자석 구성체 장착공간(131)은 브라켓의 단면적이 영구자석보다 클 때에 적용될 기본형의 변형으로, 132는 브라켓이 삽입되는 브라켓 삽입홈이며, 133은 브라켓에 형성된 돌출부(46)를 고정하는 돌출부 고정홈이다.

상기한 바와 같이 구성된 영구자석 구성체와 코일 구성체 중 하나는 이동체의 핵심 구성체로 또 다른 하나는 고정체의 핵심 구성체로 장착하여 엑츄에이트를 구성하는데, 엑츄에이트 설계시 이동체의 무게와 F-PCB의 사용 여부 등 종합적인 사항을 고려하여 이동체의 핵심 구성체로 코일 구성체를 장착할지 아니면 영구자석 구성체를 장착할지를 선택한다.

한편 이동체가 하나가 아니라 두 개 이상 일 때는 영구자석 구성체는 고정체사출물에 결합되고, 코일 구성체들은 각각의 이동체 사출물에 결합되는 구조만이 가능하다. 이는 이동체에 영구자석 구성체를 장착한다면 각각의 이동체는 항상 작용하는 영구 자석간의 자기결합력 때문에 이동체들을 독립적으로 제어하기가 힘들기 때문이다.

이하 본 발명의 실시 예에서는 상기한 바와 같이 코일 구성체를 이동체의 핵심구성체로 하고 영구자석 구성체를 고정체의 핵심 구성체로 가정한다.

영구자석의 일면과 코일의 일면을 마주보게 배치하고 이때 영구 자석과 코일 이 마주보는 면을 이하 코일 경계면(25)이라 지칭한다. 영구자석의 일측 길이(이하 이동구간이라 함, 24)는 이동체가 이동할 수 있는 이론적 최대 길이이다. 코일의 장축과 이동구간은 직각이 된다.

그리고, 상기한 구동회로는 도 1에 나타내는 바와 같이 제어원(31)으로부터 제 1,2제어신호(11)(13)를 인가받아 코일로 동작구동신호를 출력하는데, 정전압원(6), 풀브릿지회로(5) 및 인버터회로(7)를 포함하여 구성된다.

상기한 구성에서 제어원(31)은 이미지센서, 마이크로프로세서. 초점센서, 입출력 신호 처리기, 메모리 등으로 구성되어 있으며 단일 칩 혹은 별도 칩으로 구성될 수 있으며, 엑츄에이터의 이동체 동작과 관련된 제 1,2 제어신호(11)(13)를 출력하는데, 상기한 제 2제어신호(13)는 이동체의 이동 혹은 정지, 위치고정, 이동 속도를 제어하고 제 1제어신호(11)은 이동체의 이동방향 즉, 정/역방향을 제어하는 신호이다.

정전압원(레귤레이터)(6)은 밧데리 혹은 타전압공급원으로부터 입력전압(8)을 공급받아서 일정한 크기의 출력 전압(12)을 풀브릿지회로(5)에 공급 혹은 차단하고, 출력전압(12)의 공급과 차단은 제어원(31)으로부터 입력된 제 2제어신호(13)에 의해 결정된다. 회로의 설계방법에 따라 다르지만, 본 발명의 설명을 위해 이하부터 제 2제어신호(13)이 High일때 출력전압은 공급(ON), Low일때 출력전압은 차단(Off)되는 것으로 가정한다.

인버터회로(7)는 제어원(31)에서 입력받은 제 1제어신호(11)의 극성을 바꾸어 출력신호(10)로 출력한다. 제 1제어신호(11)(a,d)와 극성이 반전된 출력신호 (10)(b,c)를 풀브릿지회로(5)의 스위치 쌍(s/w1과 s/w4는 한쌍, s/w2와 s/w3은 한쌍)에 출력시켜 풀브릿지회로 스위치 쌍을 제 1제어신호(11)에 의해 오픈(Open)/클로즈(Close)로 토글시킨다. 이는 풀브릿지회로(5)를 하나의 IC에 내재시킬 때 같은 타입을 사용하기 위해서다.

별도 회로로 꾸미면 각 쌍들을 타입이 다른 형태(BJT면 NPN과 PNP로, FET면 N채널과 P채널)로 적용하면 인버터회로를 굳이 사용치 않고 제어원에서 풀브릿지회로로 제어가능하다.

풀브릿지 회로(5)는 제 1제어신호(11)에 의해 코일(3)에 공급되는 전류의 방향을 변경하고 본 발명에서는 이동체의 이동 방향을 직접적으로 제어하는 역할을 수행한다. 풀브릿지 회로(5)는 상기한 바와 같이 인버터회로(7)로부터 출력되는 출력신호(10) 혹은 제어원(31)으로부터 출력되는 제 1제어신호(11)를 입력받아 Open/Close가 전기적으로 제어 가능한 BJT 혹은 FET로 스위치를 구성하고, 빠른 스위칭시 코일에 잔존하는 충전 에너지를 빨리 제거하기 위하여 풀브릿지회로(5)의 각 스위치에 다이오드(Diode)를 추가하여 구현할 수 있다.

회로의 설계방법은 스위치의 타입에 따라 다르지만, 본 발명의 설명을 위해 제어원(31)에서 출력된 제 1제어신호(11)이 High이면 코일에 흐르는 전류의 방향은 15이며, 제 1제어신호(11)이 low이면 전류의 방향은 16이 된다고 가정하고, 코일을 감은 방향에 따라 다르지만, 본 발명의 설명을 위해 코일에 인가된 전류의 방향이 15이면 코일과 영구자석이 마주보는 코일 경계면에 N극의 자극이 형성되고 16이면 코일 경계면에 S극의 유도자극이 형성된다고 가정한다.

지금까지는 본 발명에 따른 리니어모터의 설명을 위한 가정들과 핵심 부품들 의 역할, 회로 블럭과 제어신호의 역할, 영구자석 구성체와 코일 구성체 간의 기본 배치를 설명하였다. 상기 설명을 기초로 도 1의 엑츄에이터인 코일 구성체와 영구자석 구성체의 실제 동작들 즉, 이동, 정지, 방향변경, 이동거리, 위치고정에 대해 설명한다.

제어원(31)이 제 2제어신호(13)을 High로 출력하면 정전압원(6)의 출력 전압 (12)이 On상태가 되므로 코일에 전류가 공급되어 코일 경계면(25)은 극성을 띤다. 이 상태에서 제어원(31)으로부터 제 1제어신호(11)을 High로 출력하면 코일 경계면(25)에 N극이 형성되어 영구자석(4)의 S극과 결합하려는 힘이 발생하며, 영구자석(4)의 S극의 자속 밀도가 거리별로 차이가 있으므로 결합하고자 하는 힘은 S극의 자속밀도가 가장 높은 곳(이하 순방향(22) 즉 정방향이라 함)으로 코일 구성체는 이동하며 코일 구성체가 영구자석(4)의 S극 자속밀도의 최고 분포점 혹은 임의의 지점에 위치할 때 제어원(31)에서 제 2제어신호(13)을 High로 출력하고 제 1제어신호(11)을 low로 출력하면 코일 경계면(25)에는 S극이 형성되고 영구자석(4)의 N극 자속 밀도가 가장 높은 곳(이하 역방향(23))으로 코일 구성체는 이동하게 된다.

정지동작은 제어원(31)으로부터 제 2제어신호(13)의 출력을 Low로 하면 코일에 전류의 흐름이 차단되어 정지되고 이동중 정지는 전류의 흐름이 차단되어 정지함과 동시에 영구자석(4)과 코어(2), 스토퍼(1)의 금속자기결합력으로 멈추는 데. 이동 구간 내 어떤 위치에도 멈춤을 유지하는 상태를 위치고정 동작이라 한다.

상기 제어원(31)으로부터 출력되는 제 1제어신호(11)과 제 2제어신호(13)는 도 10에 나타내는 바와 같으며, 단위 이동 거리 변경은 제 2제어신호(13)의 High 시간 즉, 펄스폭을 도 10의 (a) (b)로 나타내는 바와 같이 변경함으로써 가능하게 된다. 또한 펄스의 High구간은 이동체에 대한 단위 이동 명령이며 Low구간은 이동체가 이동후 그 위치에서 제어원의 프로세싱 구간이다. 프로세싱구간을 통해 제어원은 그 지점에서의 초점값의 세기를 입력받고 설정값과 비교 혹은 연산하며 초점과 관련된 각종 데이트를 기억하고 다음 단위이동 제어신호를 출력하게 한다.

도 11에서 도 15c는 본 발명의 실시 예로써 실제 엑츄에이터의 제작과 관련한 핵심 부품, 부품들의 조합인 구성체와 구성체의 장착 공간, 고정체와 이동체 경계면에서의 구성체 장착 공간 형상과 배치를 나타낸 것이다.

도 11은 본 발명과 관련한 구성체의 배치 및 구성체 장착 공간의 형상을 도시한 것이다.

도 11의 (a) 내지 (d)는 영구자석 구성체 장착 공간(130,131)과 코일 구성체 장착 공간(140,141,142,143) 및, 영구자석 구성체를 포함하는 고정체와 코일 구성체를 포함하는 이동체를 공간적으로 분리한 에어갭(Air Gap, 190)을 도시하였으며, 상기한 고정체와 이동체에는 각각 도 12에 나타내는 바와 같이 가이드돌기(159)와 이에 대응되는 가이드홈(159a)을 형성하여, 상기 가이드돌기(159)와 가이드홈(159a)이 고정체 내부를 광축(모든 렌즈는 그 렌즈의 중심을 수직으로 통과하는 선을 기준으로 하여 모두가 대칭으로 되어있다. 이 중심선을 광축이라고 한다)과 평행하게 이동하는 이동체의 이동기준선 역할을 하도록 하여 이동체와 고정체의 접촉면적을 줄여 마찰력을 줄이고 고정체 사이에서 이동체의 비틀림을 방지하여 필름 혹은 센서에 안정된 상의 좌표를 제공하는 역할을 담당하도록 한다.

또한, 상기한 가이드돌기(159)와 가이드홈(159a) 사이의 에어갭 폭은 다른 구간의 에어갭(190) 폭보다 작거나 같게 한다.

코일 구성체가 이동체에 장착된 구조에서 코일에서 감겨지지 않은 코일의 납땜 단자를 연장하여 풀브릿지회로 출력단의 연장 단자와 직접 납땜하고 코일의 연장선으로 스프링효과를 주는 구성도 가능하나 제품 신뢰성에 문제가 있으므로 보다 안정적인 구조로써 플렉시블 인쇄회로기판(F-PCB)를 이용한다. F-PCB는 코일단자(14)와 전기적으로 연결(납땜)처리하고 이동체의 이동시 코일에 전류를 계속 공급하기 위해 F-PCB의 형상을 판 스프링의 형상처럼 만들어 F-PCB를 통하여 코일 단자에 전류를 공급할 수 있게 F-PCB를 형상화하고 이 F-PCB 길이 연장부(코일단자 납땜부 공간확보 및 이동체에 안정된 부착면 제공용)를 장착할 홀인 F-PCB 연장선 장착홀(158)을 이동체에 형성하고, 도면중 미설명부호 180,181,182는 각각의 장착홀간 격벽을 나타낸다.

도 11에서 (a) 내지(c)는 이동체에 코일 구성체가 장착되고 F-PCB를 적용한 경우의 실시예이고, (d)는 이동체에 영구자석 구성체가 장착되고 고정체에는 코일 구성체가 장착되어 코일이 위치 고정됨으로 F-PCB가 없어도 되는 구조를 나타낸다.

도 12의 184는 가상적인 이동기준선으로, 이동체는 191방향의 무게와 192방향의 무게가 평형이 되는 위치에 기준선(184)이 위치된다.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 코일 구성체가 장착된 하나의 이동체만을 적용한 렌즈 초점거리 제어용 리니어 모터 분해 사시도이다.

본 발명에 실시 예에 따른 리니어 모터는 고정체 사출물(337)의 상부를 고정하는 상부 케이스(330)와 고정체 사출물(337)의 하부를 고정하는 하부 케이스(340)와 이동체와 고정체로 기본 구성된다. 이동체는 코일 구성체와 렌즈구성체 및 코일 구성체의 장착 공간를 포함하는 이동체 사출물(335)로 기본 구성되며, 고정체는 영구자석 구성체와 영구자석 구성체의 장착 공간를 포함하는 고정체 사출물(337)로 기본 구성된다.

상기한 상부 케이스(330)는 스테인레스 혹은 프라스틱 사출물로 형상화하며 상부 케이스(330)의 고정홀(341)은 고정체 사출물(337)의 고정돌기(359)와 연결되어 고정체에 상부 케이스(330)를 고정시킨다. 렌즈로 향하는 광원용 홀(342)은 렌즈(349)와 광축은 같고 직경은 다를 수 있다.

렌즈 구성체(334)는 렌즈(349)가 내장되어 있으며 외곽에 수나사선(343)이 가공되어 이동체 사출물(335)의 몸체안에 형성된 암나사(351)와 결합되어 렌즈구성체(334)를 이동체 사출물(335)에 고정한다.

이동체 사출물(335)은 렌즈 구성체(334) 및 코일 구성체가 각각 장착 혹은 조립되도록 구성되며, 렌즈 구성체(334)와 이동체 사출물(335)은 인서트 사출로 일체화도 가능하다.

F-PCB(336)는 탄성계수가 극히 적은 F-PCB를 선택하며, 풀브릿지회로 출력단의 연장 단자와 전기적으로 연결할 수 있는 연결단(345)과, 판스프링 동작이 가능토록한 분리선(348)과 많은 반복의 이동에 의해 찢어짐을 방지하기 위한 홀(347)로 판스프링 효과를 주는 이동부분(392)과, F-PCB 장착홀에 장착되어 코일단자와 전기적 연결을 위해 납땜할 수 있는 납땜단(346)과 이동체에 고정이 가능토록 양면접착제 혹은 본드로 처리하는 길이 연장부(331)로 구성된다.

고정체 사출물(337)은 이동체 사출물(335)의 형상과 대칭되는 형상을 가지며 치수적으로는 에어갭을 가지므로 이동체 사출물(335)의 형상보다 에어갭만큼 더 큰 형상을 갖는 이동체 사출물 장착공간(356)과 상부 케이스(330)와 하부 케이스(340)를 고정시키는 고정돌기(359)와 영구자석 구성체 장착공간(131)과 영구자석 구성체와 이동체 사출물(335)를 분리하여 코일 경계면의 역할을 하는 격벽(180)이 형성되고, 외각 형상은 직사각기둥형상이나 임의의 형상도 적용가능하다.

하부 케이스(340)는 프라스틱 사출물로 만들며 고정체 사출물(337)에 형성된 돌기(미도시)와 체결되는 홀(360)과 렌즈를 통한 피사체의 영상이 센서 혹은 필름에 닿도록 중심축이 광축과 같으며 임의의 형상으로 형상화 할 수 있는 홀(361)이 형상화 된다.

한편, 고정체 사출물(337)과 하부 케이스(340) 사이에 어떤 형상의 재료(일예 F-PCB)가 놓이면 고정체 사출물의 하측을 그 형상에 맞추어 음각처리 한다.

도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 영구자석 구성체가 장착된 하나의 이동체만을 적용한 F-PCB가 없는 렌즈 초점거리 제어용 리니어 모터 분해 사시도로써, 도 13과 다른 구성은 이동체 사출물(372)에 영구자석 구성체 장착공간(131)과 브라켓(21)이 설치되는 브라켓 삽입홈(132)이 형성되어 영구 자석 구성체(4, 21)가 실장되며, 고정체 사출물(373)에 코일 구성체(374,375,3,2)와 코일 구성체 장착 공간(142)이 도 13과 상이한 것으로, 상기한 코일 구성체를 구성하는 스토퍼(374)(375)는 분리형성되고, 스토퍼(374)(375)에 형성된 절곡부(389)는 풀브릿지회로 출력단의 연장 단자와 코일 단자를 납땜하기 위하여 형성된다. 한편, 상부 케이스가 스테인레스강이라면 각 스토퍼(374)(375)가 전기적으로 극성을 가지므로 스테인레스강에 의한 전기적 쇼트가 일어나지 않도록 절연처리가 필요하다.

도 15a 내지 15c는 본 발명의 실시 예에 따른 코일구성체가 장착된 둘 이상의 이동체를 구비한 것으로, 렌즈를 두 개 이상 이동시켜 초점을 맞추는 광학장치에 적용되며 이동시켜야할 각각의 렌즈는 각 이동체에 장착되며, 이동체에 코일의 전기적 연결을 위하여 F-PCB(407)는 코일과 연결되는 납땜단을 도 15a에서 이동체가 3단 구성이므로 초단은 6개, 두 번째 단은 4개, 세 번째 단은 2개를 형성하는데, 이는 각각의 이동체에 장착된 코일이 2개의 납땜을 위한 코일단자를 가지므로 이동체 각각의 단을 한단계씩 넘어가면 두개씩 감소되기 때문이다. 그리고, 상기한 F-PCB는 판스프링 효과를 주는 이동부분 (392)과 길이 연장부(346)는 이동체의 갯수와 동일하게 형성한다.

이와 같이 형성된 F-PCB(407)는 도 15b에 나타내는 바와 같이 하나의 F-PCB를 이동체에 지그재그로 배치한다.

F-PCB의 변형 일예로 도 15c는 도 15a에서 이동체 초단이 이동을 해서 초점거리 제어를 위한 부품과 상관없는 부품이 놓일 때 초단은 이동이 없으므로 판스프링 효과를 주는 이동부분이 불필요하므로 초단(409)은 이동부분을 형성하지 않는다.

한편, 상기한 고정체에 형상화된 영구 자석 구성체 장착공간에도 다수개의 영구 자석 구성체를 설치할 수 있으며 각각의 영구자석 구성체는 상기 다수개의 이동체중 하나와 일대일로 배치되거나 하나의 영구자석 구성체가 다수개의 이동체를 일대다수로 배치될 수 도 있다.

한편, 이동체의 수만큼 제어원으로 부터의 제 1,2제어신호(11)(13)가 필요하며, 구동회로도 이동체의 수만큼 필요하다. 사유는 제어원으로부터 각각의 이동체를 독립적인 위치제어가 가능하도록 이동체에 장착된 코일에 동작 구동신호를 각각 인가해야하기 때문이다.

한편, 상기한 구성에서 상부 케이스, 하부 케이스, 이동체 사출물, 고정체 사출물의 몸체인 플라스틱 레진은 윤활성, 내열성, 내마모성, 절연성, 내식성이 좋은 레진을 사용하는 것이 바람직하며, 본 발명의 실시예로는 POM계열의 레진을 적용한다.

상부 케이스, 하부 케이스의 돌기 및 홀들외 고정체와 결합방법은, 나사선을 갖는 스크류를 이용한 체결도 가능하며 접착제에 의한 부착도 가능하다. 또 각 구성부품들, 예를 들면, 영구자석, 코일, 영구자석 구성체, 코일 구성체를 고정하기 위한 방법으로는, 첫째 인서트 사출을 하거나, 둘째 케이스 역할을 하는 브라켓, 스토퍼를 절곡이 가능한 형태로 제작하거나, 셋째 접착제(양면 테이프 또는 본드류)로 위치 고정시킨다.

또한, 코일 구성체에서 코어와 코일을 일체형으로 제작가능하며, 코어가 스토퍼의 역할을 충분히 할 때 스토퍼는 삭제되어도 된다. 스토퍼가 생략되면 코일 구성체가 장착된 공간의 형상 혹은 치수의 변경이 발생한다.

한편, 상기한 리니어모터에서는 고정체 사출물에 형상화된 이동체 사출물 장착공간에 이동체 사출물 외에 카메라 렌즈의 오염 및 파손에 대한 보호 물질, IR필터, 별도 사출물 등을 부품 혹은 구성체로 구성하여 상부 케이스, 하부 케이스 혹은 고정체와 결합시켜 장착할 수도 있다.

이동체 동작과 관련한 힘은, 무게를 가진 이동체가 기본적으로 갖는 물리적 개별 힘( 관성, 중력, 마찰력 등)과 사용 환경(수직 위로 이동체를 이동, 수직 아래로 이동체를 이동, 지표면과 평형으로 이동체를 이동)에 따른 개별 힘의 합력을 기준으로 금속 자기 결합력의 세기를 영구자석의 자속의 세기 및 스토퍼, 코어, 브라켓의 적용, 영구자석 구성체와 코일 구성체의 이격 거리 등의 구조를 통해 최적으로 형상화하여 설계하고, 개별 혹은 합력과 금속 자기 결합력의 합력보다 큰 이동체의 이동을 위한 자속밀도 이동력을 찾아야 한다.(참고로 이동체의 이동 환경 중 수직위로 이동체를 이동시킬 때 가장 큰 자속밀도차 이동력이 필요하다.)

또한 이동체의 이동과 관련한 설계상의 근본적인 힘의 기준이 되는 이동체의 물리적 개별 힘의 핵심 인자인 이동체 무게를 최소화하여, 엑츄에이터를 기구적으로 설계하는 것이 설계의 최우선 과제이다. 그리고 고정체와 이동체간의 마찰계수를 최소화하는 설계가 필요하다.

먼저 상기 기구적 설계를 완료한 후, 전기적 제어방법으로 자동초점(AF)를 맞추는 방법으로 첫 번째 단계는 어떠한 환경에서도 이동 가능한 전기적 제 2제어신호(13)( PWM신호의 주파수와 듀티(Duty)비 )의 성분을 하나 이상 찾는다.

상기 전기적 제 2제어신호(13)의 성분들을 찾은 후 다음과 같은 AF를 위한 제어 알고리즘을 적용하여 자동으로 초점 거리를 맞춘다. 제어 알고리즘은 크게 세가지로 적용될 수 있다. 첫째는 스캔방식, 둘째는 설정값 비교 방식, 셋째는 설정값 비교 방식과 스캔 방식의 절충 방식이 있다.

한 가지 성분의 전기적 제 2제어신호(13)으로 부터 AF를 하는 스캔 방식은, 이동체의 방향을 제어하는 제 1제어신호(11)와 단위 이동거리를 제어하는 제 2제어신호(13)를 통해 이동체를 초기 위치 상태로 이동시킨다.
이 과정에서 초기위치 상태로 이동시키기 위한 제 2제어신호(13)의 펄스의 갯수는 초기위치에서 최종위치로 이동시키기 위한 펄스의 갯수와 감마(여유분)이다. 사유는 이동체의 위치가 이동 구간 내 어떠한 곳에 놓여 있는지 모르기 때문이며, 추가적인 사유는 초기 위치 상태로 이동하려면 코일에 전류를 인가해야 하고 전류 인가로 인하여 코일에 발생한 열은 스토퍼와 코어의 영구자석으로 인한 자화 상태를 격감시킬 수 있는 장점 또한 생긴다.
초기 위치 상태로 이동 후 제 1제어신호(11)의 상태( 반대방향 이동)를 바꾸고 제 2제어신호(13)으로 이동구간의 끝점까지 스캔 이동시키며 초점센서의 최고값과 그 위치의 제 2제어신호(13)의 펄스수를 기억한다. 이동구간 전체를 스캔 한후 기억되어 있는 최고 세기의 센서 값이 있는 위치 지점과 가까운 곳으로 이동하며, 초점센서로부터 가장 큰 값이 출력되는 임의의 지점에서 초점을 맞춘다.

설정값 비교 방식은, 메모리에 저장된 임의의 초기설정 초점값을 기준으로 초점센서의 출력값과 비교하는 방식으로, 동작은 먼저 이동체를 상기 초기 위치상태로 이동시키고 제 2제어신호(13)의 한 펄스에 따른 단위 이동후 초점센서로부터의 출력값과 상기 메모리에 저장된 임의의 초기설정초점값을 비교하여 출력값이 초기설정초점값보다 크거나 같을 때, 그 지점에서 초점을 맞춘다. 출력값이 초기설정초점값보다 작을 때 상기 단위이동과 두값의 비교를 되풀이하며, 초점센서의 최고 출력값과 그값의 제 2제어신호(13)의 펄스 갯수를 메모리의 다른 영역에 기억하며, 이동구간의 한계점까지 진행한다. 전체 이동 구간에서 초기설정초점값보다 초점센서의 출력값이 작았다면, 전체 이동 구간중 초점센서로 부터 가장 큰 출력값을 재설정초점값(이하 재설정값(( 가장 큰 출력값 >= 재설정값))으로 하고 제 1제어신호(11)로 이동방향을 변경하고 제 1제어신호(11)로 단위이동하며 재설정값과 초점센서의 출력값을 상기 와 같이 반복하여 초점을 맞춘다.

두 가지 성분의 전기적 제 2제어신호(주파수는 동일하며 Duty비는 차이가 있는 신호)(13)으로 AF를 하는 스캔 방식은, 먼저 큰 Duty 값을 갖는 제 2제어신호(13)과 렌즈의 초기 방향을 결정하는 제 1제어신호(11)로 이동체를 초기 위치상태로 이동시킨다. 초기위치 상태로 이동시키기 위한 제 2제어신호(13)의 펄스의 갯수는, 초기위치에서 최종위치로 이동시키기 위한 큰 펄스의 갯수와 알파(여유분)이다. 사유는 이동체의 위치가 이동 구간내 어떠한 곳에 놓여 있는지 모르기 때문이며, 추가적으로 초기 위치 상태로 이동하려면 코일에 전류를 인가해야 하기 때문에 코일에 발생한 열에 의해서 영구자석에 때문에 스토퍼와 코어의 자화된 상태를 격감시킬 수 있는 장점 또한 생긴다. 초기위치로 이동체를 이동시킨 후 제 1제어신호(11)의 상태( 반대방향 이동)를 바꾸고 큰 펄스폭을 갖는 제 2제어신호(13)로 이동구간의 끝점까지 스캔 이동시키며 초점센서의 최고 출력값과 그 위치의 제 2제어신호(13)의 펄스수를 기억한다. 이동구간 전체를 스캔한 후 기억되어 있는 최고세기의 초점센서의 최고 출력값이 있는 위치한 지점과 가까운 곳으로 큰 펄스폭을 갖는 제 1제어신호(11)과 제 2제어신호(13)으로 이동한 후 작은 펄스폭을 갖는 제 2제어신호(13)과 방향 제 1제어신호(11)로 미소 이동하여 초점센서로부터 가장 큰 값이 출력되는 임의의 지점에서 초점을 맞춘다.

세 가지 성분의 전기적 제어신호(위주파수는 동일하며 Duty비는 각각 차이가 있는 신호)13으로 AF하는 스캔 방식은, 먼저 가장 큰 Duty값을 갖는 제 2제어신호(13)과 렌즈의 초기 방향을 결정하는 제 1제어신호(11)로 이동체를 초기 위치상태로 이동시킨다. 초기위치 상태로 이동시키기 위한 펄스의 갯수는, 초기위치에서 최종위치로 이동시키기 위한 가장 큰 펄스의 갯수 + 감마( 여유분 )이다. 사유는 상기 두 개의 전기적 제어신호에서 언급한 바와 같다. 초기위치로 이동체를 이동시킨 후 제 1제어신호(11)의 상태( 반대방향 이동)를 바꾸고 ,두 번째로 큰 펄스폭을 갖는 제 2제어신호(13)으로 이동구간의 끝점까지 스캔 이동시키며, 초점센서의 최고값과 그 위치의 제 2제어신호(13)의 펄스수를 기억한다. 이동구간 전체를 스캔한 후, 기억되어 있는 최고세기의 센서값이 있는 지점과 가까운 곳으로 두 번째로 큰 펄스폭을 갖는 제 2제어신호(13)과 제 1제어신호(11)로 이동한 후, 가장 작은 펄스폭을 갖는 제 2제어신호(13)과 방향 제 1제어신호(11)로 미소 이동하여 초점센서로부터 가장 큰 값이 출력되는 임의의 지점에서 초점을 맞춘다.

도 1은 본 발명에 따른 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 스토퍼의 구조를 나타내는 도면.

도 3은 영구자석 구성체가 설치되는 사출물 장착공간을 나타내는 도면.

도 4는 코일 구성체의 구성에 따른 자속밀도 분포를 나타내는 도면.

도 5는 코어의 형상을 나타내는 도면.

도 6a 내지 도 6c는 영구자석의 형상 및 구성을 나타내는 도면.

도 7a 내지 도 7b는 브라켓의 형상 및 구성을 나타내는 도면.

도 8a 및 도 8b는 영구자석에 따른 자속밀도 분포곡선을 나타내는 도면.

도 9는 영구자석 구성체가 장착될 사출물 장착공간을 나타내는 도면.

도 10은 제어원으로부터 출력되는 이동체 방향 제어신호와 이동체의 이동 제어신호( 일예로 두가지 성분의 PWM 제어신호)를 나타내는 도면.

도 11은 본 발명과 관련한 구성체 장착공간의 일측 밀집 배치 구조 및 구성체 장착공간의 형상을 나타내는 도면.

도 12는 이동체 이동의 기준선을 나타내는 도면.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 코일 구성체가 장착된 하나의 이동체만을 적용한 렌즈 초점거리 제어용 리니어 모터 분해 사시도.

도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 영구자석 구성체가 장착된 하나의 이동체만을 적용한 F-PCB가 없는 렌즈 초점거리 제어용 리니어 모터 분해 사시도.

도 15a 내지 15c는 본 발명의 실시 예에 따른 코일구성체가 장착된 둘 이상의 이동체를 구비한 것을 나타내는 도면.

Claims

이동체 동작과 관련된 제 1,2제어신호(11)(13)를 출력하는 제어원(31)과; 상기 제어원으로부터 제 1,2제어신호(11)(13)를 입력받아 동작구동신호를 출력하며, 밧데리 혹은 타전압공급원으로부터 입력전압(8)을 공급받아서 일정한 크기의 출력 전압(12)을 풀브릿지회로(5)에 공급 혹은 차단하는 정전압원(6), 제어원(31)에서 입력받은 제 1제어신호(11)의 극성을 바꾸어 출력신호(10)로 출력하는 인버터회로(7) 및, 인버터회로(7)로부터 출력되는 출력신호(10) 혹은 제어원(31)으로부터 출력되는 제 1제어신호(11)를 입력받아 코일(3)에 공급되는 전류의 방향을 변경하는 풀브릿지회로(5)를 포함하여 구성되는 구동회로와; 이동체 혹은 고정체를 구성하는 코일(3)을 포함하는 코일 구성체와, 영구자석(4)을 포함하는 영구자석 구성체와, 상기한 코일 구성체와 영구자석 구성체가 결합되는 이동체 사출물 및, 고정체 사출물을 포함하고, 고정체 사출물은 또한 이동체 사출물이 설치될 수 있는 이동체 장착공간이 구성되는 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터에 있어서,

상기한 코일 구성체는 코일(3)과 코일의 중심에 삽입되는 강자성체로 만들어진 코어(2)와 스토퍼(1)로 구성하고, 상기한 영구자석 구성체는 상기한 영구자석(4)과 강자성체로 만들어진 브라켓(21)으로 구성하여 코일 구성체와 영구자석 구성체의 모듈화를 구현하고, 이동체 사출물과 고정체 사출물의 일측 공간에 영구자석 구성체 장착공간과 코일 구성체 장착공간을 형상화하고 코일 구성체와 영구자석 구성체를 장착 공간에 장착하며, 장착 방향은 코일 경계면(25)을 기준으로 코일과 영구 자석이 서로 마주보게 장착시킴으로써 고정체 사출물에 형상화 되어 있는 이동체 장착공간에 상기한 이동체를 설치하였을 때 코일 구성체와 영구자석 구성체의 일측 공간 밀집 배치 구조가 형성됨을 특징으로 하는 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터.
제 1항에 있어서, 상기한 영구자석(4)은 사각형으로 형성하여 사각형 일면의 두 꼭지점을 대각선으로 나누어 대각선을 경계로 N극과 S극을 대칭적으로 착자하여 각 자극의 거리별 자속 밀도 분포가 대각선의 기울기와 같이 선형(일차함수)적으로 증가 혹은 감소되게 제작한 것을 특징으로 하는 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터.
제 2항에 있어서, 사각형의 대각선을 기준으로 착자된 영구자석을 대각선을 따라 이분 형성한 것과 같은 삼각형의 형상으로 영구자석을 두 개로 제작하고 서로 일정간격만큼 이격하거나, 대각선을 중심으로 중심위치가 어긋나도록 위치시켜 양단부의 위치가 다르게 설치됨을 특징으로 하는 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터.
제 3항에 있어서, 삼각형 형상을 가진 두 개의 영구자석의 이격거리 사이에는 비자성체 물질을 넣어 두 개의 영구자석, 브라켓, 이격공간 형상의 비자성체로 영구 자석 구성체를 구성하는 것을 특징으로 하는 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터.
제 1항에 있어서, 상기한 코일 구성체를 인서트 사출하여 하나의 부품처럼 구성한 것을 특징으로 하는 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터.
제 1항에 있어서, 상기한 고정체 사출물 혹은 이동체 사출물에서 코일 구성체 장착공간과 영구자석 구성체 장착공간을 코일 경계면 기준으로 서로 마주보게 배치하고 장착공간에 결합되는 영구자석은 광축과 비교하여 서로 평행에 가깝게( 170°~ 190°) 배치하며 코일은 코일의 긴축이 광축(렌즈의 수직 중심선)과 비교하여 서로 직각에 가깝게( 80°~100°) 배치함을 특징으로 하는 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터.
제 1항에 있어서, 상기한 이동체와 고정체 사이에는 에어 갭을 형성한 것을 특징으로 하는 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터.
제 1항에 있어서, 이동체 사출물에 두 개의 이동 기준선(159)을 형상화 하고, 이동체에 형상화할 위치는 상기한 코일 구성체와 영구자석 구성체들이 집중적으로 배치된 일측공간에 두 개의 지점을 두고 두 개의 지점을 가상의 선(184)으로 연결했을 때 이동체의 무게가 평형을 이루는 위치와 코일 경계면 사이에 위치시키고, 이동기준선은 고정체 사출물의 이동체 장착공간에 상기한 이동체의 이동 기준선에 대응되는 위치와 대응되는 형상을 만들고, 에어 갭으로 분리되는 것을 특징으로 하는 초점거리 제어용 리니어 모터.
제 1항에 있어서, 상기한 이동체사출물과 고정체 사출물에서 코일 구성체 장착공간과 영구자석 구성체 장착공간을 구성하고 각 사출물의 구성체 장착 공간 외곽은 격벽을 형성한 것을 특징으로 하는 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터.
제 1항에 있어서, 제어원으로부터 출력되는 제 1,2제어신호(11)(13)를 입력받아, 코일에 흐르는 전류의 흐름을 차단 혹은 공급하는 정전압원(6)과 코일에 흐르는 전류의 방향을 변경해 주는 인버터(7)와 풀브릿지 회로(5)로 구성된 구동회로를 하나의 반도체 칩으로 구성한 렌즈 초점거리 제어용 리니어 모터.
제 1항에 있어서, 코일에 흐르는 전류의 방향을 변경해 주는 인버터회로(7)와 풀브릿지 회로(5)로 구성된 회로를 하나의 반도체 칩으로 구성한 렌즈 초점거리 제어용 리니어 모터.
제1항에 있어서, 제어원(31)과 인버터회로(7)와 풀브릿지 회로(5)와 정전압원(6)을 하나의 반도체 칩으로 구성한 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터.
제 1항에 있어서, 고정체는 영구자석 구성체가 결합되고 이동체는 코일 구성체가 결합되어 고정체 사출물의 이동체 장착 공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 렌즈 초점거리 제어용 리니어 모터.
제 13항에 있어서, 상기한 코일 구성체가 이동체로 결합될 경우, 이동체의 이동시에도 코일에 전류를 계속 공급하기 위해 플렉시블 인쇄회로기판(이하 F-PCB라 함)를 설치하고, 상기한 F-PCB는 절개하여 홈을 형성한 판스프링 형상 부분과 코일 단자와 납땜을 위한 납땜부분과 이동체에 형상화된 F-PCB 장착공간에 고정시키기 위한 F-PCB 길이 연장부와 풀브릿지 회로 출력단의 연장 단자와 전기적 연결을 위한 연결단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 초점거리 제어용 리니어 모터.
제 1항에 있어서, 고정체는 코일 구성체가 결합되고 이동체는 영구자석 구성체가 결합되어 고정체 사출물의 이동체 장착공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 렌즈 초점거리 제어용 리니어 모터.
제 15항에 있어서, 고정체는 코일 구성체가 결합됨으로 코일 구성체의 스토퍼를 두 개로 분리하여 두 개의 코일 단자와 분리된 두 개의 스토퍼는 각각 일대일 납땜처리하고 두 개의 풀브릿지 회로 출력단의 연장 단자와 일대일 연결함을 특징으로 하는 렌즈 초점거리 제어용 리니어 모터.
1항에 있어서, 고정체 사출물에 하나의 영구자석 구성체가 결합되고 코일 구성체가 결합된 둘이상의 이동체가 고정체 사출물의 이동체 장착공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 렌즈 초점거리 제어용 리니어 모터.
1항에 있어서, 고정체 사출물의 하나의 영구자석 구성체 장착공간에 둘 이상의 영구자석 구성체가 결합되고 코일 구성체가 결합된 둘 이상의 이동체가 고정체 사출물의 이동체 장착공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 렌즈 초점거리 제어용 리니어 모터.
제 17항 또는 제 18항의 어느 하나의 항에 있어서, 코일 구성체를 갖는 이동체들이 고정체 사출물의 이동체 장착공간에 설치될 경우, 상기한 이동체 사출물에는 F-PCB가 각각의 이동체에 지그재그로 배치될 수 있도록 장착공간을 두 개 형성하고, F-PCB의 형상은 이동체 갯수만큼 F-PCB 길이 연장부와 납땜단과 이동부분을 갖도록 한 것을 특징으로 하는 렌즈 초점거리 제어용 리니어 모터.
제 1항에 있어서, 상기한 고정체 사출물의 상/하에는 상부 케이스와 하부 케이스가 설치되고, 상기한 고정체 사출물의 형상화된 이동체 사출물 장착공간에 이동체 사출물 외에 카메라 렌즈의 오염 및 파손에 대한 보호 물질, IR필터, 별도 사출물을 포함하는 카메라 관련 부품 혹은 이들을 조합한 구성체를 상부 케이스, 하부 케이스, 혹은 고정체와 결합시켜 설치함을 특징으로 하는 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터.
이미지센서, 마이크로프로세서, 초점센서, 입출력 신호 처리기, 메모리를 포함하여 구성되어 있으며 이동체의 동작과 관련된 제 1,2제어신호(11)(13)를 출력하는 제어원(31)으로부터 제 1,2제어신호(11)(13)를 입력받아 코일(3)로 동작구동신호를 출력하며, 제어원(31)으로부터 입력된 제 2제어신호(13)에 따라 밧데리 혹은 타전압공급원으로부터 입력전압(8)을 공급받아서 일정한 크기의 출력 전압(12) 출력하는 정전압원(6)과 상기한 제 1제어신호(11)에 의해 코일(3)에 공급되는 전류의 방향을 변경하는 인버터(7)와 풀브릿지 회로(5)로 구성되는 구동회로와, 코일(3)의 중심에 강자성체 코어(2)를 삽입하고 강자성체인 스토퍼(1)로 구성되는 코일 구성체와, 영구자석(4)의 일면에 강자성체로 이루어진 브라켓(21)을 설치하여 형성되는 영구자석 구성체와 상기한 코일 구성체와 영구자석 구성체가 설치되는 이동체 사출물 및 고정체 사출물을 포함하는 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터의 초점거리 제어방법에 있어서,

상기한 제 2제어신호(13)를 주파수는 동일하며, 듀티(Duty)비가 각각 차이가 있는 세 가지 성분의 전기적 제어신호로 출력하여 자동 초점 거리(AF)를 제어하기 위하여, 먼저 이동체를 초점거리 제어를 위한 초기위치 상태로 이동시키기 위하여 이동체의 이동 방향을 제어하는 제 1제어신호(11)를 초기 위치 상태로 향하는 방향으로 상태를 설정하고, 가장 큰 듀티비 값을 갖는 제 2제어신호(13)를 초기위치에서 최종위치로 이동시키기 위한 펄스 갯수와 여유분의 펄스 갯수만큼 인가하여 이동체가 초기위치에 놓일 수 있도록 하고 , 초기위치로 이동체를 이동시킨 후 제 1제어신호(11)의 상태를 바꾸고 두 번째로 큰 듀티비 값을 갖는 제 2제어신호(13)으로 이동구간의 끝점까지 스캔 이동하며, 제어원의 일부 회로인 초점센서의 출력 값이 가장 큰 지점을 찾고 그 지점의 제 2제어신호(13)의 펄스갯수를 기억하며, 이동구간 전체를 스캔한 후 제 1제어신호(11)의 상태를 바꾸고 두 번째로 큰 듀티비 값을 갖는 제 2제어신호(13)으로 기억되어 있는 가장 큰 출력 값이 발생한 지점의 가까운 지점으로 이동한 후 가장 작은 듀티비 값을 갖는 제 2제어신호(13)으로 미소 거리 이동하며 초점센서로부터 가장 큰 출력값이 발생한 임의의 지점에서 초점을 맞추는 것을 특징으로 하는 초점거리 제어방법.
이미지센서, 마이크로프로세서, 초점센서, 입출력 신호 처리기, 메모리를 포함하여 구성되어 있으며 이동체의 동작과 관련된 제1,2제어신호(11)(13)를 출력하는 제어원(31)으로부터 동작제어신호를 입력받아 코일(3)로 동작구동신호를 출력하며, 제어원(31)으로부터 입력된 제 2제어신호(13)에 따라 밧데리 혹은 타전압공급원으로부터 입력전압(8)을 공급받아서 일정한 크기의 출력 전압(12) 출력하는 정전압원(6)과 상기한 제 1제어신호(11)에 의해 코일(3)에 공급되는 전류의 방향을 변경하는 인버터(7)와 풀브릿지 회로(5)로 구성되는 구동회로와 코일(3)의 중심에 강자성체 코어(2)를 삽입하고 강자성체인 스토퍼(1)로 구성되는 코일 구성체와, 영구자석(4)의 일면에 강자성체로 이루어진 브라켓(21)을 설치하여 형성되는 영구자석 구성체와 상기한 코일 구성체와 영구자석 구성체가 설치되는 이동체 사출물 및 고정체 사출물을 포함하는 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터의 초점거리 제어방법에 있어,

두 가지 성분의 전기적 제 2제어신호( 주파수는 동일하며, Duty비가 각각 차이가 있는 신호)(13)으로 자동 초점 거리(AF)를 제어하기 위해, 먼저 이동체를 초점거리 제어를 위한 초기위치 상태로 이동시키기 위하여 이동체의 이동 방향을 제어하는 제 1제어신호(11)을 초기 위치 상태로 향하는 방향으로 상태를 설정하고, 큰 Duty비 값을 갖는 제 2제어신호(13)을 초기위치에서 최종위치로 이동시키기 위한 펄스 갯수와 여유분의 펄스 갯수만큼 인가하여 이동체가 초기위치에 놓일 수 있도록 하고, 초기위치로 이동체를 이동시킨 후 제 1제어신호(11)의 상태를 바꾸고 큰 Duty비 값을 갖는 제 2제어신호(13)으로 이동구간의 끝점까지 스캔 이동하며 제어원의 일부 회로인 초점센서의 출력 값이 가장 큰 지점을 찾고 그 지점의 제 2제어신호(13)의 펄스갯수를 기억하며, 이동구간 전체를 스캔한 후 제 1제어신호(11)의 상태를 바꾸고 큰 Duty비 값을 갖는 제 2제어신호(13)으로 기억되어 있는 가장 큰 출력 값이 발생한 지점의 가까운 지점으로 이동한 후 작은 Duty비 값을 갖는 제 2제어신호(13)으로 미소 거리 이동하며, 초점센서로부터 가장 큰 출력값이 발생한 임의의 지점에서 초점을 맞추는 것을 특징으로 하는 초점거리 제어방법.
이미지센서, 마이크로프로세서, 초점센서, 입출력 신호 처리기, 메모리를 포함하여 구성되어 있으며 이동체의 동작과 관련된 제 1,2제어신호(11)(13)를 출력하는 제어원(31)으로부터 동작제어신호를 입력받아 코일(3)로 동작구동신호를 출력하며, 제어원(31)으로부터 입력된 제 2제어신호(13)에 따라 밧데리 혹은 타전압공급원으로부터 입력전압(8)을 공급받아서 일정한 크기의 출력 전압(12) 출력하는 정전압원(6)과 상기한 제 1제어신호(11)에 의해 코일(3)에 공급되는 전류의 방향을 변경하는 인버터(7)와 풀브릿지 회로(5)로 구성되는 구동회로와 코일(3)의 중심에 강자성체 코어(2)를 삽입하고 강자성체인 스토퍼(1)로 구성되는 코일 구성체와, 영구자석(4)의 일면에 강자성체로 이루어진 브라켓(21)을 설치하여 형성되는 영구자석 구성체와 상기한 코일 구성체와 영구자석 구성체가 설치되는 이동체 사출물 및 고정체 사출물을 포함하는 렌즈 초점 거리 제어용 리니어 모터의 초점거리 제어방법에 있어서,

한 가지 성분의 전기적 제 2제어신호(13)으로 자동 초점 거리(AF) 를 제어하는 방법에 있어, 먼저 이동체를 초점거리 제어를 위한 초기위치 상태로 이동시키기 위하여 이동체의 이동 방향을 제어하는 제 1제어신호(11)을 초기 위치 상태로 향하는 방향으로 상태를 설정하고 제 2제어신호(13)를 초기위치에서 최종위치로 이동시키기 위한 펄스갯수와 여유분의 펄스갯수만큼 인가하여 이동체가 초기위치에 놓일 수 있도록 하고 초기위치로 이동체를 이동시킨 후 제 1제어신호(11)의 상태를 바꾸고 제 2제어신호(13)으로 이동구간의 끝점까지 스캔 이동하며 제어원의 일부 회로인 초점센서의 출력 값이 가장 큰 지점을 찾고 출력값을 메모리의 한 영역에 설정값(이때 설정값은 최고 출력값과 같거나 조금 작은 값을 설정한다.)을 설정하며 이동구간 전체를 스캔한 후 제 1제어신호(11)의 상태를 바꾸고 제 2제어신호(13)으로 단위 이동하며 기억되어 있는 설정값과 각각의 단위 이동 지점의 초점센서 출력값과 비교하여 설정값보다 출력값이 작을 때 다음위치로 단위이동하며 같거나 클 때 그 지점에서 초점을 맞추는 것을 특징으로 하는 초점거리제어방법.