KR100777636B1 - 구동장치, 촬상장치 및 휴대전화 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압전소자의 후단부의 더미층을 이용함으로써, 압전소자의 후단면이 전단면보다 변위하는 것을 방지할 수 있어, 제조면에서 뛰어난 구동장치를 제공하고, 그 구동장치를 탑재한 촬상장치 및 휴대전화를 제공하는 것을 과제로 한다.
압전소자(14)의 신축방향의 일단에 구동막대(18)을 부착하고, 그 구동막대(18)에 피구동부재(20)을 마찰 결합해서 구성되어, 압전소자(14)의 무게중심(G)이 신축방향에 있어서 신축부의 기하학적 중심위치(C)보다 타단측에 위치하고 있다. 이것에 의해, 압전소자(14)의 신축시에 그 일단측을 타단측보다 크게 변위시킬 수 있어, 피구동부재(20)를 효율적으로 이동시킬 수 있다.

Description

구동장치, 촬상장치 및 휴대전화{DRIVING MECHANISM, IMAGING MECHANISM AND CELLULAR PHONE}
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 구동장치의 개요를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 구동장치의 구성을 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1의 구동장치에 있어서 압전소자에 인가되는 구동펄스의 파형도이다.
도 4는 도 1의 구동장치의 동작을 나타내는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시형태에 따른 구동장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시형태에 따른 구동장치를 나타내는 개요 구성도이다.
도 7은 도 6의 구동장치에 있어서의 검출기의 설명도이다.
도 8은 도 6의 구동장치에 있어서의 검출기의 설명도이다.
도 9는 도 6의 IX-IX에 있어서의 피구동부재의 단면도이다.
도 10은 도 6의 구동장치에 있어서의 구동회로를 나타내는 회로도이다.
도 11은 도 10의 구동회로에 입력되는 입력신호의 파형도이다.
도 12는 도 10의 구동회로로부터 출력되는 출력신호의 파형도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10…구동장치 11…이동 렌즈
12…본체 14…압전소자
14C…더미층 18…구동막대
20…피구동부재
본 발명은, 구동장치, 그 구동장치를 구비한 촬상장치 및 휴대전화에 관한 것으로서, 특히 카메라의 쥼렌즈나 포커스 렌즈를 구동하는 구동장치, 그 구동장치를 구비한 촬상장치 및 휴대전화에 관한 것이다.
디지털 카메라 등의 렌즈부의 구동장치로서 압전소자를 사용한 액츄에이터가 있다. 예를 들면 특허문헌 1의 액츄에이터는, 압전소자의 신축방향의 전단면에 구동막대가 고착되고, 압전소자의 후단면이 장치 본체에 고정된다. 구동막대에는 렌즈의 유지 프레임이 슬라이드 가능하게 지지되어 있고, 유지 프레임은 판스프링의 가압력을 이용해서 구동막대에 마찰 결합된다. 압전소자에는 대략 톱니형상의 파형을 한 구동펄스가 인가되어, 압전소자는 신장방향과 수축방향으로 다른 속도로 변형된다. 예를 들면 압전소자가 완만하게 변형되면 유지 프레임은 구동막대와 함께 이동한다. 반대로, 압전소자가 빠르게 변형되면 유지 프레임은 그 질량의 관성에 의해 같은 위치에 멈춘다. 따라서, 압전소자에 대략 톱니형상의 파형을 한 구동펄스를 반복해서 인가함으로써, 렌즈를 미세한 피치로 간헐적으로 이동시킬 수 있다.
(특허문헌 1) 일본 특허 제2633066호
그러나, 종래의 액츄에이터는, 압전소자의 후단면이 변위되는 것을 방지하기 위해서, 후단면을 장치 본체에 강고하게 고정할 필요가 있고, 그 고정구조 때문에 장치가 대형화된다고 하는 문제가 있었다.
또한 압전소자의 후단면을 고정하는 대신에 후단면에 추부재를 부착하여, 후단면이 전단면보다 변위되는 것을 방지하는 방법이 고려된다. 그러나, 이 방법은, 추부재를 별도로 설치할 필요가 있을 뿐만 아니라, 추부재와 압전소자의 결합에 고강성이 필요하게 된다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 전기기계 변환소자의 신축시에 구동마찰부재를 부착한 일단측을 크게 변위시켜서 피구동부재를 효율적으로 이동시킬 수 있어, 제조성이 좋은 구동장치, 그러한 구동장치를 사용한 촬상장치 및 휴대전화를 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 구동장치는, 전기기계 변환소자와, 상기 전기기계 변환소자의 신축방향의 일단에 부착된 구동마찰부재와, 상기 구동마찰부재에 마찰 결합된 피구동부재를 구비한 구동장치에 있어서, 상기 전기기계 변환소자는, 신축 동작하는 신축부의 적어도 타단측에 형성된 신축에 기여하지 않는 더미층을 구비하고, 상기 더미층을 포함하는 상기 전기기계 변환소자 전체의 무게중심이, 신축방향에 있어서 상기 신축부의 기하학적 중심위치에 일치하고 있지 않은 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전기기계 변환소자 전체의 무게중심 위치가 신축방향에 있어서 신축부의 기하학적 중심위치와 일치하고 있지 않음으로써, 전기기계 변환소자의 신축시에 그 일단측을 크게 변위시킬 수 있고, 피구동부재를 효율적으로 이동시킬 수 있다.
또 본 발명에 따른 구동장치에 있어서, 상기 더미층을 포함하는 상기 전기기계 변환소자 전체의 무게중심이, 신축방향에 있어서 상기 신축부의 기하학적 중심위치보다 타단측에 위치하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 전기기계 변환소자의 무게중심이 신축방향에 있어서 신축부의 기하학적 중심위치보다 타단측에 위치하고 있음으로써, 전기기계 변환소자의 신축시에 그 일단측을 타단측보다 크게 변위시킬 수 있어, 피구동부재를 효율적으로 이동시킬 수 있다.
또 본 발명에 따른 구동장치는, 전기기계 변환소자와, 상기 전기기계 변환소자의 신축방향의 일단에 부착된 구동마찰부재와, 상기 구동마찰부재에 마찰 결합된 피구동부재를 구비한 구동장치에 있어서, 상기 전기기계 변환소자는, 신축 동작하는 신축부의 적어도 타단측에 형성된 신축에 기여하지 않는 더미층을 구비하고, 상기 더미층의 중량을 M, 상기 구동마찰부재의 중량을 M1, 상기 피구동부재와 상기 구동마찰부재의 결합력을 M2, 상기 피구동부재와 상기 구동마찰부재의 마찰계수를 μ이라고 했을 때에, M1≤M≤（M1+μM2)의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 구동장치는, 전기기계 변환소자와, 상기 전기기계 변환소자의 신축방향의 일단에 부착된 구동마찰부재와, 상기 구동마찰부재에 마찰 결합된 피구동부재를 구비한 구동장치에 있어서, 상기 전기기계 변환소자는, 신축 동작하는 신축부의 적어도 타단측에 형성된 신축에 기여하지 않는 더미층을 구비하고, 상기 더미층의 신축방향의 길이를 L1, 상기 전기기계 변환소자의 신축방향의 길이를 L이라고 했을 때에, L/8≤L1≤L/2의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 한다.
이들 발명에 의하면, 상기 관계를 만족시키는 더미층을 형성함으로써, 더미층이 전기기계 변환소자의 후단면의 변위를 억제하는 추부재로서의 역할을 하여, 전기기계 변환소자의 후단면의 변위량이 전단면의 변위량보다 커지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 전기기계 변환소자의 전단면에 부착한 구동마찰부재를 통해서 피구동부재를 정밀도 좋게 이동시킬 수 있다. 또한 전기기계 변환소자의 후단부에 일체적으로 형성되는 더미층을 추부재로서 이용했으므로, 추부재를 별도 설치해서 결합시킬 필요가 없어, 장치구성을 간략화 할 수 있다.
또 본 발명에 따른 구동장치에 있어서, 상기 전기변환소자는, 그 신축방향에 대하여 옆쪽으로부터 케이스체에 지지되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 전기변환소자의 타단은, 상기 케이스체에 지지되어 있지 않고 자유단으로 되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 전기기계 변환소자의 신축에 의한 진동이 케이스체측에 전달되기 어렵기 때문에, 그 신축에 의한 공진을 방지할 수 있다.
또 본 발명에 따른 구동장치에 있어서, 상기 전기기계 변환소자는, 그 일단이 케이스체에 지지되어 있는 것이 바람직하다.
또 본 발명에 따른 구동장치에 있어서, 상기 전기기계 변환소자는, 상기 케이스체에 대하여 탄성 지지되어 있는 것이 바람직하다.
또 본 발명에 따른 촬상장치는, 상기 피구동부재에 연결된 광학부재를 상술한 어느 하나에 기재된 구동장치에 의해 이동시키는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 휴대전화는, 상술한 어느 하나에 기재된 구동장치 또는 상술한 촬상장치를 구비해서 구성된다.
이하 첨부된 도면에 따라서 본 발명에 따른 구동장치, 촬상장치 및 휴대전화의 바람직한 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.
(제1실시형태)
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 구동장치를 나타내는 사시도이며, 도 2는 그 구성을 모식적으로 나타내는 평면도이다.
이들 도면에 나타내는 구동장치(10)는, 휴대전화기 등의 소형 정밀기기에 탑재되어, 쥼 렌즈나 포커스 렌즈 등의 이동 렌즈(11)를 화살표(A) 방향으로 이동시키기 위한 구동장치로서 사용된다.
구동장치(10)는, 소형 정밀기기의 본체(12)에 부착되어 있고, 주로 압전소자(14), 구동막대(구동마찰부재에 상당)(18), 피구동부재(20), 및 구동펄스 공급장치(15)로 구성된다.
압전소자(14)는, 화살표(A) 방향으로 긴 직사각형상으로 형성되어 있고, 전 압을 인가함으로써 길이 방향으로 변형(신축)되도록 구성된다. 따라서, 압전소자(14)는 전압을 인가함으로써, 길이 방향의 끝면(이하, 변위면이라고 함)(14A, 14B)이 변위된다.
압전소자(14)의 변위면(14A, 14B) 중, 한쪽의 변위면(이하, 전단의 변위면이라고 함)(14A)에는 구동막대(18)의 베이스단이 고착된다. 구동막대(18)는 원기둥상으로 형성되어 있고, 그 선단은 본체(12)에 형성된 구멍(13)에 삽입통과되어, 축방향으로 슬라이드 가능하게 지지된다. 구동막대(18)의 재질은, 흑연결정을 강고하게 복합시킨 흑연결정 복합체, 예를 들면 카본 그래파이트가 사용된다.
구동막대(18)에는 피구동부재(20)가 화살표(A) 방향으로 슬라이드 가능하게 부착된다. 피구동부재(20)는 이동 렌즈(11)의 유지 프레임(21)과 일체적으로 형성된다. 유지 프레임(21)은 구동막대(18)와 평행하게 배치된 가이드 막대(도시생략)에 의해 가이드되어, 구동막대(18) 주위의 회전이 방지된다.
또한 피구동부재(20)에는 U형상의 홈(22)이 형성되고, 이 홈(22)에 구동막대(18)가 결합된다. 피구동부재(20)의 4개의 각 코너부에는 상방으로 돌출한 돌출부(24, 24…)가 형성되고, 이 돌출부(24, 24…)로 둘러싸여진 영역 내에 마찰판(26)이 설치된다. 마찰판(26)은 구동막대(18)의 측면형상에 맞춰서 원호상으로 만곡되어 형성된다. 또한 마찰판(26)의 각 코너부는 피구동부재(20)의 돌출부(24, 24…)에 맞춰서 노치되어 있다. 따라서, 마찰판(26)을 돌출부(24, 24…)로 둘러싸여진 영역 내에 배치했을 때에, 마찰판(26)이 탈락하는 것이 방지된다.
피구동부재(20)에는 누름 스프링(28)이 부착된다. 누름 스프링(28)은 마찰판 (26)을 피구동부재(20)측으로 밀도록 구성되어 있다. 따라서, 피구동부재(20)의 U형상의 홈(22)에 구동막대(18)를 배치하고, 그 위에 마찰판(26)을 배치하면, 마찰판(26)이 누름 스프링(28)에 의해 구동막대(18)에 가압되어, 마찰판(26)과 피구동부재(20)로 구동막대(18)를 협지하여 피구동부재(20)를 구동막대(18)에 마찰 결합시킬 수 있다.
마찰판(26)과 구동막대(18)의 마찰력은, 압전소자(14)에 완만한 전압변화의 구동펄스를 인가했을 때에 그 구동력보다 정지마찰력이 커지도록, 또한, 압전소자(14)에 급격한 전압변화의 구동펄스를 인가했을 때에 그 구동력보다 정지마찰력이 작아지도록 설정된다. 또, 누름 스프링(28)의 대신에 다른 가압수단, 예를 들면 압축스프링이나 고무 등의 탄성체를 이용하여 마찰판(26)을 구동막대(18)에 마찰 결합시켜도 좋다.
압전소자(14)의 후단의 변위면(14B)에는 부착부재(30)가 접착되고, 이 부착부재(30)를 통해서 압전소자(14)가 본체(12)에 지지된다. 부착부재(30)는 얇은 금속판을 굴곡시킴으로써 ㄷ자형상으로 형성되어 있고, 그 양단의 굴곡부분이 본체(12)에 끼워맞춰져 고정된다. 이와 같이 얇은 금속판으로 이루어지는 부착부재(30)에 의해 압전소자(14)를 지지했으므로, 부착부재(30)가 휨으로써 압전소자(14)의 후단의 변위면(14B)이 화살표(A) 방향으로 변위 가능하게 지지된다.
압전소자(14)의 후단부분에는, 더미층(14C)이 형성되어 있다. 더미층(14C)은 압전소자(14)의 신축에 기여하지 않는 비신축부이다. 즉, 압전소자(14) 중 신축부 (활성층)가 신축동작하는 것에 대해, 더미층(14C)은 신축 동작에 기여하지 않는다.
또한 더미층(14C)이 형성됨으로써, 압전소자(14)는 그 무게중심(G)의 위치가 신축방향에 있어서 신축부의 기하학적 중심위치(C)와 일치하고 있지 않은 것으로 되어 있다. 예를 들면 압전소자(14)의 무게중심(G)이 신축방향에 있어서 신축부의 기하학적 중심위치(C)보다 후단측에 위치하고 있다. 즉, 압전소자(14)의 후단에 더미층(14C)이 형성됨으로써 신축부의 중심위치에 대하여 압전소자(14)의 무게중심이 후단측에 위치하고 있다.
이 더미층(14C)으로서는, 예를 들면 압전소자와 동일 재질의 세라믹스가 사용된다. 또한 압전소자(14)에 차지하는 더미층(14C)의 비율로서는, 더미층(14C)의 중량을 M, 구동막대(18)의 중량을 M1, 피구동부재(20)와 구동막대(18)의 결합력을 M2, 피구동부재(20)와 구동막대(18)의 마찰계수를 μ이라고 했을 때에, M1≤M≤(M1+μM2)의 관계식을 충족시키도록 더미층(14C)이 형성된다.
압전소자(14)는 구동펄스 공급장치(15)에 전기적으로 접속되어 있고, 이 구동펄스 공급장치(15)에 의해 압전소자(14)에 전압이 인가된다.
도 3(A), 도 3(B)는 압전소자(14)에 인가하는 구동펄스의 예를 나타낸 것이다. 도 3(A)는, 도 1의 유지 프레임(21)을 화살표(A) 방향의 우측방향으로 이동시킬 때의 구동펄스이며, 도 3(B)는 도 1의 유지 프레임(21)을 화살표(A) 방향의 좌측 방향으로 이동시킬 때의 구동펄스이다. 도 3(A)의 구동펄스와 도 3(B)의 구동펄스는, 파형의 상승과 하강이 비대칭인 펄스신호이다. 도 3(A)의 구동펄스는 파형의 상승이 하강에 비해서 완만하고, 도 3(B)의 구동펄스는 파형의 하강이 상승에 비해서 완만하다.
도 3(A)의 경우, 압전소자(14)에는 시각 α1로부터 시각 α2에 걸쳐서 완만하게 상승, 시각 α3에서 급격하게 하강하는 대략 톱니형상의 구동펄스를 인가하고 있다. 따라서, 시각 α1로부터 시각 α2에서는, 압전소자(14)가 완만하게 신장한다. 그 때, 구동막대(18)가 완만한 속도로 이동하므로, 피구동부재(20)는 구동막대(18)와 함께 이동한다. 이것에 의해 피구동부재(20)를 도 1의 우측방향으로 이동시킬 수 있다. 시각 α3에서는, 압전소자(14)가 급격하게 수축되므로 구동막대(18)는 도 1의 좌측방향으로 이동한다. 그 때, 구동막대(18)가 급격하게 이동하므로, 피구동부재(20)는 관성에 의해 그 위치에 정지한 채, 구동막대(18)만이 이동한다. 따라서, 도 3(A)에 나타낸 톱니형상의 구동펄스를 반복해서 인가함으로써, 도 1의 피구동부재(20)는 우측방향으로의 이동과 정지를 반복하므로, 유지 프레임(21)을 우측방향으로 이동시킬 수 있다.
도 3(B)의 경우, 압전소자(14)에는 시각 β1로부터 시각 β2에 걸쳐서 완만하게 하강하고, 시각 β3에서 급격하게 상승하는 대략 톱니형상의 구동펄스를 인가 하고 있다. 따라서, 시각 β1로부터 시각 β2에서는, 압전소자(14)가 완만하게 수축된다. 그 때, 구동막대(18)가 완만하게 변위하므로, 피구동부재(20)는 구동막대(18)와 함께 이동한다. 이것에 의해 피구동부재(20)를 도 1의 좌측방향으로 이동시킬 수 있다. 시각 β3에서는, 압전소자(14)가 급격하게 신장하고, 구동막대(18)는 도 1의 우측방향으로 이동한다. 그 때, 구동막대(18)가 급격하게 이동하므로, 피구동부재(20)는 관성에 의해 그 위치에 정지한 채, 구동막대(18)만이 이동한다. 따라서, 도 3(B)에 나타낸 톱니형상의 구동펄스를 반복하여 인가함으로써, 도 1의 피구 동부재(20)는 좌측방향으로의 이동과 정지를 반복하므로, 유지 프레임(21)을 좌우측방향으로 이동시킬 수 있다.
상기와 같이 구성된 구동장치(10)는, 압전소자(14)의 후단의 변위면(14B)이 박판형상의 부착부재(30)에 의해 본체(12)에 부착되어 있다. 따라서, 압전소자(14)의 후단의 변위면(14B)은 도 4(A)∼도 4(C)에 나타낸 바와 같이 변위 가능하게 지지되어 있다. 즉, 도 4(A)에 나타낸 바와 같이 압전소자(14)에 전압이 인가되지 않는 상태에서, 압전소자(14)에 전압을 인가해서 신장시키면, 도 4(B)에 나타내는 바와 같이 부착부재(30)가 탄성변형해서 외측으로 휘고, 압전소자(14)의 변위면(14B)이 화살표(A)의 좌측방향으로 변위한다. 반대로, 압전소자(14)를 수축시키면, 도 4(C)에 나타내는 바와 같이 부착부재(30)가 탄성변형해서 내측으로 휘고, 압전소자(14)의 변위면(14B)이 화살표(A)의 우측방향으로 변위한다. 따라서, 압전소자(14)의 후단의 변위면(14B)은 화살표(A) 방향으로 변위 가능하게 지지된다.
이와 같이 압전소자(14)의 후단의 변위면(14B)이 자유단에 가까운 상태에서 변위 가능하게 지지되면, 장치 구성계에 의한 공진주파수(f0)를 저하시킬 수 있다. 예를 들면 변위면(14B)을 고정단으로 해서 지지했을 경우에는 200kHz정도이었던 공진주파수(f0)를, 20∼30kHz까지 낮출 수 있다. 이것에 의해 통상 사용되는 50kHz이상의 구동주파수(f)는, f≥21/2·f0을 충족시키는 방진영역에서 사용되게 되어, 압전소자(14) 자신의 공진을 방지할 수 있다. 따라서, 항상 안정된 구동량을 확보할 수 있음과 아울러, 넓은 범위의 주파수에서 구동장치(10)를 구동할 수 있으므로, 환경 부하나 제품 편차 등의 영향을 방지할 수 있다.
또, 공진주파수(f0)는, 압전소자(14)의 자유단에 추부재를 붙였을 경우, 그 추부재의 영율을 E, 추부재의 압전소자(14)측의 면적을 A, 추부재의 두께를 h, 압전소자(14)의 질량을 Ma, 구동막대(18)의 질량을 Mb, 추부재의 질량을 Mc라고 했을 때에 하기 식으로 나타내어진다.
Figure 112006020770141-pat00001
그런데, 압전소자(14)의 후단부의 더미층(14C)은, 상술한 바와 같이, M1≤M≤(M1+μM2)의 관계식을 충족시키도록 형성되어 있다. 이러한 관계식을 충족시키는 더미층(14C)은, 압전소자(14)의 전단의 변위면(14A)에 부착한 구동막대(18)의 중량(M1)보다, 압전소자(14)의 후단부의 더미층(14C)의 중량(M)이 크므로, 전단의 변위면(14A)보다 후단의 변위면(14B) 쪽이 변위량이 작아진다. 따라서, 더미층(14C)은 추부재로서 작용하고, 압전소자(14)를 신축시켰을 때에, 전단의 변위면(14A)과 구동막대(18)를 효율적으로 변위시킬 수 있다.
또한 더미층(14C)의 중량(M)보다, 압전소자(14)의 전단의 변위면(14A)에 걸리는 부하(M1+μM2)가 크므로, 압전소자(14)의 후단부는 자유단에 가까운 상태에서 변위 가능하게 지지되어, 장치 구성계의 공진을 방지할 수 있다. 즉, 더미층(14C)의 중량(M)이, 변위면(14A)에 걸리는 부하(M1+μM2)보다 클 경우에는, 압전소자(14)의 후단부가 지나치게 무거워서 고정단과 같이 행동하므로, 장치 구성의 공진 주파수(f0)가 높아지고, 그 결과, 구동 주파수(f)가 f0보다 낮아져서, 장치 구성계의 공진을 빈번히 발생하게 된다. 따라서, 본 실시형태와 같이, M≤(M1+μM2)로 함으로써 압전소자(14)의 후단부가 자유단에 가까운 상태에서 행동하여, 장치 구성계의 공진을 방지할 수 있다.
이와 같이 본 실시형태에 의하면, 압전소자(14)의 후단부에 상술한 관계식을 충족시키는 중량의 더미층(14C)을 설치하였기 때문에, 압전소자(14)의 후단의 변위면(14B)에 추부재를 설치했을 경우와 동일한 효과가 얻어진다. 따라서, 구동막대(18)를 정확하게 변위시킬 수 있고, 또한 장치 구성계의 공진을 방지할 수 있다.
또, 상술한 실시형태는, 더미층(14C)을 압전소자(14)와 같은 재질로 구성했지만, 더미층(14C)의 재질은 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 압전소자(14)보다 영율이 작은 재질로 더미층(14C)을 구성하도록 하여도 좋다. 이와 같이 영율이 작은 재질로 더미층(14C)을 구성함으로써, 장치 구성계의 공진주파수(f0)를 낮출 수 있고, 구동 주파수(f)를 보다 넓은 범위에서 사용할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는 압전소자(14)를 축방향으로부터 부착부재(30)에 의해 본체(12)에 부착할 경우에 대하여 설명했지만, 압전소자(14)를 측방측에서 본체(12)에 부착해도 좋다. 예를 들면 후술하는 제3실시형태에 나타내는 바와 같이, 압전소자(14)를 측방으로부터 탄성부재에 의해 부착한다. 이 경우, 압전소자(14) 및 구동막대(18)가 압전소자(14)의 신축방향으로 이동가능하게 유지할 수 있도록 부착된다.
또한 본 실시형태에 있어서, 도 1, 도 2에서는, 압전소자(14)의 후단측의 더미층(14C)만이 도시되어 있지만, 압전소자(14)에 있어서 전단측에 더미층이 형성되어 있어도 된다.
또한 본 실시형태에서는 압전소자(14)를 사용한 구동장치에 대하여 설명했지만, 이 구동장치를 촬상장치에 탑재해서 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 구동장치에 의해 촬영 광학계의 렌즈를 이동 제어함으로써, 소형이고 초점조정 동작이 우수한 촬상장치를 구성할 수 있다.
또한 그 촬상장치를 휴대전화의 카메라 부분에 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 촬영기능을 갖춘 소형의 휴대전화를 구성할 수 있다.
(제2실시형태)
다음에 본 발명에 따른 구동장치, 촬상장치 및 휴대전화의 제2실시형태에 대해서 도 5에 기초하여 설명한다. 상술한 제1실시형태에서는 더미층(14C)을 중량으로 규정한 것에 대해, 제2실시형태에서는 더미층(14C)을 신축방향의 길이로 규정하고 있다.
제2실시형태에 따른 구동장치는, 더미층(14C)이 압전소자(14)와 같은 재질로 일체적으로 형성되어 있고, 압전소자(14)의 신축방향의 길이를 L, 더미층(14C)의 길이를 L1이라고 했을 때에, L/8≤L1≤L/2의 관계를 만족시키도록 더미층(14C)이 형성된다.
상기와 같이 구성된 제2실시형태에 의하면, L/8≤L1로 했으므로, 더미층(14C)이 충분한 무게를 갖고, 추부재로서 작용한다. 또한 L1≤L/2로 했으므로, 더 미층(14C)이 지나치게 커서 압전소자(14)가 무의미하게 대형화되는 것을 방지할 수 있다. 또한 더미층(14C)을 추부재로서의 작용을 높이기 위해서, 더미층(14C)의 길이 관계를 L/6≤L1≤L/2로 해도 된다. 보다 바람직하게는, 더미층(14C)의 길이 관계를 L/4≤L1≤L/2로 해도 된다.
또, 제2실시형태에서 나타낸 더미층(14C)의 길이 조건과, 제1실시형태에서 나타낸 더미층(14C)의 중량조건을 동시에 만족시키는 더미층(14C)을 형성하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 더미층(14C)이 추부재로서 작용하고, 피구동부재(20)를 정확하게 이동시킬 수 있음과 아울러, 압전소자(14)가 대형화되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 실시형태에 따른 구동장치의 용도로서는, 예를 들면 디지털 카메라나 휴대전화기 등의 소형 정밀기기에 적용할 수 있다. 특히 휴대전화기는, 3V이하의 낮은 전압으로 구동할 필요가 있지만, 본 실시형태에 따른 구동장치를 사용함으로써, 20kHz정도의 고주파에서 구동할 수 있고, 렌즈 프레임(20)을 2mm/s이상의 고속도로 이동시킬 수 있다. 따라서, 10mm정도의 이동이 필요하게 되는 쥼 렌즈이여도, 신속하게 이동시킬 수 있다. 또한 본 실시형태에 따른 구동장치의 용도로서는 포커스 렌즈나 쥼 렌즈 등의 이동 렌즈(11)를 이동하는 용도에 한정되지 않고, CCD를 이동하는 용도 등에 사용해도 된다.
(제3실시형태)
다음에 본 발명의 제3실시형태에 따른 구동장치, 촬상장치 및 휴대전화에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 제3실시형태에 따른 구동장치의 단면도이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 구동장치는 이동 렌즈(170)를 이동대상물로 하여 이동 렌즈(170)의 구동을 행함으로써, 압전소자(112), 구동축(114) 및 피구동부재(116)를 갖는 액츄에이터(110)와, 그 액츄에이터(110)를 지지하는 지지부재(160)를 구비해서 구성되어 있다.
압전소자(112)는 전기신호의 입력에 의해 신축가능한 전기기계 변환소자이며, 소정의 방향으로 신장 및 수축 가능하게 되어 있다. 이 압전소자(112)는 제어부(171)에 접속되고, 그 제어부(171)에 의해 전기신호를 입력함으로써 신축된다. 예를 들면 압전소자(112)에는 2개의 입력단자(172A, 172B)가 설치된다. 이 입력단자(172A, 172B)에 인가되는 전압을 반복해서 증감시킴으로써, 압전소자(112)가 신장 및 수축을 반복하게 된다.
압전소자(112)는 신축부(112A)의 양측에 더미층(112B, 112C)이 형성되어 있다. 신축부(112A)는 전기신호의 입력에 의해 신축하는 부분이며, 활성층이라고도 불린다. 이 신축부(112A)는, 예를 들면 축방향에 복수의 금속판이 병설되어, 그들의 금속판 사이에 세라믹스가 설치되어서 구성된다. 더미층(112B, 112C)은 신축에 기여하지 않는 비신축부이다. 더미층(112B)은, 압전소자(112)에 있어서의 구동축(114) 설치측의 끝부에 형성되어 있다. 더미층(112C)은 압전소자(112)의 자유단측에 형성되어 있다.
압전소자(112)는 그 무게중심의 위치가 신축방향에 있어서 신축부(112A)의 기하학적 중심위치와 일치하고 있지 않은 것으로 되어 있다. 예를 들면 압전소자 (112)는, 그 무게중심이 신축방향에 있어서 신축부(112A)의 기하학적 중심위치보다 후단측에 위치하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 후단측의 더미층(112C)을 전단측의 더미층(112B)보다 질량이 큰 부재에 의해 구성함으로써, 압전소자(112)의 무게중심이 신축부(112A)의 기하학적 중심위치보다 후단측에 위치하도록 구성할 수 있다. 더미층(112C)은 예를 들면 금속부재에 의해 구성된다. 그 때, 절연성을 갖는 접착제를 이용하여 더미층(112C)을 신축부(112A)에 부착하거나, 더미층(112C)과 신축부(112A) 사이에 절연층을 설치하거나, 금속부재에 절연막을 코팅해서 더미층(112C)으로 하거나 해서 절연처리를 실시하는 것이 바람직하다.
구동축(114)은 압전소자(112)의 신축방향에 길이 방향을 향해서 압전소자(112)에 부착되어 있다. 예를 들면 구동축(114)의 일단이 압전소자(112)에 접촉되어 접착제(127)를 사용해서 접착되어 있다. 이 구동축(114)은, 압전소자(112)의 신축방향의 일단에 부착되는 구동마찰부재이며, 장척상으로 형성되어, 예를 들면 원기둥형상의 것이 사용된다. 구동축(114)은 고정 프레임(124)으로부터 내측으로 연장되는 칸막이부(124B), 칸막이부(124C)에 의해 길이방향을 따라 이동할 수 있게 지지되어 있다. 칸막이부(124B), 칸막이부(124C)는, 피구동부재(116)의 이동영역을 분리하기 위한 부재이며, 구동축(114)의 지지부재로서도 기능하고 있다. 고정 프레임(124)은, 액츄에이터(110)를 수용하기 위한 케이스체으로서 기능한다.
칸막이부(124B), 칸막이부(124C)에는, 구동축(114)을 관통시키는 관통구멍(124A)이 각각 형성되어 있다. 칸막이부(124B)는 구동축(114)의 압전소자(112) 설치 부분의 근방 개소, 즉 구동축(114)의 베이스단 개소를 지지하고 있다. 칸막이부 (124C)는 구동축(114)의 선단 개소를 지지하고 있다. 고정 프레임(124)은, 액츄에이터(110)를 장착하기 위한 프레임체 혹은 프레임부재로서 기능하는 것이다. 구동축(114)은, 압전소자(112)에 부착됨으로써, 압전소자(112)의 신장 및 수축의 반복 동작에 따라, 그 길이 방향을 따라 왕복 이동한다.
또, 도 6에서는, 구동축(114)을 칸막이부(124B, 124C)에 의해 그 선단측과 베이스단측의 2개소에서 지지할 경우를 나타내고 있지만, 구동축(114)을 그 선단측 또는 베이스단측의 한쪽에서 지지할 경우도 있다. 예를 들면 칸막이부(124B)의 관통구멍(124A)을 구동축(114)의 외경보다 크게 형성함으로써, 구동축(114)이 칸막이부(124C)에 의해 선단 개소에서만 지지되게 된다. 또한 칸막이부(124C)의 관통구멍(124A)을 구동축(114)의 외경보다 크게 형성함으로써, 구동축(114)이 칸막이부(124B)에 의해 베이스단 개소에서만 지지되게 된다.
또한 도 6에서는, 구동축(114)을 지지하는 칸막이부(124B, 124C)가 고정 프레임(124)과 일체로 되어 있을 경우에 대해서 나타냈지만, 이들 칸막이부(124B, 124c)는 고정 프레임(124)과 별체의 것을 고정 프레임(124)에 부착해서 형성해도 된다. 별체의 경우이여도, 일체로 되어 있을 경우와 같은 기능, 효과가 얻어진다.
피구동부재(116)는 구동축(114)으로 이동할 수 있게 부착되어 있다. 이 피구동부재(116)는 구동축(114)에 대하여 마찰 결합되어서 부착되고, 그 길이 방향을 따라 이동가능하게 되어 있다. 예를 들면 피구동부재(116)는 구동축(114)에 대하여 소정의 마찰계수로 결합되어 있고, 일정한 압압력으로 구동축(114)에 가압됨으로써 그 이동시에 일정한 마찰력이 생기도록 부착되어 있다. 피구동부재(116)에 이 마찰 력을 초과하는 이동력이 부여됨으로써, 마찰력에 저항해서 피구동부재(116)가 구동축(114)을 따라 이동한다.
액츄에이터(110)는 지지부재(160)에 의해 고정 프레임(124)에 지지되어 있다. 지지부재(160)는 액츄에이터(110)를 압전소자(112)의 신축방향에 대하여 옆쪽으로부터 지지하는 것이며, 액츄에이터(110)를 수용하는 고정 프레임(124)과 압전소자(112) 사이에 설치되어 있다. 이 경우, 액츄에이터(110)를 압전소자(112)의 신축방향과 직교하는 방향으로부터 지지하는 것이 바람직하다. 이 지지부재(160)는 액츄에이터(110)를 옆쪽으로부터 지지해서 부착하는 부착부재로서 기능하고 있다.
지지부재(160)는 소정 이상의 탄성특성을 갖는 탄성체에 의해 형성되고, 예를 들면 실리콘수지에 의해 형성된다. 지지부재(160)는 압전소자(112)를 삽입통과시키는 삽입통과구멍(160A)을 형성해서 구성되고, 그 삽입통과구멍(160A)에 압전소자(112)를 삽입통과시킨 상태에서 고정 프레임(124)에 장착되어 있다. 지지부재(160)의 고정 프레임(124)에의 고착은, 접착제(161)에 의한 접착에 의해 행하여진다. 또한 지지부재(160)와 압전소자(112) 사이의 고착도, 접착제에 의한 접착에 의해 행하여진다. 이 지지부재(160)를 탄성체로 구성함으로써, 액츄에이터(110)를 압전소자(112)의 신축방향으로 이동 가능하게 지지할 수 있다. 도 6에 있어서, 지지부재(160)가 압전소자(112)의 양측에 2개 도시되어 있지만, 이 지지부재(160, 160)는 하나의 연속하는 지지부재(160)의 단면을 취함으로써 둘로 도시된 것이다.
또, 지지부재(160)의 고정 프레임(124)에의 고착 및 압전소자(112)에의 고착은, 고정 프레임(124)과 압전소자(112) 사이에 지지부재(160)를 압입하고, 지지부 재(160)의 압압에 의해 행해도 된다. 예를 들면 지지부재(160)를 탄성체에 의해 구성하고, 또한, 고정 프레임(124)과 압전소자(112) 사이보다 크게 형성하고, 그 사이에 압입해서 설치한다. 이것에 의해 지지부재(160)는, 고정 프레임(124) 및 압전소자(112)에 밀착해서 설치된다. 이 경우, 압전소자(112)는 지지부재(160)에 의해 신축방향에 직교하는 방향의 양측으로부터 압압된다. 이것에 의해, 액츄에이터(110)가 지지된다.
또한 여기에서는 지지부재(160)를 실리콘수지로 형성할 경우에 대하여 설명했지만, 지지부재(160)를 스프링부재에 의해 구성해도 좋다. 예를 들면 고정 프레임(124)과 압전소자(112) 사이에 스프링부재를 배치하고, 이 스프링부재에 의해 액츄에이터(110)를 고정 프레임(124)에 대하여 지지해도 좋다.
피구동부재(116)에는, 렌즈 프레임(168)을 통해서 이동 렌즈(170)가 부착되어 있다. 이동 렌즈(170)는 카메라의 촬영 광학계를 구성하는 것이며, 구동장치의 이동 대상물이 되는 것이다. 이 이동 렌즈(170)는 피구동부재(116)와 일체적으로 결합되어, 피구동부재(116)와 함께 이동하도록 설치되어 있다. 이동 렌즈(170)의 광축(O)상에는, 도시하지 않은 고정 렌즈 등이 설치되어, 카메라의 촬영 광학계를 구성하고 있다. 또한 광축(O)상에는 촬상소자(165)가 설치되어 있다. 촬상소자(165)는, 촬영 광학계에 의해 결상된 화상을 전기신호로 변환하는 촬상수단이며, 예를 들면 CCD에 의해 구성된다. 촬상소자(165)는 제어부(171)와 접속되어 있고, 화상신호를 제어부(171)에 출력한다.
구동장치에는, 피구동부재(116)의 이동위치를 검출하는 검출기(175)가 설치 되어 있다. 검출기(175)로서는, 예를 들면 광학식의 검출기가 사용되고, 포토 리플렉터, 포토 인터럽터 등이 사용된다. 구체적으로는, 검출기(175)로서 리플렉터(175A), 검출부(175B)를 구비한 것을 사용할 경우, 피구동부재(116)와 일체로 형성되는 렌즈 프레임(168)에 리플렉터(175A)를 부착하고, 검출부(175B)로부터 리플렉터(175A) 측으로 검출광을 출사하고, 리플렉터(175A) 측으로 반사되어 오는 반사광을 검출부(175B)에서 검출함으로써 피구동부재(116) 및 이동 렌즈(170)의 이동위치를 검출한다.
검출기(175)는 제어부(171)에 접속되어 있다. 검출기(175)의 출력신호는 제어부(171)에 입력된다. 제어부(171)는 구동장치 전체의 제어를 행함으로써, 예를 들면 CPU, ROM, RAM, 입력신호 회로, 출력신호 회로 등에 의해 구성된다. 또한 제어부(171)는 압전소자(112)를 작동시키기 위한 구동회로를 구비하고 있고, 압전소자(112)에 대하여 구동을 위한 전기신호를 출력한다.
도 7, 도 8은, 본 실시형태에 따른 구동장치에 있어서의 검출기의 구체예를 나타낸 도면이다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 검출기(175)는 예를 들면 리플렉터(175A), 검출부(175B), 인터럽터(175C), 검출부(175D)를 구비해서 구성되어 있다. 리플렉터(175A) 및 인터럽터(175C)는, 렌즈 프레임(168)에 부착되어 있고, 렌즈 프레임(168) 및 이동 렌즈(170)와 함께 이동한다. 리플렉터(175A)에 대향하는 위치에는, 검출부(175B)가 배치되어 있다. 검출부(175B)는 이동 렌즈(170)의 이동에 따라 변화되는 리플렉터(175A)로부터의 광의 반사량을 검지하여, 이동 렌즈(170)의 이동량 을 검출한다. 인터럽터(175C)가 통과하는 위치에는, 검출부(175D)가 배치되어 있다. 검출부(175D)는 인터럽터(175C)의 통과를 검지하여 이동 렌즈(170)의 소정 위치의 통과를 검출한다.
또한 도 8에 나타내는 바와 같이, 이동 렌즈(170)의 이동에 따라 리플렉터(175A)가 검출부(175B)에 대하여 접근 또는 이간하도록 리플렉터(175A) 및 검출부(175B)를 배치하고, 검출부(175B)에 대한 리플렉터(175A)의 상대 거리에 따라 이동 렌즈(170)의 이동위치를 검출하도록 하여도 좋다. 이 경우, 이동 렌즈(170)의 위치를 리니어로 검출할 수 있다.
또한 이동 렌즈(170)의 이동제어하는 방법으로서, 촬상소자(165)의 출력신호 에 기초하여 이동 렌즈(170)를 이동시켜도 좋다. 예를 들면 촬상소자(165)로부터 출력되는 영상신호의 고주파 성분을 검출하여, 그 레벨이 최대가 되는 위치로 이동 렌즈(170)를 이동시킨다. 이와 같이 이동 렌즈(170)의 이동제어를 행함으로써, 검출기(175)에 의한 위치 검출이 불필요하게 된다.
도 9는 도 6의 IX-IX에 있어서의 피구동부재(116)의 단면도이다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 피구동부재(116)는 예를 들면 본체부(116A), 압압부(116B) 및 슬라이딩부(116C)를 구비해서 구성된다. 본체부(116A)는 압압부(116B)에 의해 구동축(114)에 일정한 힘으로 압압되어 있다. 본체부(116A)에는 V자형상의 홈(116D)이 형성되어 있다. 이 홈(116D) 내에는, 두개의 슬라이딩부(116C, 116C)에 끼워지지된 상태로 구동축(114)이 수용되어 있다. 슬라이딩부(116C, 116C)는 단면 V자형상의 판체이며, 서로 오목부 측을 마주보게 해서 배치되어, 구동축 (114)을 사이에 두고 설치되어 있다. 이와 같이 V자형상의 홈(116D) 내에 구동축(114)을 수용함으로써, 피구동부재(116)를 안정되게 구동축(114)에 부착할 수 있다.
압압부(116B)로서는, 예를 들면 단면 L자향상의 판스프링재가 사용된다. 압압부(116B)의 한 변을 본체부(116A)에 걸리게 하고, 다른 한 변을 홈(116D)의 대향위치에 배치함으로써, 다른 한 변에 의해 홈(116D)에 수용되는 구동축(114)을 본체부(116A) 및 슬라이딩부(116C)와 함께 끼워넣을 수 있다. 이것에 의해 본체부(116A)를 구동축(114)측으로 압압할 수 있다.
이와 같이, 피구동부재(116)는 압압부(116B)에 의해 본체부(116A)를 구동축(114)측에 일정한 힘으로 압압해서 부착됨으로써, 구동축(114)에 대하여 마찰 결합된다. 즉, 피구동부재(116)는 구동축(114)에 대하여 본체부(116A) 및 압압부(116B)가 일정한 압압력으로 가압되어, 그 이동시에 일정한 마찰력이 생기도록 부착된다.
또한 단면 V자형상의 슬라이딩부(116C, 116C)에 의해 구동축(114)을 끼움으로써, 피구동부재(116)가 구동축(114)에 복수 개소에서 선접촉하게 되고, 구동축(114)에 대하여 안정되게 마찰 결합시킬 수 있다. 또한 복수 개소의 선접촉 상태에 의해 피구동부재(116)가 구동축(114)에 결합되어 있기 때문에, 실질적으로 피구동부재(116)가 구동축(114)에 면접촉 상태로 결합되어 있는 것과 같은 결합 상태로 되어, 안정적인 마찰 결합을 실현할 수 있다.
또, 도 9에 있어서는 슬라이딩부(116C)가 단면 V자형상의 판체로 구성되어 있지만, 슬라이딩부(116C)를 단면 원호상의 판체로 구성하고, 구동축(114)에 면접 촉시켜도 좋다. 이 경우, 피구동부재(116)가 구동축(114)에 면접촉 상태로 결합되기 때문에, 피구동부재(116)를 구동축(114)에 대하여 보다 안정되게 마찰 결합할 수 있다.
도 10은 압전소자(112)를 작동시키는 구동회로의 회로도이다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 구동회로(177)는 제어부(171) 내에 배치되어 설치되어 있다. 이 구동회로(177)는 압전소자(112)의 드라이브 회로로서 기능하는 것이며, 압전소자(112)에 대하여 구동용의 전기신호를 출력한다. 구동회로(177)는 제어부(171)의 제어신호 생성부(도시생략)로부터 제어신호를 입력하고, 그 제어신호를 전압증폭 또는 전류증폭해서 압전소자(112)의 구동용 전기신호를 출력한다. 구동회로(177)는, 예를 들면 입력단을 논리회로(U1∼U3)에 의해 구성하고, 출력단에 전계효과형의 트랜지스터(FET)(Q1, Q2)를 구비한 것이 사용된다. 트랜지스터(Q1, Q2)는 출력신호로서, H출력(고전위 출력), L출력(저전위 출력) 및 OFF출력(오픈 출력)을 출력 가능하게 구성되어 있다.
도 11에 구동회로(177)에 입력되는 입력신호, 도 12에 구동회로(177)로부터 출력되는 출력신호를 나타낸다. 도 11(A)는 피구동부재(116)를 압전소자(112)에 접근시키는 방향(도 6에 있어서 우측 방향)으로 이동시킬 때에 입력되는 입력신호이며, 도 11(B)는 피구동부재(116)를 압전소자(112)로부터 이간시키는 방향(도 6에 있어서 좌측 방향)으로 이동시킬 때에 입력되는 입력신호이다. 또한 도 12(A)는 피구동부재(116)를 압전소자(112)에 접근시키는 방향(도 6에 있어서 우측 방향)으로 이동시킬 때에 출력되는 출력신호이며, 도 12(B)는 피구동부재(116)를 압전소자 (112)로부터 이간시키는 방향(도 6에 있어서 좌측 방향)으로 이동시킬 때에 출력되는 출력신호이다.
도 12(A), (B)의 출력신호는, 도 11(A), (B)의 입력신호와 동일한 타이밍에서 온오프되는 펄스신호로 되어 있다. 도 12(A), (B)에 있어서의 두개의 신호는, 압전소자(112)의 입력단자(172A, 172B)에 입력된다. 이 입력단자(172A, 172B)에는, 도 3에 나타내는 바와 같은 사다리꼴 파형으로 이루어지는 신호를 입력해도 좋지만, 도 12에 나타내는 직사각형상의 펄스신호를 입력해서 압전소자(112)를 작동시킬 수 있다. 이 경우, 압전소자(112)의 구동신호가 직사각형상의 펄스신호이어도 되기 때문에, 신호생성이 용이하게 된다.
도 12(A), (B)의 출력신호는, 동일주파수로 되는 두개의 직사각형상의 펄스신호에 의해 구성되어 있다. 이 두개의 펄스신호는, 서로의 위상을 다르게 함으로써, 서로의 신호의 전위차가 단계적으로 커져 급격하게 작아지는 신호 또는 전위차가 급격하게 커져서 단계적으로 작아지는 신호로 되어 있다. 이러한 두개의 신호를 입력함으로써, 압전소자(112)의 신장속도와 수축속도를 다르게 할 수 있어, 피구동부재(116)를 이동시킬 수 있다.
예를 들면 도 12(A), (B)에 있어서, 한쪽의 신호가 H(고)로 되어 L(저)로 저하된 후에 다른쪽의 신호가 H로 되도록 설정되어 있다. 그들의 신호에 있어서, 한쪽의 신호가 L로 되었을 때에 일정한 타임래그(tOFF)의 경과 후, 다른 쪽의 신호가 H로 되도록 설정된다. 또한 두개의 신호가 양쪽 모두 L일 경우에는, 출력으로서는 오프상태(오픈 상태)로 된다.
이 도 12의 (A), (B)의 출력신호, 즉 압전소자(12)를 작동시키는 전기신호는 가청주파수를 넘는 주파수의 신호가 사용된다. 도 12(A), (B)에 있어서, 두개의 신호의 주파수는, 가청주파수를 넘는 주파수신호로 되고, 예를 들면 30∼80kHz의 주파수 신호로 되고, 보다 바람직하게는 40∼60kHz로 된다. 이러한 주파수의 신호를 사용함으로써, 압전소자(112)의 가청영역에 있어서의 작동음을 저감할 수 있다.
다음에 본 실시형태에 따른 구동장치의 동작에 대하여 설명한다.
도 6에 있어서, 압전소자(112)에 전기신호가 입력되고, 그 전기신호의 입력에 의해 압전소자(112)가 신장 및 수축을 반복한다. 이 신장 및 수축에 따라 구동축(114)이 왕복운동한다. 이 때, 압전소자(112)의 신장속도와 수축속도를 다르게 함으로써, 구동축(114)이 일정한 방향으로 이동하는 속도와 그 반대방향으로 이동하는 속도가 다르게 된다. 이것에 의해 피구동부재(116) 및 이동 렌즈(170)를 원하는 방향으로 이동시킬 수 있다.
압전소자(112)가 신축할 때에, 압전소자(112)의 무게중심이 후단측에 위치하고 있으므로, 그 전단측 쪽이 후단측보다 신축에 의한 변위량이 커진다. 이 때문에, 압전소자(112)의 신축에 의해 구동축(114)을 크게 이동시킬 수 있고, 피구동부재(116) 및 이동 렌즈(170)를 효율적으로 이동시킬 수 있다.
또한 압전소자(112)가 신축할 때에, 그 신축에 의한 진동이 생기지만, 압전소자(112)를 포함하는 액츄에이터(110)가 지지부재(160)에 의해 신축방향에 대하여 측방으로부터 지지되어 있기 때문에, 압전소자(112)의 신축에 의해 생기는 진동이 액츄에이터(110)의 외부로 전달되기 어렵다. 이 때문에, 액츄에이터(110)가 고정 프레임(124) 등의 외부의 부재와 공진하는 것이 억제되어, 그 공진의 영향을 저감할 수 있다. 따라서, 피구동부재(116) 및 이동 렌즈(170)를 정확하게 이동시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에 따른 구동장치에 의하면, 압전소자(112)의 무게중심이 신축방향에 있어서 신축부(112A)의 기하학적 중심위치보다 후단측(자유단측)에 위치하고 있다. 이 때문에, 압전소자(112)의 신축시에 그 전단측을 후단측보다 크게 변위시킬 수 있고, 피구동부재(116)를 효율적으로 이동시킬 수 있다.
본 실시형태에서는 압전소자(112)의 무게중심이 신축방향에 있어서 신축부(112A)의 기하학적 중심위치보다 후단측에 위치하고 있을 경우에 대하여 설명했지만, 압전소자(112)의 무게중심이 신축방향에 있어서 신축부(112A)의 기하학적 중심위치보다 전단측에 위치하고 있어도 된다. 이 경우에서도, 압전소자(112)의 무게중심 위치가 신축부(112A)의 기하학적 중심위치와 일치하고 있지 않기 때문에, 압전소자(112)의 신축에 의해 후단측이 크게 변위함과 아울러, 압전소자(112) 전체가 신축방향으로 왕복운동하고, 그것에 따라 압전소자(112)의 전단측이 변위한다. 이것에 의해 피구동부재(116)를 효율적으로 이동시킬 수 있다.
또한 압전소자(112)의 더미층(112C)을 이용해서 압전소자(112)의 무게중심을 후단측으로 위치시킴으로써, 압전소자(112)의 후단(자유단)에 추부재를 부착하지 않아도 피구동부재(20)를 효율적으로 이동시킬 수 있다. 이 때문에, 추부재의 설치가 불필요하게 되어, 장치의 저비용화, 소형화를 꾀할 수 있다.
또한 본 실시형태에 따른 구동장치에 의하면, 액츄에이터(110)를 압전소자(112)의 신축방향에 대하여 측방으로부터 지지함으로써, 액츄에이터(110)와 외부의 부재 사이에서 진동이 전달하기 어려워져, 공진의 영향을 저감할 수 있다. 따라서, 피구동부재(116) 및 이동 렌즈(170)를 정확하게 이동시킬 수 있다.
상술한 본 실시형태에서는 압전소자(14)를 사용한 구동장치에 대하여 설명했지만, 이 구동장치를 촬상장치에 탑재해서 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 구동장치에 의해 촬영 광학계의 렌즈를 이동 제어함으로써, 소형이고 초점 조정동작이 우수한 촬상장치를 구성할 수 있다.
또한 그 촬상장치를 휴대전화의 카메라 부분에 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 촬상 기능을 갖춘 소형의 휴대전화를 구성할 수 있다.
또, 상술한 각 실시형태는 본 발명에 따른 구동장치, 촬상장치 및 휴대전화의 일례를 나타내는 것이다. 본 발명에 따른 구동장치, 촬상장치 및 휴대전화는, 이들의 실시형태에 따른 구동장치, 촬상장치 및 휴대전화에 한정되는 것은 아니고, 각 청구항에 기재한 요지를 변경하지 않는 범위에서, 실시형태에 따른 구동장치, 촬상장치 및 휴대전화를 변형하고, 또는 다른 것에 적용한 것이라도 된다. 예를 들면 본 실시형태에서는 이동 렌즈를 구동하는 구동장치에 적용한 장치에 대하여 설명했지만, 이동 렌즈 이외의 물건을 구동하는 구동장치에 적용해도 좋다.
본 발명에 따른 구동장치, 촬상장치 및 휴대전화에 의하면, 전기기계 변환소자의 신축시에 구동마찰부재를 부착한 전기기계 변환소자의 일단측을 타단측보다 크게 변위시켜서 피구동부재를 효율적으로 이동시킬 수 있다. 또한 전기기계 변환소자의 타단측에 추부재를 별도 설치할 필요가 없어, 장치구성의 간략화를 꾀할 수 있다.

Claims (11)

  1. 전기기계 변환소자;
    상기 전기기계 변환소자의 신축방향의 일단에 부착된 구동마찰부재; 및
    상기 구동마찰부재에 마찰 결합된 피구동부재를 구비한 구동장치에 있어서:
    상기 전기기계 변환소자는, 신축 동작하는 신축부의 타단측에 형성된 신축에 기여하지 않는 더미층을 구비하고,
    상기 더미층을 포함하는 상기 전기기계 변환소자 전체의 무게중심이, 신축방향에 있어서 상기 신축부의 기하학적 중심위치와 다른 위치에 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 더미층을 포함하는 상기 전기기계 변환소자 전체의 무게중심이, 신축방향에 있어서 상기 신축부의 기하학적 중심위치보다 타단측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  3. 전기기계 변환소자;
    상기 전기기계 변환소자의 신축방향의 일단에 부착된 구동마찰부재; 및
    상기 구동마찰부재에 마찰 결합된 피구동부재를 구비한 구동장치에 있어서:
    상기 전기기계 변환소자는, 신축 동작하는 신축부의 타단측에 형성된 신축에 기여하지 않는 더미층을 구비하고,
    상기 더미층의 중량을 M, 상기 구동마찰부재의 중량을 M1, 상기 피구동부재와 상기 구동마찰부재의 결합력을 M2, 상기 피구동부재와 상기 구동마찰부재의 마찰계수를 μ라고 했을 때에, M1≤M≤(M1+μM2)의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  4. 전기기계 변환소자;
    상기 전기기계 변환소자의 신축방향의 일단에 부착된 구동마찰부재; 및
    상기 구동마찰부재에 마찰 결합된 피구동부재를 구비한 구동장치에 있어서:
    상기 전기기계 변환소자는, 신축 동작하는 신축부의 타단측에 형성된 신축에 기여하지 않는 더미층을 구비하고,
    상기 더미층의 신축방향의 길이를 L1, 상기 전기기계 변환소자의 신축방향의 길이를 L이라고 했을 때에, L/8≤L1≤L/2의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기기계 변환소자는 그 신축방향에 대하여 측방으로부터 케이스체에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전기기계 변환소자의 타단은, 상기 케이스체에 지지되어 있지 않고 자유단으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기기계 변환소자는 그 일단이 케이스체에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 전기기계 변환소자는 상기 케이스체에 대하여 탄성 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  9. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 구동장치에 의해 상기 구동장치의 피구동부재에 연결된 광학부재를 이동시키는 것을 특징으로 하는 촬상장치.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 구동장치를 구비한 것을 특징으로 하는 휴대전화.
  11. 제9항에 기재된 촬상장치를 구비한 것을 특징으로 하는 휴대전화.
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