KR101039684B1 - 다층 압전소자모듈 및 이를 이용한 소형카메라 구동장치 - Google Patents

다층 압전소자모듈 및 이를 이용한 소형카메라 구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다층 압전소자모듈 및 이를 이용한 소형카메라 구동장치에 관한 것으로서, 특히 다층 구조의 압전소자모듈을 이용하여 렌즈홀더를 상하방향으로 구동시켜 렌즈를 이송시킬 수 있도록 하는 다층 압전소자모듈 및 이를 이용한 소형카메라 구동장치에 관한 것이다.
본 발명의 다층 압전소자모듈은, 상면에 상호 이격된 제1(+)단자부와 제2(+)단자부가 장착된 제1압전소자층과; 상기 제1압전소자층의 하부에 배치되고, 상면에 (-)단자부가 장착된 제2압전소자층과; 상기 제2압전소자층의 하부에 배치되고, 상면에 상호 이격된 제1(+)단자부와 제2(+)단자부가 장착되고, 하면에 (-)단자부가 장착된 제3압전소자층으로 이루어지되, 상기 제2압전소자층의 (-)단자부는 상기 제1압전소자층의 하부에 접하고, 상기 제3압전소자층의 제1(+)단자부 및 제2(+)단자부는 상기 제2압전소자층의 하부에 접하는 것을 특징으로 한다.
압전소자, 다층, 소형카메라 구동장치, 단자

Description

다층 압전소자모듈 및 이를 이용한 소형카메라 구동장치 { Multilayer piezoelectric module and Camera Actuator using the same }
본 발명은 다층 압전소자모듈 및 이를 이용한 소형카메라 구동장치에 관한 것으로서, 특히 다층 구조의 압전소자모듈을 이용하여 렌즈홀더를 상하방향으로 구동시켜 렌즈를 이송시킬 수 있도록 하는 다층 압전소자모듈 및 이를 이용한 소형카메라 구동장치에 관한 것이다.
휴대폰과 같은 소형의 통신기기에는 소형의 카메라장치가 장착된다.
도 1은 종래의 VCM방식의 소형 카메라장치의 단면구조도이고, 도 2는 도 1에 도시된 소형 카메라장치의 사용상태 단면구조도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 소형 카메라장치는, 피사체의 배율 변환 또는 피사체의 포커스조정을 위한 다수의 렌즈들로 이루어진 렌즈군(500)과, 렌즈군(500)을 장착하여 광축방향으로 구동하기 위한 렌즈 홀더(550)와, 고정부(600)와, 고정부(600)에 지지되어 렌즈 홀더(550)를 광축방향으로 유동가능한 상태가 되도록 부상시키며 렌즈 홀더(550)가 정확히 광축 방향으로 구동하도록 가이드하기 위한 판스프링(650)과, 렌즈 홀더(550)에 지지되어 고정부(600)를 광축 방향으로 구동시키 기 위한 액츄에이터와, 렌즈군(500)을 통과한 피사체의 상을 촬상하기 위한 이미지센서(800)와, 액츄에이터 및 이미지센서(800)를 제어하기 위한 제어부로 이루어진다.
이러한 판스프링(650)은, 고정부(600)에 고정되는 부분과 렌즈 홀더(550)에 고정되는 부분 사이에 폭을 좁게 하여 광축 방향으로의 변형이 용이하게 이루어지는 형상을 갖는다.
따라서 판스프링(650)은 렌즈 홀더(550)를 광축 방향으로 유동할 수 있도록 탄성적으로 지지한다.
또한 판스프링(650)은 렌즈 홀더(550)의 네곳 이상에 고정되어, 렌즈 홀더(560)가 광축 방향과 직교되는 방향으로 유동하는 것을 방지하는 가이드 역할을 한다.
한편 액츄에이터는, 고정부(600)에 고정되는 마그네트(710)와, 렌즈 홀더(550)에 고정되며 제어부로부터 전원이 공급될 때 마그네트(710)로부터 나오는 자속을 받아 렌즈 홀더(550)를 광축 방향으로 구동시키는 힘을 발생시키기 위한 코일(720)로 이루어진다.
이러한 액츄에이터의 구조를 VCM방식이라고 한다.
이러한 마그네트(710)와 코일(720)은 대칭되는 부분에 각각 한 쌍이 구비된다.
또한 액츄에이터는, 마그네트(710)의 자속을 효율적으로 순환시키기 위한 요크(730)를 갖는다.
이와 같은 구성을 갖는 소형 카메라장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 제어부로부터 액츄에이터의 코일(720)에 전기가 인가되면, 마그네트(710)로부터 나오는 자속의 영향으로 코일(720)이 광축 방향으로 이동하려는 전자력이 발생한다.
따라서 코일(720)이 고정된 고정부(600)가 광축 방향으로 이동하게 된다.
이와 같이하여 제어부는 렌즈군(500)을 광축방향으로 상승시키거나 하강시켜 이미지센서(800)에 촬상되는 영상이 선명하게 되도록 한다.
위와 같은 VCM방식은 렌즈홀더의 크기가 작거나 무게가 경량인 경우에는 잘 작동되지만, 렌즈홀더의 크기가 커지거나 무게가 무거워지면 가동력이 약해 작동이 잘되지 않게 되는 문제점이 있다.
또한, VCM방식은 견고하지 못하여 낙하실험을 할 경우 불량제품이 많이 발생하고, 렌즈홀더의 이동거리가 짧아 고화소 센서를 사용한 카메라의 경우에는 사용하기가 곤란한 문제점이 있다.
본 발명은 렌즈홀더의 무게가 무거워도 잘 작동이 되고, VCM방식보다 견고하며, 렌즈홀더의 이동거리가 길어 고화소 센서를 장착한 카메라에 사용될 수 있으며, 적은 전압으로 큰 변위를 얻을 수 있는 다층 압전소자모듈 및 이를 이용한 소형카메라 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다층 압전소자모듈은, 상면에 상호 이격된 제1(+)단자부와 제2(+)단자부가 장착된 제1압전소자층과; 상기 제1압전소자층의 하부에 배치되고, 상면에 (-)단자부가 장착된 제2압전소자층과; 상기 제2압전소자층의 하부에 배치되고, 상면에 상호 이격된 제1(+)단자부와 제2(+)단자부가 장착되고, 하면에 (-)단자부가 장착된 제3압전소자층으로 이루어지되, 상기 제2압전소자층의 (-)단자부는 상기 제1압전소자층의 하부에 접하고, 상기 제3압전소자층의 제1(+)단자부 및 제2(+)단자부는 상기 제2압전소자층의 하부에 접하는 것을 특징으로 한다.
상면에 상기 제1(+)단자부와 제2(+)단자부가 장착된 상기 제1압전소자층과, 상면에 상기 (-)단자부가 장착된 상기 제2압전소자층이 순차적으로 반복하여 적층되되, 최하위에 위치하는 상기 제2압전소자층의 하부에는, 상면에 상호 이격된 제1(+)단자부와 제2(+)단자부가 장착되고, 하면에 (-)단자부가 장착된 상기 제3압전소자층이 접하고 있다.
다수개의 상기 제1(+)단자부는 제1연결부에 의해 전기적으로 상호 연결되고, 다수개의 상기 제2(+)단자부는 제2연결부에 의해 전기적으로 상호 연결되며, 다수개의 상기 (-)단자부는 제3연결부에 의해 전기적으로 상호 연결되되, 상기 제1연결부와 제2연결부와 제3연결부는 상호 비접촉된다.
상기 압전소자모듈은 6면체 형상으로 이루어지되, 상기 제1연결부는 압전소자모듈의 일측면에 장착되어 다수개의 상기 제1(+)단자부의 측면을 상호 연결하고, 상기 제2연결부는 압전소자모듈의 제1연결부와 다른 측면에 장착되어 다수개의 상기 제2(+)단자부의 측면을 상호 연결하며, 상기 제3연결부는 상기 제1연결부 및 제2연결부와 다른 측면에 장착되어 다수개의 상기 (-)단자부의 측면을 상호 연결한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다층 압전소자모듈을 이용한 소형카메라 구동장치는, 베이스부재와; 상기 베이스부재의 내부에 배치되고, 렌즈가 장착되어 광축방향으로 구동되는 렌즈홀더와; 상기 렌즈홀더를 광축방향으로 구동시키는 구동체와; 상기 구동체를 제어하는 제어부로 이루어지고, 상기 구동체는, 일단이 상기 베이스부재에 결합되고, 타단이 상기 렌즈홀더의 외주면과 접촉하는 공진부와; 상기 공진부에 장착되고 제1(+)단자부와 제2(+)단자부와 (-)단자부를 갖는 압전소자모듈로 이루어지며, 상기 제어부는, 상기 제1(+)단자부와 제2(+)단자부에 상호 90도의 위상차를 갖으며 상기 구동체의 공진주파수에 대응되는 주파수를 갖는 전압을 상기 압전소자모듈에 인가하되, 상기 압전소자모듈은, 상면에 상호 이격된 제1(+)단자부와 제2(+)단자부가 장착된 제1압전소자층과; 상기 제1압전소자층 의 하부에 배치되고, 상면에 (-)단자부가 장착된 제2압전소자층과; 상기 제2압전소자층의 하부에 배치되고, 상면에 상호 이격된 제1(+)단자부와 제2(+)단자부가 장착되고, 하면에 (-)단자부가 장착된 제3압전소자층으로 이루어지며, 상기 제2압전소자층의 (-)단자부는 상기 제1압전소자층의 하부에 접하고, 상기 제3압전소자층의 제1(+)단자부 및 제2(+)단자부는 상기 제2압전소자층의 하부에 접하는 것을 특징으로 한다.
상기 공진부의 타단은, 상기 압전소자모듈에 인가되는 제1특정주파수의 전압에 의해 상하방향으로 1번 굴곡지게 움직이고, 상기 압전소자모듈에 인가되는 제2특정주파수의 전압에 의해 좌우방향으로 2번 굴곡지게 움직이며, 상기 제어부는, 상기 압전소자모듈에 상기 제1특정주파수와 제2특정주파수 사이의 최적특정주파수를 갖는 전압을 인가하여, 상기 공진부의 타단이 타원 형상의 궤적운동을 하면서 상기 렌즈홀더를 광축방향으로 구동시키도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 다층 압전소자모듈 및 이를 이용한 소형카메라 구동장치에 따르면, 렌즈홀더의 무게가 무거워도 잘 작동이 되고, VCM방식보다 견고하며, 렌즈홀더의 이동거리가 길어 고화소 센서를 장착한 카메라에 사용될 수 있고, 상기 압전소자모듈이 다층으로 형성되어 적은 전압으로 큰 변위를 얻을 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소형 카메라 구동장치의 사시도이고, 도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 소형 카메라 구동장치의 평면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 소형 카메라 구동장치의 분해사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 압전소자모듈의 사시도 및 단면도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공진부의 타단이 상하방향으로 진동하는 상태를 도시한 상태도이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 공진부의 타단이 좌우방향으로 진동하는 상태를 도시한 상태도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 공진부의 타단이 타원 형상의 궤적운동을 하는 상태의 과정도이며, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 구조를 갖는 구동체의 평면도이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 소형 카메라 구동장치는, 베이스부재(10)와, 렌즈홀더(20)와, 구동체(30)와, 판스프링(40)과, 이동안내부재(50)와, 연성회로기판(45)과, 제어부 등으로 이루어진다.
상기 베이스부재(10)의 내부에는 상기 렌즈홀더(20)가 배치되고, 하부에는 이미지센서(미도시) 등이 배치된다.
상기 베이스부재(10)는 상기 렌즈홀더(20)의 이동방향과 평행한 측면부(11)와, 고정축(12)이 형성되어 있다.
상기 렌즈홀더(20)는 내부에 렌즈(미도시)가 내장되고, 광축방향 즉 상하방향으로 이동하여 구동된다.
상기 렌즈홀더(20)의 외주면에는 상기 구동체(30)와 접촉하기 위한 피마찰부(21)가 상하방향으로 형성되어 있다.
또한, 상기 베이스부재(10)의 측면부(11)와 상기 렌즈홀더(20) 사이에는 상 기 렌즈홀더(20)의 상하 이동이 원활하게 이루어지도록 하기 위해, 상기 이동안내부재(50)가 배치되어 있다.
상기 이동안내부재(50)는, 상기 측면부(11)와 렌즈홀더(20) 사이에 배치되는 리테이너(51)와, 상기 리테이너(51)에 회전 가능하게 삽입 장착된 볼부재(52)로 이루어진다.
상기 리테이너(51)는 상기 측면부(11) 및 렌즈홀더(20)와 접하고 있지 않도록 하고, 상기 볼부재(52)는 상기 측면부(11) 및 렌즈홀더(20)와 접하고 있도록 한다.
이를 위해 상기 볼부재(52)의 지름은 상기 리테이너(51)의 두께보다 더 크도록 한다.
또한, 상기 측면부(11) 및 렌즈홀더(20)에는 상기 볼부재(52)가 안착되어 이동하기 위한 레일홈(13,23)이 상하방향으로 길게 형성되어 있다.
상기 렌즈홀더(20)의 이동시 상기 리테이너(51)는 상기 렌즈홀더(20)의 이동거리의 절반 정도만 이동하게 된다.
그리고, 상기 베이스부재(10) 또는 렌즈홀더(20) 중 어느 하나에는 상기 렌즈홀더(20)의 이동방향으로 가이드돌기(14)가 형성되어 있고, 나머지 하나에는 상기 가이드돌기(14)가 삽입되는 가이드홈(22)이 형성되어, 상기 렌즈홀더(20)가 좌우방향으로 회전하여 유동을 방지한다.
본 실시예에서는 상기 베이스부재(10)에 상하방향으로 상기 가이드돌기(14)를 형성하였고, 상기 렌즈홀더(20)에 상하방향으로 상기 가이드홈(22)을 형성하였 다.
상기 구동체(30)는 상기 렌즈홀더(20)를 광축방향 즉 상하방향으로 밀거나 잡아당겨 구동시키는 역할을 한다.
이러한 구동체(30)는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 공진부(31)와, 압전소자모듈(39)로 이루어진다.
상기 공진부(31)는 일단이 상기 베이스부재(10), 자세하게는 상기 고정축(12)에 결합되고, 타단이 상기 렌즈홀더(20)의 외주면 자세하게는 상기 피마찰부(21)에 접촉하다.
이러한 상기 공진부(31)는, 압전소자결합부(32)와, 가동부(33)와, 결합돌기(34)와, 마찰부재(35)로 이루어진다.
상기 압전소자결합부(32)는 평판형상으로 이루어지고, 일면에 상기 압전소자모듈(39)이 장착된다.
상기 가동부(33)는 상기 압전소자결합부(32)의 타단에서 돌출 형성되어, 상기 압전소자모듈(39)에 의해 타원형의 변위 운동을 한다.
상기 가동부(33)는 일단이 상기 압전소자결합부(32)에 연결되어 있고, 타단은 자유단으로 놓여 있으며, 타단에는 상기 마찰부재(35)가 결합되어 있다.
그리고, 상기 가동부(33)의 폭은 상기 압전소자결합부(32)의 폭보다 작게 형성된다.
또한, 상기 가동부(33)에는 상기 가동부(33)의 변위 운동 궤적을 조절하기 위한 홀 형상의 조절공(37)이 형성되어 있다.
이러한 상기 조절공(37)은 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 가동부(33)에서 다양한 위치에 형성될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 결합돌기(34)는 다수개로 이루어져 상기 압전소자결합부(32)의 일단에 상호 이격된 상태로 돌출 형성되어 있고, 상기 공진부(31)를 상기 고정축(12)에 결합시키는 역할을 한다.
다수개의 상기 결합돌기(34) 사이에 상기 고정축(12)이 삽입되도록 하기 위해, 상기 결합돌기(34)의 끝단의 이격거리는 상기 고정축(12)의 지름보다 작도록 한다.
즉, 상기 결합돌기(34)를 상기 고정축(12)에 끼울 경우, 상기 결합돌기(34)의 끝단은 상기 고정축(12)에 접하면서 상호 멀어지는 방향으로 확장되었다가 다시 수축하여, 상기 고정축(12)을 감싸면서 상기 공진부(31)의 일단이 상기 고정축(12)에 결합되도록 한다.
상기 마찰부재(35)는 상기 가동부(33)의 타단에 결합되어, 상기 가동부(33)의 운동시 상기 렌즈홀더(20)에 장착된 상기 피마찰부(21)와 접하여 상기 렌즈홀더(20)를 상하방향으로 이동시키는 힘을 전달한다.
상기 압전소자모듈(39)은 상기 공진부(31) 자세하게는 상기 압전소자결합부(32)에 장착되어, 상기 연성회로기판(45)으로부터 전류를 인가받아 변형됨으로써 상기 공진부(31)를 가동시키는 역할을 한다.
이러한 상기 압전소자모듈(39)은 도 6에 도시되어 있다.
도 6(a)는 압전소자모듈(39)의 사시도이고, 도 6(b)는 도 6(a)의 A-A선을 취 하여 본 단면도이며, 도 6(c)는 도 6(a)의 B-B선을 취하여 본 단면도이다.
상기 압전소자모듈(39)은, 제1압전소자층(39d)과, 제2압전소자층(39e)과, 제3압전소자층(39f)으로 이루어진다.
상기 제1압전소자층(39d)은 상면에 상호 이격된 제1(+)단자부(39a)와 제2(+)단자부(39b)가 장착되어 있다.
상기 제2압전소자층(39e)은 상기 제1압전소자층(39d)의 하부에 배치되고, 상면에 1개의 (-)단자부(39c)가 장착되어 있다.
상기 제3압전소자층(39f)은 상기 제2압전소자층(39e)의 하부에 배치되고, 상면에 상호 이격된 제1(+)단자부(39a)와 제2(+)단자부(39b)가 장착되고, 하면에 1개의 (-)단자부(39c)가 장착되어 있다.
이때, 상기 제2압전소자층(39e)의 (-)단자부(39c)는 상기 제1압전소자층(39d)의 하부에 접하고, 상기 제3압전소자층(39f)의 제1(+)단자부(39a) 및 제2(+)단자부(39b)는 상기 제2압전소자층(39e)의 하부에 접하고 있다.
상기 (-)단자부(39c)는 동일평면상에서 하나로 이루어지고, 상기 제1(+)단자부(39a)와 제2(+)단자부(39b)는 동일평면상에서 상호 이격된 상태로 놓여 있다.
위와 본 발명의 압전소자모듈은 상기 제1압전소자층(39d)과 제2압전소자층(39e)과 제3압전소자층(39f)이 하나의 기본세트를 이루고 있다.
또한, 상기 압전소자모듈(30)은 상기 제1압전소자층(39d)과 제2압전소자층(39e)이 순차적으로 반복하여 적층될 수도 있다.
즉, 상면에 상기 제1(+)단자부(39a)와 제2(+)단자부(39b)가 장착된 상기 제1 압전소자층(39d)과, 상면에 상기 (-)단자부(39c)가 장착된 상기 제2압전소자층(39e)이 순차적으로 반복하여 적층되고, 최하위에 위치하는 상기 제2압전소자층(39e)의 하부에는, 상면에 상호 이격된 제1(+)단자부(39a)와 제2(+)단자부(39b)가 장착되고, 하면에 (-)단자부(39c)가 장착된 상기 제3압전소자층(39f)이 접하고 있다.
위와 같이, 각각 1개의 상기 제1압전소자층(39d)과 제2압전소자층(39e)과 제3압전소자층(39f)이 순차적으로 적층되어 기본적인 다층 압전소자모듈(39)을 형성할 수도 있고, 상기 제1압전소자층(39d)과 제2압전소자층(39e)이 반복하여 적층된 후 가장 아래에 상기 제3압전소자층(39f)이 장착되어 변형된 다층 압전소자모듈(39)을 형성할 수도 있다.
다수개의 상기 제1(+)단자부(39a)는 제1연결부(39g)에 의해 전기적으로 상호 연결되고, 다수개의 상기 제2(+)단자부(39b)는 제2연결부(39h)에 의해 전기적으로 상호 연결되며, 상기 제1연결부(39g)와 제2연결부(39h)는 상호 비접촉된다.
또한, 다수개의 상기 (-)단자부(39c)는 제3연결부(39i)에 의해 전기적으로 상호 연결된다.
상기 제1(+)단자부(39a)와 제2(+)단자부(39b)는 상기 공진부(31)의 길이방향을 따라 상호 평행하게 장착된다.
상기 압전소자모듈(39)은 전체적으로 6면체 형상으로 이루어지며, 상기 제1연결부(39g)는 압전소자모듈(39)의 일측면에 장착되어 다수개의 상기 제1(+)단자부(39a)의 측면을 상호 연결하고, 상기 제2연결부(39h)는 압전소자모듈(39)의 제1 연결부(39g)와 다른 측면에 장착되어 다수개의 상기 제2(+)단자부(39b)의 측면을 상호 연결하며, 상기 제3연결부(39i)는 상기 제1연결부(39g) 및 제2연결부(39h)와 다른 측면에 장착되어 다수개의 상기 (-)단자부(39c)의 측면을 상호 연결한다.
이러한 상기 압전소자모듈(39)에는 상기 제1(+)단자부(39a)와 제2(+)단자부(39b)에 상호 90도의 위상차를 갖는 전압이 인가됨으로써, 상기 제1압전소자층(39d), 제2압전소자층(39e) 및 제3압전소자층(39f)이 상기 공진부(31)의 길이방향으로 신축되어 상기 공진부(31)를 구동시키게 된다.
위와 같이, 상기 압전소자모듈(39)을 다층으로 형성함으로써, 적은 전압으로 큰 변위를 얻을 수 있다.
상기 판스프링(40)은 상기 구동체(30)를 상기 렌즈홀더(20)의 외주면 방향으로 가압하는 역할을 한다.
이를 위해, 상기 판스프링(40)은 상기 구동체(30)의 외부를 감싸면서 양단이 상기 베이스부재(10)의 측면부(11)에 후크방식으로 결합되어 있다.
상기 연성회로기판(45)은 상기 구동체(30)와 판스프링(40) 사이에 배치되어 있고, 상기 압전소자모듈(39)에 전류를 공급한다.
상기 연성회로기판(45)은 일면이 상기 압전소자모듈(39)과 접하고 있고, 타면이 상기 판스프링(40)과 접하고 있다.
또한, 상기 연성회로기판(45)에는 상기 판스프링(40) 방향으로 스폰지(46)가 결합되어 있어 상기 판스프링(40)과 연성회로기판(45)이 항상 서로 접촉하도록 한다.
이로 인해, 상기 판스프링(40), 연성회로기판(45) 및 구동체(30)가 항상 접촉하도록 할 수 있어, 상기 판스프링(40)의 가압력이 상기 구동체(30)에 항상 전달하도록 할 수 있다.
상기 제어부는 상기 구동체(30)를 제어하는 것으로써, 자세하게는 상기 압전소자모듈(39)에 인가되는 전압을 제어하여 상기 구동체(30)가 구동되어 상기 렌즈홀더(20)를 이동시킬 수 있도록 하는 역할을 한다.
상기 제어부는, 상기 제1(+)단자부(39a)와 제2(+)단자부(39b)에 각각 상호 90도의 위상차를 갖으며 상기 구동체(30)의 공진주파수에 대응되는 주파수를 갖는 전압을 상기 압전소자모듈(39)에 인가하여, 상기 공진부(31)의 타단에 위치한 상기 가동부(33)가 타원형의 변위 운동을 하면서 상기 렌즈홀더(20)를 광축방향으로 구동시키도록 한다.
도 7은 도 5에 표시된 Y축 방향에서 바라본 상기 가동부(33)의 운동을 도시한 것이고, 도 8은 도 5에 표시된 Z축 방향에서 바라본 상기 가동부(33)의 운동을 도시한 것이며, 도 9는 도 5에 표시된 X축 방향에서 바라본 상기 가동부(33)의 운동을 도시한 것이다.
상기 가동부(33)는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 압전소자모듈(39)에 인가되는 제1특정주파수의 전압에 의해 상하방향 중 어느 한쪽으로 1번만 굴곡진 형태를 가지면서 시간이 지남에 따라 상하방향으로 반복하여 진동한다.
그리고, 상기 가동부(33)는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 압전소자모듈(39)에 인가되는 제2특정주파수의 전압에 의해 좌우방향 양쪽으로 각각 1번씩 굴 곡진 형태를 가지면서 시간이 지남에 따라 좌우방향으로 반복하여 진동한다.
즉, 상기 제1특정주파수에 의해서는 원호 형상으로 굴곡지고, 상기 제2특정주파수에 의해서는 물결모양의 사인파 형상으로 굴곡지게 된다.
상기 제어부는, 상기 압전소자모듈(39)에 상기 제1특정주파수와 제2특정주파수 사이의 최적특정주파수의 전압이 인가하여, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 가동부(33)가 타원 형상의 궤적운동을 하도록 한다.
상기 최적특정주파수는 상기 제1특정주파수와 제2특정주파수를 합한 값의 1/2값을 갖는 주파수이고, 상기 제1특정주파수와 제2특정주파수의 차이값은 3Khz 이하임이 바람직하다.
위와 같이, 상기 압전소자모듈(39)에 90도의 위상차를 갖으며 상기 최적특정주파수를 갖는 전압을 인가함으로써, 상기 가동부(33)에 제1특정주파수에 의한 상하운동(도7)과, 상기 제2특정주파수에 의한 좌우운동(도8)이 합쳐져 타원운동(도9)을 하게 된다.
도 10은 본 발명의 구동체(30)의 다양한 형상을 도시하고 있다.
도 10(b),(c)에 도시된 바와 같이, 상기 조절공(37)이 폐곡선 형상 즉 상기 가동부(33)의 내부에 형성된 경우에는, 상기 조절공(37)은 상기 가동부(33)의 폭의 중심부에 형성되도록 한다.
즉, 상기 조절공(37)을 중심으로 상기 가동부(33)의 폭의 양방향으로 대칭을 이루도록 한다.
그리고, 도 10(a),(d),(e)에 도시된 바와 같이, 상기 조절공(37)이 개곡선 형상 즉 상기 가동부(33)의 외측면에 개방되게 형성된 경우에는, 상기 조절공(37)은 상기 가동부(33)의 폭방향의 양측에 대칭을 이루게 형성되도록 한다.
도 10(a)에 도시된 바와 같이, 상기 조절공(37)이 상기 가동부(33)의 일단에서 상기 압전소자결합부(32)에 접하는 개곡선 형상으로 형성된 경우에는, 상기 가동부(33)가 폭방향으로 변위 운동을 할 때 상기 가동부(33)가 보다 잘 절곡되도록 할 수 있다.
도 10(b)에 도시된 바와 같이, 상기 조절공(37)이 폐곡선 형상으로 형성된 경우에는, 상기 조절공(37)이 상기 가동부(33)의 폭의 중심부에 형성되어 있어 상기 가동부(33)가 상하 또는 좌우방향으로 운동할 경우 편심됨이 없이 균형있게 운동할 수 있다.
도 10(c)에 도시된 바와 같이, 상기 가동부(33)의 일단에 폭이 넓어지는 확장부(38)를 형성하여 상기 압전소자결합부(32)에 연결된 경우에는, 상기 압전소자모듈(39)에서 발생하는 힘이 상기 확장부(38)를 통해 상기 가동부(33)에 보다 잘 전달되도록 할 수 있다.
도 10(d)에 도시된 바와 같이, 상기 조절공(37)이 상기 가동부(33)의 일단과 타단 사이에서 개곡선 형상으로 상기 가동부(33)의 폭방향의 양측으로 대칭을 이루며 형성되도록 할 수도 있다.
도 10(e)에 도시된 바와 같이, 상기 조절공(37)을 상기 가동부(33)의 일단과 타단 사이 및 상기 가동부(33)의 일단에 형성할 수도 있다.
이 경우의 상기 조절공(37)의 크기는, 도 10(a) 및 10(d)에 도시된 조절 공(37)의 크기보다 작게 형성하도록 한다.
또한, 도 10(f)에 도시된 바와 같이, 상기 가동부(33)에 조절공(37)을 형성하지 않을 수도 있다.
도 10(a) 내지 10(e)에 도시된 바와 같이, 상기 조절공(37)을 형성한 경우에는 제1특정주파수와 제2특정주파수가 인접하나, 도 10(f)에 도시된 바와 같이 상기 조절공(37)이 형성되지 않은 경우에는 조절공(37)이 형성된 경우보다 제1특정주파수와 제2특정주파수의 거리가 멀다.
이하, 상술한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동과정에 대하여 살펴본다.
상기 제어부가 상기 압전소자모듈(39)의 제1(+)단자부(39a)와 제2(+)단자부(39b)에 상호 90도의 위상차를 갖는 전압을 인가한다.
즉, 상기 제1(+)단자부(39a)와 제2(+)단자부(39b)에 인가되는 전압의 위상은 90도의 차이가 있다.
이때, 인가되는 전압의 주파수는 상기 구동체(30)의 공진주파수에 대응되는 주파수이다.
상기 압전소자모듈(39)의 제1(+)단자부(39a)와 제2(+)단자부(39b)에 90도의 위상차를 갖는 전압이 인가되면, 상기 제1압전소자층(39d)과, 제2압전소자층(39e)과, 제3압전소자층(39f)는 수축 및 팽창 운동을 하고, 이로 인해 상기 압전소자모듈(39)이 결합된 상기 공진부(31)도 유동을 한다.
이때, 인가되는 전압의 주파수가 상기 구동부의 공진주파수와 일치하기 때문 에, 적은 힘으로 상기 구동부 자세하게는 상기 공진부(31)를 크게 유동시킬 수 있다.
보다 자세하게는, 도 7에 도시된 바와 같이 제1특정주파수에 의해 상기 공진부(31)의 타단에 형성된 상기 가동부(33)는 상하방향으로 움직이게 된다.
이때, 상기 가동부(33)는 상하방향 중 어느 한쪽으로 1번만 굴곡진 형태를 가지면서 시간이 지남에 따라 상하방향으로 반복하여 진동한다.
그리고 도 8에 도시된 바와 같이 제2특정주파수에 의해 상기 가동부(33)는 좌우방향으로 움직이게 된다.
이때, 상기 가동부(33)는 상기 렌즈홀더(20)의 좌우방향(도8에서는 상하방향)의 양쪽으로 각각 1번씩 굴곡진 형태를 가지면서 시간이 지남에 따라 좌우방향으로 반복하여 진동한다.
상기 가동부(33)를 상하방향으로 1번 굴곡지게 진동시키는 제1특정주파수가 311kHz이고, 상기 가동부(33)를 좌우방향으로 2번 굴곡지게 진동시키는 제2특정주파수가 313kHz인 경우, 상기 제어부에서는 상기 압전소자모듈(39)에 상기 제1특정주파수와 제2특정주파수의 합의 평균값인 312kHz의 최적특정주파수를 인가한다.
그러면, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 가동부(33)는 상하방향의 1번 굴곡진 진동모드와 좌우방향의 2건 굴곡진 진동모드가 합쳐지게 되어 타원운동을 하게 된다.
위와 같은 전압이 인가되면, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 가동부(33)의 타단이 결합된 상기 마찰부재(35)는 타원운동을 하게 된다.
한편, 상기 제1특정주파수와 제2특정주파수의 차이값이 클 경우에는, 최적특정주파수와 제1특정주파수 및 제2특정주파수 차이값이 켜져 상기 가동부(33)에 최적특정주파수를 갖는 전압을 인가하더라도 상기 가동부(33)가 타원운동을 하지 않게 된다.
이 경우에는 상기 조절공(37)을 이용하여, 상기 가동부(33)가 상하방향으로 1번 굴곡지게 진동하도록 하는 상기 제1특정주파수와, 상기 가동부(33)가 좌우방향으로 2번 굴곡지게 진동하도록 하는 제2특정주파수가 상호 인접한 수치를 갖도록 변경한다.
상기 가동부(33)가 타원형의 변위운동을 함에 따라, 상기 가동부(33)에 결합된 상기 마찰부재(35)는 상기 렌즈홀더(20)에 장착된 상기 피마찰부(21)와 접하면서 상기 렌즈홀더(20)를 상방향으로 밀어 올리거나 하방향으로 밀어 내려, 상기 렌즈홀더(20)가 광축방향으로 이동할 있도록 한다.
그리고, 판스프링(40)이 상기 구동체(30)를 상기 렌즈홀더(20) 방향으로 누르고 있기 때문에, 상기 마찰부재(35)가 형성된 상기 가동부(33)가 상기 피마찰부(21)가 형성된 상기 렌즈홀더(20)에 강하게 밀착되도록 할 수 있다.
이로 인해 상기 가동부(33)는 상기 렌즈홀더(20)의 외주면에 항상 접촉하여 상기 렌즈홀더(20)를 상하방향으로 이동시킬 수 있게 된다.
본 발명인 다층 압전소자모듈 및 이를 이용한 소형카메라 구동장치는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
도 1은 종래의 VCM방식의 소형 카메라장치의 단면구조도,
도 2는 도 1에 도시된 소형 카메라장치의 사용상태 단면구조도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소형 카메라 구동장치의 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 소형 카메라 구동장치의 평면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 소형 카메라 구동장치의 분해사시도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 압전소자모듈의 사시도 및 단면도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공진부의 타단이 상하방향으로 진동하는 상태를 도시한 상태도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 공진부의 타단이 좌우방향으로 진동하는 상태를 도시한 상태도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 공진부의 타단이 타원 형상의 궤적운동을 하는 상태의 과정도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 구조를 갖는 구동체의 평면도,
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 베이스부재, 11 : 측면부, 12 : 고정축, 13 : 레일홈, 14 : 가이드돌기, 20 : 렌즈홀더, 21 : 피마찰부, 22 : 가이드홈, 23 : 레일홈, 30 : 구동체, 31 : 공진부, 32 : 압전소자결합부, 33 : 가동부, 34 : 결합돌기, 35 : 마찰부재, 37 : 조절공, 38 : 확장부, 39 : 압전소자모듈, 39a : 제1(+)단자부, 39b : 제2(+)단자부, 39c : (-)단자부, 39d : 제1압전소자층, 39e : 제2압전소자층, 39f : 제3 압전소자층, 39g : 제1연결부, 39h : 제2연결부, 39i : 제3연결부, 40 : 판스프링, 45 : 연성회로기판, 46 : 스폰지, 50 : 이동안내부재, 51 : 리테이너, 52 : 볼부재,

Claims (6)

  1. 상면에 상호 이격된 제1(+)단자부와 제2(+)단자부가 장착된 제1압전소자층과;
    상기 제1압전소자층의 하부에 배치되고, 상면에 (-)단자부가 장착된 제2압전소자층과;
    상기 제2압전소자층의 하부에 배치되고, 상면에 상호 이격된 제1(+)단자부와 제2(+)단자부가 장착되고, 하면에 (-)단자부가 장착된 제3압전소자층으로 이루어지되,
    상기 제2압전소자층의 (-)단자부는 상기 제1압전소자층의 하부에 접하고, 상기 제3압전소자층의 제1(+)단자부 및 제2(+)단자부는 상기 제2압전소자층의 하부에 접하는 것을 특징으로 하는 다층 압전소자모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상면에 상기 제1(+)단자부와 제2(+)단자부가 장착된 상기 제1압전소자층과, 상면에 상기 (-)단자부가 장착된 상기 제2압전소자층이 순차적으로 반복하여 적층되되,
    최하위에 위치하는 상기 제2압전소자층의 하부에는, 상면에 상호 이격된 제1(+)단자부와 제2(+)단자부가 장착되고, 하면에 (-)단자부가 장착된 상기 제3압전소자층이 접하고 있는 것을 특징으로 하는 다층 압전소자모듈.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    다수개의 상기 제1(+)단자부는 제1연결부에 의해 전기적으로 상호 연결되고,
    다수개의 상기 제2(+)단자부는 제2연결부에 의해 전기적으로 상호 연결되며,
    다수개의 상기 (-)단자부는 제3연결부에 의해 전기적으로 상호 연결되되,
    상기 제1연결부와 제2연결부와 제3연결부는 상호 비접촉되는 것을 특징으로 하는 다층 압전소자모듈.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 압전소자모듈은 6면체 형상으로 이루어지되,
    상기 제1연결부는 압전소자모듈의 일측면에 장착되어 다수개의 상기 제1(+)단자부의 측면을 상호 연결하고,
    상기 제2연결부는 압전소자모듈의 제1연결부와 다른 측면에 장착되어 다수개의 상기 제2(+)단자부의 측면을 상호 연결하며,
    상기 제3연결부는 상기 제1연결부 및 제2연결부와 다른 측면에 장착되어 다수개의 상기 (-)단자부의 측면을 상호 연결하는 것을 특징으로 하는 다층 압전소자모듈.
  5. 베이스부재와; 상기 베이스부재의 내부에 배치되고, 렌즈가 장착되어 광축방향으로 구동되는 렌즈홀더와; 상기 렌즈홀더를 광축방향으로 구동시키는 구동체와; 상기 구동체를 제어하는 제어부로 이루어지고,
    상기 구동체는,
    일단이 상기 베이스부재에 결합되고, 타단이 상기 렌즈홀더의 외주면과 접촉하는 공진부와; 상기 공진부에 장착되고 제1(+)단자부와 제2(+)단자부와 (-)단자부를 갖는 압전소자모듈로 이루어지며,
    상기 제어부는,
    상기 제1(+)단자부와 제2(+)단자부에 상호 90도의 위상차를 갖으며 상기 구동체의 공진주파수에 대응되는 주파수를 갖는 전압을 인가하되,
    상기 압전소자모듈은,
    상면에 상호 이격된 제1(+)단자부와 제2(+)단자부가 장착된 제1압전소자층과;
    상기 제1압전소자층의 하부에 배치되고, 상면에 (-)단자부가 장착된 제2압전소자층과;
    상기 제2압전소자층의 하부에 배치되고, 상면에 상호 이격된 제1(+)단자부와 제2(+)단자부가 장착되고, 하면에 (-)단자부가 장착된 제3압전소자층으로 이루어지며,
    상기 제2압전소자층의 (-)단자부는 상기 제1압전소자층의 하부에 접하고, 상기 제3압전소자층의 제1(+)단자부 및 제2(+)단자부는 상기 제2압전소자층의 하부에 접하는 것을 특징으로 하는 다층 압전소자모듈을 이용한 소형카메라 구동장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 공진부의 타단은,
    상기 압전소자모듈에 인가되는 제1특정주파수의 전압에 의해 상하방향으로 1번 굴곡지게 움직이고, 상기 압전소자모듈에 인가되는 제2특정주파수의 전압에 의해 좌우방향으로 2번 굴곡지게 움직이며,
    상기 제어부는, 상기 압전소자모듈에 상기 제1특정주파수와 제2특정주파수 사이의 최적특정주파수를 갖는 전압을 인가하여, 상기 공진부의 타단이 타원 형상의 궤적운동을 하면서 상기 렌즈홀더를 광축방향으로 구동시키도록 하는 것을 특징으로 하는 다층 압전소자모듈을 이용한 소형카메라 구동장치.
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