JP2014018050A - ボイスコイルモータの駆動装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明のボイスコイルモータの駆動装置及び駆動方法に関する。
【解決手段】本発明のボイスコイルモータの駆動装置は、入力信号から生成されたデジタル信号に応じて指示信号を生成する指示信号生成部と、上記デジタル信号に応じてボイスコイルモータに印加される駆動電流の経路を選択し、上記指示信号に応じて上記駆動電流のデューティーを調節して上記ボイスコイルモータを駆動する駆動部と、を含んでもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボイスコイルモータの駆動装置及び方法に関し、特に、自動焦点調節機能を有するカメラにおけるレンズ位置制御などの多様な目的で用いられるボイスコイルモータ（ＶＣＭ：Ｖｏｉｃｅ Ｃｏｉｌ Ｍｏｔｏｒ）を駆動することができる装置及び方法に関する。

携帯用無線端末機の使用が急増している中、携帯用無線端末機には本来の音声通話機能の他にも多様な機能が付加されている。携帯用無線端末機に付加される多様な機能の一つであるカメラモジュールは、携帯用無線端末機に搭載されているボイスコイルモータによりレンズを移動させて自動焦点調節機能を行う。

ボイスコイルモータは、スピーカーのボイスコイルに流れる音声電流と永久磁石で発生する磁気力との間にフレミングの左手の法則による力が発生してスピーカーの振動板が前後に振動することに着眼して開発されたモータである。ＤＣモータまたはステッピングモータは回転運動をするが、ボイスコイルモータは短い距離を直線往復運動するため、カメラの自動焦点調節機能に用いることができる。

通常、小型化が必須である携帯用無線端末機の場合、駆動電源で負の電圧（（−）電圧）を供給しないため、ボイスコイルモータではレンズの可動範囲の一側を初期位置として設定し、ボイスコイルモータに直流電流を印加して初期位置から移動する方法を採用している。

但し、上記のような方法は、初期位置から設定された最大倍率までレンズを移動させるためには、移動距離が増加して大きい電圧が要求され、また、消費電流が増加するという問題点がある。

大韓民国公開特許公報１０−２００６−００８０８２０（２００６．０７．１１）

本発明は、上述した従来技術の問題点を補うためのもので、ボイスコイルモータに印加される電流を両方向に制御することで、同じ電流でボイスコイルモータの移動距離を従来方式より２倍増加させることができ、ボイスコイルモータに印加される電流をＰＷＭ方式で制御することで、消費電流を減少させることができるボイスコイルモータの駆動装置及び方法を提供する。

本発明の第１技術的な側面によると、入力信号から生成されたデジタル信号に応じて指示信号を生成する指示信号生成部と、上記デジタル信号に応じてボイスコイルモータに印加される駆動電流の経路を選択し、上記指示信号に応じて上記駆動電流のデューティーを調節して上記ボイスコイルモータを駆動する駆動部と、を含むボイスコイルモータの駆動装置を提案する。

また、上記指示信号生成部は、上記入力信号から上記デジタル信号を生成するデジタル信号生成部と、上記デジタル信号を上記指示信号に変換する信号変換部とを含んでもよい。

また、上記駆動部は、上記指示信号及びフィードバック信号を比べる比較部と、上記ボイスコイルモータと少なくとも一端が連結される複数のスイッチを含むスイッチ部と、上記デジタル信号及び上記比較部の比較結果に応じて上記駆動電流の経路及び上記駆動電流のデューティーを決めて上記スイッチ部を制御する制御部と、上記駆動電流を検出して上記フィードバック信号を生成するフィードバック回路部と、を含んでもよい。

また、上記スイッチ部は、上記ボイスコイルモータの一端及び駆動電源を連結する第１スイッチと、上記ボイスコイルモータの他端及び上記駆動電源を連結する第２スイッチと、上記ボイスコイルモータの一端及び上記フィードバック回路部を連結する第３スイッチと、上記ボイスコイルモータの他端及び上記フィードバック回路部を連結する第４スイッチと、を含んでもよい。

また、上記駆動電流の経路は第１経路及び第２経路を含み、上記第２スイッチ及び上記第３スイッチは第１経路上に位置し、上記第１スイッチ及び上記第４スイッチは第２経路上に位置してもよい。

また、上記第１経路及び上記第２経路に従って印加される上記駆動電流によって上記ボイスコイルモータには異なる極性の電圧が形成されてもよい。

また、上記制御部は、上記デジタル信号及び所定のデジタルレベルを比べて上記第１経路及び上記第２経路のうち一つの経路を選択し、選択した経路上に位置する２個のスイッチがオン動作するように制御し、上記比較部の比較結果に応じて上記オン動作する２個のスイッチの少なくとも一つのスイッチングデューティーを調節してもよい。

また、上記フィードバック回路部は、上記駆動電流を検出する少なくとも一つの抵抗素子を含んでもよい。

本発明の第２技術的側面によると、入力信号から生成されたデジタル信号に応じて指示信号を生成する段階と、上記デジタル信号に応じてボイスコイルモータに印加される駆動電流の経路を選択し、上記指示信号に応じて上記駆動電流のデューティーを調節して上記ボイスコイルモータを駆動する段階と、を含むボイスコイルモータの駆動方法を提案する。

また、上記指示信号を生成する段階は、上記入力信号から上記デジタル信号を生成する段階と、上記デジタル信号を上記指示信号に変換する段階と、を含んでもよい。

また、上記ボイスコイルモータを駆動する段階は、上記指示信号と上記駆動電流を検出して生成されるフィードバック信号とを比べる段階と、上記デジタル信号に応じて上記駆動電流の経路を選択する段階と、上記指示信号及び上記フィードバック信号の比較結果に応じて上記駆動電流のデューティーを調節する段階と、上記選択された駆動電流の経路及び上記調節された駆動電流のデューティーに応じて上記ボイスコイルモータに上記駆動電流を印加する段階と、含んでもよい。

また、上記ボイスコイルモータを駆動する段階は、上記駆動電流を検出して上記フィードバック信号を生成する段階をさらに含んでもよい。

また、上記駆動電流の経路は第１経路及び第２経路を含み、上記第１経路及び上記第２経路に従って印加される上記駆動電流によって上記ボイスコイルモータには異なる極性の電圧が形成されてもよい。

本発明によると、ボイスコイルモータに印加される電流を両方向に制御することで、同じ電流でボイスコイルモータの移動距離を従来方式より２倍増加させることができる。また、ボイスコイルモータに印加される電流をＰＷＭ方式で制御することで、消費電流を減少させることができる。

本発明の一実施形態によるボイスコイルモータの駆動装置を概略的に示したブロック図である。 本発明の一実施形態によるボイスコイルモータの駆動装置を具体的に示したブロック図である。 本発明の一実施形態による信号変換部で生成される指示信号を示すグラフである。 本発明の一実施形態による駆動部を具体的に示した図面である。 本発明の一実施形態によるボイスコイルモータに印加される駆動電流を示すグラフである。

以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

図１は本発明の一実施形態によるボイスコイルモータの駆動装置を概略的に示したブロック図である。図１を参照すると、本発明によるボイスコイルモータ駆動装置は、指示信号生成部１００及び駆動部２００を含んでもよい。

指示信号生成部１００は、入力端子ＩＮから流入される入力信号から生成されたデジタル信号に応じて指示信号を生成することができる。入力信号とは、使用者の入力により外部から印加される信号のことである。入力信号により生成される指示信号は電流レベルを有することができ、駆動部２００は指示信号が指示する電流レベルに応じて駆動電流を生成しボイスコイルモータを動作させることができる。

駆動部２００は、デジタル信号及び指示信号に応じてボイスコイルモータに印加される駆動電流の経路を選択し、駆動電流のデューティーを調節することで、ボイスコイルモータを制御することができる。具体的には、デジタル信号に応じてボイスコイルモータに印加される駆動電流の経路を選択し、指示信号に応じて上記駆動電流のデューティーを決定してボイスコイルモータを制御することができる。

図１に示されたように、駆動電流は第１経路及び第２経路の二つの経路でボイスコイルモータに印加されることができ、２個の駆動電流の経路によりボイスコイルモータには異なる極性の電圧が形成されることができる。

図２は本発明の一実施形態によるボイスコイルモータの駆動装置を具体的に示したブロック図である。図２を参照すると、図１に示した指示信号生成部１００は、デジタル信号生成部１１０及び信号変換部１２０を含んでもよい。

デジタル信号生成部１１０は使用者により外部から印加される入力信号からデジタル信号を生成することができ、信号変換部１２０はデジタル信号生成部１１０で生成されるデジタル信号を変換して指示信号を生成することができる。

以下では、本発明の一例として、デジタル信号生成部１１０で１０ビットデジタル信号が生成されると仮定して説明する。但し、これは一実施形態に過ぎず、本発明は１０ビットデジタル信号に限定されない。

デジタル信号生成部１１０は、入力信号から１０ビットデジタル信号、０〜１０２３の１０ビットデジタル信号を生成することができる。信号変換部１２０はデジタル信号生成部１１０で生成される０〜１０２３の１０ビットデジタル信号を変換して指示信号を生成することができる。

図３は本発明の一実施形態による信号変換部で生成される指示信号を示すグラフである。具体的には、図３は本発明のデジタル信号生成部１１０で入力信号から１０ビットデジタル信号を生成する場合、１０ビットデジタル信号を変換して生成された指示信号を示すグラフである。但し、これは一例に過ぎず、上述したように、本発明は１０ビットデジタル信号に限定されない。

信号変換部１２０は、デジタル信号生成部１１０で生成したデジタル信号を変換して第１デジタルレベルを基準として線形的に増減する指示信号を生成することができる。このとき、指示信号は電流レベルを有することができ、駆動部２００は指示信号の電流レベルに応じて駆動電流を生成しボイスコイルモータを駆動することができる。

図３を参照すると、信号変換部１２０はデジタル信号生成部１１０で生成した１０ビットデジタル信号の値が０である場合、これを変換して最大サイズの指示信号を生成することができる。１０ビットデジタル信号のレベルが増加することによって指示信号は線形的に減少し、１０ビットデジタル信号のレベルが５１２である場合、信号変換部１２０は０のサイズを有する指示信号を生成することができる。以後、１０ビットデジタル信号のレベルが５１２から１０２３に増加することによって指示信号は線形的に増加し続け、１０ビットデジタル信号値が１０２３に該当する場合、上記信号変換部１２０は最大サイズの指示信号を生成することができる。

図３から、１０ビットデジタル信号のレベルが０である場合及び１０ビットデジタル信号のレベルが１０２３である場合に信号変換部１２０で生成する指示信号のサイズが同一であることが分かる。即ち、グラフの１四分面と２四分面は、ｙ軸対称で、２四分面は負の傾きを、１四分面は正の傾きを有し、傾きの符号は異なるが、サイズは同一であることが分かる。

上述した例は、第１デジタルレベルを１０ビットデジタル信号の中間レベルである５１２と仮定し、中間レベルを基準としてデジタル信号が増減することによって指示信号が同じ傾きを有して線形的に増加することを説明したが、上記と違って、中間レベルではない第１デジタルレベルを基準として設定してもよく、任意の第１デジタルレベルを基準としてデジタル信号が増減することにより指示信号が異なるサイズの傾きを有して線形的に増加するように設定してもよい。

また、図２を参照すると、駆動部２００は比較部２１０と、制御部２２０と、スイッチ部２３０と、フィードバック回路部２４０とを含んでもよい。

比較部２１０は、信号変換部１２０で生成される指示信号とフィードバック回路部２４０で生成されて伝達されるフィードバック信号とを比べて比較結果を出力することができる。このとき、後述するように、フィードバック信号は電圧レベルであることができるため、比較部２１０は指示信号とフィードバック信号を比べるために、電流及び電圧を相互的に変更するための変換回路などを内部に備えてもよい。

制御部２２０は、デジタル信号及び比較部２１０の比較結果に応じて駆動電流の経路及び駆動電流のデューティーを決定してスイッチ部２３０を制御してもよい。

制御部２２０は、デジタル信号生成部１１０で生成されたデジタル信号を所定の第２デジタルレベルと比べて駆動電流の経路を選択することで、ボイスコイルモータに印加される駆動電流の方向を異ならせることができ、これにより、ボイスコイルモータを両方向に駆動させることができる。このとき、上述した第１デジタルレベルと第２デジタルレベルは、同じレベルを有するように設定されてもよい。例えば、デジタル信号生成部１１０で１０ビットデジタル信号が生成される場合、第１デジタルレベル及び第２デジタルレベルは、１０ビットデジタル信号のうち何れかの任意の値に等しく設定されてもよく、１０ビットデジタル信号の中間レベルに設定されてもよい。

比較部２１０は、指示信号及びフィードバック信号を比べて指示信号及びフィードバック信号の誤差などの比較結果を出力し、制御部２２０は比較部の比較結果に応じて駆動電流のデューティーを調節することができる。

スイッチ部２３０はボイスコイルモータと少なくとも一端が連結される複数のスイッチを含み、スイッチ部２３０は制御部２２０の制御によりスイッチング動作し、駆動電源からボイスコイルモータに連結される電流パスを形成してボイスコイルモータを駆動することができる。

フィードバック回路部２４０は、ボイスコイルモータに印加される駆動電流を検出してフィードバック信号を生成し、これを比較部２１０に伝達することができる。

図４は本発明の一実施形態による駆動部を具体的に示した図面である。図４を参照してスイッチ部２３０及びフィードバック回路部２４０の回路構成をより具体的に説明する。

スイッチ部２３０は第１〜第４スイッチ２３１〜２３４を含んでもよい。第１スイッチ２３１は駆動電源及びボイスコイルモータの一端を連結することができ、第２スイッチ２３２は駆動電源及びボイスコイルモータの他端を連結することができ、第３スイッチ２３３はボイスコイルモータの一端及びフィードバック回路部２４０を連結することができ、第４スイッチ２３４はボイスコイルモータの他端及びフィードバック回路部２４０を連結することができる。

第１〜第４スイッチ２３１〜２３４は、Ｎチャネル及びＰチャネル電界効果トランジスターをそれぞれ備えてもよい。また、Ｎチャネル及びＰチャネルを組み合わせて構成してもよい。例えば、第１及び第３スイッチ２３１、２３３はＰチャネル電界効果トランジスターを備え、第２及び第４スイッチ２３２、２３４はＮチャネル電界効果トランジスターを備えてもよい。但し、本発明はこれに限定されず、ＢＪＴ素子を含んで当業者が設計変更により自明に導出できる事項まで本発明の技術的事項に属する。

駆動電流の経路は第１経路及び第２経路を含んでもよく、駆動電流の第１経路は第２スイッチ２３２−ボイスコイルモータＶＣＭ−第３スイッチ２３３により形成され、駆動電流の第２経路は第１スイッチ２３１−ボイスコイルモータＶＣＭ−第４スイッチ２３４により形成されてもよい。

制御部２２０は、デジタル信号を第２デジタルレベルと比べて第１経路及び第２経路の何れか一つの経路を選択し、選択した経路上に位置する２個のスイッチがオン動作するように制御することができ、比較部２１０の比較結果に応じて選択された経路上に位置する２個のスイッチの少なくとも一つのスイッチングデューティーを調節することができる。

以下では、一例として、制御部２２０はデジタル信号が第２デジタルレベル未満のとき、第１経路を選択し、デジタル信号が第２デジタルレベル以上のとき、第２経路を選択すると仮定して説明する。

デジタル信号が第２デジタルレベル未満のとき、第１経路が選択されるため、制御部２２０は第２スイッチ２３２及び第３スイッチ２３３がスイッチングオン動作するように制御し、第１経路上に位置するスイッチの少なくとも一つのスイッチングオンデューティーを調節することができる。このとき、第２経路上に位置するスイッチは全てスイッチングオフ動作することができるが、異なる方式で制御してもよい。例えば、第３スイッチ２３３のスイッチングオンデューティーが調節されて駆動電流のデューティーが調節される場合、第２経路に位置する第１スイッチ２３１及び第４スイッチ２３４が全てスイッチングオフ動作するように制御するか、第１スイッチ２３１が第３スイッチ２３３と１８０度の位相差を有してスイッチング動作するように制御し、第４スイッチ２３４がスイッチングオフ動作するように制御することもできる。

また、上記と異なって、デジタル信号が第２デジタルレベル以上のとき、第２経路が選択されるため、制御部２２０は第１スイッチ２３１及び第４スイッチ２３４がスイッチングオン動作するように制御し、第２経路上に位置するスイッチの少なくとも一つのスイッチングオンデューティーを調節することができる。このとき、第１経路上に位置するスイッチは全てスイッチングオフ動作することができるが、異なる方式で制御してもよい。例えば、第４スイッチ２３４のスイッチングオンデューティーが調節されて駆動電流のデューティーが調節される場合、第１経路に位置する第２スイッチ２３２及び第３スイッチ２３３が全てスイッチングオフ動作するように制御するか、第２スイッチ２３２が第４スイッチ２３４と１８０度の位相差を有してスイッチング動作するように制御し、第３スイッチ２３３がスイッチングオフ動作するように制御することもできる。

フィードバック回路部２４０は、上記駆動電流を検出してフィードバック信号を生成する少なくとも一つの抵抗素子ＲＳを含んでもよい。図４には第３スイッチ２３３及び第４スイッチ２３４と連結される一つの抵抗素子ＲＳが示されているが、これは一実施形態に過ぎず、当業者の設計変更により含まれ得る実施形態を全て含むことができる。例えば、フィードバック回路部２４０は第３スイッチと接地を連結する一つの抵抗素子及び第４スイッチと接地を連結する更なる抵抗素子を含んでもよい。

フィードバック回路部２４０は、駆動電流を抵抗素子ＲＳを通じて電圧レベルとして検出することができ、これをフィードバック信号として比較部２１０に伝達することができる。

図５は本発明の一実施形態によるボイスコイルモータに印加される駆動電流を示すグラフである。図５では、上述した第２デジタルレベルが１０ビットデジタル信号の中間レベルと同一であると仮定し、説明の便宜上、第１経路が選択される場合の駆動電流を（−）電流と、第２経路が選択される場合の駆動電流を（＋）電流と表した。

図３及び図５を参照すると、デジタル信号に応じて形成される駆動電流の経路によってボイスコイルモータに印加される駆動電流の方向が変わることが分かる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。

１００ 指示信号生成部
１１０ デジタル信号生成部
１２０ 信号変換部
２００ 駆動部
２１０ 比較部
２２０ 制御部
２３０ スイッチ部
２３１ 第１スイッチ
２３２ 第２スイッチ
２３３ 第３スイッチ
２３４ 第４スイッチ
２４０ フィードバック回路部

Claims (13)

1. 入力信号から生成されたデジタル信号に応じて指示信号を生成する指示信号生成部と、
   前記デジタル信号に応じてボイスコイルモータに印加される駆動電流の経路を選択し、前記指示信号に応じて前記駆動電流のデューティーを調節して前記ボイスコイルモータを駆動する駆動部と、
   を含むボイスコイルモータの駆動装置。
2. 前記指示信号生成部は、
   前記入力信号から前記デジタル信号を生成するデジタル信号生成部と、
   前記デジタル信号を前記指示信号に変換する信号変換部と、を含む請求項１に記載のボイスコイルモータの駆動装置。
3. 前記駆動部は、
   前記指示信号及びフィードバック信号を比べる比較部と、
   前記ボイスコイルモータと少なくとも一端が連結される複数のスイッチを含むスイッチ部と、
   前記デジタル信号及び前記比較部の比較結果に応じて前記駆動電流の経路及び前記駆動電流のデューティーを決めて前記スイッチ部を制御する制御部と、
   前記駆動電流を検出して前記フィードバック信号を生成するフィードバック回路部と、を含む請求項１または２に記載のボイスコイルモータの駆動装置。
4. 前記スイッチ部は、
   前記ボイスコイルモータの一端及び駆動電源を連結する第１スイッチと、
   前記ボイスコイルモータの他端及び前記駆動電源を連結する第２スイッチと、
   前記ボイスコイルモータの一端及び前記フィードバック回路部を連結する第３スイッチと、
   前記ボイスコイルモータの他端及び前記フィードバック回路部を連結する第４スイッチと、を含む請求項３に記載のボイスコイルモータの駆動装置。
5. 前記駆動電流の経路は第１経路及び第２経路を含み、
   前記第２スイッチ及び前記第３スイッチは第１経路上に位置し、前記第１スイッチ及び前記第４スイッチは第２経路上に位置する請求項４に記載のボイスコイルモータの駆動装置。
6. 前記第１経路及び前記第２経路に従って印加される前記駆動電流によって前記ボイスコイルモータには異なる極性の電圧が形成される請求項５に記載のボイスコイルモータの駆動装置。
7. 前記制御部は、
   前記デジタル信号及び所定のデジタルレベルを比べて前記第１経路及び前記第２経路のうち一つの経路を選択し、選択した経路上に位置する２個のスイッチがオン動作するように制御し、前記比較部の比較結果に応じて前記オン動作する２個のスイッチの少なくとも一つのスイッチングデューティーを調節する請求項６に記載のボイスコイルモータの駆動装置。
8. 前記フィードバック回路部は、
   前記駆動電流を検出する少なくとも一つの抵抗素子を含む請求項７に記載のボイスコイルモータの駆動装置。
9. 入力信号から生成されたデジタル信号に応じて指示信号を生成する段階と、
   前記デジタル信号に応じてボイスコイルモータに印加される駆動電流の経路を選択し、前記指示信号に応じて前記駆動電流のデューティーを調節して前記ボイスコイルモータを駆動する段階と、を含むボイスコイルモータの駆動方法。
10. 前記指示信号を生成する段階は、
    前記入力信号から前記デジタル信号を生成する段階と、
    前記デジタル信号を前記指示信号に変換する段階と、を含む請求項９に記載のボイスコイルモータの駆動方法。
11. 前記ボイスコイルモータを駆動する段階は、
    前記指示信号と前記駆動電流を検出して生成されるフィードバック信号とを比べる段階と、
    前記デジタル信号に応じて前記駆動電流の経路を選択する段階と、
    前記指示信号及び前記フィードバック信号の比較結果に応じて前記駆動電流のデューティーを調節する段階と、
    前記選択された駆動電流の経路及び前記調節された駆動電流のデューティーに応じて前記ボイスコイルモータに前記駆動電流を印加する段階と、を含む請求項１０に記載のボイスコイルモータの駆動方法。
12. 前記ボイスコイルモータを駆動する段階は、前記駆動電流を検出して前記フィードバック信号を生成する段階をさらに含む請求項１１に記載のボイスコイルモータの駆動方法。
13. 前記駆動電流の経路は第１経路及び第２経路を含み、前記第１経路及び前記第２経路に従って印加される前記駆動電流によって前記ボイスコイルモータには異なる極性の電圧が形成される請求項１１または１２に記載のボイスコイルモータの駆動方法。

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