KR100752698B1 - 압전 구동기 및 이를 포함하는 렌즈 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 렌즈부를 포함하는 피구동체와 압전 구동기 사이의 마찰력에 대한 직접적인 제어가 가능하여 렌즈의 위치 오차를 최소화하고, 신뢰성과 강인성을 구비하면서도 제조공정이 간단하여 제조 수율을 향상시킬 수 있는 렌즈 구동 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이를 위한 본 발명에 의한 렌즈 구동장치는, 렌즈를 포함하는 피구동체; 상기 피구동체를 광축 방향으로 이송시키기 위하여, a) 그 일단이 고정되는 압전소자와, b) 상기 압전소자의 타단에 부착되고 상기 압전소자의 길이방향에 직교하는 방향으로 휨 가능한 조인트부; 및 c) 상기 조인트부에 형성되어 상기 피구동체와 접촉하는 마찰팁;으로 이루어지는 압전 구동기; 및 상기 압전 구동기의 마찰팁에 상기 피구동체를 향해 가압력을 발생시키기 위하여, 상기 마찰팁과 직접 접촉하는 탄성부재를 포함한다.

압전소자, 압전 구동기, 조인트부, 휨 가능, 강성, 렌즈 이송 장치

Description

압전 구동기 및 이를 포함하는 렌즈 구동 장치{PIEZOELECTRIC ACTUATOR AND LENS DRIVING APPARATUS THEREWITH}

도 1은 종래기술에 의한 렌즈 구동 장치에 관한 것으로,

도 1a는 캠을 이용하여 렌즈를 이동시키는 줌 렌즈 배럴에 관한 단면도.

도 1b는 스크류를 이용하여 렌즈를 이동시키는 카메라의 줌 렌즈 메커니즘에 관한 단면도.

도 2는 종래기술에 의한 압전 구동기의 일례로서, 카메라에 장착되는 줌 렌즈의 구동에 응용되는 구동장치에 관한 분해도.

도 3은 본 발명에 의한 압전 구동기의 개념도.

도 4는 도 3에 도시된 압전 구동기의 개념도에 의하여 구성 가능한 압전 구동기의 형상에 대한 다양한 실시예를 나타내는 도면.

도 5는 본 발명에 의한 압전 구동기를 포함하는 렌즈 구동 장치의 개념도.

도 6은 본 발명에 의한 압전 구동기에 인가되는 구동파형을 나타내는 그래프.

도 7은 도 6에 의한 구동 파형에 의하여 작동되는 렌즈 구동 장치의 동작 원 리를 나타내는 도면.

도 8은 카메라 모듈에 적용된 본 발명에 의한 렌즈 구동 장치의 예시도.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

100 : 압전 구동기 200 : 렌즈 구동 장치

1 : 압전소자 2 : 조인트부

3 : 마찰팁 4 : 탄성부재

5 : 피구동체 6 : 베이스

7 : 이미지센서

본 발명은 압전 구동기 및 이를 포함하는 렌즈 구동 장치에 관한 것으로서, 압전소자를 이용하여 정밀 기기 특히 카메라 등과 같은 광학기기 중 렌즈부를 광축방향으로 정밀하고 신뢰성 높게 구동하기 위한 압전 구동기 및 이를 포함하는 렌즈 구동 장치에 관한 것이다.

일반적으로 광학기구는 캠이나 스크류 또는 압전소자를 포함하는 압전 구동기 등을 이용하여 렌즈를 구동시키는 렌즈구동장치를 포함하고 있다. 이때, 상기 렌즈구동장치는 동력을 발생시키는 수단으로 모터나 압전 구동기들을 사용하고 동력을 전달하는 수단으로 캠이나 스크류 등을 사용한다. 따라서, 렌즈구동장치는 구동력에 의해 렌즈를 구동시켜 렌즈의 상대거리를 변화시킴으로써 접사 기능, 광학 줌(zooming)기능 또는 초점조절(focusing)기능을 구현하도록 구성된다.

도 1a에는 캠을 이용하여 렌즈를 이동시키는 줌 렌즈 배럴(10)이 도시되어 있다.

상기 줌 렌즈 배럴(10)은 경통(12,14,16)에 형성된 캠곡선을 따라 각 렌즈군(12a,14a,16a)들이 줌 또는 초점거리에 맞는 상대거리를 유지하기 위해 이동하도록 구성된다. 이러한 구조는 작동시 캠곡선의 형상에 의해 각 렌즈군(12a,14a,16a)들의 상대적 위치가 용이하게 결정되며 그 구동원으로 전자기 방식의 모터를 이용한다.

이때, 상기 줌 렌즈 배럴(10)은 다수개의 감속 기어를 구비하고 있고, 캠곡선을 따라 움직이는 경통의 회전운동을 직선운동으로 변환시키도록 구성되므로 그 구조가 복잡하다는 문제점이 있다.

또한, 상술한 렌즈 구동장치는 다수개의 감속기어가 구비되므로 소형화가 어렵고, 전자기 방식의 모터를 사용하므로 많은 동력이 소요되며, 렌즈 구동에 대한 분해능이 낮다는 문제점이 있다.

한편, 도 1b에는 스크류를 이용하여 렌즈를 이동시키는 카메라의 줌 렌즈 메커니즘이 도시되어 있다.

즉, 카메라 바디(22)에는 피사체 측에 고정 렌즈군(22a)이 결합되어 있고, 내부에는 수납 공간이 형성되어 있다. 이 수납 공간에는 전자기 방식의 모터(24)가 설치되어 있으며, 이 모터(24)의 축부에는 안내 스크류(24a)가 결합되어 있다. 상기 안내 스크류(24a)의 외주에는 동력 전달부재(26)가 결합되어 있으며, 이 동력 전달부재(26)의 일측에는 렌즈 배럴(28)이 결합되어 있다. 또한, 상기 렌즈 배럴(28)에는 이동 렌즈군(28a)이 결합되어 있고, 상기 배럴(28)은 카메라 바디(22)의 내부에 광축 방향으로 결합된 가이드 샤프트(29)에 의해 광축 방향으로 이동할 수 있도록 결합되어 있다. 따라서, 모터(24)가 작동하면 안내 스크류(24a)가 회전하고 상기 안내 스크류(24a)가 회전함에 따라 동력 전달부재(26)가 광축 방향으로 이동하게 된다. 상기 동력 전달부재(26)가 광축방향으로 이동하면 상기 배럴(28)은 상기 가이드 샤프트(29)에 의해 안내되며 역시 광축 방향으로 이동하여 줌기능이 구현된다.

그러나, 상기 카메라의 줌 렌즈 메커니즘(20)도 전자기 방식의 모터를 사용하기 때문에 다수개의 감속 기어가 필요하고 이로 인해 소형화가 곤란하다. 또한, 상기 모터로부터 발생되는 전자기파의 발생을 제거할 수 없을 뿐만 아니라 구동의 분해능이 낮아 정밀한 제어가 어렵다는 문제점이 있다.

한편, 상술한 방식들의 문제점을 해결하고자 압전소자를 구비한 압전 구동기를 이용하여 렌즈를 이동시키는 렌즈 구동장치가 개발되어 일본국 특개평 4-69070 공보, 특개소 63-11074 공보, 미국 특허공보 제5589723호 등에 이미 개시되어 있으며, 도 2는 이러한 종래기술에 의한 압전 구동기의 일례로서, 카메라에 장착되는 줌 렌즈의 구동에 응용되는 구동장치를 나타낸다.

일반적으로, 압전소자는 인가된 전기장에 대하여 변위(strain)를 발생시키거나 응력(stress)에 대하여 전압을 발생시키는 재료로서, 이러한 압전소자로 구성되는 압전 스테이터는 수십 ~ 수백 kHz의 공진주파수에서 구동하며, 적층 또는 변위확대 구조를 통해 증폭된 변위를 로터(rotor)에 전달할 수 있다. 이러한 압전소자는 그 자체를 진동자로 사용하거나 특정 형상을 갖는 구조물과 결합시켜 사용하게 된다. 이러한 압전 소자를 이용하는 압전 초음파 모터는, 진행파, 표면파 또는 써핑(surfing) 타입 모터라고도 불리우며, 이는 일정 위상차를 갖는 두개의 구동파를 중첩시키는 원리를 통하여 구동된다.

그러나, 상술한 바와 같은 압전 구동기가 최근에 많이 개발되고 연구되었음에도 불구하고 여전히 다음과 같은 문제점을 포함하고 있다.

즉, 압전 구동기에 있어서의 구동 방법은 압전 구동기와 피구동체(moving body) 사이의 마찰에 기초한다. 이러한 마찰을 제어하기 위하여 스프링과 같은 탄성수단이 일반적으로 사용되고 있으며 또는 피구동체의 자중에 의하여 마찰이 제어되고 있는 실정이며, 이와 같은 방식의 제어에서는 스프링이 상기 압전 구동기에 대하여 압력을 가하거나 상기 피구동체의 자중에 대하여 압력을 가하고 있다. 그러나, 이러한 방식은, 압전 구동기가 강성의 물질로 이루어지기 때문에 스프링의 작동이 제한될 수 밖에 없어서 마찰력에 대한 직접적인 제어 성능 또한 저하될 수 밖에 없으며, 또한 스프링이 압전 구동기에 대하여 횡방향(압전 구동기의 변위 방향에 대하여 수직하는 방향)으로의 힘 또는 모멘트를 유발하여 상기 구동기를 손상 시킬 수 있으며, 결국 상기와 같은 문제점을 해결하면서 피구동체와 압전 구동기 사이의 위치 오차를 최소화하여 반복성과 신뢰성 있는 결과를 얻기 위하여는, 고차원 및 고비용의 기계가공과 조립공정이 요구되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 피구동체와 압전 구동기 사이의 마찰력에 대한 직접적인 제어가 가능하여 피구동체의 위치 오차를 최소화하고, 신뢰성과 강인성을 구비하면서도 제조공정이 간단하여 제조 수율을 향상시킬 수 있는 압전 구동기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 렌즈부를 포함하는 피구동체와 압전 구동기 사이의 마찰력에 대한 직접적인 제어가 가능하여 렌즈의 위치 오차를 최소화하고, 신뢰성과 강인성을 구비하면서도 제조공정이 간단하여 제조 수율을 향상시킬 수 있는 렌즈 구동 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 압전 구동기는, 압전소자; 상기 압전소자의 일단에 부착되고, 상기 압전소자의 길이방향에 직교하는 방향으로 휨가능한 조인트부(Compliant Joint); 및 상기 조인트부에 형성된 마찰팁(Friction Tip)을 포함한다.

여기서, 상기 압전소자는 그 길이 방향으로 변위(displacement)를 발생시키고, 상기 조인트부는 상기 압전소자에 의한 변위 방향으로의 강성(stiffness)이 상기 변위에 직교하는 방향으로의 강성보다 큰 것을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 조인트부는, 그 중앙부에서 두께가 얇은 형상을 갖는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 마찰팁은, 상기 조인트부의 단부측 단면부에 형성되거나, 상기 조인트부의 단부측 상면부에 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마찰팁은, 상기 조인트부의 단부측에 별개의 부재로 형성되어 서로 부착되거나, 상기 조인트부와 일체의 부재로 형성된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 조인트부와 마찰팁은 서로 동일한 재질로 형성되거나, 서로 다른 재질로 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 재질은, 흑연복합재료, 유리, 세라믹, 메탈 및 플라스틱으로 구성되는 그룹 중 어느 하나의 물질에 해당하는 것이 바람직하다.

한편, 상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 렌즈 구동장치는, 렌즈를 포함하는 피구동체; 상기 피구동체를 광축 방향으로 이송시키기 위하여, a) 그 일단이 고정되는 압전소자와, b) 상기 압전소자의 타단에 부착되고 상기 압전소자의 길이방향에 직교하는 방향으로 휨가능한 조인트부; 및 c) 상기 조인트부에 형성되어 상기 피구동체와 접촉하는 마찰팁;으로 이루어지는 압전 구동기; 및 상기 압전 구동기의 마찰팁에 상기 피구동체를 향해 가압력을 발생시키기 위하여, 상기 마찰팁과 직접 접촉하는 탄성부재를 포함한다.

여기서, 상기 압전 구동기의 압전소자는 그 길이 방향으로 변위를 발생시키고, 상기 조인트부는 상기 압전소자에 의한 변위 방향으로의 강성이 상기 변위에 직교하는 방향으로의 강성보다 큰 것을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 압전 구동기의 조인트부는, 그 중앙부에서 두께가 얇은 형상을 갖는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 압전 구동기의 마찰팁은, 상기 조인트부의 단부측 단면부에 형성되거나, 상기 조인트부의 단부측 상면부에 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압전 구동기의 마찰팁은 상기 조인트부의 단부측에 별개의 부재로 형성되어 서로 부착되거나, 상기 조인트부와 일체의 부재로 형성된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 압전 구동기의 조인트부와 마찰팁은 서로 동일한 재질로 형성되거나, 서로 다른 재질로 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 재질은, 세라믹, 메탈 및 플라스틱으로 구성되는 그룹 중 어느 하나의 물질에 해당하는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 마찰팁과 접촉하는 피구동체 부분에, 상기 마찰팁과 동일한 재질의 물질이 부착 또는 코팅된 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 탄성부재는 상기 압전 구동기의 압전소자 변위 방향에 직교하는 방향으로 상기 마찰팁에 일정 압력을 인가하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

압전 구동기

도 3은 본 발명에 의한 압전 구동기(100)의 개념도이며, 도 4는 이러한 압전 구동기(100)의 개념도에 의하여 구성 가능한 구체적인 압전 구동기(100)의 형상에 대한 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 압전 구동기(100)의 기본 개념은, 탄성력을 구비한 스프링과 같은 가압수단의 작동과 압전소자의 구동을 서로 디커플링(decoupling), 즉 분리하는데 그 기초를 두고 있다.

이를 위하여, 압전 구동기(100)는, 압전소자(1)와, 상기 압전소자(1)의 일단에 부착되고 상기 압전소자(1)의 길이방향에 직교하는 방향으로 휨가능한 조인트부(Compliant Joint : 2)와, 상기 조인트부(2)에 형성된 마찰팁(Friction Tip : 3)을 포함한다.

압전소자(1)는 일반적으로 PZT(lead zirconate titanate), 또는 기타 압전 물질로 구성될 수 있다. 전위(electric potential)를 인가하기 위하여 상기 압전소자(1)의 표면에 은, 금, 백금 등과 같은 전도성 전극이 형성된다. 이러한 전위가 압전소자(1)의 변형을 야기한다. 상기 압전소자(1)는 그 일단이 고정되며 그 타단은 자유단으로서 역할을 하게 되는데, 상기 고정단은 에폭시, 납땜 또는 기타 접합방법에 의하여 기준면에 고정 설치될 수 있으며 이러한 고정은 클램프 등과 같은 장치에 의하여 고정될 수도 있다. 이러한 배열로 인하여 상기 압전소자(1)의 전도성 전극에 소정의 전위가 인가될 경우 상기 압전소자(1)의 자유단은 미세한 변위확대 등의 운동을 반복할 수 있게 된다.

상기 압전소자(1)에 인가되는 전위는 도 6에 도시된 바와 같은 파형을 갖도록 하여, 관성효과(inertial effect)에 의하여 후술하는 피구동체를 소정 방향으로 미세한 양만큼씩 구동되도록 한다.

구체적으로는 후술하겠지만, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 전위는, 일반적인 관성 장치에 사용되는 비대칭 신호(asymmetric signal)인 완만한 상승부(A)와 급속한 하강부(B)로 구성되는 파형을 갖는 구동펄스 형태로 상기 압전소자(1)에 인가된다. 상기 완만한 상승부에 해당하는 신호가 인가될 경우에는 상기 압전소자(1)에 부착된 마찰팁(3)의 가속도가 충분히 작아서 상기 마찰팁(3)이 피구동체의 증분적 이송운동을 효과적으로 가능하게 하는 반면, 상기 급속한 하강부에 해당하는 신호가 인가될 경우에는 상기 압전소자(1)에 부착된 마찰팁(3)의 가속도가 임계치 이상이 되어 상기 마찰팁(3)이 피구동체를 원 상태로 이송시키지 않으면서 상기 압전소자(1)의 원 위치로 돌아오게 된다. 이러한 반복적인 신호의 인가에 의하여 상기 압전소자(1)의 길이방향으로의 변위가 팽창 및 수축하는 운동을 반복적으로 하게 되고, 상기 운동이 반복됨에 의하여 소정 방향으로 피구동체를 미세 구동시킬 수 있게 된다.

조인트부(2)(Compliant Joint)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 압전소자(1)와 마찰팁(3) 사이에 위치하며, 상기 압전소자(1)의 변위 방향 즉, 압전소자(1)의 길이방향에 직교하는 방향으로 휨 가능한 부재로 구성된다. 상기 조인트부(2)는 탄성력을 구비한 스프링과 같은 가압수단의 작동과 압전소자(1)의 구동을 서로 디커플링(decoupling)하는 역할을 한다.

여기서, 상기 압전소자(1)가 그 길이 방향으로 변위를 발생시킬 경우, 상기 조인트부(2)는 상기 압전소자(1)에 의한 변위 방향으로의 강성(stiffness)이 상기 변위에 직교하는 방향으로의 강성보다 큰 것을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 조인트부(2)로 인하여 마찰팁(3)으로 상기 압전소자(1)의 변위를 효과적으로 전달하면서 상기 변위에 직교하는 방향으로 마찰팁(3)을 이동시킬 수 있게 된다. 또한, 종래기술에 있어서 스프링이 압전 구동기의 변위 방향에 대하여 수직하는 방향으로 힘 또는 모멘트를 유발하여 상기 구동기를 손상시키는 문제점을 해결할 수 있게 된다.

상기 조인트부(2)는, 마찰팁(3)과 서로 동일한 재질로 형성되거나, 또는 서로 다른 재질로 형성될 수 있는데, 흑연복합재료, 유리, 세라믹, 메탈 및 플라스틱으로 구성되는 그룹 중 어느 하나의 물질에 해당하는 재질을 선택하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 조인트부(2)를 상술한 바와 같은 휨 가능 부재로 형성하기 위하여 도 4에 도시한 바와 같은 다양한 형상으로 조인트부(2)를 구성할 수 있다. 즉, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 전체가 두께가 얇도록 가늘게 형성한 바(bar)를 조인트부(2)로 사용할 수 있으며, 도 4 (b) 내지 (d)에 도시된 바와 같이 조인트부(2)의 중앙부에서 두께가 얇은 형상을 갖도록 가공한 바를 조인트부(2)로 사용할 수 있다. 비록 도 4에 이러한 본 발명에 의한 조인트부 형상을 예시적으로 도시하였으나 반드시 이러한 형상에 한정되는 것은 아님은 자명하다.

한편, 마찰팁(3)은 상기 압전소자(1)와 조인트부(2)의 연결 단부에 반대되는 방향의 단부에 부착되는데, 구체적으로 도 4 (a) 내지 (d)에 도시된 바와 같이 상기 조인트부(2)의 단부측 단면부에 형성되거나, 도 4 (e) 내지 (f)에 도시된 바와 같이 상기 조인트부(2)의 단부측 측면인 상면부에 형성될 수 있다. 여기서 상면부라 함은 피구동체와 마찰 계면을 형성하는 측면을 의미한다.

마찰팁(3)(Friction Tip)은 상기 압전소자(1)의 일단부에 부착된 조인트부(2)의 단부측에 형성되어, 피구동체와의 마찰에 의하여 상기 피구동체를 소정방향으로 이송시키는 역할을 한다.

상기 마찰팁(3)은 구체적인 상황에 따라 다르겠지만, 일반적으로 흑연복합재료, 유리, 세라믹, 메탈 및 플라스틱 중 어느 하나의 재질로 이루어진다.

또한 이러한 마찰팁(3)은 도 4에 도시된 바와 같은 위치에 형성될 수 있으며, 상기 조인트부(2)의 단부측에 별개의 부재로 형성되어 서로 부착되거나, 또는 상기 조인트부(2)와 일체의 부재로 형성될 수 있다.

도 4의 (e) 및 (f)에 도시된 바와 같이 마찰팁(3)이 상기 조인트부(2)의 단부측 측면인 상면부에 형성될 경우에는, 상기 마찰팁(3)은 삼각형 단면을 갖는 삼각기둥 또는 반원형 단면을 갖는 반원기둥으로 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 마찰팁과 조인트부의 형상 및 그 조합에 있어서는 반드시 도 4에 도시된 경우에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 휨 가능한 조인트부(2)를 경유하여 마찰팁(3)이 형성되고, 상기 마찰팁(3)에 직접 스프링 등과 같은 탄성부재에 의한 압력이 인가되므로, 가압수단의 작동과 압전소자(1)의 구동을 서로 디커플링(decoupling)하여 마찰력을 보다 효율적으로 제어할 수 있게 된다.

렌즈 구동 장치

도 5는 앞서 설명한 본 발명에 의한 압전 구동기(100)를 포함하는 렌즈 구동 장치(200)의 개념도이며, 도 6은 상기 렌즈 구동 장치(200)를 구동시키기 위하여 압전 구동기(100)에 인가되는 구동파형을 나타내는 그래프이며, 도 7은 상기 도 6에 의한 구동 파형에 의하여 작동되는 렌즈 구동 장치(200)의 동작 원리를 나타내는 도면이며, 도 8은 카메라 모듈에 적용된 렌즈 구동 장치(200)의 예시도를 나타낸다.

도 5 및 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 렌즈 구동 장치(200)는, 크게, 렌즈를 포함하는 피구동체(5)와, 상기 피구동체(5)를 광축 방향을 따라 구동시키기 위한 압전 구동기(100)와, 상기 압전 구동기와 피구동체 사이에 마찰력을 인가하기 위한 탄성부재(4)에 의하여 작동된다.

피구동체(5)는, 일반적으로 복수의 렌즈가 내부에 장착된 렌즈배럴에 해당한다. 상기 렌즈배럴은 렌즈 홀더(lens holder)의 기능을 하며 통상적으로 폴리카보네이트(polycarbonate) 등과 같은 수지에 의해 형성되고, 어퍼처(aperture) 및 집광렌즈 등이 설치된다. 어퍼처는 집광렌즈를 통과하는 빛의 통로를 규정하고, 집광렌즈는 어퍼처를 통과한 빛을 이미지센서 소자(7)의 수광부에 수광하도록 한다.

한편, 상기 피구동체(5)는 상기 렌즈배럴 및 상기 렌즈배럴과 결합하여 함께 광축 방향으로 구동되는 무버(Mover)를 포함할 수도 있다. 무버가 렌즈배럴과 결합한 경우, 상기 압전 구동기의 마찰팁(3)은 상기 무버와 접촉하여 마찰력에 의하여 결합체가 이송되게 된다.

여기서, 상기 마찰팁(3)과 접촉하는 피구동체(5) 부분에, 상기 마찰팁(3)과 동일한 재질의 물질(도 8의 도면부호 5a 참조)을 부착 또는 코팅하여, 마찰효과를 상승시키는 것이 더욱 바람직하다.

압전 구동기(100)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 피구동체(5)를 광축 방향을 따라 이송시키기 위하여, 그 일단이 지지부재에 해당하는 베이스(6)에 고정되는 압전소자(1)와, 상기 압전소자(1)의 타단에 부착되고 상기 압전소자(1)의 길이방향에 직교하는 방향으로 휨가능한 조인트부(2)와, 상기 피이송체(5)를 향하는 방향으로 돌출되도록 상기 조인트부(2)에 형성되어 상기 피구동체(5)와 접촉하는 마찰팁(3)으로 구성되며, 그 구체적인 구성 등에 대하여는 앞서 설명한 바와 같으므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

탄성부재(4)는 상기 압전 구동기(100)의 압전소자(1) 변위 방향에 직교하는 방향으로 상기 마찰팁(3)에 직접 일정 압력을 인가하는 가압수단으로서, 피구동체(5)의 마찰면과 마찰팁(3) 사이에 인가되는 가압력을 제어하는 역할을 한다. 즉, 상기 탄성부재(4)의 일단은 고정부재(8)에 고정되어 있고 그 타단은 상기 마찰팁(3)에 직접적으로 접촉하는 구조로 되어 있다. 이와 같이 상기 압전 구동기(100)는 휨 가능한 조인트부(2)를 경유하여 마찰팁(3)이 형성되고 상기 마찰팁(3)에 직접 탄성부재(4)에 의한 압력이 인가되므로, 가압수단의 작동과 압전소자의 구동이 서로 디커플링(decoupling)된 구조로 인하여 가압수단에 의한 마찰력을 직접적으로 제어할 수 있게 된다. 이러한 직접적인 마찰력의 제어는 렌즈 구동위치의 오차를 줄일 수 있어 별도의 오차 제거 장치를 구비하지 않아도 되므로 제품 단가 및 생산성의 향상을 도모할 수 있는 이점이 있다.

한편, 상기 탄성부재(4)는 상기 압전 구동기(100)의 길이방향으로의 변위에 중대한 영향 또는 저항을 가하지 않을 만큼의 탄성계수를 갖는 것이 바람직하다.

상기 탄성부재(4)는, 스파이럴 구조로 형성된 금속 등의 탄성 재질로 이루어 질 수 있으며 보다 콤팩트한 구조를 달성하기 위하여는 판 스프링이 사용될 수도 있다. 또한 연성 폴리머(soft polymer) 또는 고무와 같은 다른 재질로도 본 발명에 적용 가능한 탄성부재를 구현할 수 있다.

한편, 구체적으로 도면 등에는 도시되어 있지 않지만, 안정적으로 광축 방향으로 피구동체를 이송시키기 위하여 통상적으로 사용되는 가이드가 추가될 수도 있다.

이하, 본 발명에 의한 렌즈 구동 장치(200)의 작동에 대하여 도 6 및 도 7을 참조하여 설명하도록 한다.

상기 압전 구동기(100)의 압전소자(1)에 인가되는 전위는 도 6에 도시된 바와 같은 파형을 갖도록 하여, 관성효과(inertial effect)에 의하여 피구동체(5)를 소정 방향으로 미세한 양만큼씩 구동되도록 한다.

즉, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 완만한 상승부(A)와 급속한 하강부(B)로 구성되는 비대칭 파형을 갖는 구동펄스를 상기 압전소자(1)에 인가된다.

상기 완만한 상승부(A)에 해당하는 신호가 인가될 경우에는 상기 압전소자(1)가 서서히 팽창하는 변위가 발생되고 이러한 변위 발생에 의한 마찰팁(3)의 가속도가 충분히 작게 되어, 상기 마찰팁(3)이 마찰력에 의하여 피구동체(5)를 이송시킬 수 있게 된다.

반면, 상기 급속한 하강부(B)에 해당하는 신호가 인가될 경우에는 상기 압전소자(1)가 빠르게 수축하는 변위가 발생되고 이러한 변위 발생에 의한 마찰팁(3)의 가속도가 임계치 이상이 되어, 상기 마찰팁(3)이 피구동체(5)를 원 상태로 이송시키지 못하면서 상기 압전소자(1)는 초기 상태의 크기로 돌아오게 된다.

이러한 반복적인 신호의 인가에 의하여 상기 압전소자(1)의 길이방향으로의 변위가 팽창 및 수축하는 운동을 반복적으로 하게 되고, 상기 운동이 반복됨에 의하여 소정 방향으로 피구동체(5)를 점진적으로 미세 이송시킬 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니며 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 압전 구동기 및 렌즈 구동 장치에 의하면, 가압수단의 작동과 압전소자의 구동이 서로 디커플링(decoupling)된 구조로 인하여 가압수단에 의한 마찰력을 직접적으로 신뢰성 있게 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 이러한 직접적인 마찰력의 제어는 렌즈 구동위치의 오차를 줄일 수 있어 별도의 오차 제거 장치를 구비하지 않아도 되므로 제품 단가 및 생산성의 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 종래기술에 있어서 스프링이 압전 구동기의 변위 방향에 대하여 수직하는 방향으로 힘 또는 모멘트를 유발하여 상기 구동기를 손상시키는 문제점을 해결하여 견고한 압전 구동기를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (22)

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11. 렌즈를 포함하는 피구동체;

    상기 피구동체를 광축 방향으로 구동시키기 위하여,

    a) 그 일단이 고정되는 압전소자와,

    b) 상기 압전소자의 타단에 부착되고 상기 압전소자의 길이방향에 직교하는 방향으로 휨가능한 조인트부; 및

    c) 상기 조인트부에 형성되어 상기 피구동체와 접촉하는 마찰팁;

    으로 이루어지는 압전 구동기; 및

    상기 압전 구동기의 마찰팁에 상기 피구동체를 향해 가압력을 발생시키기 위하여, 상기 마찰팁과 직접 접촉하는 탄성부재;

    를 포함하는 렌즈 구동 장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 압전 구동기의 압전소자는 그 길이 방향으로 변위(displacement)를 발생시키고, 상기 조인트부는 상기 압전소자에 의한 변위 방향으로의 강성(stiffness)이 상기 변위에 직교하는 방향으로의 강성보다 큰 것을 특징으로 하는 렌즈 구동 장치.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,

    상기 압전 구동기의 조인트부는, 그 중앙부에서 두께가 얇은 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 렌즈 구동 장치.
14. 제11항 또는 제12항에 있어서,

    상기 압전 구동기의 마찰팁은, 상기 조인트부의 단부측 단면부에 형성된 것을 특징으로 하는 렌즈 구동 장치.
15. 제11항 또는 제12항에 있어서,

    상기 압전 구동기의 마찰팁은, 상기 조인트부의 단부측 상면부에 형성된 것을 특징으로 하는 렌즈 구동 장치.
16. 제11항에 있어서,

    상기 압전 구동기의 마찰팁은 상기 조인트부의 단부측에 별개의 부재로 형성되어 서로 부착된 것을 특징으로 하는 렌즈 구동 장치.
17. 제11항에 있어서,

    상기 압전 구동기의 마찰팁은 상기 조인트부와 일체의 부재로 형성된 것을 특징으로 하는 렌즈 구동 장치.
18. 제11항에 있어서,

    상기 압전 구동기의 조인트부와 마찰팁은 서로 동일한 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 렌즈 구동 장치.
19. 제11항에 있어서,

    상기 압전 구동기의 조인트부와 마찰팁은 서로 다른 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 렌즈 구동 장치.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서,

    상기 재질은, 흑연복합재료, 유리, 세라믹, 메탈 및 플라스틱으로 구성되는 그룹 중 어느 하나의 물질에 해당하는 것을 특징으로 하는 렌즈 구동 장치.
21. 제11항에 있어서,

    상기 마찰팁과 접촉하는 피구동체 부분에, 상기 마찰팁과 동일한 재질의 물질이 부착 또는 코팅된 것을 특징으로 하는 렌즈 구동 장치.
22. 제11항에 있어서,

    상기 탄성부재는 상기 압전 구동기의 압전소자 변위 방향에 직교하는 방향으로 상기 마찰팁에 일정 압력을 인가하는 것을 특징으로 하는 렌즈 구동 장치.

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