KR20060061243A - 구동장치 및 구동방법 - Google Patents

구동장치 및 구동방법 Download PDF

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KR20060061243A
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류이치 요시다
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코니카 미놀타 옵토 인코포레이티드
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Abstract

본 발명에 있어서는, 압전소자에 대해, 계단모양으로 순차 증가 또는 감소하는 전압치를 주기적으로 인가해서 로드를 톱니모양으로 진동변위시켜, 이동체를 당해 로드를 따르는 한 방향, 또는 그 역방향으로 구동한다. 순차 증가 또는 감소하는 전압치는, 정측 전원전압과 부측 전원전압과의 사이에 압전소자, 제1콘덴서 및 제2콘덴서를 포함하는 회로배선을 설치하고, 복수의 스위칭 소자의 턴온 또는 턴오프를 제어함으로써 생성한다. 제1콘덴서가 직렬로 접속된 압전소자 및 제2콘덴서와 병렬배치의 관계를 가질 때는, 제1콘덴서와 직렬로 접속된 스위칭 소자를 개방(open)한다. 제2콘덴서가 직렬로 접속된 압전소자 및 제1콘덴서와 병렬배치의 관계를 가질 때는, 제1콘덴서와 직렬로 접속된 스위칭 소자를 개방한다.

Description

구동장치 및 구동방법 {DRIVING DEVICE AND DRIVING METHOD}
도 1a는 종래의 구동장치를 나타낸 분해 사시도.
도 1b는 도 1a에 나타낸 종래의 구동장치의 분해 조립도.
도 2는 도 1a 및 도 1b에 나타낸 구동장치에서의 구동원리를 설명하는 그래프.
도 3은 도 1a 및 도 1b에 나타낸 구동장치에서의 구동원리를 설명하는 도면.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 각각 톱니모양의 파형을 갖는 구동전압을 생성하는 종래의 방법을 설명하는 도면.
도 5a 및 도 5b는 각각 톱니모양의 파형을 갖는 구동전압을 생성하는 종래의 방법을 설명하는 회로 및 도면.
도 6은 본 발명에 따른 구동회로의 일례를 나타낸 회로도.
도 7은 도 6에 나타낸 구동회로로 공급되는 제어신호, 및 압전소자에 인가되는 전압을 나타낸 도면.
도 8은 도 6에 나타낸 구동회로로부터 압전소자로 인가되는 구동전압의 파형의 일례를 나타낸 그래프.
도 9는 도 8에 나타낸 구동전압이 인가된 경우의 로드의 변위를 나타낸 그래프.
도 10a 및 도 10b는 각각 도 6의 구동회로를 사용한 경우에 있어서, 구간 "tc"에서의 회로상태를 설명하는 등가회로도.
도 11은 전력소비를 절약하기 위해 개량된 구동회로의 일례를 나타낸 회로도.
도 12a 및 도 12b는 각각 도 11의 구동회로를 사용한 경우에 있어서, 구간 "tc"에서의 회로상태를 설명하는 등가회로도이다.
[부호의 설명]
1 대좌(base) 2, 3 지지부
4 압전소자 5 로드
10 이동체 11 이동체 본체
12 캡 13 스프링
본 발명은, 구동장치에 관한 것으로, 특히 압전소자(피에조 소자) 등의 전기기계 변환소자를 이용한 구동장치 및 구동방법에 관한 것이다. 본 발명의 구동장치는, 예를 들면 카메라의 렌즈구동기구나 정밀 스테이지의 구동기구로서 적합하게 사용된다.
미국특허 제6,016,231호에는, 종래의 구동장치의 하나로서, 전압의 인가에 의해 길이가 변화하는(신축(신장 또는 수축)되는) 압전소자 등의 전기기계 변환소 자를 이용한 구동장치가 개시되어 있다. 이 구동장치는, 도 1a의 분해 사시도 및 도 1b의 조립 사시도에 나타내어져 있다.
이 구동장치는, 대좌(base: 고정대)(1)에 대해 이동체(10)를 상대적으로 이동시킬 수 있어, 예를 들면 카메라의 렌즈구동장치로서 사용할 수가 있다. 즉, 이동체(10)를 렌즈의 구슬틀(barrel)과 연결하면, 이동체(10)와 함께 렌즈를 이동시킬 수가 있다.
압전소자(4)는, 다수의 압전판을 적층하여 구성되어 있고, 신축방향 일단(4a)이 대좌(1)에 고정됨과 더불어 타단(4b)이 로드(5)의 제1단(5a)에 고정된다. 로드(5)는 대좌(1)와 일체적으로 형성된 지지부(2, 3)에 의해 접동가능하게 지지된다.
이동체(10)는, 그 본체(11)와 캡(12) 사이에 로드(5)를 유지함과 동시에, 스프링(13)으로 본체(11)와 캡(12)의 접근하는 방향으로 압박력을 줌으로써, 로드(5)의 표면에 마찰결합된다.
압전소자(4)에는 도시하지 않은 전압제어회로(구동펄스 발생수단)가 접속되어 있다. 압전소자(4)에 대해, 톱니모양의 파형을 갖는 소정의 구동전압을 인가하면, 압전소자(4)는 거의 동형상인 톱니모양의 변위를 가지고 진동한다(도 2). 그리고, 이 압전소자(4)의 진동에 따라 로드(5)도 톱니모양의 변위를 가지고 그 길이방향(longitudinal direction)으로 진동한다. 즉, 도 2의 그래프는 압전소자(4)의 진동진폭을 나타냄과 더불어, 로드(5)의 진동진폭을 나타내는 것이기도 하다.
구체적으로 설명하면, 제1파형(100)의 기간 "A"에서의 완만한 상승 경사부 (101)에서는, 압전소자(4)는 비교적 천천히 신장하고, 로드(5)가 도 1b 중 화살표 "I"방향으로 천천히 이동한다. 다음에, 기간 "B"에 있어서, 압전소자(4)는 급속히 수축되어 초기 길이로 되돌아가고(하강 경사부(102)로 나타낸 파형부분), 로드(5)가 급격하게 화살표 "II"방향으로 이동한다.
이하 마찬가지의 이동이 반복되어, 결과로서 로드(5)는 "I"방향으로의 천천한 이동과 "II"방향으로의 급격한 이동을 반복하면서 진동한다. 이와 같이 해서, 로드(5)는 도 2에 나타낸 바와 같은 완급이 붙은 톱니모양의 진동파형을 그리면서 진동한다.
여기서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 로드(5)가 천천히 이동하는 경우에는 이동체(10)가 그 로드(5)와 함께 이동하고, 로드(5)가 급격하게 이동하는 경우에는 이동체(10)가 관성에 의해 그 자리에 머물도록(또는, 로드(5)보다 소량만 이동하도록), 이동체(10)의 스프링(13)으로부터의 힘(이동체(10)의 로드(5)에 대한 마찰결합력)이 조절되고 있다. 따라서, 로드(5)가 진동하는 사이에 이동체(10)는 대좌(1)에 대해 상대적으로 "I"방향으로 이동하게 된다.
또한, 이동체(10)를 도 1b 중 화살표 "II"방향으로 이동시키는 경우에는, 압전소자(4) 및 로드(5)의 진동파형이 도 2에 나타낸 것과 역으로 되도록, 즉 급격한 상승부와 완만한 하강부를 가지는 파형으로 되도록 하면 좋다. 이동체(10)의 이동원리는, 상기의 경우와 마찬가지이다.
위에서 설명한 바와 같이, 톱니모양의 파형을 갖는 구동전압을 압전소자에 인가하는 것이 필요하게 된다. 미국특허 제5,917,267호에는, 도 4a∼도 5b를 참조 해서 설명되는 바와 같은 그러한 구동전압을 생성하는 방법이 개시되어 있다.
《파형발생기 및 증폭기를 사용하는 방법(도 4a∼도 4c)》
파형발생기의 DA 변환에 의해 8비트, 0-5V의 톱니모양의 파형을 생성하고, 이것을 전력증폭기(power amplifier)를 이용해 0-10V로 증폭한다(도 4a). 이와 같이 해서, 0-10V의 구동용의 톱니모양의 파형을 얻는다.
도 4b는 이동체(10)를 도 3 중 "I"방향으로 구동할 때의 구동전압 파형(포워딩 파형)을, 도 4c는 그 역방향으로 구동할 때의 구동전압 파형(백워딩 파형)을 각각 나타내고 있다.
《정전류회로 및 스위치회로를 사용하는 방법(도 5a 및 도 5b)》
도 5a에 나타낸 디지탈 회로에 있어서, "A" 및 "D"는 정전류회로를 구성하고, "B" 및 "C"는 스위치회로를 구성하고 있다. 이 디지탈 회로에 대해, 도 5b에 나타낸 신호를 "a"∼"d"단에 공급한다. 이에 따라, 정전류회로 "A", "D"와 스위치회로 "B", "C"를 교대로 동작시켜 0-10V의 구동용의 톱니모양의 파형을 얻을 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 종래의 구동장치는, 톱니모양의 구동용 전압파형을 얻기 위해, 파형발생기와 증폭기를 사용하거나, 혹은 정전류회로와 스위치수단을 사용할 필요가 있어, 구조가 복잡하고 비용이 더 높아진다는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 전기기계 변환소자를 이용하는 구동장치로, 간단 한 회로구성으로 톱니모양의 파형의 구동전압을 생성할 수 있는 동시에 소비전력이 적은 구동펄스 발생수단을 갖춘 구동장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상술한 구동장치에 대한 구동방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 상기 과제를 유효하게 해결하기 위해 창안된 것으로, 이하의 특징을 갖춘 구동장치 및 구동방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제1국면에 따르면, 구동펄스 발생수단으로부터의 전압에 의해 신축되는 전기기계 변환소자와,
상기 전기기계 변환소자의 신축방향 일단에 일단이 고정된 로드 및,
상기 로드에 마찰결합하고 있고, 상기 전기기계 변환소자의 신축에 의한 로드의 진동에 기인해서 당해 로드를 따라 구동하는 이동체를 갖추어 구성되되,
상기 구동펄스 발생수단이, 상기 전기기계 변환소자에 대해, 상기 로드에 생기는 톱니모양의 진동변위에 의해 이동체를 당해 로드를 따른 한 방향으로 구동하도록 계단모양으로 순차 증가하는 4개의 전압치를 주기적으로 인가함과 더불어, 상기 로드에 생기는 톱니모양의 진동변위에 의해 이동체를 로드를 따라 상기 한 방향과 역방향으로 구동하도록 계단모양으로 순차 감소하는 4개의 전압치를 주기적으로 인가하도록 되어 있고,
정측 전원전압과 부측 전원전압과의 사이에 상기 전기기계 변환소자, 제1콘덴서 및 제2콘덴서를 포함하는 회로배선을 설치하고, 당해 회로배선 중에 배치한 복수의 스위칭 소자의 턴온 또는 턴오프를 제어함으로써, 상기 계단모양으로 순차 증가하는 4개의 전압치 및 상기 계단모양으로 순차 감소하는 4개의 전압치가 생성되도록 되어 있으며,
계단모양으로 순차 증가하는 상기 4개의 전압치 중 하나의 전압치를 가지고 상기 한 방향으로 이동체를 구동하는 경우에는, 전류의 흐름에 대해, 제1콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제2콘덴서와 병렬배치의 관계로 되는 한편, 계단모양으로 순차 감소하는 상기 4개의 전압치 중 하나의 전압치를 가지고 상기 역방향으로 이동체를 구동하는 경우에는, 전류의 흐름에 대해, 제2콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제1콘덴서와 병렬배치의 관계로 되도록, 상기 복수의 스위칭 소자의 턴온 또는 턴오프가 제어되도록 되어 있고,
제1콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제2콘덴서와 병렬배치의 관계를 가질 때에 개방되는 다른 스위칭 소자를 제1콘덴서와 직렬로 배치하며,
제2콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제1콘덴서와 병렬배치의 관계를 가질 때에 개방되는 또 다른 스위칭 소자를 제2콘덴서와 직렬로 배치한 구동장치가 제공된다.
렌즈를 지지하는 구슬틀(barrel)이 구동장치의 이동체에 연결될 수 있다는 점에 주의해야 한다. 이후, 카메라용의 렌즈구동장치가 제공된다.
본 발명의 제2국면은, 구동펄스 발생수단으로부터의 전압에 의해 신축되는 전기기계 변환소자와,
상기 전기기계 변환소자의 신축방향 일단에 일단이 고정된 로드 및,
상기 로드에 마찰결합하고 있고, 상기 전기기계 변환소자의 신축에 의한 로드의 진동에 기인해서 당해 로드를 따라 구동하는 이동체를 갖추어 구성되되,
상기 전기기계 변환소자에 대해, 상기 로드에 생기는 톱니모양의 진동변위에 의해 이동체를 당해 로드를 따른 한 방향으로 구동하도록 계단모양으로 순차 증가하는 복수의 전압치를 주기적으로 인가함과 더불어, 상기 로드에 생기는 톱니모양의 진동변위에 의해 이동체를 로드를 따라 상기 한 방향과 역방향으로 구동하도록 계단모양으로 순차 감소하는 복수의 전압치를 주기적으로 인가하도록 된 구동장치에서의 이동체의 구동방법으로서,
정측 전원전압과 부측 전원전압과의 사이에 상기 전기기계 변환소자, 제1콘덴서 및 제2콘덴서를 포함하는 회로배선을 설치하고, 당해 회로배선 중에 배치한 복수의 스위칭 소자의 턴온 또는 턴오프를 제어함으로써, 상기 계단모양으로 순차 증가하는 복수의 전압치 및 상기 계단모양으로 순차 감소하는 복수의 전압치를 생성하는 단계와,
상기 계단모양으로 순차 증가하는 복수의 전압치 중 하나의 전압치를 가지고 상기 한 방향으로 이동체를 구동하는 경우에는, 전류의 흐름에 대해, 제1콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제2콘덴서와 병렬배치의 관계로 되는 한편, 상기 계단모양으로 순차 감소하는 복수의 전압치 중 하나의 전압치를 가지고 상기 역방향으로 이동체를 구동하는 경우에는, 전류의 흐름에 대해, 제2콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제1콘덴서와 병렬배치의 관계로 되도록, 상기 복수의 스위칭 소자의 턴온 또는 턴오프를 제어하는 단계,
제1콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제2콘덴서와 병렬배치의 관계를 가질 때에 제1콘덴서와 직렬로 배치된 스위칭 소자를 개방하는 단계 및,
제2콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제1콘덴서와 병렬배치의 관계를 가질 때에 제1콘덴서와 직렬로 배치된 스위칭 소자를 개방하는 단계를 구비하여 이루어진 구동방법이 제공된다.
본 발명의 구동장치 및 구동방법에 있어서는, 전기기계 변환소자에 구동전압을 인가하는 구동펄스 발생수단이, 단순한 일정 전압치를, 당해 전압치의 크기를 계단모양으로 순차 변경해서 전기기계 변환소자에 인가하는 것이다. 그 때문에, 제어가 간단하고 회로구성을 단순화할 수 있기 때문에, 장치에 대한 비용을 절감할 수 있다.
게다가, 제1콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제2콘덴서와 병렬배치의 관계를 가질 때에 개방되는 스위칭 소자를, 제1콘덴서와 직렬로 접속하고 있다. 따라서, 이동체를 구동하는데 불필요한 제1콘덴서에 대한 충전이 실시되지 않기 때문에, 그 만큼 전력소비를 절약할 수 있다.
마찬가지로, 제2콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제1콘덴서와 병렬배치의 관계를 가질 때에 개방되는 스위칭 소자를, 제2콘덴서와 직렬로 접속하고 있다. 따라서, 이동체를 구동하는데 불필요한 제2콘덴서에 대한 충전이 실시되지 않기 때문에, 그 만큼 전력소비를 절약할 수 있다.
(실시예)
이하, 본 발명의 실시예를 첨부의 도면을 참조해서 상세하게 설명한다.
《회로구성(도 6, 도 7)》
도 6은 본 발명의 구동장치에서의 압전소자에 전압을 인가하기 위한 회로구성(구동펄스 발생수단)을 나타내고 있다. 본 발명의 구동장치의 기구부분의 구성은 도 1a 및 도 1b에 나타낸 종래의 구동장치와 같지만, 구동회로의 회로구성이 종래와는 다르다.
즉, 도시의 실시예에 있어서는, 도 6에 나타낸 구동회로를 이용해서 도 1a 및 도 1b에 나타낸 압전소자(4)를 구동한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 4개의 스위치(Q1∼Q4), 2개의 콘덴서(C1, C2) 및 압전소자로 이루어진 "H"브리지회로를 구성하고 있다. 스위치(Q1, Q2)는 P채널형의 MOSFET로 구성되어 있고, 스위치(Q3, Q4)는 N채널형의 MOSFET로 구성되어 있다.
스위치(Q1)의 소스는 Vp단에 접속되고, 그 게이트는 제어회로의 Sc1단에 접속되어 있다.
스위치(Q2)의 소스는 Vp단에 접속되고, 그 게이트는 제어회로의 Sc2단에 접속되어 있다.
스위치(Q3)의 드레인은 스위치(Q1)의 드레인에 접속되고, 그 소스는 접지되어 있다. 또, 스위치(Q3)의 게이트는 제어회로의 Sc3단에 접속되어 있다.
스위치(Q4)의 드레인은 스위치(Q2)의 드레인에 접속되고, 그 소스는 접지되어 있다. 또, 스위치(Q4)의 게이트는 제어회로의 Sc4단에 접속되어 있다.
압전소자의 일단은 스위치(Q1, Q3)의 드레인 사이에 접속되어 있고, 그 타단은 스위치(Q2, Q4)의 드레인 사이에 접속되어 있다.
콘덴서(C1, C2)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 스위치(Q3) 및 스위치(Q4)와 각각 병렬로 접속되어 있다. 콘덴서(C1, C2)의 각각은 압전소자의 용량과 동일한 용량을 갖는다.
도 6에 나타낸 구동회로에 있어서, 스위치(Q1∼Q4)의 게이트로의 전압은 제어회로로부터의 신호에 의해 도 7의 (a-1)에 나타낸 바와 같이 제어된다. 그러면, 압전소자에 인가되는 구동전압(Ea, Eb, Ec, Ed)은 도 7의 (b-1)에 나타낸 바와 같이 계단모양의 파형으로 된다. 도 7의 (a-1) 및 도 7의 (b-1)으로부터 알 수 있는 바와 같이, "ta"∼"td"는 각각의 전압인가시간을 나타내고 있고, "ta"∼"td"로 1사이클을 구성한다.
구간 "ta"에서는 스위치(Q2, Q3)가 턴온되고, 스위치(Q1, Q4)가 턴오프된다. 한편, 구간 "td"에서는, 스위치(Q1, Q4)가 턴온되고, 스위치(Q2, Q3)가 턴오프된다. 따라서, 구간 "ta" 및 구간 "td"에서는, 압전소자에 인가되는 전압은 절대치가 동일하고 부호가 역으로 된다. Vp단에 3V의 전압을 인가했을 경우, 압전소자에 인가되는 구동전압을 Ea = -3V로 하면, Ed = +3V이다.
구간 "tb"에 있어서는, 스위치(Q1, Q2)가 함께 턴오프되므로, 구동전압 Eb = O이다. 또, 구간 "tc"에 있어서는, 스위치(Q1)만이 턴온되고, 압전소자 및 2개의 콘덴서(C1, C2)의 용량이 동일하기 때문에, 구동전압 Ec = 0.5Ed = +1.5V로 된다.
따라서, "ta"∼"td"의 사이클을 반복함으로써, 도 7의 (b-1)에 나타낸 것과 같은 계단모양의 구동전압이 압전소자에 주기적으로 인가되게 된다. 이에 따라, 도 1b에 있어서는, 이동체(10)가 "I"방향으로 구동된다.
또한, 도 7의 (a-2) 및 도 7의 (b-2)는, 이동체(10)를 상기와는 역방향(도 1b 중의 "II"방향)으로 구동하는 경우의 각 게이트전압 및 그것에 대응하는 구동전압을 나타내고 있다.
《구동전압의 파형(도 8, 도 9)》
도 8은 도 7의 (a-1)에서의 전압인가시간 "ta", "tb", "tc" 및 "td"를 "ta" = 1.0T, "tb" = "tc" = "td" = 0.5T로 한 경우의 구동전압을 나타낸 그래프이다.
여기에서는, 도 1b에 나타낸 기구부분(전기기계 변환소자 및 로드)의 물리적인 계(系: system)의 공진주파수 1/T(T는 주기)이 150kHz이기 때문에, T = 1/150,000 = 6.66μsec로 된다. 즉, "ta"는 6.66μsec("ta" = 1.0T = 6.66μsec)이고, "tb", "tc" 및 "td"는 3.33μsec("tb" = "tc" = "td" = O.5T = 3.33μsec)이다.
도 9는 도 8에 나타낸 구동전압을 압전소자에 인가했을 때의 로드의 변위를 나타내고 있다. 도 8에 나타낸 구동전압의 계단모양의 파형에 거의 대응한 톱니모양의 로드 진동변위가 실현되고 있다.
이상의 점으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 각 구간 각각에 있어서 단순한 일정치의 전압을 인가하고 있는 바, 그러한 일정 전압의 값을 순차 변경하는 것만으로, 톱니모양의 파형의 로드 진동변위를 달성할 수 있다.
《전력소비를 절약하기 위한 개량》
다음에, 상기 회로구성을 기본으로 해서 마찬가지의 효과를 실현하면서 소비 전력을 억제할 수 있는 회로구성을 설명한다.
도 6에 나타낸 회로구성에 있어서는, 상술한 바와 같이, 구간 "tc"(도 7 참조)에 대해 Ec = 0.5Ed를 실현하기 위해, 양 콘덴서(C1, C2)의 용량을 압전소자의 용량과 동일하게 함과 더불어, 구간 "tc"에서는 스위치(Q1)만이 턴온되도록(도 1b 중 "I"방향으로 구동하는 경우), 혹은 스위치(Q2)만이 턴온되도록(도 1b 중 "II"방향으로 구동하는 경우), 구동전압을 제어하고 있다.
이러한 구간 "tc"에서의 상태는, 도 10a 및 도 10b와 같은 등가회로로서 나타낼 수가 있다. 도 10a는 이동체(10)를 도 1b 중 "I"방향으로 구동하는 경우의 구간 "tc"에서의 등가회로이고, 도 10b는 이동체(10)를 도 1b 중 "II"방향으로 구동하는 경우의 구간 "tc"에서의 등가회로이다.
여기서, 도 10a에 나타낸 등가회로에 있어서는 콘덴서(C1)에 대해서도 충전을 실시하는 것으로 되고, 도 10b에 나타낸 등가회로에 있어서는 콘덴서(C2)에 대해서도 충전을 실시하는 것으로 된다. 이들 충전은, 이동체(10)를 구동하는데 있어서는 필요없는 것으로, 이러한 무의미한 충전을 막을 수가 있으면 전력소비를 절약할 수 있다.
도 11은 그와 같이 개량된 구동회로의 일례를 나타내고 있다. 도 11의 구동회로가 도 6의 구동회로와 비교해서 실질적으로 변경되고 있는 점은, 양 콘덴서(C1, C2)와 직렬로 스위치(Q5, Q6)를 추가한 점에 있다.
스위치(Q5)의 게이트는 제어회로의 Sc1단에 접속되어 있으므로, 스위치(Q5)에는 스위치(Q1)과 같은 구동전압이 부가된다. 다만, 스위치(Q1)는 P채널형의 MOSFET인데 반해, 스위치(Q5)는 N채널형의 MOSFET이기 때문에, 양 스위치(Q1, Q5) 의 턴온 또는 턴오프의 타이밍은 서로 역으로 된다.
스위치(Q6)의 게이트는 제어회로의 Sc2단에 접속되어 있으므로, 스위치(Q6)에는 스위치(Q2)와 같은 구동전압이 부가된다. 다만, 스위치(Q2)는 P채널형의 MOSFET인데 반해, 스위치(Q6)는 N채널형의 MOSFET이기 때문에, 양 스위치(Q2, Q6)의 턴온 또는 턴오프의 타이밍은 서로 역으로 된다.
따라서, 이러한 스위치(Q5, Q6)를 추가한 결과, 도 10a의 등가회로는 도 12a와 같이, 또 도 10b의 등가회로는 도 12b와 같이, 각각 고쳐 쓸 수가 있다.
여기서, 위에서 설명한 바와 같이, 스위치(Q1, Q5)의 턴온 또는 턴오프의 타이밍은 서로 역이고, 스위치(Q2, Q6)의 턴온 또는 턴오프의 타이밍도 서로 역이다. 따라서, 도 12a에 나타낸 등가회로에서는, 스위치(Q1, Q6)가 단락(close)되고, 스위치(Q5)가 개방(open)된다. 즉, Vp로부터 콘덴서(C1)를 통해 GND에 이르는 경로가 개방되므로, 압전소자 및 콘덴서(C2)에만 전류가 흐른다.
마찬가지로, 도 12b에 나타낸 등가회로에서는 스위치(Q2, Q5)가 단락되고, 스위치(Q6)가 개방된다. 즉, Vp로부터 콘덴서(C2)를 통해 GND에 이르는 경로가 개방되므로, 압전소자 및 콘덴서(C1)에만 전류가 흐른다.
따라서, 도 12a에 나타낸 회로의 경우(이동체(10)를 도 1b 중 "I"방향으로 구동하는 경우의 구간 "tc")에는, 콘덴서(C1)로의 불필요한 충전을 실시하는 일이 없어지고, 마찬가지로 도 12b에 나타낸 회로의 경우(이동체(10)를 도 1b 중 "II"방향으로 구동하는 경우의 구간 "tc")에는, 콘덴서(C2)로의 불필요한 충전을 실시하는 일이 없어진다. 따라서, 그 만큼 전력소비를 절약하거나 저감할 수 있다.
예를 들면, 압전소자, 콘덴서(C1, C2)의 용량을 모두 50nF, 구동주파수 100kHz, 구동회로의 Vp단으로의 전압을 3V(Vp = 3V)로 해서 구동한 경우, 도 6에 나타낸 구동회로의 소비전력은 180mW이었지만, 도 11에 나타낸 구동회로의 소비전력은 동 조건에 있어서 90mW이었다.
도 11에 나타낸 실시예에서는, 전력소비를 절약하기 위해 도 6에 나타낸 것과 같은 4개의 MOSFET(Q1∼Q4), 2개의 콘덴서(C1, C2) 및 압전소자로 구성되는 "H"브리지형의 기본 회로구성에 대해, 제5 및 제6의 MOSFET(Q5, Q6)를, 각각 C1 및 C2에 대해 직렬로 배치하고 있다.
그렇지만, 본 발명에 있어서 구체적인 기본 회로구성은 도 6에 나타낸 것으로는 한정되지 않는다. 기본 회로구성으로서는, 정측 전원전압(도시의 예에서는 Vp단)과 부측 전원전압(도시의 예에서는 GND단)과의 사이에 압전소자 등의 전기기계 변환소자, 제1콘덴서(C1) 및 제2콘덴서(C2)를 포함하는 회로배선을 설치하고, 당해 회로배선 중에 배치한 복수의 스위칭 소자의 턴온 또는 턴오프를 제어함으로써 계단모양으로 순차 증가하는 전압치 및 계단모양으로 순차 감소하는 전압치를 생성하는 것이면 다른 기본 회로구성도 적용할 수 있다. 그리고, 그러한 기본 회로구성에 있어서, 상기 계단모양으로 순차 증가하는 전압치 중 하나의 전압치를 가지고 상기 한 방향으로 이동체를 구동하는 경우에는, 전류의 흐름에 대해, 제1콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제2콘덴서와 병렬배치의 관계로 되도록, 혹은 상기 계단모양으로 순차 감소하는 전압치 중 하나의 전압치를 가지고 상기 역방향으로 이동체를 구동하는 경우에는, 전류의 흐름에 대해, 제2콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제1콘덴서와 병렬배치의 관계로 되도록, 상기 복수의 스위칭 소자의 턴온 또는 턴오프를 제어하고 있는 것이면, 본 발명을 적용할 수 있다.
그러한 기본 회로구성에 있어서, 제1콘덴서(C1)가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제2콘덴서(C2)와 병렬배치의 관계를 가질 때에는, 제1콘덴서(C1)와 직렬로 접속된 스위칭 소자(도시의 예에서는 Q5)를 개방한다. 또, 제2콘덴서(C2)가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제1콘덴서(C1)와 병렬배치의 관계를 가질 때에는, 제2콘덴서(C2)와 직렬로 접속된 스위칭 소자(도시의 예에서는 Q6)를 개방한다.
그 결과, 로드에 마찰계합한 이동체(10)를 당해 로드를 따라 구동시키는데 불필요한 전하가 제1콘덴서(C1) 혹은 제2콘덴서(C2)에 충전된다고 하는 것을 막을 수 있으므로, 전력소비를 절약할 수 있다.
따라서, 스위칭 소자로서는, MOSFET 이외에도, 바이폴라 트랜지스터나 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transister) 등을 사용하는 것이 가능하고, 회로배선중에서의 스위칭 소자의 수나 배치 등도 적당히 변경하는 것이 가능하다. 또, 합계 6개의 MOSFET를 도 11에 나타낸 바와 같이 배치하는 경우에도, P채널형 및 N채널형의 조합을 변경하는 것이 가능하다.
도시의 예에서는, 4종류의 전압치를 가지고 계단모양의 변동파형으로 하고 있지만, 3종류 혹은 5종류 이상의 전압치를 이용해도 좋다. 다만, 간단한 회로구성으로 적정한 로드 진동변위를 얻을 수 있다고 하는 점에서, 4종류의 전압치를 이 용하는 것이 바람직하다.
본 발명은 첨부도면을 참조해서 그 바람직한 실시예와 관련하여 충분히 설명했지만, 당업자에게는 여러 가지 변경 및 변형이 가능함은 물론이다. 그러한 변경 및 변형은 발명의 범위로부터 이탈하지 않는 한 첨부의 특허청구범위에 의해 정해지는 것과 같은 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 간단한 회로구성으로 톱니모양의 파형의 구동전압을 생성할 수 있고, 소비전력도 적은 구동장치 및 그 구동방법을 제공할 수 있게 된다.

Claims (7)

  1. 구동펄스 발생수단으로부터의 전압에 의해 신축되는 전기기계 변환소자와,
    상기 전기기계 변환소자의 신축방향 일단에 일단이 고정된 로드 및,
    상기 로드에 마찰결합하고 있고, 상기 전기기계 변환소자의 신축에 의한 로드의 진동에 기인해서 당해 로드를 따라 구동하는 이동체를 갖추어 구성되되,
    상기 구동펄스 발생수단이, 상기 전기기계 변환소자에 대해, 상기 로드에 생기는 톱니모양의 진동변위에 의해 이동체를 당해 로드를 따른 한 방향으로 구동하도록 계단모양으로 순차 증가하는 4개의 전압치를 주기적으로 인가함과 더불어, 상기 로드에 생기는 톱니모양의 진동변위에 의해 이동체를 로드를 따라 상기 한 방향과 역방향으로 구동하도록 계단모양으로 순차 감소하는 4개의 전압치를 주기적으로 인가하도록 되어 있고,
    정측 전원전압과 부측 전원전압과의 사이에 상기 전기기계 변환소자, 제1콘덴서 및 제2콘덴서를 포함하는 회로배선을 설치하고, 당해 회로배선 중에 배치한 복수의 스위칭 소자의 턴온 또는 턴오프를 제어함으로써, 상기 계단모양으로 순차 증가하는 4개의 전압치 및 상기 계단모양으로 순차 감소하는 4개의 전압치가 생성되도록 되어 있으며,
    계단모양으로 순차 증가하는 상기 4개의 전압치 중 하나의 전압치를 가지고 상기 한 방향으로 이동체를 구동하는 경우에는, 전류의 흐름에 대해, 제1콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제2콘덴서와 병렬배치의 관계로 되는 한편, 계단모양으로 순차 감소하는 상기 4개의 전압치 중 하나의 전압치를 가지고 상기 역방향으로 이동체를 구동하는 경우에는, 전류의 흐름에 대해, 제2콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제1콘덴서와 병렬배치의 관계로 되도록, 상기 복수의 스위칭 소자의 턴온 또는 턴오프가 제어되도록 되어 있고,
    제1콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제2콘덴서와 병렬배치의 관계를 가질 때에 개방되는 다른 스위칭 소자를 제1콘덴서와 직렬로 배치하며,
    제2콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제1콘덴서와 병렬배치의 관계를 가질 때에 개방되는 또 다른 스위칭 소자를 제2콘덴서와 직렬로 배치한 것을 특징으로 하는 구동장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기기계 변환소자의 신축방향 타단이 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이동체에 렌즈를 지지하는 구슬틀이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  4. 구동펄스 발생수단으로부터의 전압에 의해 신축되는 전기기계 변환소자와,
    상기 전기기계 변환소자의 신축방향 일단에 일단이 고정된 로드 및,
    상기 로드에 마찰결합하고 있고, 상기 전기기계 변환소자의 신축에 의한 로드의 진동에 기인해서 당해 로드를 따라 구동하는 이동체를 갖추어 구성되되,
    상기 전기기계 변환소자에 대해, 상기 로드에 생기는 톱니모양의 진동변위에 의해 이동체를 당해 로드를 따른 한 방향으로 구동하도록 계단모양으로 순차 증가하는 복수의 전압치를 주기적으로 인가함과 더불어, 상기 로드에 생기는 톱니모양의 진동변위에 의해 이동체를 로드를 따라 상기 한 방향과 역방향으로 구동하도록 계단모양으로 순차 감소하는 복수의 전압치를 주기적으로 인가하도록 된 구동장치에서의 이동체의 구동방법으로서,
    정측 전원전압과 부측 전원전압과의 사이에 상기 전기기계 변환소자, 제1콘덴서 및 제2콘덴서를 포함하는 회로배선을 설치하고, 당해 회로배선 중에 배치한 복수의 스위칭 소자의 턴온 또는 턴오프를 제어함으로써, 상기 계단모양으로 순차 증가하는 복수의 전압치 및 상기 계단모양으로 순차 감소하는 복수의 전압치를 생성하는 단계와,
    상기 계단모양으로 순차 증가하는 복수의 전압치 중 하나의 전압치를 가지고 상기 한 방향으로 이동체를 구동하는 경우에는, 전류의 흐름에 대해, 제1콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제2콘덴서와 병렬배치의 관계로 되는 한편, 상기 계단모양으로 순차 감소하는 복수의 전압치 중 하나의 전압치를 가지고 상기 역방향으로 이동체를 구동하는 경우에는, 전류의 흐름에 대해, 제2콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제1콘덴서와 병렬배치의 관계로 되도록, 상기 복수의 스위칭 소자의 턴온 또는 턴오프를 제어하는 단계,
    제1콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제2콘덴서와 병렬배치의 관계를 가질 때에 제1콘덴서와 직렬로 배치된 스위칭 소자를 개방하는 단계 및,
    제2콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제1콘덴서와 병렬배치의 관계를 가질 때에 제1콘덴서와 직렬로 배치된 스위칭 소자를 개방하는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 구동방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 계단모양으로 순차 증가하는 복수의 전압치가 4종류의 전압치를 가지며,
    상기 계단모양으로 순차 감소하는 복수의 전압치가 4종류의 전압치를 갖는 것을 특징으로 하는 구동방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 전기기계 변환소자의 신축방향 타단이 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 구동방법.
  7. 렌즈를 지지하는 구슬틀과,
    구동펄스 발생수단으로부터의 전압에 의해 신축되는 전기기계 변환소자,
    상기 전기기계 변환소자의 신축방향 일단에 일단이 고정된 로드 및,
    상기 로드에 마찰결합하고 있고, 상기 전기기계 변환소자의 신축에 의한 로드의 진동에 기인해서 당해 로드를 따라 구동하는 이동체를 갖추어 구성되되,
    상기 구슬틀이 상기 이동체에 연결되어 있으며,
    상기 구동펄스 발생수단이, 상기 전기기계 변환소자에 대해, 상기 로드에 생기는 톱니모양의 진동변위에 의해 이동체를 당해 로드를 따른 한 방향으로 구동하도록 계단모양으로 순차 증가하는 4개의 전압치를 주기적으로 인가함과 더불어, 상기 로드에 생기는 톱니모양의 진동변위에 의해 이동체를 로드를 따라 상기 한 방향과 역방향으로 구동하도록 계단모양으로 순차 감소하는 4개의 전압치를 주기적으로 인가하도록 되어 있고,
    정측 전원전압과 부측 전원전압과의 사이에 상기 전기기계 변환소자, 제1콘덴서 및 제2콘덴서를 포함하는 회로배선을 설치하고, 당해 회로배선 중에 배치한 복수의 스위칭 소자의 턴온 또는 턴오프를 제어함으로써, 상기 계단모양으로 순차 증가하는 4개의 전압치 및 상기 계단모양으로 순차 감소하는 4개의 전압치가 생성되도록 되어 있으며,
    계단모양으로 순차 증가하는 상기 4개의 전압치 중 하나의 전압치를 가지고 상기 한 방향으로 이동체를 구동하는 경우에는, 전류의 흐름에 대해, 제1콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제2콘덴서와 병렬배치의 관계로 되는 한편, 계단모양으로 순차 감소하는 상기 4개의 전압치 중 하나의 전압치를 가지고 상기 역방향으로 이동체를 구동하는 경우에는, 전류의 흐름에 대해, 제2콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제1콘덴서와 병렬배치의 관계로 되도록, 상기 복수의 스위칭 소자의 턴온 또는 턴오프가 제어되도록 되어 있고,
    제1콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제2콘덴서와 병렬배치의 관계를 가질 때에 개방되는 다른 스위칭 소자를 제1콘덴서와 직렬로 배치하며,
    제2콘덴서가 직렬로 접속된 전기기계 변환소자 및 제1콘덴서와 병렬배치의 관계를 가질 때에 개방되는 또 다른 스위칭 소자를 제2콘덴서와 직렬로 배치한 것을 특징으로 하는 렌즈구동장치.
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