KR101137463B1 - 왕복동형 렌즈 액츄에이터의 구동 방법 - Google Patents

Abstract

(과제) 압전 소자 등의 구동원을 이용하는 왕복운동형 렌즈 액츄에이터의 라이징시에 발생하는 진동의 억제와 라이징 속도의 단축을 동시에 행한다.
(해결 수단) 라이징시의 시간을 구동원의 고유 진동수에 대응한 주기로 함으로써, 라이징시에 있어서의 구동원의 공진(共振)을 방지하여 라이징 후의 진동을 억제함과 함께, 라이징 속도를 올리는 것이 가능해진다. 또한, 구동시 전으로 원점 복귀함으로써 입력 신호에 대한 이동 변위의 재현성의 향상이라는 효과도 얻고 있다.

Description

왕복동형 렌즈 액츄에이터의 구동 방법{DRIVING METHOD OF RECIPROCAL LENS ACTUATOR}

본 발명은, 압전 소자(piezoelectric element) 등의 직선 방향의 힘을 구동원으로 하는 왕복운동형 렌즈 액츄에이터의 구동 방법에 관한 것이다.

현재, 휴대 전화 등에 탑재되어 있는 소형의 렌즈 액츄에이터에는 탑재 스페이스의 제한상, 종래부터 이용되고 있는 회전식 렌즈 경통(鏡筒;lens barrel)을 이용하는 것이 어려워, 압전 소자, 가동 코일 등에 의해 렌즈를 움직이는 왕복운동형 구조인 것이 많이 이용되고 있다.

이러한 렌즈 액츄에이터를 구동할 때, 압전 소자를 이용한 경우에는, 1회의 입력에 대한 이동량이 적기 때문에, 목표 위치로의 도달 시간을 단축하는 것이 어렵다는 문제가 있었다.

또한, 가동 코일형의 구조에서는 이동 후에 댐핑(damping)이 발생하기 때문에, 압전 소자를 이용한 경우와 동일하게, 목표 위치로의 도달 시간을 단축하는 것이 어렵다는 문제가 있었다.

전술한 두 가지 문제 중, 압전 소자형의 문제에 대해서는 미리 목표치의 변위(displacement)분에 필요한 양보다도 높은 값을 입력함으로써, 이 문제를 해결한다는 방법이 있다.

일본공개특허공보 평11-342608

그러나, 전술한 압전 소자형에 관한 해결 방법은, 입력시의 값을 목표치보다도 높게 설정하여 즉응성(quick responsiveness)을 높이기 때문에, 통상의 입력을 행한 경우와 비교하여, 입력 후에 구동원의 압전 소자에 의해 구동되는 장치 전체가 진동하여, 장치에 부착된 렌즈의 초점 위치가 정해지기 어렵다는 문제가 있었다.

또한, 상기 압전형에 관한 해결 방법과는 다른 댐핑에 관한 종래 기술을 이용한 해결 방법으로서는, 일본공개특허공보 평11-342608(이하 특허문헌 1이라고 기재함)에 기재된 잉크젯 프린터용 압전 액츄에이터의 구동 방법이 있다.

상기 특허문헌 1에 기재된 구동 방법에서는, 잉크 용기의 용적에 의한 댐퍼 효과를 상기 액츄에이터의 진동계에 조입(incorporate)시키는 것을 특징으로 하고 있으며, 상기 댐퍼 효과를 조입시킴으로써 댐핑을 억제하여 상기 액츄에이터의 라이징(rising) 시간 단축이라는 효과를 얻고 있다.

그러나, 특허문헌 1에 기재된 구동 방법을 렌즈 액츄에이터에 이용하여 동일한 효과를 얻으려면, 별도의 댐퍼 요소를 부가할 필요가 있었다. 이는, 렌즈 액츄에이터의 구조상, 진동계의 댐퍼 요소가 작아 촬영 대상에 대응한 초점 거리에 의해 입력 전압이 변화하는 구동 방법을 이용하고 있기 때문이다.

상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 왕복운동형 렌즈 액츄에이터의 구동 기구에 있어서, 입력 신호의 라이징 시간을 렌즈 액츄에이터의 고유 진동수에 있어서의 주기 부근에 맞추는 것을 특징으로 하고 있다.

보다 구체적으로는, 라이징 시간을 고유 진동수에 있어서의 주기의 95～105%의 범위 내로 설정함으로써, 전압 인가시의 파형이 액츄에이터와 공진(共振)하는 것을 억제하여 렌즈 액츄에이터의 압전 소자를 구동하고 있다.

이 때문에, 렌즈 액츄에이터의 구동시에 입력하는 제어 신호에 관하여, 공진 주파수의 파형이 들어가기 어려운 라이징 파형으로 하여 라이징 후의 진동을 억제하면서, 단시간으로 렌즈 구동을 행하는 것이 가능하게 되어 있다.

또한, 청구항 2에 기재된 제어 방법에서는, 청구항 1에 기재된 제어 방법을 이용하여 압전형의 렌즈 액츄에이터를 구동할 때에, 압전을 인가하지 않은 상태인 초기 위치로, 렌즈 위치를 복귀하고 나서 목표 위치까지 렌즈를 이동시키는 것을 특징으로 하고 있다.

이 때문에, 사용하는 렌즈 액츄에이터의 신축 동작시에 발생하는 변위차에 관계없이, 재현성이 좋은 안정된 렌즈 구동을 행하는 것이 가능해진다.

이상 서술한 효과에 더하여, 본 발명의 제어 방법에서는 미리 고유 진동수를 조사함으로써 최적의 입력 신호를 정할 수 있기 때문에, 직선 방향의 힘을 구동원으로 하는 렌즈 액츄에이터 전반에 대하여 용이하게 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 있어서 이용하는 렌즈 액츄에이터이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 있어서 이용한 구동 신호이다.
도 3은 도 2 중 (a)의 구동 신호를 주기를 바꾸어 도 1의 렌즈 액츄에이터에 입력했을 때의 라이징 특성이다.

(실시예)

이하에, 도 1～도 3을 이용하여, 본 발명에 있어서의 최량의 실시 형태를 나타낸다.

도 1에 본 실시예에 있어서 이용하는 렌즈 액츄에이터를, 도 2에 당해 렌즈 액츄에이터를 구동할 때에 사용하는 입력 파형을, 도 3에 상기 도 2 중 (a)의 파형을 주기를 바꾸어 입력했을 때의 라이징을 각각 나타낸다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 있어서 이용하는 렌즈 액츄에이터는, 렌즈 홀더(3) 주변에 배치한 변위 확대 기구(2)를 이용함으로써, 구동원인 압전 소자(1)의 a 방향의 변위를 확대하여, 광축 방향인 b 방향의 변위로 바꾸어, 렌즈 홀더에 탑재되는 렌즈를 구동하는 구조로 되어 있다. 이 때문에, 압전 소자가 갖고 있는 양호한 즉응성과 변위 확대 기구에 의한 충분한 이동량을 얻을 수 있다.

도 2에 상기 렌즈 액츄에이터에 입력하는 두 가지의 파형을 나타낸다. 여기에서, 도 2(a)는 본 발명에 있어서 이용한 사다리꼴 파(trapezoidal wave), 도 2(b)는 종래의 구동 방법에 있어서 이용되어 온 사다리꼴 파이다.

도 2에 있어서 본 실시예의 제어 방법에서는, 스위칭 레귤레이터를 이용하여 라이징시와 보지(保持; holding)부에서의 듀티비(Duty Ratio)를 변화시킨 제어 방법을 이용하고 있다. 보다 구체적으로는, 종래의 듀티비를 일정하게 행하는 사다리꼴 파 입력에 대하여, 라이징시의 듀티비를 조밀하게 한 구동 방법을 이용하고 있다.

이 때문에, 종래에는 전압에 의해 고정이었던 압전 소자의 라이징 속도(rising speed)를, 입력 전압에 의존하지 않고 변화시키는 것이 가능해져, 과도 응답 파형 등의 입력을 행하지 않고 임의의 라이징 속도를 설정할 수 있었다.

또한, 스위칭 레귤레이터와 함께 제어함으로써, 장치 전체의 전력 절약화와아울러, 디지털 제어가 가능한 것에 의한 제어성의 향상이라는 효과도 얻을 수 있었다.

도 3에 상기 신호에 의해 도 1의 렌즈 액츄에이터를 구동한 결과를 나타낸다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 사다리꼴 파를 이용한 도 3(a)의 라이징 시간이 33m초로 되어 있는 것에 대하여, 도 3(b)의 라이징 시간은 70m초로 되어 있다.

이는, 도 3(a)의 입력 신호에 있어서의 라이징부의 시간을 압전 소자의 고유 진동수에 있어서의 주기(T)로 설정한 것에 의한 것으로, 상기 설정을 이용함으로써, 라이징시에 공진 주파수의 파(波)가 들어가기 어려워져, 렌즈 구동 후의 댐핑을 억제함으로써 라이징 시간을 단축할 수 있었다. 또한, 비교 대상이 되고 있는 도 3(b)는 도 2(a)에 나타낸 신호 파형에, 종래의 라이징 시간을 설정하여 구동한 결과이다.

또한, 본 실시예에서는, 렌즈 액츄에이터의 구동시에 있어서 목표가 되는 복수의 초점 위치로 연속하여 렌즈를 이동할 때, 전압을 인가하지 않은 원점으로 복귀하고 나서 각 초점 위치로 이동하는 방법을 이용했다. 이 때문에, 압전 소자가 갖고 있는 신축시의 히스테리시스(hysteresis)에 좌우되지 않는, 입력 신호에 대한 재현성이 양호한 렌즈 구동이 가능해졌다.

또한, 본 실시예에서는 압전 소자를 구동원으로 한 렌즈 액츄에이터를 이용했지만, 사다리꼴 파에 관해서는 압전 소자형의 구동 구조에 한하지 않고, 보이스 코일형의 구동 구조 등, 직선 방향의 힘을 구동원으로 하는 렌즈 액츄에이터 전반에 대하여 사용할 수 있었다.

이상 서술한 바와 같이, 본 실시예에 있어서 서술한 제어 방법을 이용함으로써, 종래의 구동 방법보다도 짧은 라이징 시간에서의 렌즈 구동을 행하는 것이 가능해졌다.

1 : 압전 소자
2 : 변위 확대 기구
3 : 렌즈 홀더
T : 렌즈 액츄에이터의 공진 주파수에 대응한 주기
a : 압전 소자(1)의 신축 방향
b : 렌즈 홀더의 이동 방향

Claims (2)

1. 구동원으로 이용하는 압전소자의 직선방향 변위를 변위 확대기구에 의해 확대하여 광축방향의 변위로 바꾸는 왕복동형 렌즈 액츄에이터의 구동방법으로서, 상기 구동원에의 입력 신호의 라이징 시간을 상기 렌즈 액츄에이터의 고유 진동수에 있어서의 주기의 95～105%의 범위로 설정하여 구동하는 것을 특징으로 하는 왕복동형 렌즈 액츄에이터의 구동 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 압전소자에 전압을 인가하지 않은 상태인 초기 위치로, 렌즈 위치를 원점 복귀하고 나서, 목표위치까지 렌즈를 이동시키도록 렌즈 액츄에이터를 구동하는 것을 특징으로 하는 왕복동형 렌즈 액츄에이터의 구동방법.

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