JP2008141950A - ピエゾ駆動装置およびピエゾの最適駆動周波数算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周辺環境および温度などが変化しても常に最適にピエゾを駆動することができるピエゾ駆動装置、およびこれを用いたピエゾの最適駆動周波数算出方法を提供する。
【解決手段】２つの共振点を有するピエゾ３３０を駆動するためのピエゾ駆動装置は、ピエゾ３３０の特性分析によって得られた特性共振周波数と、ピエゾの第１共振周波数との一定の周波数差を示すデルタ周波数とを加算して、最適駆動周波数を算出する最適駆動周波数算出部３１０と、最適駆動周波数算出部３１０と接続され、最適駆動周波数算出部３１０によって算出された最適駆動周波数を発生し、ピエゾ３３０に供給するＦＭ変調部３２０とを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、ピエゾ駆動装置およびピエゾの最適駆動周波数算出方法に関し、特に、ピエゾを、アクチュエータとして用いた時に最大の移動距離が得られるように駆動するピエゾ駆動装置およびピエゾの最適駆動周波数算出方法に関するものである。

カメラモジュールが携帯電話の必須機能と考えられるようになるに従い、付加機能の重要性が高まりつつある。携帯電話に用いられるカメラモジュールの付加機能としては、自動焦点機能（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）が現在商用化されており、その実現のためには、複数のレンズが実装されたレンズ部を上下方向に移動させる必要がある。

この時、カメラモジュールのレンズ部を移動させるために、アクチュエータが用いられるが、このアクチュエータにはボイスコイルアクチュエータ（ｖｏｉｃｅ ｃｏｉｌｅｄ ａｃｔｕａｔｏｒ：ＶＣＡ）とピエゾアクチュエータ（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｃｔｕａｔｏｒ）とが主に用いられている。

近年、携帯電話が次第に小型化および低電力化されるにつれて、それに実装されるカメラモジュールおよび自動焦点機能モジュールもまた小型化および低電力化されてきており、ボイスコイルアクチュエータに比べて、ピエゾアクチュエータは電力の消費が少なく、サイズも小さいため、ピエゾアクチュエータが、ボイスコイルアクチュエータに代わって主流になりつつある。

また、レンズ部を移動させるためのピエゾとしては、１つの共振点ではなく２つの共振点を有するものが用いられるようになってきており、レンジバレルを容易に移動させることのできるピエゾアクチュエータに対する研究が進められている。

以下、関連図を参照して、従来の技術による２つの共振点を有するピエゾの駆動装置およびこれを用いた最適駆動周波数算出方法について説明する。

図１は従来の技術によるピエゾ駆動装置を示すブロック図であり、図２は従来の２つの共振点を有するピエゾの駆動周波数に対する特性を示すグラフである。

まず、図１に示すように、従来の技術によるピエゾの駆動装置は、制御部１１０、周波数発生部１２０、駆動周波数供給部１３０および比較部１５０からなる。

この時、制御部１１０は、周波数発生部１２０、駆動周波数供給部１３０および比較部１５０と接続され、比較部１５０による比較によって得られた比較信号を用いて駆動周波数供給部１３０を制御することで、常に一定の駆動周波数をピエゾ１４０に供給する。

周波数発生部１２０は、制御部１１０および駆動周波数供給部１３０と接続され、ピエゾ１４０を駆動するための周波数を発生する。

駆動周波数供給部１３０は、制御部１１０、周波数発生部１２０およびピエゾ１４０と接続され、制御部１１０によって制御され、ピエゾ１４０を駆動するための駆動周波数をピエゾ１４０に供給することで、ピエゾ１４０を駆動する。

また、ピエゾ１４０は、駆動周波数供給部１３０と接続され、駆動周波数供給部１３０から供給される駆動周波数によって駆動され、複数のレンズが実装されたレンズ部を上下方向に移動させることによって、撮影するイメージの焦点を調節する。

特に、ピエゾ１４０は、図２に示すように第１および第２の２つの共振点を有しており、第１共振点に対応する第１共振周波数が印加された場合、ピエゾ１４０は長手方向に共振し、第２共振周波数が印加された場合、幅方向に共振する。

このような第１および第２の２つの共振点を有するピエゾは、第１および第２共振周波数の中間周波数である「Ａ」点の周波数で駆動した場合、長手方向と幅方向に共振することで、レンズ部を上下方向に最大に移動させる。

したがって、駆動周波数供給部１３０は、ピエゾ１４０を駆動するために常にこの中間周波数を供給することで、ピエゾ１４０の共振によって移動するレンズ部を最長距離だけ移動させることができる。

また、比較部１５０は、制御部１１０および駆動周波数供給部１３０と接続され、駆動周波数供給部１３０からピエゾ１４０に供給されている駆動周波数を、ピエゾ１４０を最適に駆動するための最適駆動周波数と比較してフィードバックし、供給されている駆動周波数が最適駆動周波数でない場合、これに対応する比較信号を制御部１１０に供給する。

この時、制御部１１０は、駆動周波数供給部１３０から供給される駆動周波数がピエゾ１４０の中間周波数と同一であるかを比較した比較信号を供給され、駆動周波数供給部１３０を制御することによって常に一定の駆動周波数をピエゾ１４０に供給するように作用する。

このような構成からなる従来のピエゾ駆動装置によるピエゾの最適駆動周波数算出方法では、ピエゾの最適駆動周波数算出方法の手順を順に示す図３のように、ピエゾの第１および第２共振周波数を算出する（Ｓ２１０）。

次に、ステップＳ２１０で算出されたピエゾの第１駆動周波数と第２駆動周波数との中間周波数を算出する（Ｓ２２０）。

次に、ステップＳ２２０で算出された中間周波数を駆動周波数としてピエゾに供給する（Ｓ２３０）。

この時、ステップＳ２３０で、ピエゾに供給されている駆動周波数が、算出された中間周波数でない場合、駆動周波数を制御して中間周波数に修正し、これを供給することにより、ピエゾを駆動することができる。

例えば、ピエゾの駆動周波数区間が３００ＫＨｚ〜３５０ＫＨｚの範囲として、第１共振周波数が３３０ＫＨｚであり、第２共振周波数が３４０ＫＨｚであれば、ピエゾに供給される中間周波数は第１共振周波数と第２共振周波数の中間周波数の３３５ＫＨｚとなる。

このようにして、ピエゾに常に３３５ＫＨｚを供給して、ピエゾを駆動することができるようになる。もし、供給される駆動周波数が３３２ＫＨｚに変動したとすれば、これが、比較部１５０によってフィードバックされ、すなわち、駆動周波数が異なるという比較信号が制御部１１０に伝達され、比較信号を伝達された制御部１１０は、駆動周波数供給部１３０を制御することによって３３５ＫＨｚの駆動周波数を供給する。

しかし、従来のピエゾ駆動装置およびそのピエゾの最適駆動周波数算出方法には、ピエゾ１４０の周辺環境および温度などが変われば、ピエゾ１４０の第１および第２共振周波数が変わるので、供給される駆動周波数が常に一定のピエゾ１４０が正常に動作せずにイメージの焦点を正確に合わせられない場合があるという問題点があった。

また、ピエゾ駆動装置の周辺環境および温度が変わった場合、予め設定された駆動周波数が変化するので、ピエゾの駆動周波数を設定するために駆動周波数の全ての範囲に対する検索過程を反復する必要が生じるため、最適駆動周波数を算出するのに多くの時間を消費するという問題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、周辺環境および温度などが変化しても常に最適にピエゾを駆動することができるピエゾ駆動装置、およびピエゾの最適駆動周波数算出方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係るピエゾ駆動装置は、２つの共振点を有するピエゾを駆動するためのピエゾ駆動装置であって、ピエゾの特性分析によって得られた特性共振周波数と、ピエゾの第１共振周波数との一定の周波数差を示すデルタ周波数とを加算して、最適駆動周波数を算出する最適駆動周波数算出部と、最適駆動周波数算出部と接続され、最適駆動周波数算出部によって算出された最適駆動周波数を発生し、ピエゾに供給するＦＭ変調部とを含む。

また、本発明に係るピエゾ駆動装置において、最適駆動周波数算出部によって算出される特性共振周波数は、ピエゾの特性を分析して算出され、ピエゾの第１共振周波数と同一の特性を有することが好ましい。

そして、本発明に係るピエゾ駆動装置において、特性共振周波数はピエゾの抵抗、インダクタおよびキャパシタ特性を分析して算出されることが好ましい。

また、本発明に係るピエゾ駆動装置において、デルタ周波数はピエゾの第１および第２共振周波数の中間周波数から第１共振周波数を減算演算した周波数であることが好ましい。

さらに、上記のような目的を達成するための本発明に係るピエゾの最適駆動周波数算出方法は、２つの共振点を有するピエゾを駆動するためのピエゾの最適駆動周波数算出方法であって、ａ）ピエゾの第１および第２共振周波数の中間周波数を算出するステップと、ｂ）算出された中間周波数から第１共振周波数を減算演算してデルタ周波数を算出するステップと、ｃ）ピエゾの特性を分析して特性共振周波数を算出するステップと、ｄ）ステップｃ）で分析された特性共振周波数にデルタ周波数を加算演算して最適駆動周波数を算出するステップとを含む。

また、本発明に係るピエゾの最適駆動周波数算出方法では、ステップｃ）で、ピエゾの抵抗、インダクタおよびキャパシタ特性を分析するのが好ましい。

そして、本発明に係るピエゾの最適駆動周波数算出方法では、ステップｃ）で算出された特性共振周波数は、ピエゾの第１共振周波数と同一の特性を有することが好ましい。

上述した目的、特徴および長所は、添付する図面と関連する以下の詳細な説明によってより明確になるものであり、これによって本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば本発明の技術的思想を容易に実施することができる。

また、本発明を説明するにあたって、本発明と関連する公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に不明瞭にするおそれがあると判断される場合、それに対する詳細な説明は省略する。

本発明に係るピエゾ駆動装置およびピエゾの最適駆動周波数算出方法によれば、ピエゾの抵抗、インダクタおよびキャパシタの特性を分析することによって、ピエゾの第１共振周波数に相当する特性周波数を算出して、これを用いることにより、周辺環境および温度などが変化した場合にも、常に最適にピエゾを駆動することができる。

また、本発明に係るピエゾ駆動装置によれば、最適駆動周波数算出部とＦＭ変調部だけからなる回路によってピエゾに最適駆動周波数を供給することができるために、装置の大きさを小さくすることができる。

以下、関連図を参照しながら本発明に係るピエゾ駆動装置、およびピエゾの最適駆動周波数算出方法についてより詳細に説明する。

図４は、本発明に係るピエゾ駆動装置を模式的に示すブロック図であり、図５は、周辺環境および温度変化に応じて変わるピエゾの駆動周波数に対する特性を示すグラフであり、図６は、ピエゾの駆動周波数に対するレンズ部の移動距離の変化を示すグラフである。

まず、図４に示すように、本発明に係るピエゾ駆動装置は、最適駆動周波数算出部３１０およびＦＭ変調部３２０からなる。

ここで、ピエゾ３３０は、図５に示すように、第１および第２の２つの共振点を有し、第１および第２共振点に対応する第１および第２駆動周波数ｆｒ１，ｆｒ２が印加された場合、長手方向および幅方向に共振してレンズ部（不図示）を移動させ、撮影されるイメージの焦点を調節する。

この時、ピエゾ３３０の第１および第２駆動周波数ｆｒ１，ｆｒ２の中間周波数ｆｓをピエゾ３３０の駆動周波数として供給すれば、この供給を受けたピエゾ３３０は長手方向と幅方向の全ての方向に共振するようになり、図６に示すように、レンズ部を最大に移動させることができるため、ピエゾ３３０の最適駆動周波数は中間周波数ｆｓである。

特に、最適駆動周波数算出部３１０は、周辺環境または周辺温度の変化による、ピエゾ３３０の第１および第２共振周波数ｆｒ１，ｆｒ２の変化を補償するために、ピエゾ３３０を構成する素子の特性のうち、第１および第２共振周波数ｆｒ１，ｆｒ２の特性を示す抵抗、インダクタおよびキャパシタの特性を分析する。

すなわち、抵抗、インダクタおよびキャパシタの特性分析によりピエゾ３３０の第１共振周波数ｆｒ１と同一の変化特性を有する特性共振周波数を算出する。この時、特性共振周波数は、ピエゾ３３０の周波数特性を左右する抵抗、インダクタおよびキャパシタの特性分析によって算出されたものであるため、ピエゾ３３０の周辺環境および周辺温度変化に応じた第１共振周波数ｆｒ１の変化に対して、特性共振周波数も同一量だけ変化し、常に第１共振周波数ｆｒ１と同一の周波数となる。

このように算出された特性共振周波数を用いることによって、ピエゾ３３０を、最大の出力が得られるように駆動するための最適駆動周波数を算出できる。すなわち、最適駆動周波数はピエゾ３３０の第１および第２共振周波数ｆｒ１，ｆｒ２の中間周波数ｆｓであるが、この中間周波数ｆｓは第１共振周波数ｆｒ１と常にデルタ周波数ｆ_Ｄの差を有する。

この時、周辺環境および温度変化に対して、中間周波数ｆｓと第１共振周波数ｆｒ１とは変化するが、両者の差であるデルタ周波数ｆ_Ｄは常に一定に維持される。

したがって、デルタ周波数ｆ_Ｄは_、第１および第２共振周波数ｆｒ１，ｆｒ２の中間周波数ｆｓを算出した後、算出された中間周波数ｆｓから第１共振周波数ｆｒ１を減算演算することで算出できる。

このようにして算出されたデルタ周波数ｆ_Ｄに第１共振周波数ｆｒ１を加算することによって最適駆動周波数を求めるのができることを利用して、第１共振周波数ｆｒ１と常に同一の値を有する特性共振周波数にデルタ周波数ｆ_Ｄを加算演算することで、ピエゾ３３０の周辺環境および温度変化に応じて変化する最適駆動周波数と常に同一の駆動周波数を算出できる。

このようにして最適駆動周波数算出部３１０で算出された駆動周波数に対応する信号をこれと接続されたＦＭ変調部３２０に伝達する。

ＦＭ変調部３２０は、最適駆動周波数算出部３１０によって算出された駆動周波数を発生し、ピエゾ３３０に供給することで、ピエゾ３３０を、最大出力が得られるように共振させて駆動することができる。

もし、ピエゾ駆動装置の周辺環境および温度が変化し、図５に示すように第１駆動周波数ｆｒ１がｆｒ１’に変わった場合、最適駆動周波数算出部３１０で算出される特性共振周波数も、変化した第１駆動周波数ｆｒ１’と同一の周波数に変化する。

このように変化した特性共振周波数にデルタ周波数ｆ_Ｄを加算演算することによって、常にピエゾ３３０の最適駆動周波数を供給でき、したがって、ピエゾ３３０によって移動するレンズ部を最大に移動させることができるという利点が得られる。

また、本発明に係るピエゾ駆動装置は、最適駆動周波数算出部３１０およびＦＭ変調部３２０だけで、ピエゾ３３０を駆動するための最適駆動周波数を算出および供給することができるため、制御部、周波数発生部、駆動周波数供給部および比較部からなる従来のピエゾ駆動装置よりもサイズを小さくすことができるという長所を有している。

以下、関連図を参照して、本発明に係るピエゾの最適駆動周波数算出方法についてより詳細に説明する。

図７は、本発明に係るピエゾの最適駆動周波数算出方法の手順を順次示すフローチャートである。

図７に示すように、本発明に係るピエゾの最適駆動周波数算出方法では、２つの共振点を有するピエゾの第１および第２共振周波数を算出する。次に、算出された第１および第２共振周波数の中間周波数を算出する（Ｓ４１０）。

この時、第１および第２共振周波数の中間周波数を算出する理由は、第１共振周波数をピエゾに供給した場合、ピエゾは長手方向に共振し、第２共振周波数をピエゾに供給した場合、ピエゾは幅方向に共振するが、第１および第２共振周波数の中間周波数を駆動周波数としてピエゾに供給すると、ピエゾは長手方向と幅方向の全ての方向に対して共振するため、ピエゾの共振によって移動するレンズ部を最大に移動させることができるためである。このため、第１および第２共振周波数の中間周波数を算出する。

次に、ステップＳ４１０で算出された中間周波数から第１共振周波数を減算演算してデルタ周波数を算出する（Ｓ４２０）。

この時、デルタ周波数は、第１共振周波数と中間周波数との差に相当する周波数であり、第１共振周波数を算出した場合、算出された第１共振周波数に、算出されたデルタ周波数を加算演算することによって中間周波数を得ることができる。

デルタ周波数を算出した後、ピエゾの抵抗、インダクタおよびキャパシタ特性を分析して、第１共振周波数の特性と同一の変化特性を有する特性共振周波数を算出する（Ｓ４３０）。

この時、特性共振周波数は、ピエゾの第１共振周波数の特性を示す抵抗、インダクタおよびキャパシタの特性を分析して算出されたものであり、周辺環境および温度の変化に応じて第１共振周波数が変化した時、特性共振周波数も、第１共振周波数と同一の変化特性を有するため、第１共振周波数と同一量だけ変化する。

このようにして、算出された特性共振周波数にデルタ周波数を加算して、ピエゾの最適駆動周波数を算出する（Ｓ４４０）。このように算出された最適駆動周波数をピエゾに供給することにより、ピエゾを最大に共振させて、ピエゾによって移動するレンズ部を最大に移動させることができる。

特に、本実施形態によるピエゾの最適駆動周波数算出方法は、周辺環境および温度の変化に応じてピエゾの共振周波数が変わる場合、これと同一の変化をする特性共振周波数に、常に一定の値のデルタ周波数を加算して最適駆動周波数を算出することにより、周辺環境および温度が変化した時にも、常にピエゾを最大に共振させることができるという長所を有している。

上述した本発明の好ましい実施形態は、例示の目的のために開示しているものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に規定する本発明に属するものである。

従来の技術によるピエゾ駆動装置を示すブロック図である。 従来の２つの共振点を有するピエゾの駆動周波数に対する特性を示すグラフである。 従来の２つの共振点を有するピエゾの最適駆動周波数算出方法の手順を順次示すフローチャートである。 本発明に係るピエゾ駆動装置を模式的に示すブロック図である。 周辺環境および温度の変化に応じて変わる、ピエゾの駆動周波数に対する特性を示すグラフである。 ピエゾの駆動周波数に対するレンズ部の移動距離の変化を示すグラフである。 本発明に係るピエゾの最適駆動周波数算出方法を順次示すフローチャートである。

符号の説明

３１０ 最適駆動周波数算出部
３２０ ＦＭ変調部
３３０ ピエゾ
ｆｒ１ 第１共振周波数
ｆｒ２ 第２共振周波数
ｆ_Ｄ デルタ周波数

Claims (7)

1. ２つの共振点を有するピエゾを駆動するためのピエゾ駆動装置であって、
   前記ピエゾの特性分析によって得られた特性共振周波数と、前記ピエゾの第１共振周波数との一定の周波数差を示すデルタ周波数とを加算して、最適駆動周波数を算出する最適駆動周波数算出部と、
   前記最適駆動周波数算出部と接続され、前記最適駆動周波数算出部によって算出された最適駆動周波数を発生し、前記ピエゾに供給するＦＭ変調部と、
   を含むピエゾ駆動装置。
2. 前記特性共振周波数は前記ピエゾの抵抗、インダクタおよびキャパシタ特性を分析して算出されることを特徴とする請求項１に記載のピエゾ駆動装置。
3. 前記最適駆動周波数算出部の前記特性共振周波数は、前記ピエゾの第１共振周波数と同一の特性を有することを特徴とする請求項１または２に記載のピエゾ駆動装置。
4. 前記デルタ周波数は、前記ピエゾの第１および第２共振周波数の中間周波数から前記第１共振周波数を減算演算した周波数であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のピエゾ駆動装置。
5. ２つの共振点を有するピエゾの最適駆動周波数算出方法において、
   ａ）前記ピエゾの第１および第２共振周波数の中間周波数を算出するステップと、
   ｂ）算出された前記中間周波数から前記第１共振周波数を減算演算してデルタ周波数を算出するステップと、
   ｃ）前記ピエゾの特性を分析して特性共振周波数を算出するステップと、
   ｄ）前記ステップｃ）で算出された前記特性共振周波数に前記デルタ周波数を加算演算して最適駆動周波数を算出するステップと、
   を含むピエゾの最適駆動周波数算出方法。
6. 前記ステップｃ）で、前記ピエゾの抵抗、インダクタおよびキャパシタ特性を分析することを特徴とする請求項５に記載のピエゾの最適駆動周波数算出方法。
7. 前記ステップｃ）で算出された前記特性共振周波数は、前記ピエゾの第１共振周波数と同一の特性を有することを特徴とする請求項５または６に記載のピエゾの最適駆動周波数算出方法。

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