KR20100106715A - Multi degree of freedom piezoelectric linear actuator and manipulation method thereof and device for adjusting the focus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 압전 선형구동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 이동자를 구비하고, 소정의 파형을 갖는 구동전압으로 압전체를 팽창 또는 수축시킴으로써 발생되는 이동자의 마찰력 및 관성력을 이용하고, 이를 통해 이동자들을 각각 구동시키거나, 동시에 구동시킬 수 있는 다자유도를 갖는 압전 선형구동기, 그 구동방법 및 이를 이용한 초점 조절장치에 관한 것이다.The present invention relates to a piezoelectric linear driver, and more particularly, has a plurality of movers, and utilizes the frictional and inertial forces of the mover generated by inflating or contracting the piezoelectric body with a driving voltage having a predetermined waveform. The present invention relates to a piezoelectric linear driver having multiple degrees of freedom that can be driven or driven simultaneously, a driving method thereof, and a focus adjusting device using the same.
현재 출시되는 전자제품들은 휴대의 용이성이라는 수요자의 요구로 인하여 소형화 및 다기능화되고 있다. 이러한 휴대용 전자제품들의 작동을 위해 소형의 구동기가 필요하다. 예를 들어 카메라의 자동 초점조절기능, 손떨림 방지기능, 휴대폰 또는 게임기 등의 진동기능에 소형 구동기가 사용된다.Current electronic products are being miniaturized and multifunctional due to the demand of consumers for ease of portability. Miniature drivers are required for the operation of these portable electronics. For example, a small driver is used for the camera's automatic focusing, image stabilization, and vibration functions in mobile phones or game machines.
한편, 로봇의 성능을 결정하는 가장 큰 요소 중 하나는 구동부라 할 수 있 다. 인간의 손동작을 모방한 섬세한 작업을 하거나, 떨어지는 계란을 잡는 것과 같은 유연한 동작을 요하는 작업 등에 고성능의 소형 구동기가 요구된다.On the other hand, one of the biggest factors that determine the performance of the robot can be referred to as the drive unit. High-performance compact drivers are required for delicate work that mimics human hand movements or for tasks that require flexible motion, such as catching falling eggs.
종래의 대표적인 소형 구동기로 전자계 방식의 모터(Stepping Motor)가 있다. 카메라 렌즈구동용으로 탑재 가능한 전자계 방식의 모터는 빠른 회전을 직선운동으로 바꾸기 위해 감속기어와 캠 등을 사용하기 때문에 부피 및 무게가 커지는 문제점이 있다. 또한, 정회전 또는 역회전 시 백래시가 생겨 오차가 발생하기 쉽고, 높은 열로 전력소모가 크다는 단점이 있다.A typical representative small driver is a stepping motor. The motor of the electromagnetic system that can be mounted for driving a camera lens has a problem in that volume and weight are increased because a reduction gear and a cam are used to convert the fast rotation into a linear motion. In addition, there is a disadvantage that the backlash occurs during forward rotation or reverse rotation, so that an error occurs easily and power consumption is high due to high heat.
위와 같은 문제점의 해결책으로 압전소자(piezoelectric element)를 이용한 선형구동기가 있다. 이러한 압전 선형구동기는 초음파 모터라고도 불리며, 자석이나 권선을 필요로 하지 않는 구동원이다. 압전 선형구동기는 저속의 높은 구동력을 발생시키며 자계의 영향을 받지 않는 장점이 있다. 또한, 기어와 같은 구동전달요소가 거의 사용되지 않아 그 구조가 간단하다. 또한, 저소음으로 구동할 수 있으며, 나노미터까지 정밀한 위치제어를 할 수 있다는 장점이 있다.As a solution of the above problems, there is a linear driver using a piezoelectric element (piezoelectric element). Such a piezoelectric linear driver is also called an ultrasonic motor and is a driving source that does not require a magnet or a winding. Piezoelectric linear actuators generate high driving speed at low speed and are not affected by the magnetic field. In addition, a drive transmission element such as a gear is rarely used, so the structure thereof is simple. In addition, it can drive with low noise, there is an advantage that can be precise position control up to nanometers.
도 1은 종래기술에 따른 압전 선형구동기가 적용된 카메라 렌즈구동장치의 개략사시도이다. 종래기술에 따른 압전 선형구동기(1)는 프레임(10), 압전체(20), 구동축(30), 이동자(40), 구동회로(50) 및 제어부(60)로 구성되어 있다. 압전체(20)는 판 형상의 압전소자가 적층된 형태로 구성되고, 압전체(20)의 일단은 프레임(100)에 고정된다. 그리고, 구동축(30)이 압전체(20)의 타단면에 수직으로 고정된다. 그리고, 1개의 이동자(40)가 구동축(30)에 끼워지게 되고, 구동회로(50) 및 제어부(60)가 압전체(20)와 전기적으로 연결된다.1 is a schematic perspective view of a camera lens driving apparatus to which a piezoelectric linear driver according to the prior art is applied. The piezoelectric
종래기술에 따른 압전 선형구동기의 작동원리를 도 1 내지 도 3을 참고하여 살펴보기로 한다. 제어부(60)와 연결된 구동회로(50)는 도 2에 도시된 바와 같은 파형(70)을 갖는 구동전압을 압전체(20)에 인가하게 된다. 펄스형태의 구동전압은 완만하게 경사진 상승부(72)와 급격하게 경사진 하강부(74)로 이루어진 파형(70)을 갖는다.The operation principle of the piezoelectric linear driver according to the prior art will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The
이와 같은 구동전압에 의하여 압전체(20)는 팽창 또는 수축하게 된다. 도 2에 실선으로 표시된 양(+)의 구동전압이 압전체(20)에 인가되면, 압전체(20)는 구동전압의 상승부(72)에 의해 팽창하게 되고, 하강부(74)에 의해 원래 상태로 복귀, 즉 수축하게 된다. 그리고, 점선으로 표시된 음(-)의 구동전압이 압전체(20)에 인가되면, 압전체(20)는 구동전압의 하강부(72")에 의해 수축하고, 상승부(74")에 의해 원래 상태로 복귀, 즉 팽창한다. 이와 같이 팽창 또는 수축하는 압전체(20)에 의해 구동축(30)이 구동하게 되는 것이다. 이때, 구동축(30)의 구동변위는 도 2에 도시된 구동전압의 파형(70)과 거의 동일한 형태를 갖게 된다.By the driving voltage, the
한편, 구동전압의 완만하게 경사진 상승부(72)에 의해 도 3의 (a)에 도시된 것처럼 압전체(20)가 화살표방향으로 팽창하게 된다. 이때, 이동자(40)와 구동축(30) 사이에 구동축(30)의 구동방향으로 마찰력(f)이 발생된다. 또한, 구동축(30)은 가속되어 구동되기 때문에 이동자(40)는 관성의 법칙에 의해 관성력(maE; m은 이동자의 질량, aE는 압전체의 팽창 가속도)이 마찰력(f)의 반대방향으로 발생된다. 이때, 구동전압의 완만하게 경사진 상승부(72)는 가속도(aE)를 작게 하므로 마찰력(f)이 이동자(40)의 관성력(maE)보다 크다. 따라서, 도 3의 (b)와 같이 이동자(40)는 구동축(30)과 함께 이동하게 된다.On the other hand, the
한편, 도 2에서 구동전압의 급격하게 경사진 하강부(74)에 의해 도 3의 (b)에 도시된 것처럼 압전체(20)가 화살표방향으로 복귀, 즉 수축하게 된다. 그리고, 이동자(40)와 구동축(30) 사이에 구동축(30)의 구동방향으로 마찰력(f)이 발생된다. 이때, 구동전압의 급격하게 경사진 하강부(74)는 가속도(aS; 압전체의 수축 가속도)를 크게 하므로 이동자(40)의 관성력(maS)이 마찰력(f)보다 크다. 따라서, 도 3의 (c)와 같이 이동자(40)는 제자리에 남고, 구동축(30)만 복귀하게 된다.Meanwhile, as shown in FIG. 3B, the
결국, 이동자(40)는 하나의 단위 파형(70)에 의해 도 3에 도시된 S길이 만큼 전진하게 되는 것이다. 한편, 제어부(60)에 의해 구동회로(50)가 음(-)의 구동전압을 압전체(20)에 인가하면 S길이 만큼 후퇴하게 된다. 따라서, 펄스형태의 구동전압에 의해 위에서 설명한 동작이 반복되므로 이동자(40)가 선형운동할 수 있는 것이다.As a result, the
상술한 종래의 압전 선형구동기는 도 1에 도시된 것과 같이 카메라 렌즈구동장치(1) 등에 적용된다. 카메라 렌즈구동장치(1)는 마이크로 렌즈(80)가 이동자(40)에 고정되고, 이동자(40)를 따라 선형운동하게 된다. 이러한 카메라 렌즈구동장치(1)는 이동자(40)를 1개만 구비하기 때문에 자유도가 1이다. 따라서, 초점조절, 배율조절 등을 위해서는 2개 이상의 카메라 렌즈구동장치(1)가 필요하다. 즉, 카메라 렌즈구동장치(1)를 직렬 또는 병렬로 배열되는 복잡한 구조를 갖게 된 다. 이러한 방식의 설계는 구동기의 부피와 무게의 증가를 가져와 전자제품 등의 소형화를 어렵게 만드는 문제점이 있다. 또한, 제품을 설계하는데 많은 제약이 따르게 되는 문제점이 있다.The conventional piezoelectric linear driver described above is applied to a camera
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자 하는 것으로, 본 발명의 목적은 복수의 이동자를 구비하여 자유자재로 이들 각각을 구동시키거나, 동시에 구동시킬 수 있는 다자유도를 갖는 압전 선형구동기를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a piezoelectric linear driver having a plurality of degrees of freedom that can be driven at the same time, or at the same time freely equipped with a plurality of movers. .
위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기는 프레임; 프레임에 일단이 고정된 압전체; 압전체의 타단면에 일단이 고정된 구동축; 구동축과의 마찰력을 각각 달리하여 구동축에 끼워지는 복수의 이동자; 소정의 파형을 갖는 구동전압을 압전체에 인가하는 구동회로; 및 구동회로를 제어하는 제어부를 포함하고, 구동전압의 파형에 따라 복수의 이동자들 중 적어도 하나를 이동시키는 것을 특징으로 한다. 이때, 이동자는 서로 다른 질량을 갖는다.Piezoelectric linear actuator having a multiple degree of freedom according to the present invention to achieve the above object frame; A piezoelectric body having one end fixed to the frame; A driving shaft having one end fixed to the other end surface of the piezoelectric body; A plurality of movers fitted to the drive shaft with different frictional forces with the drive shaft; A driving circuit for applying a driving voltage having a predetermined waveform to the piezoelectric body; And a control unit for controlling the driving circuit, wherein at least one of the plurality of movers is moved according to the waveform of the driving voltage. At this time, the mover has different masses.
한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 다자유도를 갖는 선형구동기는 이동자가 2개이고, 상대적으로 질량이 작은 제1이동자의 마찰력이 상대적으로 질량이 큰 제2이동자의 마찰력보다 큰 것을 특징으로 한다. 그리고, 구동회로는 제1이동자만 이동시키는 제1파형, 제1 및 제2이동자를 이동시키는 제2파형 또는 제2이동자만 이동시키는 제3파형을 갖는 구동전압을 압전체에 인가한다. 이때, 제1파형은 제1이동자의 마찰력보다 작은 제1이동자의 관성력과, 제2이동자의 마찰력보다 큰 제2이동 자의 관성력을 발생시키는 제1상승부; 및 제1 및 제2이동자의 마찰력보다 큰 관성력을 발생시키는 제1하강부를 갖는다. 그리고, 제2파형은 제1 및 제2이동자의 마찰력보다 작은 관성력을 발생시키는 제2상승부; 및 제1 및 제2이동자의 마찰력보다 큰 관성력을 발생시키는 제2하강부를 갖는다. 그리고, 제3파형은 제1 및 제2이동자의 마찰력보다 작은 관성력을 발생시키는 제3상승부; 및 제1이동자의 마찰력보다 작은 제1이동자의 관성력과, 제2이동자의 마찰력보다 큰 제2이동자의 관성력을 발생시키는 제3하강부를 갖는다.On the other hand, the linear actuator having multiple degrees of freedom according to the first embodiment of the present invention is characterized in that the frictional force of the first mover having two movers, the relatively small mass is greater than the frictional force of the second mover having a relatively large mass . The driving circuit applies a driving voltage having a first waveform for moving only the first mover, a second waveform for moving the first and second movers, or a third waveform for moving only the second mover to the piezoelectric body. In this case, the first waveform includes: a first rising part generating an inertial force of the first mover smaller than the friction force of the first mover and an inertial force of the second mover greater than the friction force of the second mover; And a first lowering part generating an inertial force greater than the frictional force of the first and second movers. The second waveform may include: a second rising part generating an inertial force smaller than the frictional force of the first and second movers; And a second lowering part generating an inertial force greater than the frictional force of the first and second movers. The third waveform includes: a third lifter generating an inertial force smaller than the friction force of the first and second movers; And a third lowering portion generating an inertial force of the first mover smaller than the frictional force of the first mover and an inertial force of the second mover greater than the frictional force of the second mover.
다른 한편으로, 본 발명의 제2실시예에 따른 다자유도를 갖는 선형구동기는 이동자가 제1, 제2, 및 제3이동자로 이루어지고, 3개의 이동자 중 질량이 가장 작은 제1이동자의 마찰력이 가장 크고, 질량이 가장 큰 제3이동자의 마찰력이 가장 작은 것을 특징으로 한다. 이때, 구동회로는 제1이동자만 이동시키는 제4파형, 제2이동자만 이동시키는 제5파형 또는 제3이동자만 이동시키는 제6파형을 갖는 구동전압을 압전체에 인가한다. 그리고, 제4파형은 제1이동자의 마찰력보다 작은 제1이동자의 관성력과, 제2 및 제3이동자의 마찰력보다 큰 제2 및 제3이동자의 관성력을 발생시키는 제4상승부; 및 제1, 제2 및 제3이동자의 마찰력보다 큰 관성력을 발생시키는 제4하강부를 갖는다. 그리고, 제5파형은 제3이동자의 마찰력보다 큰 제3이동자의 관성력과, 제1 및 제2이동자의 마찰력보다 작은 제1 및 제2이동자의 관성력을 발생시키는 제5상승부; 및 제1이동자의 마찰력보다 작은 제1이동자의 관성력을 발생시키고, 제2 및 제3이동자의 마찰력보다 큰 제2 및 제3이동자의 관성력을 발생시키는 제5하강부를 갖는다. 그리고, 제6파형은 제1, 제2 및 제3이동자의 마 찰력보다 작은 제1, 제2 및 제3이동자의 관성력을 발생시키는 제6상승부; 및 제3이동자의 마찰력보다 큰 제3이동자의 관성력과, 제1 및 제2이동자의 마찰력보다 작은 제1 및 제2이동자의 관성력을 발생시키는 제6하강부를 갖는다.On the other hand, the linear actuator having a multiple degree of freedom according to the second embodiment of the present invention is composed of the first, second, and third movers of the mover, the friction force of the first mover having the smallest mass among the three movers It is characterized by the smallest frictional force of the third mover having the largest and largest mass. At this time, the driving circuit applies a driving voltage having a fourth waveform for moving only the first mover, a fifth waveform for moving only the second mover, or a sixth waveform for moving only the third mover, to the piezoelectric body. The fourth waveform may further include: a fourth rising part generating an inertia force of the first mover smaller than the friction force of the first mover and an inertia force of the second and third movers greater than the friction force of the second and third movers; And a fourth lowering portion generating an inertia force greater than the friction force of the first, second and third movers. The fifth waveform may further include: a fifth rising part generating an inertia force of the third mover larger than the friction force of the third mover and an inertia force of the first and second movers smaller than the friction force of the first and second movers; And a fifth lower portion that generates an inertial force of the first mover smaller than the friction force of the first mover and generates an inertial force of the second and third movers larger than the friction force of the second and third movers. The sixth waveform includes: a sixth lift unit generating an inertial force of the first, second, and third movers smaller than the friction force of the first, second, and third movers; And a sixth lower portion generating an inertial force of the third mover larger than the friction force of the third mover and an inertia force of the first and second movers smaller than the friction force of the first and second movers.
본 발명에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기의 구동방법은 프레임; 일단이 프레임에 고정된 압전체; 압전체의 타단면에 수직으로 고정된 구동축; 구동축과의 마찰력을 각각 달리하여 구동축에 끼워지는 복수의 이동자; 소정의 파형을 갖는 구동전압을 압전체에 인가하는 구동회로; 및 구동회로를 제어하는 제어부를 포함하는 다자유도를 갖는 압전 선형구동기의 구동방법에 있어서, 구동회로가 구동전압을 압전체에 인가시키는 단계(S100); 압전체가 팽창 또는 수축됨에 따라 구동축이 구동하는 단계(S200); 이동자들의 관성력이 발생되는 단계(S300); 및 이동자들 중 관성력이 마찰력보다 작은 이동자가 전진 또는 후퇴하는 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 인가단계(S100) 이전에 제어부가 구동회로의 개폐 및 구동회로에서 발생되는 구동전압의 파형을 제어하는 단계를 더 구비하게 된다.A method of driving a piezoelectric linear driver having multiple degrees of freedom according to the present invention includes a frame; A piezoelectric body once fixed to the frame; A drive shaft fixed perpendicular to the other end surface of the piezoelectric body; A plurality of movers fitted to the drive shaft with different frictional forces with the drive shaft; A driving circuit for applying a driving voltage having a predetermined waveform to the piezoelectric body; A driving method of a piezoelectric linear driver having a multiple degree of freedom comprising a control unit for controlling the driving circuit, the method comprising: applying a driving voltage to the piezoelectric body by the driving circuit (S100); Driving the drive shaft as the piezoelectric body is expanded or contracted (S200); Generating an inertial force of the movers (S300); And a step of moving or retracting the mover whose inertia force is smaller than the friction force among the movers (S400). At this time, before the applying step (S100), the control unit further includes the step of controlling the waveform of the driving voltage generated in the opening and closing of the driving circuit and the driving circuit.
본 발명에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기를 이용한 초점 조절장치는 다자유도를 갖는 압전 선형구동기; 이동자들 각각의 일측에 고정되는 렌즈 프레임; 및 렌즈 프레임들 각각에 끼워져 고정되는 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 렌즈들과 광학적으로 정렬되는 이미지센서를 더 구비하게 된다.A focus control apparatus using a piezoelectric linear driver having a multiple degree of freedom according to the present invention includes a piezoelectric linear driver having a multiple degree of freedom; A lens frame fixed to one side of each of the movers; And a lens fitted to and fixed to each of the lens frames. At this time, it is further provided with an image sensor that is optically aligned with the lenses.
이상과 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기, 그 구동방법 및 이를 이용한 초점 조절장치는 복수의 이동자를 자유자재로 선형 구동시킬 수 있어 복수의 자유도를 얻을 수 있는 이점이 있다. 따라서, 전자제품, 로봇, 광학기기 등의 구동부를 경박단소화할 수 있는 이점이 있다.As described above, the piezoelectric linear driver having a multiple degree of freedom according to the present invention, a driving method thereof, and a focus adjusting device using the same have advantages in that a plurality of movers can be linearly driven freely to obtain a plurality of degrees of freedom. . Therefore, there is an advantage that can be reduced in size, thin and light driving unit such as electronic products, robots, optical devices.
또한, 저전력으로 효율적인 구동이 가능하고, 단순한 구조를 갖기 때문에 압전 선형구동기를 이용하는 제품의 설계가 용이하게 하는 이점이 있다.In addition, since it is possible to drive efficiently at low power and has a simple structure, there is an advantage of facilitating the design of a product using a piezoelectric linear driver.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to components of each drawing, the same reference numerals are used for the same components as much as possible even if they are shown in different drawings.
먼저, 본 발명에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기에 대해서 살펴보기로 한다.First, a piezoelectric linear driver having a multiple degree of freedom according to the present invention will be described.
[제1실시예][First Embodiment]
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기의 개략사시도이다. 본 발명의 제1실시예에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기(100)는 프레임(110), 압전체(120), 구동축(130), 이동자(141,142), 구동회 로(150) 및 제어부(160)로 구성된다.4 is a schematic perspective view of a piezoelectric linear driver having a multiple degree of freedom according to a first embodiment of the present invention. The piezoelectric
프레임(110)은 소정의 형상을 갖고, 압전체(120)의 일측을 지지하게 된다.The
압전체(120)는 판 형상의 압전소자가 적층된 형태로 구성된다. 압전소자는 PZT라고 하는 납(Pb), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti)의 복합 산화물재료를 사용한다. 압전체(120)는 구동전압이 인가되면 팽창 또는 수축하는 성질을 갖는다. 이러한 압전체(20)는 그 일단이 프레임(100)에 고정 지지된다.The
구동축(130)은 원형 단면을 갖는 긴 막대 형상을 갖는다. 그리고, 구동축(130)은 그 일단이 압전체(120)의 타단면에 수직으로 고정된다. 따라서, 구동축(130)은 압전체(120)가 팽창 또는 수축함에 따라 팽창 또는 수축방향으로 구동하게 된다.The
제1실시예에 의하면 이동자는 제1이동자(141)와 제2이동자(142) 2개로 구성된다. 이동자(141,142)는 중공을 갖고, 구동축(130)에 끼워지게 된다. 이때, 제1이동자(141)와 제2이동자(142)는 서로 다른 질량을 갖는데, 제1이동자(141)의 질량(m1)이 제2이동자(142)의 질량(m2)보다 더 작도록 한다. 도 4에 의하면 제1이동자(141)가 제2이동자(142)보다 구동축(130)에 먼저 끼워지는데, 제1이동자(141)와 제2이동자(142)의 배열을 달리하여도 상관없다. 그러나, 본 제1실시예에 의하면 제1이동자(141)와 제2이동자(142)는 구동축(130)의 구동시 발생되는 구동축(130)과의 마찰력을 다르게 하여야 한다. 이때, 질량이 작은 제1이동자(141)의 마찰력(f1)이 제2이동자(142)의 마찰력(f2)보다 크게 설정한다.According to the first embodiment, the mover is composed of two
한편, 제1이동자(141)와 제2이동자(142)의 마찰력(f1,f2)은 마찰계수(μ)와 수직항력(N)의 곱으로 정의되므로, 제1 및 제2이동자(141,142)와 구동축(130)은 마찰계수(μ)와 수직항력(N)을 조절할 수 있게 설계한다. Meanwhile, the frictional forces f 1 and f 2 of the
구동회로(150)는 압전체(120)와 전기적으로 연결된다. 구동회로(150)는 함수발생기(function generator)를 내장하여 소정의 파형을 갖는 구동전압을 압전체(120)에 인가한다. 구동회로(150)는 도 5, 도 7 및 도 9에 각각 도시된 제1파형(200), 제2파형(300) 또는 제3파형(400)을 갖는 양(+)의 구동전압을 압전체(120)에 인가하여 이동자(141,142)를 전진시키게 된다. 이때, 제1파형(200), 제2파형(300) 및 제3파형(400)은 소정의 기울기를 갖는 상승부(210,310,410)와 하강부(220,320,420)를 갖는다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다. 그리고, 점선으로 표시된 음(-)의 구동전압을 압전체(120)에 인가하여 이동자(141,142)를 후퇴시키게 된다.The driving
제어부(160)는 구동회로(150)와 전기적으로 연결되어 구동회로(150)를 개폐하거나, 구동회로(150)에서 발생되는 구동전압의 파형(200,300,400)을 변화시켜 제어한다.The
이하, 도 4 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기(100)의 작동을 설명하기로 한다.Hereinafter, an operation of the piezoelectric
먼저, 도 5 및 도 6을 참조하여 제1이동자(141)만 이동시키는 것을 설명한 다.First, only the
제1파형(200)을 갖는 구동전압이 도 5에 도시되어 있다. 압전체(120)는 제1파형(200)의 상승부(210)에 의해 도 6의 (a)에 도시된 화살표방향으로 팽창하게 되고, 제1파형(200)의 하강부(220)에 의해 도 6의 (b)에 도시된 화살표방향으로 수축하게 된다. 이때, 구동축(130)은 압전체(120)에 고정되어 있으므로, 구동축(130)은 압전체(120)가 팽창 또는 수축하는 방향으로 구동하게 된다.The driving voltage having the
구동축(130)이 구동함에 따라 제1 및 제2이동자(141,142)와 구동축(130) 사이의 마찰력(f1,f2)이 구동축(130)의 구동방향으로 발생된다. 즉, 도 6의 (a)와 같이 압전체(120)가 팽창시에는 압전체(120)의 팽창방향으로 마찰력(f1,f2)이 발생되고, 압전체(120)의 수축시에는 압전체(120)의 수축방향으로 마찰력(f1,f2)이 발생된다. 이때, 앞서 설명한 바와 제1이동자(141)의 마찰력(f1)이 제2이동자(142)의 마찰력(f1)보다 크게 설정되어 있고, 제1이동자(141)의 질량(m1)이 제2이동자(142)의 질량(m2)보다 작게 설정되어 있다.As the driving
제1파형(200)은 도 5에 도시된 바와 같이 상대적으로 완만한 기울기를 갖는 제1상승부(210)와 급격하게 경사진 제1하강부(220)로 이루어진다. 이때, 제1상승부(210)와 제1하강부(220)의 기울기는 압전체(120)의 팽창시 구동축(130)이 갖게 되는 가속도(aE1)와 압전체(120)의 수축시 구동축(130)이 갖게 되는 가속도(aS1)의 크기와 방향을 결정하게 된다. 따라서, 질량이 m1인 제1이동자(141)는 압전체(120) 가 팽창시 m1aE1크기의 관성력이 발생되고, 질량이 m2인 제2이동자(142)는 m2aE1크기의 관성력이 발생된다. 그리고, 압전체(120)가 수축시 제1이동자(141)는 m1aS1 크기의 관성력이 발생되고, 제2이동자(142)는 m2aS1크기의 관성력이 발생된다. 이때, 제1이동자(141)와 제2이동자(142)의 관성력들(m1aE1,m2aE1,m1aS1,m2aS1)은 각각 위에서 설명한 마찰력(f1,f2)의 방향과 반대방향으로 발생된다. 그리고, 이동자들(141,142)의 질량 크기는 m1 < m2 이고, 이동자들(141,142)의 관성력 크기는 m1aE1 < m2aE1 < m1aS1 < m2aS1 이다.As shown in FIG. 5, the
한편, 제1상승부(210)와 제1하강부(220) 사이의 구동전압이 일정한 수평부(230)는 가속력을 발생시키지 않는 부분이므로 본 실시예의 제1파형(200)에서 중요한 부분이 아니다. 따라서, 제1파형(200)은 도 5에 도시된 바와 같이 제1상승부(210), 제1하강부(220) 및 수평부(230)를 갖는 사각형 형상인 것도 가능하고, 제1상승부(210)과 제1하강부(220)로 이루어진 삼각형 형상의 톱니파 형상인 것도 가능하다. 그리고, 도면에는 개략적인 기울기를 갖는 파형의 형상을 도시한 것이고, 각 파형의 정확한 기울기 값, 주파수 값, 구동전압의 진폭 값 등은 달라질 수 있고, 발생되는 이동자(141,142)들의 관성력이 m1aE1 < m2aE1 < m1aS1 < m2aS1 의 조건을 만족하면 된다. 뒤에서 설명할 다른 파형을 갖는 구동전압도 마찬가지이다.On the other hand, the
제1파형(200)의 상승부(210)의 상대적으로 완만한 기울기는 도 6의 (a)에 도 시된 바와 같이 제1이동자(141)의 마찰력(f1)보다 작은 제1이동자(141)의 관성력(m1aE1)을 발생시킨다. 그리고, 제2이동자(142)의 마찰력(f2)보다 큰 제2이동자(142)의 관성력(m2aE1)을 발생시키게 된다. 따라서, 제1이동자(141)는 마찰력(f1)이 관성력(m1aE1)보다 크므로 구동축(120)과 함께 S1길이만큼 전진하게 되고, 제2이동자는 마찰력(f2)이 관성력(m2aE1)보다 작으므로 구동축(120)과 함께 이동하지 않고, 제자리에 남게 된다.The relatively gentle slope of the
그리고, 제1파형(200) 하강부(220)의 급격한 기울기는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 제1이동자의 마찰력(f1)과 제2이동자의 마찰력(f2)보다 큰 관성력(m1aS1,m2aS1)을 발생시킨다. 따라서, 제1이동자(141)와 제2이동자(142)는 구동축(120)과 함께 도 6의 (b)에 도시된 화살표방향으로 이동하지 않고, 제자리에 남게 된다.In addition, the steep slope of the
결국, 하나의 단위 파형(200)에 의해 제1이동자(141)만 S1길이만큼 전진시킬 수 있다. 따라서, 구동전압은 펄스형태로 위에서 설명한 동작이 반복되므로 이동자(40)를 원하는 거리만큼 전진시킬 수 있다.As a result, only the
반대로, 도 5에 도시된 바와 같이 점선으로 표시된 음(-)의 구동전압을 압전체(120)에 인가하면 위에서 설명한 것과 동일한 원리로 제1이동자(141)만 S1길이만큼 후퇴시킬 수 있다. 따라서, 제1파형(200)을 갖는 구동전압은 제1이동자(141)만 선형운동시킬 수 있는 것이다.On the contrary, as shown in FIG. 5, when the negative driving voltage indicated by the dotted line is applied to the
다음으로, 도 7 및 도 8을 참조하여 제1이동자(141)와 제2이동자(142)를 동시에 이동시키는 것을 설명한다. 제1이동자(141)와 제2이동자(142)의 작동원리는 앞서 설명한 것과 동일하다. Next, the
도 7에 도시된 제2파형(300) 상승부(310)의 완만한 기울기는 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 제1이동자의 마찰력(f1)보다 작은 제1이동자(141)의 관성력(m1aE2)을 발생시킨다. 그리고, 제2이동자(142)의 마찰력(f2)보다 작은 제2이동자(142)의 관성력(m2aE2)을 발생시키게 된다.The gentle slope of the raised
따라서, 제1이동자(141)는 S2길이만큼, 제2이동자는 S3길이만큼 구동축(120)과 함께 전진하게 된다. 그리고, 제2파형(300)의 하강부(320)의 급격한 기울기는 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 제1이동자(141)의 마찰력(f1)과 제2이동자(142)의 마찰력(f2)보다 큰 관성력(m1aS2,m2aS2)을 발생시킨다. 따라서, 제1이동자(141)와 제2이동자(142)는 구동축(120)과 함께 이동하지 않고, 제자리에 남게 된다.Accordingly, the
결국, 하나의 단위 파형(300)에 의해 제1이동자(141)는 S2만큼 전진하고, 제2이동자(142)는 S3만큼 전진시키게 된다. 그리고, 점선으로 표시된 음(-)의 구동전압을 압전체(120)에 인가하면 제1이동자(141)와 제2이동자(142)를 동시에 후퇴시킬 수 있다. 따라서, 제2파형(300)을 갖는 구동전압은 제1이동자(141)와 제2이동자(142)를 동시에 선형운동시킬 수 있는 것이다.As a result, the
다음으로, 도 9 및 도 10을 참조하여 제2이동자(142)만 이동시키는 것을 설명한다Next, only the
도 9에 도시된 제3파형(400)의 상승부(310)의 완만한 기울기는 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 제1이동자(141)의 마찰력(f1)보다 작은 제1이동자(141)의 관성력(m1aE3)을 발생시키고, 제2이동자의 마찰력(f2)보다 작은 제2이동자(142)의 관성력(m2aE2)을 발생시킨다. 따라서, 제1이동자(141)와 제2이동자(142)는 구동축(120)과 함께 전진하게 된다.The gentle slope of the raised
그리고, 제3파형(400)의 하강부(420)의 상대적으로 급격한 기울기는 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 제1이동자(141)의 마찰력(f1)보다 작은 제1이동자(141)의 관성력(m1aS3)을 발생시키고, 제2이동자(142)의 마찰력(f2)보다 큰 제2이동자(142)의 관성력(m2aS3)을 발생시킨다. 따라서, 제1이동자(141)는 도 10의 (C)에 도시된 바와 같이 초기상태로 복귀하고, 제2이동자(142)는 제자리에 남게 된다.In addition, a relatively steep slope of the
결국, 하나의 단위 파형(400)에 의해 제1이동자(141)는 제자리에 정지한 것과 같은 결과를 갖게 되고, 제2이동자(142)만 S4길이만큼 전진하는 것이다. 그리고, 점선으로 표시된 음(-)의 구동전압을 압전체(120)에 인가하면 제2이동자(142)만 후퇴시킬 수 있다. 따라서, 제3파형(400)을 갖는 구동전압은 제2이동자(142)만 선형운동시킬 수 있는 것이다.As a result, one
한편, 제어부(160)는 구동회로(150)를 개폐하거나, 위에서 설명한 구동전압 의 제1파형(200), 제2파형(300) 또는 제3파형(400)을 선택적으로 변화시킴으로써 제1이동자(141)와 제2이동자(142)를 자유자재로 이동시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기(100)는 제1이동자(141)와 제2이동자(142)를 각각 전진 또는 후퇴시킬 수 있고, 제1이동자(141)와 제2이동자(142)를 동시에 전진 또는 후퇴시킬 수 있다. The
제1실시예의 다자유도를 갖는 압전 선형구동기(100)는 자유도가 2이고, 종래의 자유도가 1인 압전 선형구동기에 비해 다양한 동작을 수행할 수 있고, 저전력으로 효율적인 구동이 가능하다. 또한, 압전 선형구동기(100)가 사용되는 전자제품, 로봇, 광학기기 등의 구동부를 경박단소화할 수 있다.The piezoelectric
[제2실시예][Second Embodiment]
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기의 개략사시도이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기(100")는 이동자(143,144,145) 및 구동회로(150)에서 인가하는 도 12, 14 및 16에 각각 도시된 구동전압의 파형(500,600,700)을 달리하고, 나머지 구성은 제1실시예와 동일하다.11 is a schematic perspective view of a piezoelectric linear driver having a multiple degree of freedom according to a second embodiment of the present invention. The piezoelectric
본 발명의 제2실시예에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기(100")의 이동자는 제1이동자(143), 제2이동자(144) 및 제3이동자(145)의 3개로 구성된다. 제1이동자는 질량(m1)이 가장 작게 하고, 구동축(130)과의 마찰력(f1)은 가장 크게 설 정한다. 반면, 제3이동자(145)는 질량(m3)을 가장 크게 하고, 구동축(130)과의 마찰력(f3)은 가장 작게 설정한다. 그리고 제2이동자(144)는 중간크기의 질량(m2) 및 마찰력(f2)을 갖는다.The mover of the piezoelectric
구동회로(150)는 도 12, 도 14 및 도 16에 각각 도시된 제4파형(500), 제5파형(600) 또는 제6파형(700)을 갖는 양(+)의 구동전압을 압전체(120)에 인가하여 이동자(143,144,145)를 전진시키게 된다. 이때, 제4파형(500), 제5파형(600) 및 제6파형(700)은 소정의 기울기를 갖는 상승부(510,610,710) 및 하강부(520,620,720)로 이루어진다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다. 그리고, 점선으로 표시된 음(-)의 구동전압을 압전체(120)에 인가하여 이동자(143,144,145)를 후퇴시키게 된다. The driving
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기(100")의 작동을 설명한다. 이동자(143,144,145)의 작동원리는 제1실시예와 동일하다.Hereinafter, the operation of the piezoelectric
먼저, 도 12 및 도 13을 참조하여 제1이동자(143)만 이동시키는 것을 설명한다First, only the
도 12에 도시된 제4파형(500) 상승부(510)의 상대적으로 완만한 기울기는 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이 제1이동자(143)의 마찰력(f1)보다 작은 제1이동자(143)의 관성력(m1aE4)을 발생시킨다. 그리고, 제2이동자(144)의 마찰력(f2)보다 큰 제2이동자(144)의 관성력(m2aE4)을 발생시키고, 제3이동자(145)의 마찰력(f3)보다 큰 제3이동자(145)의 관성력(m3aE4)을 발생시킨다. 따라서, 제1이동자(143)만 S5길이만큼 구동축(120)과 함께 전진하게 된다.The relatively gentle slope of the
그리고, 제4파형(500) 하강부(520)의 급격한 기울기는 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이 제1이동자(143)의 마찰력(f1), 제2이동자(144)의 마찰력(f2) 및 제3이동자(145)의 마찰력(f3)보다 큰 관성력(m1aS4,m2aS4,m3aS4)을 발생시킨다. 따라서 제1이동자(143), 제2이동자(144) 및 제3이동자(145)는 구동축(120)과 함께 이동하지 않고, 제자리에 남게 된다.The abrupt slope of the
결국, 하나의 단위 파형(500)에 의해 제1이동자(143)는 S5길이만큼 전진하게 된다. 그리고, 점선으로 표시된 음(-)의 구동전압을 압전체(120)에 인가하면 제1이동자(143)만 후퇴시킬 수 있다. 따라서, 제4파형(500)을 갖는 구동전압은 제1이동자(143)만 선형운동시킬 수 있게 된다.As a result, the
다음으로, 도 14 및 도 15를 참조하여, 제2이동자(144)만 이동시키는 것을 설명한다Next, referring to FIGS. 14 and 15, only the
도 14에 도시된 제5파형(600) 상승부(610)의 상대적으로 완만한 기울기는 도 15의 (a)에 도시된 바와 같이 제1이동자(143)보다 작은 관성력(m1aE5)과 제2이동자(144)의 마찰력(f1,f2)보다 작은 관성력(m2aE5)을 발생시킨다. 그리고, 제3이동자(145)의 마찰력(f3)보다 큰 제3이동자(145)의 관성력(m3aE5)을 발생시킨다. 따라 서, 제1이동자(143)와 제2이동자(144)만 전진하게 된다.Illustrated in Figure 14, a
제5파형(600) 제5하강부(620)의 상대적으로 급격한 기울기는 제1이동자(143)의 마찰력(f1)보다 작은 제1이동자(143)의 관성력(m1aS5)을 발생시킨다. 그리고 제2이동자(144)의 마찰력(f2)보다 큰 관성력(m2aS5)을 발생시키고, 제3이동자(145)의 마찰력(f3)보다 큰 제2이동자(144)의 관성력(m2aS5)을 발생시킨다. 따라서, 제1이동자(143)는 초기상태로 복귀하고, 제2이동자(144)와 제3이동자(145)는 구동축(120)과 함께 이동하지 않고, 제자리에 남게 된다.The relatively steep slope of the
결국, 하나의 단위 파형(600)에 의해 제2이동자(144)는 도 14에 도시된 바와 같이 S5길이만큼 전진시킬 수 있는 것이다. 그리고, 점선으로 표시된 음(-)의 구동전압을 압전체(120)에 인가하면 제2이동자(144)만 후퇴시킬 수 있다. 따라서, 제5파형(600)을 갖는 구동전압은 제1이동자(143)만 선형운동시킬 수 있는 것이다.As a result, the
다음으로, 도 16 및 도 17을 참조하여, 제3이동자만 이동시키는 것을 설명한다. Next, referring to FIGS. 16 and 17, only the third mover will be described.
도 16에 도시된 제6파형(700)의 상승부(710)의 기울기는 아주 완만하여 도 17의 (a)에 도시된 바와 같이 제6파형(700)의 제6상승부(710)는 제1이동자(143), 제2이동자(144) 및 제3이동자(145)의 마찰력(f1,f2,f3)보다 작은 관성력(m1aE6,m2aE6,m3aE6)을 발생시킨다. 따라서 제1이동자(143), 제2이동자(144) 및 제3이동자(145)는 모두 전진한다.The inclination of the rising
그리고, 도 16에 도시된 제6파형(700) 제6하강부(720)의 상대적으로 급격한 기울기는 제3이동자(145)의 마찰력(f3)보다 큰 제3이동자(145)의 관성력(m3aS6)을 발생시키고, 제1이동자(143)의 마찰력(f1)보다 작은 관성력(m1aS6)와 제2이동자(144)의 마찰력(f2)보다 작은 관성력(m2aS6)을 발생시킨다. 따라서, 제1이동자와 제2이동자만 초기상태로 복귀하고, 제3이동자는 제자리에 남게 된다.In addition, a relatively steep slope of the
결국, 하나의 단위 파형(700)에 의해 제3이동자는 도 17에 도시된 바와 같이 S6길이만큼 전진시킬 수 있는 것이다. 그리고, 점선으로 표시된 음(-)의 구동전압을 압전체(120)에 인가하면 제3이동자(145)만 후퇴시킬 수 있다. 따라서, 제6파형(700)을 갖는 구동전압은 제1이동자(143)만 선형운동시킬 수 있는 것이다.As a result, one
한편, 제어부(160)는 구동회로(150)를 개폐하거나, 위에서 설명한 구동전압의 제1파형(200), 제2파형(300) 또는 제3파형(400)을 선택적으로 변화시킴으로써 제1이동자(143), 제2이동자(144) 및 제3이동자(145)를 자유자재로 구동시킬 수 있다.The
따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 다 자유도 선형구동기(100")는 제1이동자(143), 제2이동자(144), 또는 제3이동자(145)만 전진 또는 후퇴시킬 수 있고, 이 과정에서 임의의 두 개의 이동자를 동시에 전진 또는 후퇴시킬 수 있으며, 모든 이동자(143,144,145)를 동시에 전진 또는 후퇴시킬 수 있다. 결국, 제2실시예의 다자유도를 갖는 압전 선형구동기(100")는 자유도가 3이고, 종래의 자유도가 1인 압전 선형구동기에 비해 다양한 동작을 수행할 수 있고, 저전력으로 효율적인 구동이 가능하다. 또한, 압전 선형구동기(100")가 사용되는 전자제품, 로봇, 광학기기 등의 구동부를 경박단소화할 수 있다.Accordingly, the multi-degree of freedom
한편, 앞서 설명한 제1실시예 또는 제2실시예에 의하면 압전 선형구동기(100,100")는 자유도가 2 또는 3이지만, 동일한 원리를 이용하여 자유도가 4이상을 갖도록 설계할 수 있을 것이다.Meanwhile, according to the first embodiment or the second embodiment described above, the piezoelectric
이하, 도 18을 참조하여 본 발명에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기의 구동방법에 대해서 살펴보기로 한다.Hereinafter, a driving method of a piezoelectric linear driver having a multiple degree of freedom according to the present invention will be described with reference to FIG. 18.
본 발명에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기의 구동방법은 앞서 설명한 다자유도를 갖는 압전 선형구동기를 구동시키기 위한 방법으로서, 구동전압을 압전체에 인가시키는 단계(S100), 구동축의 구동 단계(S200), 이동자들의 관성력이 발생되는 단계(S300), 관성력이 마찰력보다 작은 이동자가 전진 또는 후퇴하는 단계(S400)를 포함한다. 그리고, 제어부(160)가 구동회로(150)를 개폐시키거나, 구동회로(150)에서 발생되는 구동전압의 파형을 제어하는 단계(S500)을 더 구비할 수 있다.A method of driving a piezoelectric linear driver having a multiple degree of freedom according to the present invention is a method for driving a piezoelectric linear driver having a multiple degree of freedom, the step of applying a driving voltage to a piezoelectric material (S100), driving a driving shaft (S200). In this case, the inertia force of the movers is generated (S300), and the inertia force is smaller than the friction force. The
구동전압을 압전체(120)에 인가시키는 단계(S100)는 구동회로(150)가 소정의 파형(200,300,400,500,600,700)을 갖는 구동전압을 압전체(120)에 인가시킨다. 이때, 소정의 파형(200,300,400,500,600,700)은 소정의 기울기를 갖는 상승부(210,310,410,510,610,710)와 하강부(220,320,420,520,620,720)를 갖고, 압전체(120)의 팽창 또는 수축시 가속도를 발생시키게 된다.In the step S100 of applying the driving voltage to the
구동축의 구동 단계(S200)는 인가된 구동전압에 의해 압전체(120)가 팽창 또는 수축함에 따라 구동축(130)이 구동하게 된다. 이때, 구동축(130)은 위에서 설명한 가속도로 구동하게 된다.In the driving step S200 of the driving shaft, the driving
이동자들의 관성력이 발생되는 단계(S300)는 구동축(130)의 구동에 의해 복수의 이동자(141,142,143,144,145)들에 관성력이 발생된다. 이때, 이동자들(141,142,143,144,145)의 질량과 구동축(130)의 가속도가 각각 다르므로 이동자들(141,142,143,144,145)은 각기 다른 크기의 관성력이 발생된다.In the step S300 of generating the inertial force of the movers, an inertial force is generated in the plurality of
관성력이 마찰력보다 작은 이동자가 전진 또는 후퇴하는 단계(S400)는 이동자들(141,142,143,144,145)의 관성력이 이동자들(141,142,143,144,145)과 구동축(130) 사이에 발생되는 마찰력보다 작을 경우 전진 또는 후퇴하게 된다. 즉, 이동자들(141,142,143,144,145)의 마찰력은 서로 다른 크기로 설정되고, 소정의 파형을 갖는 구동전압으로 이동자(141,142,143,144,145)들의 관성력 크기를 조절함으로써 이동자(141,142,143,144,145)들을 각각 구동시키거나 동시에 구동시킬 수 있게 된다.The step of moving or retracting the mover whose inertia force is smaller than the friction force (S400) is to move forward or retreat when the inertia force of the
한편, 구동전압을 압전체(120)에 인가시키는 단계(S100) 이전에 제어부(160)가 구동회로(150)를 개폐시키거나, 구동회로(150)에서 발생되는 구동전압의 파형을 제어하는 단계를 수행할 수 있다. 이 단계는 구동회로(150)가 구동전압을 압전체(120)에 인가하거나, 그 인가된 상태를 제거하여 이동자들(141,142,143,144,145)의 구동을 온오프(on-off)할 수 있다. 그리고, 구동회로(150)에서 발생되는 구동전압의 파형(200,300,400,500,600,700)을 변화시킴으로써 이동자들(141,142, 143,144,145)의 구동상태를 제어할 수 있다.Meanwhile, before the step S100 of applying the driving voltage to the
이하, 도 19를 참조하여 본 발명에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기(100)를 이용한 초점 조절장치에 대해서 살펴본다.Hereinafter, a focus adjusting apparatus using a piezoelectric
본 발명의 초점 조절장치는 도 19에 도시된 바와 같이 앞서 설명한 다자유도를 갖는 압전 선형구동기(100)와, 압전 선형구동기의 이동자들(141,142) 각각의 일측에 고정되는 렌즈 프레임(172,182)과, 렌즈 프레임(172,182)들에 끼워져 고정되는 렌즈(174,184)로 구성된다.As shown in FIG. 19, the focus adjusting apparatus of the present invention includes a piezoelectric
다시 말하면, 도 19에 도시된 바와 같이 제1마이크로 렌즈(170)는 제1이동자에 고정되는 제1렌즈 프레임(172)과, 제1렌즈 프레임(172)에 끼워지는 제1렌즈(174)로 구성된다. 그리고, 제2마이크로 렌즈(180)는 제2이동자에 고정되는 제2렌즈 프레임(182)과, 제2렌즈 프레임(182)에 끼워지는 제2렌즈(184)로 구성된다. 또한, 이미지센서(190)는 제2마이크로 렌즈(180)와 제1마이크로 렌즈(170)와 광학적으로 정렬되어 피사체를 촬영하고, 이를 전기적인 영상신호로 변환한다. In other words, as shown in FIG. 19, the first
본 발명의 초점 조절장치는 압전 선형구동기(100)의 제1이동자(141)와 제2이동자(142)를 구동시켜 제1마이크로 렌즈(170)와 제2마이크로 렌즈(180)의 정렬상태를 자유자재로 조정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 초점 조절장치는 카메라와 같은 광학기기의 배율조절, 자동 포커싱 기능 등에 사용될 수 있다. The focusing apparatus of the present invention drives the
본 발명의 초점 조절장치는 카메라 등의 광학기기의 구동부의 구조를 단순화할 수 있고, 이에 따라 설계의 용이성을 제공한다. 또한, 저전력으로 효율적인 구 동을 가능하게 한다.The focus adjusting device of the present invention can simplify the structure of a drive unit of an optical device such as a camera, thereby providing ease of design. It also enables efficient operation at low power.
한편, 본 실시예에서는 제1실시예의 다자유도를 갖는 압전 선형구동기(100)가 사용된 경우를 설명하였지만, 제2실시예의 압전 선형구동기(100")를 사용하는 것도 가능하다.In the present embodiment, the case where the piezoelectric
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be readily apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention, and all such changes and modifications are It is obvious that it belongs to the scope of the appended claims.
도 1은 종래기술에 따른 압전 선형구동기가 적용된 렌즈 조절장치의 개략사시도.1 is a schematic perspective view of a lens adjustment apparatus to which a piezoelectric linear driver according to the prior art is applied.
도 2는 도 1의 압전 선형구동기에 인가되는 구동전압의 개략적인 파형도.FIG. 2 is a schematic waveform diagram of a driving voltage applied to the piezoelectric linear driver of FIG. 1. FIG.
도 3은 도 1의 이동자가 이동되는 원리를 설명하기 위한 개념도.3 is a conceptual diagram illustrating the principle of moving the mover of FIG.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기의 개략사시도.4 is a schematic perspective view of a piezoelectric linear driver having a multiple degree of freedom according to a first embodiment of the present invention.
도 5는 제1파형을 나타내는 개략적인 파형도.5 is a schematic waveform diagram showing a first waveform;
도 6은 도 4의 제1이동자만 이동시키는 것을 설명하기 위한 개념도.FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating moving only a first mover of FIG. 4; FIG.
도 7은 제2파형을 나타내는 개략적인 파형도.7 is a schematic waveform diagram showing a second waveform;
도 8은 도 4의 제1이동자와 제2이동자를 동시에 이동시키는 것을 설명하기 위한 개념도.FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining simultaneously moving a first mover and a second mover of FIG. 4; FIG.
도 9는 제3파형을 나타내는 개략적인 파형도.9 is a schematic waveform diagram showing a third waveform;
도 10은 도 4의 제2이동자만 이동시키는 것을 설명하기 위한 개념도.FIG. 10 is a conceptual view illustrating moving only a second mover of FIG. 4; FIG.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기의 개략사시도.11 is a schematic perspective view of a piezoelectric linear driver having a multiple degree of freedom according to a second embodiment of the present invention.
도 12는 제4파형을 나타내는 개략적인 파형도.12 is a schematic waveform diagram showing a fourth waveform;
도 13은 도 11의 제1이동자만 이동시키는 것을 설명하기 위한 개념도.FIG. 13 is a conceptual view illustrating moving only the first mover of FIG. 11; FIG.
도 14는 제5파형을 나타내는 개략적인 파형도.14 is a schematic waveform diagram illustrating a fifth waveform;
도 15는 도 11의 제2이동자만 이동시키는 것을 설명하기 위한 개념도.FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating moving only a second mover of FIG. 11; FIG.
도 16은 제6파형을 나타내는 개략적인 파형도.16 is a schematic waveform diagram showing a sixth waveform;
도 17은 도 11의 제3이동자만 이동시키는 것을 설명하기 위한 개념도.FIG. 17 is a conceptual view illustrating moving only a third mover of FIG. 11; FIG.
도 18은 본 발명에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기의 구동방법을 설명하기 위한 블록도.18 is a block diagram illustrating a method of driving a piezoelectric linear driver having a multiple degree of freedom according to the present invention.
도 19는 본 발명에 따른 다자유도를 갖는 압전 선형구동기를 이용한 초점 조절장치를 나타내는 개략사시도.19 is a schematic perspective view showing a focus control apparatus using a piezoelectric linear driver having a multiple degree of freedom according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
100 : 다자유도를 갖는 압전 선형구동기 110 : 프레임100: piezoelectric linear driver having multiple degrees of freedom 110: frame
120 : 압전체 130 : 구동축120: piezoelectric 130: drive shaft
141 : 제1이동자 142 : 제2이동자141: first mover 142: second mover
143 : 제1이동자 144 : 제2이동자143: first mover 144: second mover
145 : 제3이동자 150 : 구동회로145: third mover 150: drive circuit
160 : 제어부 170 : 제1마이크로 렌즈160: control unit 170: first micro lens
180 : 제2마이크로 렌즈 190 : 이미지센서180: second micro lens 190: image sensor
200 : 제1파형 210 : 제1상승부200: first waveform 210: first rising part
220 : 제1하강부 300 : 제2파형220: first lower portion 300: second waveform
310 : 제2상승부 320 : 제2하강부310: second rising part 320: second falling part
400 : 제3파형 410 : 제3상승부400: third waveform 410: third rising part
420 : 제3하강부 500 : 제4파형420: third lower portion 500: fourth waveform
510 : 제4상승부 520 : 제4하강부510: fourth rising portion 520: fourth falling portion
600 : 제5파형 610 : 제5상승부600: fifth waveform 610: fifth rising part
620 : 제5하강부 700 : 제6파형620: fifth lower portion 700: sixth waveform
710 : 제6상승부 720 : 제6하강부710: sixth rising portion 720: sixth falling portion
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CN107863901A (en) * | 2017-11-27 | 2018-03-30 | 西安交通大学 | A kind of six-degree of freedom micro-displacement Piezoelectric Driving adjusting means and adjusting method |
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