KR20100025460A - 구동장치의 구동방법 - Google Patents

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Abstract

이동 부재의 이동을 원활하게 행하게 하는 것.
신축 방향으로 서로 대향하는 한 쌍의 끝면을 갖는 전기기계 변환 소자(13)와, 이 전기기계 변환 소자의 한 쌍의 끝면의 일방(13b)에 부착된 진동 마찰부(14)와, 이 진동 마찰부와 마찰 결합되는 이동 부재(121, 122)와, 전기기계 변환 소자(13)의 한 쌍의 끝면의 일방(13b)과 진동 마찰부(14)의 끝면 사이에 배치된 진동전달 부재(19)를 구비하고, 전기기계 변환 소자의 신축 방향으로 이동 부재가 이동가능한 구동장치(10)의 구동방법에 있어서, 전기기계 변환 소자(13)를 톱니형상파로 왕복변위시키고, 이 전기기계 변환 소자의 왕복변위를 진동전달 부재(19)를 통하여 진동 마찰부(14)에 전달시키고, 그것에 의하여, 이동 부재(121, 122)를 소정의 방향으로 리니어 구동한다.
전기기계 변환 소자, 진동 마찰부, 이동 부재, 진동전달 부재, 구동장치, 톱니형상파

Description

구동장치의 구동방법{DRIVING METHOD OF DRIVING DEVICE}
본 발명은 구동장치의 구동방법에 관한 것으로, 특히, 압전 소자 등의 전기기계 변환 소자를 사용한 구동장치의 구동방법에 관한 것이다.
종래부터, 카메라의 오토포커스용 액추에이터나 줌용 액추에이터로서, 압전 소자, 전왜(電歪)소자, 자왜(磁歪)소자 등의 전기기계 변환 소자를 사용한 (구동장치) 리니어 액추에이터가 사용되고 있다.
일본 특허 제3218851호 공보(특허문헌 1)는, 압전 소자 등의 전기기계 변환 소자에 발생하는 링잉 진동을 억제하고, 고속 구동할 수 있는 전기기계 변환 소자를 사용한 구동장치의 구동방법을 개시하고 있다. 특허문헌 1에 개시된 구동장치는, 압전 소자 등의 전기기계 변환 소자와, 이 변환소자에 결합하여 변환소자와 함께 변위하는 구동 부재(진동축)와, 이 구동 부재에 마찰 결합한 피구동 부재(줌렌즈 경통)를 구비한다. 이 특허문헌 1에서는, 압전 소자(전기기계 변환 소자)에 인가하는 구동 신호를 연구하여, 피구동 부재(줌렌즈 경통)를 구동하고 있다.
특허문헌 1에 개시된 구동장치의 구동방법에 대하여 상세한 기술한다. 압전 소자에 정방향 대전류와 소정의 부방향 일정 전류가 번갈아 흐르면, 압전 소자는 정방향 대전류에 대응한 급속한 신장 변위와, 부방향 일정 전류에 대응한 완만한 수축 변위가 번갈아 생긴다. 압전 소자의 급속한 신장 변위에 의한 구동축의 이동에서는 구동축에 마찰 결합하는 피구동 부재가 마찰력을 극복하여 그 위치에 머물러 실질적으로 이동하지 않고, 압전 소자의 완만한 수축 변위에 의한 구동축의 이동은 구동축에 마찰 결합하는 피구동 부재를 실질적으로 이동시킨다. 압전 소자에 정방향 대전류와 소정의 부방향 일정 전류를 번갈아 흘리고, 번갈아 생기는 신장 변위와 수축 변위에 의해 피구동 부재를 연속적으로 이동시킨다. 압전 소자에 공급하는 전류를 제어하므로, 압전 소자에 발생하는 링잉 진동을 억제하여, 보다 고속으로 피구동 부재를 구동할 수 있다.
또, 일본 특개 2006-304529호 공보(특허문헌 2)는, 가동자를 탄소 섬유를 포함하는 액정 폴리머로 형성함으로써 금속재료로 형성하는 경우에 비해, 저비용화와 경량화를 도모할 수 있음과 아울러, 이동속도나 구동력을 저하시키지 않고 높은 굽힘 탄성 계수의 가동자를 사용한 고성능인 구동장치를 개시하고 있다. 이 특허문헌 2에 개시된 구동장치는, 전압이 인가됨으로써 신축하는 압전 소자(전기기계 변환 소자)와, 압전 소자의 신축 방향 일단에 고정된 구동축(진동 마찰부)과, 구동축에 슬라이딩 가능하게 마찰 걸어맞춤하는 가동자(이동 부재)와, 압전 소자의 신축 방향 타단에 접착고정된 웨이트(정지 부재, 추)를 구비한다. 압전 소자의 신장과 수축의 속도 또는 가속도를 다르게 하여 구동축을 진동시킴으로써, 가동자(이동 부재)를 구동축(진동 마찰부)을 따라 이동시킨다.
특허문헌 2에 개시된 구동장치의 구동방법(동작)에 대하여 설명한다. 전압 인가 장치에 의해 압전 소자(전기기계 변환 소자)에 완만한 상승부와 급격한 하강부를 갖는 톱니형상 파형의 구동 펄스가 인가된다. 구동 펄스의 완만한 상승부에서는 압전 소자가 완만하게 그 두께 방향으로 신장 변위하고, 이것에 따라 압전 소자에 고정되어 있는 구동축이 축 방향으로 완만하게 변위한다. 이때 구동축에 마찰 걸어맞춤된 가동자는 마찰력에 의해 구동축과 함께 이동한다. 한편, 구동 펄스의 급격한 하강부에서는, 압전 소자는, 급격하게 두께 방향으로 수축 변위하고, 이것에 따라 압전 소자에 고정된 구동축도 급격하게 축 방향으로 변위한다. 이때, 구동축에 마찰 걸어맞춤된 가동자는 관성력에 의해 구동축과의 마찰 결합력을 극복하여 실질적으로 그 위치에 머물러 이동하지 않는다. 압전 소자에 톱니형상 파형의 구동 펄스를 연속적으로 인가함으로써, 가동자를 구동축을 따라 압전 소자로부터 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있다. 이것에 대하여, 가동자를 반대 방향(즉 압전 소자에 근접하는 방향)으로 이동시키기 위해서는, 압전 소자에 인가하는 톱니 형상의 구동 펄스의 파형을 급격한 상승부와 완만한 하강부로 이루어지는 것으로 변경하면, 상기한 것과는 역의 작용에 의해 달성할 수 있다. 또한, 구동 펄스는 직사각형파나 그 밖의 파형을 적용할 수도 있다.
또한, 일본 특허 제3141714호 공보(특허문헌 3)는, 이동 부재를 고속으로 안정하게 구동할 수 있는 구동장치를 개시하고 있다. 특허문헌 3에 개시된 구동장치는, 정지 부재와, 이 정지 부재에 그 신축 방향의 일단이 고정된 전기기계 변환 소자와, 이 전기기계 변환 소자의 신축 방향의 타단에 결합되고, 전기기계 변환 소자의 신축 방향으로 이동할 수 있게 지지된 구동 부재(진동 마찰부)와, 이 구동 부재 에 마찰 결합되고, 전기기계 변환 소자의 신축 방향으로 이동할 수 있게 지지된 이동 부재와, 구동 부재(진동 마찰부)와 이동 부재 사이에 마찰력을 발생시키는 마찰력 부여 수단을 구비하고 있다. 이 마찰력 부가 수단은, 이동 부재에 고정되어 누르는 힘을 발생하는 탄성 부재와, 탄성 부재에 의해 발생하는 누르는 힘을 구동 부재에 전해주는 끼움 부재로 구성된다. 또, 이동 부재와 구동 부재의 접촉부, 및 끼움 부재의 접촉부를 단면 V자 형상으로 하고 있다.
특허문헌 3에 개시된 구동장치에서는, 상기 특허문헌 2에 개시된 구동장치의 구동방법에 의해 구동된다.
일본 특개 2002-119074호 공보(특허문헌 4)는, 전기기계 변환 소자를 사용한 구동장치를 개시하고 있다. 특허문헌 4에 개시된 구동장치는, 일단에서 지지대(정지 부재)에 고정된 전기기계 변환 소자와, 이 전기기계 변환 소자의 타단에 고정된 진동 부재(진동 마찰부)와, 이 진동 부재에 대하여 소정의 마찰력으로써 걸어맞춤하는 이동체(이동 부재)를 구비하고 있다. 진동 부재(진동 마찰부)로서는 카본 로드가 사용된다.
특허문헌 4에 개시된 구동장치에서도, 상기 특허문헌 2에 개시된 구동장치의 구동방법에 의해 구동된다.
또, 일본 특개 2006-141133호 공보(특허문헌 5)는, 전장이 짧은 구동장치를 개시하고 있다. 특허문헌 5에 개시된 구동장치는, 일단이 고정체(추, 정지 부재)에 고정된 전기기계 변환 소자와, 이 전기기계 변환 소자의 타단에 고착된 구동 마찰 부재(진동 마찰부)와, 이 구동 마찰 부재에 마찰 걸어맞춤하는 이동체(이동 부 재)를 구비하고 있다. 구동 마찰 부재의 재료로서는 세라믹스 재료나, 폴리페닐렌설파이드 수지(PPS 수지)나 액정 폴리머(LCP 수지) 등의 엔지니어링 플라스틱, 카본강화 수지 및 유리 섬유강화 수지 등이 사용된다.
특허문헌 5에 개시된 구동장치에서도, 상기 특허문헌 2에 개시된 구동장치의 구동방법에 의해 구동된다.
일본 특개 2007-226234호 공보(특허문헌 6)는, 구조를 단순화함으로써 초소형화를 도모할 수 있고, 낮은 입력 전력에서도 큰 변이를 얻을 수 있어 이송의 분해능이 우수하고, 또한 구동에 드는 동력의 손실을 최소화할 수 있으며, 렌즈의 이송을 인도하는 안내 메커니즘의 구조가 단순하고, 렌즈의 이송을 정확하고 또한 안정적으로 행할 수 있는, 렌즈 이송장치를 개시하고 있다. 특허문헌 6에 개시된 렌즈 이송장치는, 적어도 하나의 렌즈가 내부공간에 배치되는 렌즈 수용부로부터 연장되는 연장부를 구비하는 렌즈 배럴과, 상기 연장부와 접하는 마찰 부재를 선단에 구비하고 전압인가시 신축 및 굴곡변형되는 압전체를 가지고 상기 렌즈 배럴의 이송에 필요한 구동력을 제공하는 압전 진동자와, 상기 연장부와 마찰 부재 간의 압전 상태를 유지하도록 상기 압전체의 후단과 자유단이 탄성적으로 접하여 상기 압전 진동자를 상기 연장부측으로 가압하는 탄성력을 제공하는 예압 부재와, 상기 렌즈 배럴의 광축 방향으로의 이송을 인도하는 안내부를 포함한다.
특허문헌 6에 개시된 렌즈 이송장치의 구동방법에 대하여 설명한다. 압전 진동자는 20kHz 이상의 초음파 영역의 공진 주파수에서 인접한 길이 변형 모드와 굽힘 변형 모드가 동시에 가진(加振)되도록 하고 압전체의 일단에 부착된 마찰 부 재에서 타원형의 궤적을 발생시킨다. 이러한 타원형의 궤적의 운동방향은, 압전체의 내, 외부전극에 의해 결정되는 가진 영역에 의해 정해지고, 이것에 의해 렌즈의 이송방향변경이 가능하다. 선택적인 전원인가시, 다층으로 적층된 압전체는 길이 변형 모드와 굽힘 변형 모드가 동시에 행해지면서, 그 일단에 구비된 마찰 부재는 상방 또는 하방으로 직선운동을 하게 된다. 이때, 굽힘 변형 모드의 진동방향은 압전체의 적층방향과 동일하며, 이것은 AF 모듈의 광축 방향과 일치한다. 압전 진동자는 베이스의 수직 리브에 타원운동을 억제하도록 고정되어 있기 때문에, 마찰 부재는 상하 왕복 직선운동만을 행하게 되어, 압전체에 인가되는 전압의 전극에 의해 진동 궤적의 방향은 상향 또는 하향으로 전환된다. 따라서, 수직방향의 진동 궤적만을 형성하는 마찰 부재는, 이송 대상물인 렌즈 배럴의 연장부에 구비된 피마찰 부재를 통하여 구동력을 전달하기 때문에, 렌즈 배럴은 안내부의 제 1 안내봉 및 제 2 안내봉을 따라 광축 방향으로 상승되거나, 또는 하강된다.
일본 특허 제3646154호 공보(특허문헌 7)는 간단한 회로 구성으로 안정한 저속 구동이 가능한 구동장치를 개시하고 있다. 이 특허문헌 7에 개시된 구동장치는 전압이 인가되면 신축하는 전기기계 변환 소자와, 이 전기기계 변환 소자의 신축 방향 일단에 고정된 구동 마찰부와, 이 구동 마찰부에 마찰력으로 걸어맞추어지는 걸어맞춤 부재와, 전기기계 변환 소자에 전압을 인가하는 구동회로를 구비한다. 구동회로는, 전압이 최대값 또는 최소값 중 어느 한쪽인 제1의 값, 최대값과 최소값의 중간인 제2의 값, 최대값과 최소값 중 어느 다른 한쪽인 제3의 값의 순서의 사이클을 반복하도록 하고 있다. 여기에서, 제1의 값과 제3의 값은 절대값이 같 고, 부호가 다르며, 제2의 값은 0볼트이다.
특허문헌 1: 일본 특허 제3218851호 공보
특허문헌 2: 일본 특개 2006-304529호 공보
특허문헌 3: 일본 특허 제3141714호 공보
특허문헌 4: 일본 특개 2002-119074호 공보
특허문헌 5: 일본 특개 2006-141133호 공보
특허문헌 6: 일본 특개 2007-226234호 공보
특허문헌 7: 일본 특허 제3646154호 공보(도 8)
전술한 특허문헌 1∼5에 개시된 구동장치에서는, 모두, 전기기계 변환 소자의 끝면과 진동 마찰부(진동 부재)의 끝면이 직접 결합되어 있다. 진동 마찰부는 전기기계 변환 소자의 신축에 의해 발생하는 진동(왕복 변위)을 이동체(이동 부재)에 효율 좋게 전달시킬 필요가 있다. 그렇지만, 특허문헌 1∼5에 개시된 구동장치의 구동방법에서는, 전기기계 변환 소자의 신축에 의해 발생하는 진동(왕복 변위)을 이동체(이동 부재)에 효율적으로 전달시키는 것은 곤란하다. 그 결과, 이동 부재의 이동(변위)을 원활하게 행하게 하는 것이 곤란하게 된다는 문제가 있다.
특허문헌 6에 개시된 렌즈 이송장치의 구동방법에서는, 압전 진동자를 길이 변형 모드와 굽힘 변형 모드에서 동시에 가진하여, 압전체의 일단에 부착된 마찰 부재에서 타원형의 궤적을 발생시켜, 마찰 부재를 상하 왕복운동시키고 있다. 그 때문에, 압전체의 구성(구조)이 복잡하다고 하는 문제가 있다.
특허문헌 7에 개시된 구동장치에서도, 전기기계 변환 소자의 신축 방향의 일단면과 구동 마찰부의 끝면은 직접 고정되어 있다. 따라서, 상기 특허문헌 1∼5에 개시된 구동장치의 구동방법과 마찬가지로, 특허문헌 7에 개시된 구동장치에서도, 전기기계 변환 소자의 신축에 의해 발생하는 진동(왕복 변위)을 이동체(이동 부재)에 효율적으로 전달시키는 것은 곤란하다. 그 결과, 이동 부재의 이동(변위)을 원활하게 행하게 하는 것이 곤란하게 된다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 해결 과제는, 이동 부재의 이동을 원활하게 행하게 할 수 있는, 구동장치의 구동방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 해결 과제는, 전기기계 변환 소자의 왕복 변위를 이동 부재에 효율적으로 전달시키는 것이 가능한, 구동장치의 구동방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 설명이 진행됨에 따라서 밝혀질 것이다.
본 발명에 의하면, 신축 방향에서 서로 대향하는 한 쌍의 끝면(13a, 13b)을 갖는 전기기계 변환 소자(13)와, 이 전기기계 변환 소자의 한 쌍의 끝면의 일방(13b)에 부착된 진동 마찰부(14; 14A)와, 이 진동 마찰부와 마찰 결합되는 이동 부재(121, 122)와, 전기기계 변환 소자(13)의 한 쌍의 끝면의 일방(13b)과 진동 마찰부(14; 14A)의 끝면 사이에 배치된 진동전달 부재(19)를 구비하고, 전기기계 변환 소자의 신축 방향으로 이동 부재가 이동 가능한 구동장치(10; 10A; 10B)의 구동방법에 있어서, 전기기계 변환 소자(13)를 톱니형상파로 왕복 변위시키고, 이 전기기계 변환 소자의 왕복 변위를 진동전달 부재(19)를 통하여 진동 마찰부(14; 14A)에 전달시키고, 그것에 의하여, 이동 부재(121, 122)를 소정의 방향으로 리니어 구동하도록 한 것을 특징으로 하는 구동장치의 구동방법이 얻어진다.
상기 본 발명의 제 1 태양에 의한 구동장치의 구동방법에서, 전기기계 변환 소자(13)에 직사각형파 전압을 인가하여, 전기기계 변환 소자(13)를 톱니형상파로 변위시켜도 된다. 직사각형파 전압의 듀티비는 75/25∼65/35의 범위에 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 듀티비는 실질적으로 30/70 이어도 된다.
상기 본 발명의 제 2 태양에 의한 구동장치의 구동방법에 있어서, 전기기계 변환 소자(13)에, 소정의 듀티비를 갖는 역극성의 직사각형파 전압과, 이 직사각형파 전압에 계속되는 0V의 대기전압으로 이루어지는 구동전압을, 1주기에 갖는 구동전압을 반복 인가하고, 그것에 의해, 전기기계 변환 소자(13)를 톱니형상파로 변위시켜도 된다. 상기 소정의 듀티비는 75/25∼65/35의 범위에 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 상기 소정의 듀티비는 실질적으로 70/30 이어도 된다. 상기 대기전압은 상기 1주기의 소정의 퍼센트의 대기 시간을 가지고 있다. 상기 소정의 퍼센트는 20%∼90%의 범위에 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 소정의 퍼센트는 실질적으로 90%와 동일해도 된다.
또한, 상기 괄호 내의 참조부호는 이해를 쉽게 하기 위하여 첨부한 것으로, 일례에 지나지 않으며, 이것들에 한정되지 않는 것은 물론이다.
본 발명에서는, 전기기계 변환 소자를 톱니형상파로 왕복 변위시키고, 이 전기기계 변환 소자의 왕복 변위를 진동전달 부재를 통하여 진동 마찰부에 전달시키고 있으므로, 이동 부재를 소정의 방향으로 원활하게 리니어 구동할 수 있다.
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.
도 1내지 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 구동방법이 적용되는, 구동장치(10)의 제 1 예에 대하여 설명한다. 도 1은 구동장치(10)를 도시하는 사시도이 다. 도 2는 도 1에 도시한 구동장치(10)의 주요부를 확대하여 도시하는 부분 확대 사시도이다. 도 3은 구동장치(10)의 측면도이다. 도 4는 도 3에 도시한 구동장치(10)의 주요부를 확대하여 도시하는 부분 확대 측면도이다. 여기에서는, 도 1내지 도 4에 도시되는 바와 같이, 직교 좌표계(X, Y, Z)를 사용하고 있다. 도 1내지 도 4에 도시한 상태에서는, 직교 좌표계(X, Y, Z)에서, X축은 전후 방향(안길이 방향)이며, Y축은 좌우 방향(폭 방향)이며, Z축은 상하 방향(높이 방향)이다.
도시된 구동장치(10)는, 예를 들면, 오토포커스 렌즈 구동 유닛의 렌즈 구동부로서 사용된다. 그 경우, 도 1내지 도 4에 도시하는 예에서는, 상하 방향(Z)이 렌즈의 광축(O) 방향이다.
또한, 오토포커스 렌즈 구동 유닛은 렌즈 가동부와 렌즈 구동부로 구성된다. 렌즈 구동부는 렌즈 가동부를 광축(O) 방향으로 슬라이딩 가능하게 지지하면서, 후술하는 바와 같이 렌즈 가동부를 구동한다.
도시된 구동장치(10)는 도시하지 않은 케이싱 내에 배치된다. 케이싱은 컵 형상의 상측 커버(도시 생략)와 하측 베이스(도시 생략)를 포함한다. 케이싱의 하측 베이스 상에 정지 부재(추)(11)가 탑재된다. 상측 커버의 상면은 렌즈의 광축(O)을 중심축으로 한 원통부(도시 생략)를 갖는다. 한편, 도시는 하지 않지만, 하측 베이스의 중앙부에는, 기판에 배치된 촬상소자가 탑재된다. 이 촬상소자는, 가동 렌즈(후술함)에 의해 결상된 피사체상을 촬상하여 전기신호로 변환한다. 촬상소자는, 예를 들면, CCD(charge coupled device)형 이미지 센서, CMOS(complementary metal oxide semiconductor)형 이미지 센서 등에 의해 구성된 다.
케이싱 내에는, 피구동 부재로서의 가동 경통(렌즈 홀더)(17)이 수용되어 있다. 가동 경통(렌즈 홀더, 렌즈 지지체)(17)은, 렌즈 배럴(렌즈 어셈블리)(18)을 유지하기 위한 원통 형상의 통 형상부(170)를 갖는다. 렌즈 배럴(렌즈 어셈블리)(18)은 오토포커스 렌즈(AFL)를 유지한다. 렌즈 홀더(17)의 통 형상부(170)의 내주벽에는 암나사(도시 생략)가 형성되어 있다. 한편, 렌즈 배럴(18)의 외주벽에는, 상기 암나사에 나사결합되는 수나사(도시함)가 형성되어 있다. 따라서, 렌즈 배럴(18)을 렌즈 홀더(17)에 장착하기 위해서는, 렌즈 배럴(18)을 렌즈 홀더(17)의 통 형상부(170)에 대하여 광축(O) 주위로 회전하여 광축(O) 방향을 따라 나사결합함으로써, 렌즈 배럴(18)을 렌즈 홀더(17) 내에 수용하고, 접착제 등에 의해 서로 접합한다.
렌즈 홀더(17)는, 광축(O)에 대하여, 통 형상부(170)의 좌우 방향(Y)의 우측에서 반경 방향 외측으로 돌출하는 돌조부(172)를 갖는다. 이 돌조부(172)는 광축(O)과 평행하게 상하 방향(Z)으로 뻗어 있다. 이 돌조부(172)의 후방벽에는, 봉 형상의 제 1 이동체(이동축)(121)가 고착되어 있다. 도시의 예에서는, 제 1 이동체(121)은 원주 형상을 하고 있다.
렌즈 홀더(17)는 통 형상부(170)의 후단에서 좌우 방향(Y)의 좌측으로 뻗어 있는 연장부(174)를 갖는다. 이 연장부(174)에는, 스프링(15)의 제 1 단부(15a)를 유지하기 위한 걸림 홈(174a)이 설치되어 있다. 스프링(15)은, 연장부(174)를 따라, 이 제 1 단부(15a)로부터 좌우 방향(Y)의 우측으로 제 2 단부(15b)까지 뻗어 있다. 이 스프링(15)의 제 2 단부(15b)에는, 봉 형상의 제 2 이동체(이동축)(122)가 부착되어 있다. 도시의 예에서는, 제 2 이동체(122)도, 제 1 이동체(121)와 마찬가지로, 원기둥 형상을 하고 있다.
이 제 2 이동체(이동축)(122)는, 스프링(15)에 의해, 제 1 이동체(이동축)(121)에 근접하는 방향(전후 방향(X)의 전방 방향)으로 가압되어 있다. 제 1 이동체(이동축)(121)와 제 2 이동체(이동축)(122) 사이에, 후술하는 진동 마찰부(진동 부재)(14)가 그 제 1 및 제 2 마찰면(141, 142)으로 협지되어 있다. 제 1 및 제 2 마찰면(141, 142)은 광축(O) 방향과 직교하는 방향에서 서로 대향하고 있다. 바꾸어 말하면, 제 1 및 제 2 마찰면(141, 142)은, 후술하는 적층 압전 소자(13)의 신축 방향과 직교하는 방향에서 서로 대향하고 있다.
도시의 예에서는, 제 1 이동체(121)의 길이는 제 2 이동체(122)의 길이보다도 길다. 또, 제 1 이동체(121)와 제 2 이동체(122)는 동일한 재료로 구성되어 있다. 제 1 이동체(121)와 제 2 이동체(122)의 조합은 이동 부재로서 작용한다.
가동 경통(렌즈 홀더)(17)과, 렌즈 배럴(렌즈 어셈블리)(18)과, 스프링(15)과, 제 1 및 제 2 이동체(121, 122)의 조합에 의해, 오토포커스 렌즈 구동 유닛의 렌즈 가동부가 구성된다. 후술하는 바와 같이, 진동 마찰부(14)의 제 1 및 제 2 마찰면(141, 142)의 적어도 일방에는, 단면 V자 형상의 홈이 형성되어 있다. 이것에 의해, 특별한(전용의) 안내 부재를 설치하지 않더라도, 렌즈 가동부는, 케이싱에 대하여 광축(O) 방향으로만 직선이동 가능하다. 따라서, 전술한 특허문헌 1 내지 6에 개시되어 있는 구동장치와 같은, 안내 부재는 불필요하다.
다음에, 오토포커스 렌즈 구동 유닛의 렌즈 구동부에 대하여 설명한다. 렌즈 구동부(구동장치)(10)는, 전기기계 변환 소자로서 작용하는 적층 압전 소자(13)와, 상기 정지 부재(추)(11)와, 상기 진동 마찰부(진동 부재)(14)와, 진동 전달 부재(19)로 구성된다.
적층 압전 소자(13)는 광축(O) 방향으로 신축한다. 적층 압전 소자(13)는 광축(O) 방향에 복수의 압전층을 적층한 구조를 갖는다. 도 4에 도시되는 바와 같이, 적층 압전 소자(13)는, 신축 방향에서 서로 대향하는 제 1 끝면(하단면)(13a)과 제 2 끝면(상단면)(13b)을 갖는다. 정지 부재(추)(11)는 적층 압전 소자(13)의 제 1 끝면(하단면)(13a)에 접착제 등으로 결합된다. 적층 압전 소자(13)와 정지 부재(11)의 조합은 압전 유닛이라고 불린다.
진동 마찰부(진동 부재)(14)는, 진동전달 부재(19)를 사이에 두고, 적층 압전 소자(13)의 제 2 끝면(상단면)(13b)에 접착제 등으로 부착되어 있다. 즉, 적층 압전 소자(13)의 상단면(13b)은, 접착제(접착 수지)로 진동전달 부재(19)의 하단면(19a)에 결합(접합)되고, 진동 마찰부(진동 부재)(14)의 하단면(14a)은 접착제(접착 수지)로 진동전달 부재(19)의 상단면(19b)에 결합(접합)되어 있다.
이와 같이 본 실시형태에서는, 진동 마찰부(진동 부재)(14)와 적층 압전 소자(전기기계 변환 소자)(13) 사이에, 진동전달 부재(19)를 추가하고(개재시키고) 있으므로, 진동 마찰부(진동 부재)(14)는, 단지, 제 1 및 제 2 이동체(121, 122)의 슬라이딩성을 고려하는 것뿐인 구성이면 된다. 그 때문에 진동 마찰부(진동 부재)(14)는, 전기기계 변환 소자(적층 압전 소자)(13)와의 수지 접착성을 고려하여, 그 재료를 선정할 필요가 없다. 이것에 의해, 진동 마찰부(진동 부재)(14)는 그 재료 선정의 자유도뿐만 아니라, 그 형상의 자유도도 넓어진다. 도시의 예에서는, 진동 마찰부(진동 부재)(14)의 재료로서는 표면에 불소 윤활 도금을 시행한 알루미늄을 사용하고 있다. 한편, 진동전달 부재(19)의 재료로서는 철 합금(냉간 강판(SPCC), 스테인리스강(SUS) 등)을 사용하고 있다.
또, 진동전달 부재(19)를 추가함으로써, 그 재질, 형상을 다른 부재와 맞춤으로써, 스프링(15)의 공진 현상을 억제할 수 있다. 또, 스프링(15)의 치수 편차에 의해 발생하는 제품마다의 성능 편차를, 형상이 비교적 간단한 진동전달 부재(19)로 보충하는 것이 가능하다. 바꾸어 말하면, 진동전달 부재(19)를 간단한 형상으로 제작할 수 있으므로, 구동장치(10)의 제품마다의 성능 편차를 적게 할 수 있다.
또한, 진동전달 부재(19)를 추가함으로써, 후술하는 바와 같이, 전기기계 변환 소자(적층 압전 소자)(13)의 신축에 의해 발생하는 진동(왕복 변위)을 이동 부재(121, 122)에 효율 좋게 전달시키는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 이동 부재(121, 122)의 이동(변위)을 원활하게 행하게 할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 진동 마찰부(14)와 제 1 및 제 2 이동체(121, 122) 사이의 관계에 대하여 상세하게 설명한다. 도 5는 구동장치(10)의 평면도이며, 도 6은 도 5의 타원으로 둘러싼 부분을 확대하여 나타내는 부분 확대 단면도이다.
봉 형상의 제 1 및 제 2 이동축(121, 122)은 이 진동 마찰부(진동 부재)(14) 와 마찰 결합된다. 진동 마찰부(진동 부재)(14)에는, 전후 방향(X)의 전단의, 당해 진동 마찰부(14)와 봉 형상의 제 1 이동축(121) 사이의 제 1 마찰 결합부(제 1 마찰면)(141)에 제 1 단면 V자 형상의 홈(141a)이 형성되고, 전후 방향(X)의 후단의, 당해 진동 마찰부(14)와 봉 형상의 제 2 이동축(122) 사이의 제 2 마찰 결합부(제 2 마찰면)(142)에 제 2 단면 V자 형상의 홈(142a)이 형성되어 있다.
전술한 바와 같이, 렌즈 이동부는 진동 마찰부(진동 부재)(14)를, 봉 형상의 제 1 및 제 2 이동체(이동축)(121, 122)로 끼우기 위한 스프링(15)을 구비한다. 즉, 스프링(15)은, 그 제 1 단부(15a)가 걸림 홈(174a)에 유지되고, 그 제 2 단부(15b)에 부착된 제 2 이동체(이동축)(122)에서, 진동 마찰부(진동 부재)(14)를 제 1 이동체(이동축)(121)에 누르는 누르는 힘을 발생한다. 바꾸어 말하면, 스프링(15)은, 제 2 이동체(이동축)(122)를 진동 마찰부(진동 부재)(14)로 가압하여, 진동 마찰부(진동 부재)(14)를 제 1 및 제 2 이동체(121, 122)로 협지함으로써, 진동 마찰부(진동 부재)(14)와 제 1 및 제 2 이동체(121, 122) 사이에 마찰력을 부가하는 마찰력 부가 수단(가압 수단)으로서 작용한다.
이와 같이, 진동 마찰부(진동 부재)(14)가, 그 양단면(제 1 마찰면(141)에 형성된 제 1 단면 V자 형상의 홈(141a)과 제 2 마찰면(142)에 형성된 제 2 단면 V자 형상의 홈(142a))에서, 제 1 및 제 2 이동체(121, 122)에 의해 끼워져 있으므로, 렌즈 가동부의 위치를 규제할 수 있음과 아울러, 렌즈 가동부가 제 1 이동체(121)의 주위에서 회전하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 어떠한 특별한(전용의) 안내 부재를 사용하지 않아도, 도 6의 화살표로 표시되는 바와 같은, 피구동 부재 인 렌즈 홀더(17)가 제 1 이동체(121)의 주위에서 회전하는 것을 방지할 수 있다.
또, 도시된 실시형태에서는, 제 1 이동체(121)와 제 2 이동체(122)가 동일한 재료로 구성되어 있다. 그 때문에 제 1 이동체(121)와 진동 마찰부(14)의 제 1 마찰면(141) 사이의 제 1 마찰 계수와, 제 2 이동체(122)와 진동 마찰부(14)의 제 2 마찰면(142) 사이의 제 2 마찰 계수를, 실질적으로 동일하게 할 수 있다. 그 결과, 도 6 에 도시되는 바와 같이, 제 1 이동체(121)와 진동 마찰부(14)의 제 1 마찰면(141) 사이의 접촉선(도 6의 좌측의 2개의 검은색 원점)에서 작용하는 제 1 마찰력과, 제 2 이동체(122)와 진동 마찰부(14)의 제 2 마찰면(142) 사이의 접촉선(도 6의 우측의 2개의 검은색 원점)에서 작용하는 제 2 마찰력을 실질적으로 동일하게 할 수 있다. 이것에 의해, 렌즈 가동부를 안정하게 직선 구동할 수 있다. 이 결과, 적층 압전 소자(전기기계 변환 소자)(13)의 신축으로 발생하는 진동운동을, 효율적으로 제 1 및 제 2 이동체(121, 122)에 전달하는 것이 가능하게 된다.
진동 마찰부(14)에서, 진동 마찰부(14)와 제 1 이동체(121) 사이의 제 1 마찰 결합부(제 1 마찰면(141))에 제 1 단면 V자 형상의 홈(141a)을 형성하고 있다. 진동 마찰부(14)의 제 1 단면 V자 형상의 홈(141a)에 의한 제 1 이동체(121)와의 2직선 접촉에 의해, 제 1 마찰 결합부(제 1 마찰면(141))의 접촉상태가 안정되어, 재현성이 좋은 마찰구동이 얻어짐과 아울러, 제 1 이동체(121)의 1축 이동체로서의 직진 이동성을 높인다는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이 제 1 단면 V자 형상의 홈(141a)의 각도(θ1)는 30도에서 180도 미만의 범위인 것이 바람직하다.
마찬가지로, 진동 마찰부(14)에서, 진동 마찰부(14)와 제 2 이동체(122) 사이의 제 2 마찰 결합부(제 2 마찰면142)에 제 2 단면 V자 형상의 홈(142a)을 형성하고 있다. 진동 마찰부(14)의 제 2 단면 V자 형상의 홈(142a)에 의한 제 2 이동체(122)와의 2직선 접촉에 의해, 제 2 마찰 결합부(제 2 마찰면)(142)의 접촉상태가 안정하여, 재현성이 좋은 마찰 구동이 얻어짐과 아울러, 제 2 이동체(122)의 1축 이동체로서의 직진 이동성을 높인다는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이 제 2 단면 V자 형상의 홈(142a)의 각도(θ2)는 30도에서 180도 미만의 범위인 것이 바람직하다.
또, 제 1 및 제 2 이동체(121, 122)를 스프링(15)으로 진동 마찰부(14)로 누르고 있다. 이것에 의해, 진동 마찰부(14)의 제 1 단면 V자 형상의 홈(141a)과 제 2 단면 V자 형상의 홈(142a)에, 각각, 제 1 및 제 2 이동부(121, 122)를 누름으로써 3부품(제 1 및 제 2 이동부(121, 122), 진동 마찰부(14))의 안정한 4선 접촉을 가능하게 하고 있다.
도 7을 참조하여, 스프링(15)의 유효 길이(Ls)에 대하여 설명한다. 도 7은 도 1에 도시한 구동장치(10)의 사시도이다. 도 7에 도시되는 바와 같이, 구동장치(10)는 스프링(15)의 유효 길이(Ls)를 길게 설계하는 것이 가능하다. 그 때문에, 가령 스프링(15)의 치수나 조립 치수가 고르지 않아도, 하중에 대한 영향을 적게 할 수 있다. 그 결과, 제품마다의 성능 편차를 적게 하여 구동장치(10)를 제조할 수 있다.
이와 같이, 스프링(15)의 유효 길이(Ls)를 길게 설계할 수 있으므로, 스프링(15)의 재료로서는, 금속뿐만 아니라, 수지 성형품이더라고, 충분한 탄성 효과를 발휘할 수 있다.
또, 스프링(15)을 진동 마찰부(13)가 아니고, 렌즈 가동부측에 부착하고 있다. 이와 같이, 진동 마찰부(13)와 스프링(15)을 분리함으로써, 스프링(15)의 공진현상이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 진동 마찰부(13)와 스프링(15)이 위상 반전하지 않게 되어, 렌즈 가동부를 효율적으로 이동시키는 것이 가능하게 된다. 또, 렌즈 이동부의 진행 방향도, 의도한 방향으로 진행하도록 제어하는 것이 가능하게 된다.
렌즈 구동부와 렌즈 가동부는, 도 1에 도시되는 바와 같이, 광축(O)에 대하여 나란히 배치되어 있다. 따라서, 구동장치(10)를 저배화(低背化)할 수 있다.
또, 도시된 실시형태에서는, 제 1 이동체(121)의 길이를 제 2 이동체(122)의 길이보다도 길게 하고 있다. 그 이유는 다음과 같다. 제 1 이동체(121)는 진동 마찰부(14)와의 안정한 마찰결합을 위하여, 그 길이를 약간 길게 하고 있다. 한편, 제 2 이동체(122)는, 구동장치(10)의 안정구동을 위한 보조적인 역활을 수행하므로, 그 길이를 짧게 하고 있다. 이것에 의해, 구동장치(10)의 소형화·저배화를 도모하고 있다.
다음에, 도 8을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 구동장치의 구동방법에 대하여 설명한다. 도 8(A) 및 도 8(B)는, 각각, 구동회로(도시 생략)에 의해 적층 압전 소자(13)에 인가되는 구동전압의 변화와, 적층 압전 소자(13)의 변위 를 나타내는 것이다. 도 8(C)는, 진동전달 부재(19)가 없는 경우(종래의 구동장치)의 이동 부재(121, 122)의 변위를 나타내는 도면이고, 도 8(D)는, 진동전압 부재(19)가 있을 경우(본 발명에 따른 구동장치(10))의 이동 부재(121, 122)의 변위를 도시하는 도면이다. 도 8(A)∼도 8(D)에서, 횡축은 시간[μsec]을 나타내고 있다. 도 8(A)의 종축은 전압[V]을 나타내고 있다. 도 8(B)∼도 8(D)에서, 종축은 변위[nm]를 나타내고 있다.
도 8(A)에 도시하는 바와 같이, 적층 압전 소자(13)에, 부전압과 정전압의 반복 파형으로 이루어지는 직사각형파 전압을, 구동전압으로서 인가한다. 도시의 예에서는, 부전압은 -2.8V이고, 정전압은 +2.8V이다. 직사각형파 전압의 구동 주파수는 96kHz이고, 듀티비(도시의 예에서는, 부전압의 펄스폭과 정전압의 펄스폭의 비)는 30/70이다. 또한, 도시의 예는, 렌즈 홀더(17)(렌즈 배럴(18))를 광축(O) 방향(상하방향(Z))을 따라 하방향으로 연속하여 이동시키는 예를 나타내고 있다.
이러한 상황에서는, 도 8(B)에 도시하는 바와 같이, 적층 압전 소자(13)는 펄스폭이 짧은 부전압에 대응한 급격한 변위(신장)와, 펄스폭이 긴 정전압에 대응한 온화한 변위(수축)가 번갈아 발생한다.
즉, 적층 압전 소자(13)에 직사각형파 전압(구동전압)을 인가하여(도 8(A)), 적층 압전 소자(13)에 대하여 톱니파 형상의 왕복 변위(신축)를 생기게(도 8(B))한다.
도 8과 아울러 도 1도 참조하여, 구동장치(10)의 동작에 대하여 설명한다. 우선, 렌즈 가동부를 상하 방향(Z)을 따라 하방향으로 이동하는 경우의 동작에 대 하여 설명한다.
우선, 도 8(A)에 도시하는 바와 같이, 적층 압전 소자(13)에 펄스폭이 짧은 부전압을 인가하면, 도 8(B)에 도시하는 바와 같이, 적층 압전 소자(13)는 급속하게 두께 방향의 신장 변위를 일으킨다. 그 결과, 진동 마찰부(14)는 진동전달 부재(19)를 통하여 광축(O) 방향(상하 방향(Z))을 따라 상방향으로 급속하게 이동한다. 이때, 렌즈 가동부(제 1 및 제 2 이동체(121, 122))는, 그 관성력에 의해, 진동 마찰부(14)와 봉 형상의 제 1 및 제 2 이동체(121, 122) 사이의 마찰력을 극복하여 그 위치에 머무르므로, 이동하지 않는다.
다음에 도 8(A)에 도시하는 바와 같이, 적층 압전 소자(13)에 펄스폭이 긴 정전압을 인가하면, 도 8(b)에 도시하는 바와 같이, 적층 압전 소자(13)는 완만하게 두께 방향의 수축 변위를 일으킨다. 그 결과, 진동 마찰부(14)는, 진동전압 부재(19)를 통하여 광축(O) 방향(상하 방향(Z))을 따라 하방향으로 완만하게 이동한다. 이때, 진동 마찰부(14)와 봉 형상의 제 1 및 제 2 이동체(121, 122)는 그것들 사이의 접촉면(제 1 및 제 2 마찰면(141, 142))에 발생하는 마찰력에 의해 결합해 있으므로, 렌즈 가동부(제 1 및 제 2 이동체(121, 122))는 진동 마찰부(14)와 함께 실질적으로 광축(O) 방향(상하 방향(Z))을 따라 하방으로 이동한다.
이와 같이, 적층 압전 소자(13)에 펄스폭이 짧은 부전압과 펄스폭이 긴 정전압을 번갈아 인가하여, 적층 압전 소자(13)에 신장 변위와 수축 변위를 번갈아 발생시킴으로써, 렌즈 홀더(17)(렌즈 배럴(18))를 광축(O) 방향(상하 방향(Z))을 따라 하방향으로 연속하여 이동시킬 수 있다.
여기에서, 진동전달 부재(19)가 없는 종래의 구동장치에서는, 적층 압전 소자(전기기계 변환 소자)(13)의 왕복 변위(진동)가, 직접, 진동 마찰부(14)에 전달된다. 그 때문에, 적층 압전 소자(전기기계 변환 소자)(13)의 신축에 의해 발생하는 진동(왕복 변위)을 이동 부재(121, 122)에 효율적으로 전달시키는 것은 곤란하다. 그 결과, 도 8(C)에 도시되는 바와 같이, 렌즈 가동부(이동 부재)를 원활하게 이동시킬 수 없다.
한편, 진동전달 부재(19)가 있는 본 실시형태에 따른 구동장치(10)에서는, 적층 압전 소자(전기기계 변환 소자)(13)의 왕복 변위(진동)가, 진동전압 부재(19)를 통하여, 진동 마찰부(14)에 전달된다. 그 때문에, 적층 압전 소자(전기기계 변환 소자)(13)의 신축에 의해 발생하는 진동(왕복 변위)을 이동 부재(121, 122)에 효율적으로 전달시킬 수 있다. 그 결과, 도 8(D)에 도시되는 바와 같이, 렌즈 가동부(이동 부재)를 원활하게 이동시킬 수 있다.
상기한 바와 같이, 전기기계 변환 소자(13)를 톱니형상파로 왕복 변위시키고, 이 전기기계 변환 소자(13)의 왕복 변위를 진동전달 부재(19)를 통하여 진동 마찰부(14)에 전달시킴으로써 이동 부재(121, 122)를 소정의 방향(상기의 예에서는, 하방향)으로 원활하게 리니어 구동할 수 있다.
또한, 렌즈 가동부를 광축(O) 방향(상하 방향(Z))을 따라 상방으로 이동시키기 위해서는, 상기와는 반대로, 적층 압전 소자(13)에 펄스폭이 긴 부전압과, 펄스폭이 짧은 정전압을 번갈아 인가함으로써, 달성할 수 있다.
또한, 상기의 제 1 실시형태에서는, 직사각형파 전압의 듀티비(정전압의 펄 스폭과 부전압의 펄스폭의 비 또는 부전압의 펄스폭과 정전압의 펄스폭의 비)가 70/30인 경우를 예로 들어 설명하고 있다. 그렇지만, 본 발명자는, 상기 듀티비가 75/25∼65/35의 범위에 있으면, 렌즈 가동부(이동 부재)를 원활하게 이동시킬 수 있는 것을 실험적으로 확인하고 있다.
또, 상기의 제 1 실시형태에서는, 전기기계 변환 소자(13)에 직사각형파 전압을 인가하여, 전기기계 변환 소자(13)를 톱니형상파로 왕복 변위시키고 있지만, 전기기계 변환 소자(13)를 톱니형상파로 왕복 변위시키는 방법은 이것에 한정되지 않는 것은 물론이다.
또한, 상기의 제 1 실시형태에서는, 이동 부재(121, 122)를, 진동 마찰부(14)에 대하여, 미끄러지지 않는 상태(논슬립 상태)와 미끄러지는 상태(슬립 상태)를 반복함으로써, 이동 부재(121, 122)를 소정의 방향으로 리니어 이동시키고 있다. 바꾸어 말하면, 전기기계 변환 소자(13)의 신장시와 축소시 중 한쪽에서, 진동 마찰부(14)와 이동 부재(121, 122) 사이에 미끄러짐을 생기게 하고, 신장시와 축소시의 다른 한쪽에서, 진동 마찰부(14)와 이동 부재(121, 122) 사이에 미끄러짐을 생기게 하지 않도록, 구동장치(10)를 구동하고 있다. 이러한 구동방법은 이 기술분야에서 논슬립·슬립 구동이라고 불린다.
그렇지만, 이동 부재(121, 122)를, 진동 마찰부(14)에 대하여, 미끄러지는 상태(슬립 상태)를 반복함으로써, 이동 부재(121, 122)를 소정의 방향으로 리니어 이동시켜도 된다. 바꾸어 말하면, 전기기계 변환 소자(13)의 신장시와 축소시의 어느 쪽에서도, 진동 마찰부(14)와 이동 부재(121, 122) 사이에 미끄러짐을 생기게 하도록, 구동장치(10)를 구동해도 된다. 이러한 구동방법은, 이 기술분야에서, 슬립·슬립 구동이라고 불린다.
다음에, 적층 압전 소자(13)에 대하여 설명한다. 적층 압전 소자(13)는 직방체의 형상을 하고 있으며, 그 소자 사이즈는 0.9[mm]×0.9[mm]×1.5[mm]이다. 압전재료로서 PZT와 같은 저Qm재를 사용하고 있다. 두께 20[㎛]의 압전재료와 두께 2[㎛]의 내부전극을 번갈아 빗 모양으로 50층 적층함으로써, 적층 압전 소자(13)를 제조한다. 그리고, 적층 압전 소자(13)의 유효 내부전극 사이즈는 0.6[mm]×0.6[mm]이다. 바꾸어 말하면, 적층 압전 소자(13)의 유효 내부전극의 외측에 위치하는 주변부에는, 폭 0.15[mm]의 링 모양의 불감대 부분(클리어런스)가 존재한다.
도 1내지 도 7에 나타낸 구동장치(10)에서는, 제 1 이동체(121)와 가동 경통(렌즈 홀더, 렌즈 지지체)(17)과는 별체이며, 서로 고착되어 있는데, 도 9 및 도 10에 도시되는 구동장치(10A)와 같이, 제 1 이동체(121)와 가동 경통(렌즈 홀더, 렌즈 지지체)(17)을 일체로 구성해도 된다. 이 경우, 가동 경통(렌즈 홀더, 렌즈 지지체)(17)과 제 1 이동체(121)는 동일한 재료로 구성된다.
도 11을 참조하여, 본 발명에 따른 구동방법이 적용되는, 구동장치(10B)의 제 2예에 대하여 설명한다. 구동장치(10B)는, 진동 마찰부가 후술하는 바와 같이 변경되어 있는 점을 제외하고, 도 1내지 도 7에 도시한 구동장치(10)와 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 진동 마찰부에 14A의 참조부호를 붙이고 있다. 도 11은, 도 6과 동일한, 진동 마찰부(14A)와 제 1 및 제 2 이동체(121, 122)의 배치관계를 도시하는 평면 단면도이다.
도 6에 도시한 진동 마찰부(14)와는 달리, 진동 마찰부(14A)는, 그 제 1 마찰면(141)에만 단면 V자 형상의 홈(141a)을 형성하고 있다. 따라서, 진동 마찰부(14A)의 제 2 마찰면(142)은 평면 구조를 하고 있다.
즉, 도 6에 도시한 진동 마찰부(14)를 갖는 구동장치(10)에서는, 이동 부재(제 1 및 제 2 이동체(121, 122))와 진동 마찰부(14)는 4선 접촉하고 있지만, 도 11에 도시한 진동 마찰부(14A)를 갖는 구동장치(10B)에서는, 이동 부재(제 1 및 제 2 이동체(121, 122))와 진동 마찰부(14A)는 3선 접촉하게 된다.
이 구동장치(10B)에서도, 제 1 및 제 2 이동체(121, 122)를 스프링(15)(도 1참조)으로 진동 마찰부(14A)에 누르고 있다. 이것에 의해, 진동 마찰부(14A)의 제 1 단면 V자 형상의 홈(141a)과 제 2 마찰면(142)에, 각각, 제 1 및 제 2 이동부(121, 122)를 세게 누름으로써, 3부품(제 1 및 제 2 이동부(121, 122), 진동 마찰부(14A))의 안정한 3선 접촉을 가능하게 하고 있다.
이와 같이, 진동 마찰부(진동 부재)(14A)가, 그 양단면(제 1 마찰면(141)에 형성된 제 1 단면 V자 형상의 홈(141a)과 제 2 마찰면(142))에서, 제 1 및 제 2 이동체(121, 122)에 의해 끼워져 있으므로, 렌즈 가동부의 위치를 규제할 수 있음과 아울러, 렌즈 가동부가 제 1 이동체(121)의 주위에서 회전하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 어떠한 특별한(전용의) 안내 부재를 사용하지 않아도, 도 11의 화살표로 표시되는 바와 같은, 피구동 부재인 렌즈 홀더(17)가 제 1 이동체(121)의 주위에서 회전하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서도, 제 1 이동체(121)와 진동 마찰부(14A)의 제 1 마찰면(141) 사이의 제 1 마찰 계수와, 제 2 이동체(122)와 진동 마찰부(14A)의 제 2 마찰면(142) 사이의 제 2 마찰 계수를, 실질적으로 동일하게 설정하고 있다. 바꾸어 말하면, 제 1 및 제 2 마찰 계수가 실질적으로 동일하게 되도록, 제 1 및 제 2 이동체(121, 122)의 재료를 선정(선택)하고 있다. 그 결과, 도 11에 도시되는 바와 같이, 제 1 이동체(121)와 진동 마찰부(14A)의 제 1 마찰면(141) 사이의 접촉선(도 11의 좌측의 2개의 검은 원점)에서 작용하는 제 1 마찰력과, 제 2 이동체(122)와 진동 마찰부(14A)의 제 2 마찰면(142) 사이의 접촉선(도 11의 우측의 1개의 검은 원점)에서 작용하는 제 2 마찰력을, 실질적으로 동일하게 할 수 있다. 이것에 의해, 렌즈 가동부를 안정하게 구동할 수 있다.
이러한 구조의 구동장치(10B)에 의하면, 진동 마찰부(14A)의 제 1 마찰면(141)에 형성된 단면 V자 형상의 홈(141a)에 의한 제 1 이동체(121)와의 2직선 접촉과, 진동 마찰부(14A)의 제 2 마찰면(142)에 의한 제 2 이동체(122)와의 1직선 접촉에 의하여, 마찰 결합부(제 1 및 제 2 마찰면(141, 142))의 접촉상태가 안정하고, 재현성이 좋은 마찰구동이 얻어짐과 아울러, 이동 부재(제 1 및 제 2 이동체(121, 122))의 1축 이동체로서의 직진 이동성을 높인다고 하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 11에 도시한 구동장치(10B)에서는 진동 마찰부(14A)의 제 1 마찰면(141)에만 단면 V자 형상의 홈(141a)을 형성하고 있는데, 이것과는 반대로, 진동 마찰부의 제 2 마찰면에만 단면 V자 형상의 홈을 형성하도록 해도 된다.
전기기계 변환 소자(적층 압전 소자)(13)에 구동전압으로서 단지 직사각형파 전압을 인가하는, 상기한 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 구동방법에서는, 이하에 상세하게 설명한 바와 같이, 광대역 주파수에서 구동하는 것이 곤란한 것을, 본 발명자들은 실험적으로 확인했다.
그래서, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 구동방법에서는, 전기기계 변환 소자(적층 압전 소자)(13)에, 소정의 듀티비를 갖는 역극성의 직사각형파 전압과, 이 직사각형파 전압에 계속되는 0V의 대기전압으로 이루어지는 구동전압을, 1주기에 갖는, 구동전압을 반복하고 있다.
도 12 및 도 13에, 대기전압의 대기시간(Wait)을 변화시켰을 때의, 주파수(kHz)와 동작속도(mm/s)의 관계를 나타낸다. 여기에서는, 1주기를 100%로 했을 때의 대기시간(Wait)을 퍼센트(%)로 나타내고 있다. 또, 도시의 예에서는, 구동 조건으로서, 전압의 최대값의 절대값이 2.8V이고, 소정의 듀티비가 70/30인 경우를 나타내고 있다.
도 12(A), 도 12(B), 도 12(C), 도 13(A), 도 13(B), 도 13(C)의 각각에 있어서, 좌측에 전기기계 변환 소자(적층 압전 소자)(13)에 인가되는 구동전압의 입력파형을 나타내고, 우측에 구동 주파수(kHz) vs 렌즈 가동부의 동작속도(mm/s)의 특성도를 나타내고 있다. 또, 이들 도면의 우측의 특성도에서, 동그라미 표시는 렌즈가 다운(Down)하는 방향의 속도(스피드)를 나타내고, 사각 표시는, 렌즈가 업(Up)하는 방향의 속도(스피드)를 나타내고 있다.
도 12(A)는 대기시간(Wait)이 0%인 입력파형과, 주파수 vs 동작속도의 특성 도를 나타낸다. 즉, 도 12(A)는, 본 발명의 제 1 구동방법에 의한 특성을 나타내고 있다.
전기기계 변환 소자(적층 압전 소자)(13)에 인가되는 구동전압의 대기시간(Wait)이 0%인 경우, 도 12(A)의 우측의 특성도로부터 명확한 바와 같이, 동작 주파수 대역으로서 50kHz∼55kHz와 68kHz의 2개의 영역이 존재하고 있는 것을 알 수 있다. 그렇지만, 이들 2개의 영역에서는, 모두, 렌즈 가동부는 좁은 대역에서밖에 움직일 수 없다. 또, 렌즈 변위방향의 역전 현상이 발생했다. 이것은, 제품에 따라, 동이한 동작 조건화에서, 렌즈 Down 방향으로 움직이는 것도 있으며, 렌즈 Up 방향으로 움직이는 것도 있을 가능성을 가지고 있는 것을 나타내고 있다.
도 12(B)는 대기시간(Wait)이 20%인 입력파형과, 주파수 vs 동작속도의 특성도를 나타낸다. 도 12(C)는 대기시간(Wait)이 40%인 입력파형과, 주파수 vs 동작속도의 특성도를 나타낸다. 도 13(A)는 대기시간(Wait)이 60%인 입력파형과, 주파수 vs 동작속도의 특성도를 나타낸다. 도 13(B)는 대기시간(Wait)이 80%인 입력파형과, 주파수 vs 동작속도의 특성도를 나타낸다. 도 13(C)는 대기시간(Wait)이 90%인 입력파형과, 주파수 vs 동작속도의 특성도를 나타낸다. 즉, 이들 도면은, 본 발명의 제 2 구동방법에 의한 특성을 나타내고 있다.
전기기계 변환 소자(적층 압전 소자)(13)에 인가되는 구동전압의 대기전압의 대기시간(Wait)이 20%인 경우, 도 12(B)의 우측의 특성도로부터 명확한 바와 같이, 동작 주파수 대역으로서, 45kHz∼70kHz와 88kHz 이상의 2개의 영역이 존재하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 이들 2개의 영역에서는, 도 12(A)와 비교하여, 렌즈 가동부를 광대역에서 구동하는 것이 가능하다. 또, 렌즈 변위방향의 역전 현상도 개선되어 있다.
전기기계 변환 소자(적층 압전 소자)(13)에 인가되는 구동전압의 대기전압의 대기시간(Wait)이 40%인 경우, 도 12(C)의 우측의 특성도로부터 명확한 바와 같이, 동작 주파수 대역으로서, 55kHz∼83kHz의 하나의 영역이 존재하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 이 하나의 영역에서는, 도 12(A)에 비교하여, 렌즈 가동부를 광대역에서 구동하는 것이 가능하다. 또, 렌즈 변위방향의 역전 현상도 개선되어 있다.
전기기계 변환 소자(적층 압전 소자)(13)에 인가되는 구동전압의 대기전압의 대기시간(Wait)이 60%인 경우, 도 13(A)의 우측의 특성도로부터 명확한 바와 같이, 동작 주파수 대역으로서 58kHz 이하와 73kHz∼75kHz의 2개의 영역이 존재하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 이들 2개의 영역에서는, 도 12(A)와 비교하여, 렌즈 가동부를 광대역에서 구동하는 것이 가능하다. 또, 렌즈 변위방향의 역전 현상도 개선되어 있다.
전기기계 변환 소자(적층 압전 소자)(13)에 인가되는 구동전압의 대기전압의 대기시간(Wait)이 80%인 경우, 도 13(B)의 우측의 특성도로부터 명확한 바와 같이, 동작 주파수 대역으로서 65kHz 이상의 하나의 영역이 존재하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 이 하나 영역에서는, 도 12(A)에 비교하여, 렌즈 가동부를 광대역에서 구동하는 것이 가능하다. 또, 렌즈 변위방향의 역전 현상도 개선되어 있다.
전기기계 변환 소자(적층 압전 소자)(13)에 인가되는 구동전압의 대기전압의 대기시간(Wait)이 90%인 경우, 도 13(C)의 우측의 특성도로부터 명확한 바와 같이, 동작 주파수 대역으로서, 80kHz 이하와 94kHz 이상의 2개의 영역이 존재하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 이들 2개의 영역에서는, 도 12(A)에 비교하여, 렌즈 가동부를 광대역에서 구동하는 것이 가능하다. 또, 렌즈 변위방향의 역전 현상도 개선되어 있다.
이와 같이, 대기전압이 0V의 대기시간을 둠으로써, 렌즈 가동부를 광대역에서 구동할 수 있다. 그 결과, 제품마다의 구동 조건 편차를 억제할 수 있다. 또, 렌즈 변위방향의 역전 현상을 억제할 수 있으므로, 안정하게 렌즈 가동부를 구동할 수 있다. 또한, 0V의 대기전압의 대기시간을 길게 하면 할수록, 구동장치(10)의 소비전력을 억제하는 것이 가능하다.
또한, 상기 본 발명의 제 2 실시형태에서는, 소정의 듀티비가 70/30인 경우를 예로 들어 설명하고 있다. 그렇지만, 본 발명자들은, 상기 소정의 듀티비가 75/25∼65/35의 범위에 있으면, 렌즈 가동부(이동 부재)를 원활하게 이동시킬 수 있는 것을 실험적으로 확인하고 있다. 또, 상기 본 발명의 제 2 실시형태에서는, 대기전압의 대기시간이 1주기의 20%∼90%의 범위에 있는 경우를 예로 들어 설명하고 있지만, 대기전압의 대기시간은 이것들에 한정되지 않는 것은 물론이다.
이상, 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시형태에 의해 설명해 왔지만, 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 범위 내에서, 여러 변형이 당업자에 의해 가능한 것은 명확하다. 예를 들면, 상기한 실시형태에서는, 제 1 및 제 2 이동체는 원기둥 형상을 하고 있지만, 제 1 및 제 2 이동체의 형상은 이것에 한정되지 않는 것은 물론 이다. 또, 상기한 실시형태에서는, 진동 마찰부가 복잡한 형상(이형)을 하고 있지만, 원기둥 형상(봉 형상)이어도 된다.
도 1은 본 발명에 따른 구동방법이 적용되는 구동장치의 제 1 예를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 구동장치의 주요부를 확대하여 도시하는 부분 확대 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 구동장치의 측면도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 구동장치의 주요부를 확대하여 도시하는 부분 확대 측면도이다.
도 5는 도 1에 도시한 구동장치의 평면도이다.
도 6은 도 5의 타원으로 둘러싼 부분을 확대하여 도시하는 부분 확대 단면도이다.
도 7은 스프링의 유효 길이를 설명하기 위한, 도 1에 도시한 구동장치의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 구동장치의 구동방법을 설명하기 위한 파형도이다.
도 9는 도 1에 나타낸 구동장치의 변형예를 도시하는 사시도이다.
도 10은 도 9에 나타낸 구동장치의 주요부를 확대하여 도시하는 부분 확대 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 구동방법이 적용되는 구동장치의 제 2 예에 사용되는, 진동 마찰부와 제 1 및 제 2 이동체의 배치관계를 도시하는 평면 단면도이다.
도 12는 대기전압의 대기시간을 변화시켰을 때의, 주파수와 동작속도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 13은 대기전압의 대기시간을 변화시켰을 때의, 주파수와 동작속도와의 관계를 나타내는 도면이다.
(부호의 설명)
10, 10A, 10B 구동장치 11 정지 부재
121 제 1 이동체 122 제 2 이동체
13 적층 압전 소자(전기기계 변환 소자)
14, 14A 진동 마찰부 141 제 1 마찰면
141a 제 1 단면 V자 형상의 홈
142 제 2 마찰면 142a 제 2 단면 V자 형상의 홈
15 스프링(마찰력 부가 수단, 가압 수단)
15a 제 1 단부 15b 제 2 단부
17 가동 경통(렌즈 홀더, 렌즈 지지체, 피구동 부재)
170 통 형상부 172 돌출부
174 연장부 174a 걸림 홈
18 렌즈 배럴(렌즈 어셈블리)
19 진동전달 부재 O 렌즈의 광축
AFL 오토포커스 렌즈

Claims (10)

  1. 신축 방향에서 서로 대향하는 한 쌍의 끝면을 갖는 전기기계 변환 소자와, 이 전기기계 변환 소자의 상기 한 쌍의 끝면의 일방에 부착된 진동 마찰부와, 이 진동 마찰부와 마찰 결합되는 이동 부재와, 상기 전기기계 변환 소자의 상기 한 쌍의 끝면의 일방과 상기 진동 마찰부의 끝면 사이에 배치된 진동전달 부재를 구비하고, 상기 전기기계 변환 소자의 신축 방향에 상기 이동 부재가 이동가능한 구동장치의 구동방법에 있어서,
    상기 전기기계 변환 소자를 톱니형상파로 왕복변위시키고,
    이 전기기계 변환 소자의 왕복변위를 상기 진동전달 부재를 통하여 상기 진동 마찰부에 전달시키고,
    그것에 의해, 상기 이동 부재를 소정의 방향으로 리니어 구동하도록 한 것을 특징으로 하는 구동장치의 구동방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전기기계 변환 소자에 직사각형파 전압을 인가하여, 상기 전기기계 변환 소자를 상기 톱니형상파로 변위시키는 것을 특징으로 하는 구동장치의 구동방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 직사각형파 전압의 듀티비가 75/25∼65/35의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 구동장치의 구동방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 듀티비가 실질적으로 70/30인 것을 특징으로 하는 구동장치의 구동방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전기기계 변환 소자에, 소정의 듀티비를 갖는 역극성의 직사각형파 전압과, 이 직사각형파 전압에 계속되는 0V의 대기전압으로 이루어지는 구동전압을, 1주기에 갖는 상기 구동전압을 반복하여 인가하고,
    그것에 의해, 상기 전기기계 변환 소자를 상기 톱니형상파로 변위시키는 것을 특징으로 하는 구동장치의 구동방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 소정의 듀티비가 75/25∼65/35의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 구동장치의 구동방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 소정의 듀티비가 실질적으로 70/30인 것을 특징으로 하는 구동장치의 구동방법.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대기전압이 상기 1주기의 소정의 퍼센트의 대기시간을 갖는 것을 특징으로 하는 구동장치의 구동방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 소정의 퍼센트가 20%∼90%의 범위에 있는 것을 특징 으로 하는 구동장치의 구동방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 소정의 퍼센트가 실질적으로 90%와 동일한 것을 특징으로 하는 구동장치의 구동방법.
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