WO2012067355A2 - 압전소자를 이용한 소형카메라 구동체 및 구동장치 - Google Patents

압전소자를 이용한 소형카메라 구동체 및 구동장치 Download PDF

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WO2012067355A2
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element coupling
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lens holder
resonator
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정회원
서종식
김민기
천세준
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(주)하이소닉
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    • H04N23/57—Mechanical or electrical details of cameras or camera modules specially adapted for being embedded in other devices

Definitions

  • the present invention relates to a driving body and a driving apparatus equipped with a piezoelectric element, and more particularly, to a driving body and a driving apparatus equipped with a piezoelectric element for driving a lens holder in a vertical direction using a piezoelectric element to transfer a lens. will be.
  • a small communication device such as a mobile phone is equipped with a small camera device.
  • FIG. 1 is a cross-sectional structural view of a conventional small camera device of the VCM method
  • Figure 2 is a cross-sectional structural view of the use state of the small camera device shown in FIG.
  • the small camera apparatus shown in FIGS. 1 and 2 includes a lens group 500 including a plurality of lenses for changing the magnification of a subject or adjusting a focus of a subject, and driving the lens group 500 in an optical axis direction.
  • a lens group 500 including a plurality of lenses for changing the magnification of a subject or adjusting a focus of a subject, and driving the lens group 500 in an optical axis direction.
  • a leaf spring 650 for guiding the guide, an actuator supported by the lens holder 550 to drive the fixing unit 600 in the optical axis direction, and an image for capturing an image of a subject passing through the lens group 500.
  • the sensor 800 and the control unit for controlling the actuator and the image sensor 800.
  • the leaf spring 650 has a shape in which the width of the leaf spring 650 is narrowed between the portion fixed to the fixing part 600 and the portion fixed to the lens holder 550 to facilitate deformation in the optical axis direction.
  • the leaf spring 650 elastically supports the lens holder 550 to flow in the optical axis direction.
  • the leaf spring 650 is fixed to at least four locations of the lens holder 550, and serves as a guide for preventing the lens holder 560 from flowing in a direction orthogonal to the optical axis direction.
  • the actuator the magnet 710 is fixed to the fixing part 600
  • the lens holder 550 is fixed to the lens holder 550 receives the magnetic flux from the magnet 710 when the power is supplied from the control unit in the optical axis direction It consists of a coil 720 for generating a driving force.
  • VCM method The structure of such an actuator is called a VCM method.
  • One pair of magnets 710 and one coil 720 are provided at symmetrical portions.
  • the actuator also has a yoke 730 for circulating the magnetic flux of the magnet 710 efficiently.
  • the fixing part 600 to which the coil 720 is fixed moves in the optical axis direction.
  • the controller raises or lowers the lens group 500 in the optical axis direction so that the image captured by the image sensor 800 becomes clear.
  • VCM method works well when the size of the lens holder is small or light in weight, but when the size of the lens holder is large or heavy, there is a problem in that the operation force is not good due to weak moving force.
  • the VCM method is not robust, so when a drop test is performed a lot of defective products, the moving distance of the lens holder is short, there is a problem that is difficult to use in the case of a camera using a high pixel sensor.
  • the present invention works well even if the weight of the lens holder is heavy, more robust than the VCM method, and the moving distance of the lens holder to provide a drive body and a drive device equipped with a piezoelectric element that can be used in a camera equipped with a high pixel sensor. Its purpose is.
  • the drive body on which the piezoelectric element of the present invention is mounted includes a resonator unit; A first piezoelectric element and a second piezoelectric element coupled to the resonator to move the resonator; One is coupled to one surface of the first piezoelectric element between the first piezoelectric element and the resonator, and the other is coupled to the other surface of the first piezoelectric element and the second (GND) electrode. An electrode; One is coupled to one surface of the second piezoelectric element between the second piezoelectric element and the resonator, and the other is coupled to the other surface of the second piezoelectric element and the second (GND) electrode.
  • Comprising an electrode wherein the first (+) electrode and the second (+) electrode is applied to the alternating voltage of the appropriate frequency having a phase difference mutually to drive the resonator, the resonator, the first piezoelectric element
  • One end is connected to the first piezoelectric element coupling portion, the other end is connected to the second piezoelectric element coupling portion, and a central portion is a movable portion that performs an elliptical displacement motion by the first piezoelectric element and the second piezoelectric element.
  • the first piezoelectric element coupling portion and the second piezoelectric element coupling portion are formed to be inclined so as to become closer to each other toward the movable portion, and the first piezoelectric element and the second piezoelectric element are respectively coupled to the first piezoelectric element coupling.
  • the unit and the second piezoelectric element coupling portion is characterized in that it is mounted to be inclined toward closer to the movable portion.
  • the first piezoelectric element coupling part and the second piezoelectric element coupling part are stretched by the first piezoelectric element and the second piezoelectric element with a phase difference in the longitudinal direction of the resonator part when an alternating voltage of an appropriate frequency is applied, and the movable part of the resonator part is extended.
  • the first piezoelectric element coupling portion and the second piezoelectric element coupling portion are formed in a planar shape having a wide width in a direction orthogonal to the stretching direction, and the first piezoelectric element is formed in the first piezoelectric element.
  • the second piezoelectric element is a wide width of the first piezoelectric element coupling portion and the second piezoelectric element coupling portion. It is attached to either the upper surface or the lower surface which has.
  • connection portion for interconnecting the first piezoelectric element coupling portion and the second piezoelectric element coupling portion, wherein the first piezoelectric element coupling portion and the first piezoelectric element coupling portion are formed.
  • the piezoelectric element coupling part is formed up and down symmetrically about an extension line extending from the connection part and the movable part.
  • the appropriate frequency of the alternating voltage applied to the first (+) electrode and the second (+) electrode is a first resonant frequency in which the movable part reciprocates in the longitudinal direction of the resonator, and the movable part is in the longitudinal direction of the resonator. It is a value between the second resonant frequencies that bend in the vertical direction.
  • the range of the second resonant frequency is a value between a first resonance frequency and a first antiresonance frequency.
  • the drive device is equipped with a piezoelectric element of the present invention, the base member; A lens holder disposed inside the base member and mounted with a lens and driven in an optical axis direction; A drive body for driving the lens holder in the optical axis direction; A control unit for controlling the drive unit, the drive unit comprising: a resonator unit disposed slidably on a side surface of the base member and having one end contacting an outer circumferential surface of the lens holder; A first piezoelectric element and a second piezoelectric element coupled to the resonator to move the resonator; One is coupled to one surface of the first piezoelectric element between the first piezoelectric element and the resonator, and the other is coupled to the other surface of the first piezoelectric element and the first (+) electrode and the first (GND) electrode.
  • the resonator comprises: a first piezoelectric element coupling part on which the first piezoelectric element is mounted; A second piezoelectric element coupling part on which the second piezoelectric element is mounted; One end is connected to the first piezoelectric element coupling part, the other end is connected to the second piezoelectric element coupling part, and a center portion is formed of a movable part contacting the outer circumferential surface of the lens holder.
  • An alternating voltage having a phase corresponding to a resonance frequency of the driving body and having a phase difference between an electrode and the second (+) electrode is applied, and the movable part is applied to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element.
  • the controller may apply an alternating voltage having an appropriate frequency between the first resonance frequency and the second resonance frequency to the first piezoelectric element and the second piezoelectric element, so that the center portion of the movable part may have an elliptic shape.
  • the first piezoelectric element coupling portion and the second piezoelectric element coupling portion is formed to be inclined closer to each other gradually toward the movable portion, the first piezoelectric element and the The second piezoelectric element may be mounted to be inclined so as to become closer toward the movable portion in the first piezoelectric element coupling portion and the second piezoelectric element coupling portion, respectively.
  • the first piezoelectric element coupling portion and the second piezoelectric element coupling portion are formed in a planar shape having a wide width in a direction perpendicular to the moving direction of the lens holder, and the first piezoelectric element is wide in the first piezoelectric element coupling portion.
  • the second piezoelectric element may be mounted on any one of the upper or lower surfaces having a width, and the second piezoelectric element may be mounted on either one of the upper or lower surfaces of the second piezoelectric element coupling portion.
  • a slider mounted to the base member to slide in a direction of an outer circumferential surface of the lens holder;
  • connection part is formed between the first piezoelectric element coupling part and the second piezoelectric element coupling part to interconnect the first piezoelectric element coupling part and the second piezoelectric element coupling part, and the slider is inserted and fixed to the connection part. Protuberances are formed protruding.
  • connection part may include a central portion disposed between the first piezoelectric element coupling part and the second piezoelectric element coupling part, wherein the fixing protrusion is inserted and fixed;
  • An extension part protruding toward the first piezoelectric element coupling part and the second piezoelectric element coupling part in the center to be integrally connected to the first piezoelectric element coupling part and the second piezoelectric element coupling part; It includes, but the thickness of the extension in the direction of movement of the slider is formed thinner than the thickness of the central portion.
  • the first piezoelectric element coupling part and the second piezoelectric element coupling part are formed to be symmetrical with respect to an extension line extending from the connection part and the movable part.
  • Guide rails are formed on the side surfaces of the base member so as to be spaced apart from each other, and guide grooves are formed in the guide rails to face each other, and the guide rails are disposed at the upper and lower ends of the slider in a direction orthogonal to the moving direction of the lens holder.
  • the protrusion is bent, the guide protrusion is inserted into the guide groove.
  • a first support portion protrudes from the opposite side of the movable portion with respect to the connecting portion, the slider is formed between the first support portion and the connecting portion, the second support portion is formed that one end is in contact with the connecting portion
  • the elastic member is mounted between the first support part and the second support part to elastically support the slider in the direction of the outer circumferential surface of the lens holder.
  • a first guide shaft protrudes from the first support part toward the second support part, and a second guide shaft protrudes from the other end of the second support part toward the first support part. It is mounted to surround the shaft and the second guide shaft.
  • a contact portion protrudes from the outer peripheral surface of the lens holder in the direction of the movable portion, and the center portion of the movable portion protrudes in the opposite direction of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element and is equipped with a friction member. A friction part in contact with the friction member is mounted.
  • the driving body and the driving apparatus equipped with the piezoelectric element of the present invention have the following effects.
  • the driving force of the driving body is improved to operate well even if the weight of the lens holder is heavy, and the moving distance is increased. It can be used for cameras equipped with high pixel sensors.
  • the first piezoelectric element coupling portion and the second piezoelectric element coupling portion are formed in a planar shape having a wide width in a direction perpendicular to the stretching direction, thereby facilitating the processing of the resonance portion to increase productivity and facilitate assembly. There is.
  • connection part is disposed on a center line between the first piezoelectric element coupling part and the second piezoelectric element coupling part, thereby making it possible to balance the operation of the first piezoelectric element coupling part and the second piezoelectric element coupling part. have.
  • the elliptical motion is obtained by combining the longitudinal motion and the vertical motion of the movable part. Can be done.
  • the movable part By fixing the resonance part to the slider to support the movable part in the direction of the outer circumferential surface of the lens holder, the movable part is in close contact with the outer circumferential surface of the lens holder, thereby increasing the force transmission rate.
  • connection part is fixed to the slider by the fixing protrusion, thereby facilitating the assembly of the resonator part.
  • the central portion prevents the stretching of the first piezoelectric element coupling portion and the second piezoelectric element coupling portion. Can be minimized.
  • the guide protrusion is inserted into the guide groove, thereby preventing the slider from flowing in a direction orthogonal to the moving direction of the lens holder while guiding the slider to be slid to the side of the base member.
  • the guide protrusion is bent in a direction orthogonal to the moving direction of the lens holder, thereby increasing the strength of the slider to prevent bending.
  • the second support portion has one end in contact with the connecting portion and the other end in contact with the elastic member, thereby allowing the elastic force of the elastic member to be well transmitted to the slider, and preventing the connecting portion from rotating or flowing.
  • the elastic member may be mounted to surround the first guide shaft and the second guide shaft to prevent the elastic member from being separated between the first support part and the second support part.
  • the frictional portion is mounted on the contact portion, and a friction member contacting the frictional portion is mounted on the center of the movable portion, thereby increasing the friction force between the lens holder and the movable portion, so that the driving force of the movable portion is well transmitted to the lens holder. It has an effect.
  • the movement guide member including a ball member that rotates independently between the base member and the lens holder, to reduce the friction between the base member and the lens holder to facilitate the vertical movement of the lens holder It works.
  • FIG. 1 is a cross-sectional structure diagram of a conventional small camera device of the VCM method
  • FIG. 2 is a cross-sectional structural view of the state of use of the small camera device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of a compact camera driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a front view in the state of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a plan view in the state of FIG.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of a part of a small camera driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of the slider, the elastic member and the driving body in FIG. 6, FIG.
  • FIG. 8 is a state diagram showing a state of motion according to the first resonant frequency of the drive body according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a state diagram showing a state of motion according to the second resonant frequency of the drive body according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a state diagram illustrating an elliptic motion state of a movable part according to an appropriate frequency of a driving body according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a perspective view of a small camera driving apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a front view in the state of Figure 3
  • Figure 5 is a plan view in the state of Figure 3
  • Figure 6 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 7 is an exploded perspective view of the slider
  • Figure 8 shows a state of motion according to the first resonant frequency of the drive body according to an embodiment of the present invention
  • 9 is a state diagram showing a state of motion according to the second resonant frequency of the driving body according to an embodiment of the present invention
  • Figure 10 is an ellipse of the movable part according to the appropriate frequency of the driving body according to an embodiment of the present invention State diagram showing the state of movement.
  • the compact camera driving apparatus using the piezoelectric element of the present invention includes a base member 10, a lens holder 20, a slider 30, an elastic member, a driving body 40, and a controller. It is made to include.
  • the base member 10 is vertically open in a hexahedral shape, the lens holder 20 is mounted to move up and down, and an image sensor (not shown) is disposed below.
  • guide rails 11 are formed on the outer surface of the base member 10 to be spaced apart from each other.
  • the guide rail 11 has a rectangular shape and protrudes in a direction orthogonal to the moving direction of the lens holder 20.
  • the guide rails 11 are formed with the guide grooves 12 open to face each other.
  • the guide groove 12 is concave in a direction away from each other, the slider 30 to be described later is disposed between the guide groove 12.
  • the lens holder 20 is formed in a cylindrical shape, and is vertically open to have a lens (not shown) embedded therein, and is driven by being moved in the optical axis direction, that is, in the vertical direction.
  • the contact portion 21 protrudes from the outer circumferential surface of the lens holder 20 in the direction of the movable portion 44 of the drive body 40 to be described later.
  • the contact portion 21 has a rectangular shape and is disposed to penetrate through an outer surface of the base member 10 on which the guide rail 11 is disposed.
  • the contact portion 21 is equipped with a friction portion 21a in contact with the friction member 44a of the drive body 40 to be described later.
  • the friction part 21a is formed in a cylindrical shape, and is long mounted in the moving direction of the lens holder 20, that is, in the vertical direction.
  • a movement guide member 15 is disposed between the base member 10 and the lens holder 20 to smoothly move the lens holder 20 up and down.
  • the movement guide member 15 includes a retainer 16 and a ball member 17 as shown in FIGS. 4 and 5.
  • the retainer 16 is formed in a rectangular shape up and down and is disposed between the inner surface of the base member 10 and the outer circumferential surface of the lens holder 20, the inner surface of the base member 10 and the lens holder. It is not in contact with the outer circumferential surface of (20).
  • the ball member 17 has a spherical shape and is rotatably inserted into the retainer 16.
  • the ball member 17 is composed of two spaced apart up and down on the retainer 16, the inner surface of the base member 10 and the outer peripheral surface of the lens holder 20.
  • the diameter of the ball member 17 is formed larger than the thickness of the retainer 16, due to which the ball member 17 is mounted to protrude to the outside of the retainer 16 is the base of the base member 10
  • the inner surface is in contact with the outer circumferential surface of the lens holder 20, and the retainer 16 does not contact the inner surface of the base member 10 and the outer circumferential surface of the lens holder 20.
  • the rail grooves 13 and 23 for seating and moving the ball members 17 are elongated in the vertical direction.
  • the retainer 16 moves only about half of the moving distance of the lens holder 20 when the lens holder 20 moves up and down.
  • the movement guide member 15 including the ball member 17 that rotates independently between the base member 10 and the lens holder 20 by mounting the movement guide member 15 including the ball member 17 that rotates independently between the base member 10 and the lens holder 20, the inner surface of the base member 10 and The friction between the outer circumferential surface of the lens holder 20 is reduced to smoothly move up and down the lens holder 20.
  • the slider 30 is mounted to the outer surface of the base member 10 so as to slide in the direction of the outer circumferential surface of the lens holder 20, that is, the contact portion 21.
  • the slider 30 is formed in a wide flat shape in the moving direction of the lens holder 20 and is disposed between the guide grooves 12 so as to slide in the direction of the contact portion 21.
  • the guide protrusions 31 are bent at upper and lower ends of the slider 30 in a direction orthogonal to the moving direction of the lens holder 20.
  • the guide protrusion 31 has a rectangular shape, is bent in the protruding direction of the guide rail 11 and inserted into the guide groove 12.
  • the guide protrusion 31 is inserted into the guide groove 12, thereby guiding the slider 30 to be slid to the side surface of the base member 10 while the slider 30 is the lens holder 20. Flow in the direction orthogonal to the moving direction of can be prevented.
  • the guide protrusion 31 is bent in a direction orthogonal to the moving direction of the lens holder 20, thereby increasing the strength of the slider 30 to prevent bending.
  • the slider 30 is elastically supported by the elastic member in the direction of the outer circumferential surface of the lens holder 20, that is, in the direction of the contact portion 21.
  • the elastic member is formed of a coil spring, one end is in contact with the first support portion 14 formed on the outer surface of the base member 10, the other end is in contact with the second support portion 34 formed on the slider 30
  • the slider 30 is elastically supported in the direction of the outer circumferential surface of the lens holder 20, that is, in the direction of the contact portion 21.
  • the first support part 14 protrudes from an outer surface of the base member 10 on which the guide rail 11 is formed in a direction orthogonal to the moving direction of the lens holder 20, and of the contact part 21. It is placed on the opposite side.
  • the first support part 14 is disposed on the opposite side of the movable part 44 with respect to the connection part 45 of the resonator part 41 as described later.
  • the second support part 34 protrudes from the slider 30 in a direction orthogonal to the moving direction of the lens holder 20, and is connected to the resonator part 41 mounted to the slider 30. ) And the first support 14.
  • One end of the second support part 34 is formed in a planar shape to be interviewed with the connection part 45 of the resonance part 41 to be described later, and the other end is in contact with the elastic member.
  • the second support part 34 has one end in contact with the connecting part 45 and the other end is in contact with the elastic member so that the elastic force of the elastic member is well transmitted to the slider 30, and the connecting part 45 is provided. ) Can prevent rotation or flow.
  • first guide shaft 14a protrudes from the first support part 14 in the direction of the second support part 34
  • second guide part 14a protrudes from the other end of the second support part 34 in the direction of the first support part 14.
  • the two guide shaft 34a protrudes.
  • the elastic member is disposed between the first support portion 14 and the second support portion 34, and the elastic member is mounted to surround the first guide shaft 14a and the second guide shaft 34a. .
  • the elastic member is mounted to surround the first guide shaft 14a and the second guide shaft 34a, so that the elastic member is separated between the first support portion 14 and the second support portion 34. Can be prevented.
  • the slider 30 is fixedly mounted to the resonator 41 of the driving body 40 so that the resonator 41, which will be described later, is formed on the outer circumferential surface of the lens holder 20, that is, the contact part 21. Move to touch.
  • the slider 30 has a cylindrical fixing protrusion 32 protrudingly formed to be inserted into and fixed to the connecting portion 45 of the resonator 41 as described below.
  • the fixing protrusion 32 protrudes in a direction perpendicular to the moving direction of the lens holder 20 at the central portion 45a of the slider 30.
  • the slider 30 is in close contact with the movable portion 44 to the friction portion 21a of the contact portion 21 as described below, so that the resonator 41 is driven when the resonator 41 is driven.
  • the slider 30 is driven while sliding in the direction of the contact portion 21 without being separated.
  • the driving body 40 of the present invention serves to drive the lens holder 20 by pushing or pulling in the optical axis direction, that is, the vertical direction.
  • the driver 40 includes the resonator 41, the first piezoelectric element 46, and the second piezoelectric element 47.
  • the resonator 41 is made of phosphor bronze, and is slidably disposed between the outer surface of the base member 10, that is, the guide rail 11, and one end of the resonator 41 contacts the outer circumferential surface of the lens holder 20.
  • the resonator part 41 includes a first piezoelectric element coupling part 42, a second piezoelectric element coupling part 43, a movable part 44, a connecting part 45, and a friction member 44a.
  • the first piezoelectric element coupling portion 42 and the second piezoelectric element coupling portion 43 are formed in a planar shape having a wide width in a direction perpendicular to the moving direction of the lens holder 20.
  • first piezoelectric element coupling part 42 and the second piezoelectric element coupling part 43 are formed in a direction in which the widths of the surfaces facing each other are perpendicular to the moving direction of the lens holder 20.
  • the thickness Thinner makes machining difficult and less durable.
  • the first piezoelectric element coupling part 42 and the second piezoelectric element coupling part 43 have a planar shape having a wide width in a direction orthogonal to the moving direction of the lens holder 20. It is more preferable to form the resin because it facilitates processing and can increase productivity and facilitate assembly.
  • the first piezoelectric element coupling part 42 and the second piezoelectric element coupling part 43 are spaced apart from each other in an up and down direction, and are inclined to become closer to each other toward the movable part 44, that is, toward the contact part 21. .
  • first piezoelectric element coupling part 42 and one end of the second piezoelectric element coupling part 43 located in the direction of the contact part 21 are disposed close to each other, and the first piezoelectric element coupling part 42 is disposed.
  • the other end of) and the other end of the second piezoelectric element coupling portion 43 are spaced apart from each other.
  • One end of the first piezoelectric element coupling portion 42 and one end of the second piezoelectric element coupling portion 43 which are adjacent to each other are integrally connected to the movable portion 44.
  • first piezoelectric element coupling part 42 and the second piezoelectric element coupling part 43 are respectively mounted with the first piezoelectric element 46 and the second piezoelectric element 47 to move the movable part 44. Drive it.
  • first piezoelectric element coupling portion 42 and the second piezoelectric element coupling portion 43 are stretched in the longitudinal direction by the first piezoelectric element 46 and the second piezoelectric element 47 as will be described later.
  • the center portion 45a of the movable portion 44 is an elliptical displacement movement.
  • first piezoelectric element coupling part 42 and the second piezoelectric element coupling part 43 are formed to be inclined to become closer to each other toward the movable part 44 toward the first piezoelectric element coupling part 42.
  • first piezoelectric element coupling part 42 and the second piezoelectric element coupling part 43 are formed to be symmetrical with respect to an extension line extending from the connection part 45 and the movable part 44 which will be described later.
  • connection part 45 is disposed on the center line between the first piezoelectric element coupling part 42 and the second piezoelectric element coupling part 43, thereby providing the first piezoelectric element coupling part 42 and the first piezoelectric element coupling part 42. There is an effect that the operation of the two piezoelectric element coupling portion 43 is balanced.
  • One end of the movable part 44 is connected to one end of the first piezoelectric element coupling part 42, and the other end thereof is connected to one end of the piezoelectric element coupling part.
  • the movable part 44 protrudes from the central portion 45a in the opposite direction of the first piezoelectric element 46 and the second piezoelectric element 47, that is, in the direction of the contact portion 21.
  • the friction member 44a in contact with 21a) is mounted.
  • the friction member 44a is coupled to the protruding center portion 45a of the movable portion 44, and contacts the frictional portion 21a mounted to the contact portion 21 when the movable portion 44 moves. The force for moving the holder 20 in the vertical direction is transmitted.
  • the said friction part 21a is mounted in the said contact part 21, and the said friction part 44a which contacts the to-be-friction part 21a is mounted on the center part 45a of the said movable part 44,
  • the said lens The friction force between the holder 20 and the movable part 44 is increased, so that the driving force of the movable part 44 is well transmitted to the lens holder 20.
  • connection part 45 is disposed between the piezoelectric element coupling part and the second piezoelectric element coupling part 43 to interconnect the first piezoelectric element coupling part 42 and the second piezoelectric element coupling part 43. do.
  • connection portion 45 is composed of a central portion 45a and an extension portion 45b.
  • the central portion 45a is formed to be inclined as the upper and lower widths gradually decrease toward the movable portion 44, and one end positioned in the movable portion 44 direction is formed in an arc shape in which the movable portion 44 is convex.
  • the central portion 45a is formed in the shape of a parallel shape, the other end of which is parallel to the moving direction of the lens holder 20, to be in contact with one end of the second support portion 34.
  • the central portion 45a is fixedly coupled to the fixing protrusion 32 of the slider 30 so as to be fixed to the slider 30 so as not to rotate.
  • connection part 45 is fixed to the slider 30 by the fixing protrusion 32, thereby facilitating the assembly of the resonator part 41.
  • the extension portion 45b protrudes from the upper and lower ends of the central portion 45a in the directions of the first piezoelectric element coupling portion 42 and the second piezoelectric element coupling portion 43, respectively. ) And the second piezoelectric element coupling portion 43 are integrally connected.
  • the thickness of the extension part 45b in the moving direction of the slider 30 is formed to be thinner than the thickness of the central part 45a and easily bent.
  • the thickness of the extension part 45b connecting the central part 45a to the first piezoelectric element coupling part 42 and the second piezoelectric element coupling part 43 is reduced to form the thickness of the central part 45a. Interfering with the expansion and contraction of the first piezoelectric element coupling portion 42 and the second piezoelectric element coupling portion 43 can be minimized.
  • the first piezoelectric element 46 is formed in a rectangular flat plate shape and is mounted on an upper surface having a wide width of the first piezoelectric element coupling part 42.
  • the second piezoelectric element 47 is formed in a rectangular flat plate shape and is mounted on a bottom surface having a wide width of the second piezoelectric element coupling portion 43.
  • the first piezoelectric element 46 is mounted on the lower surface of the first piezoelectric element coupling portion 42 and the second piezoelectric element 47 is on the upper surface of the second piezoelectric element coupling portion 43. May be mounted,
  • a first (+) electrode is coupled to one surface of the first piezoelectric element 46 between the first piezoelectric element 46 and the resonator 41, and the other surface of the first piezoelectric element 46 is The first (GND) electrode is coupled.
  • a second (+) jug is coupled to one surface of the second piezoelectric element 47 between the second piezoelectric element 47 and the resonator unit 41, and the second surface of the second piezoelectric element 47 is formed on the second surface of the second piezoelectric element 47.
  • 2 (GND) electrodes are combined.
  • the first (+) electrode, the first (GND) electrode, the second (+) electrode, and the second (GND) electrode may have one surface and the other surface of the first piezoelectric element 46 and the second piezoelectric element 47. Because it is thinly attached to, it is not separately shown in the drawing.
  • the first (GND) electrode and the second (GND) electrode are coupled to one surface of the first piezoelectric element 46 and one surface of the second piezoelectric element 47, respectively, and the first The first (+) electrode and the first (GND) electrode may be coupled to the other surface of the piezoelectric element 46 and the other surface of the second piezoelectric element 47, respectively.
  • the first piezoelectric element 46 and the second piezoelectric element 47 are applied with an alternating voltage having an appropriate frequency having a phase difference between the first (+) electrode and the second (+) electrode.
  • the first piezoelectric element 46 and the second piezoelectric element 47 are stretched in the longitudinal direction of the resonator 41 to drive the resonator 41.
  • the first piezoelectric element coupling part 42 and the second piezoelectric element coupling part 43 together resonate with the resonance part 41. Is stretched in the longitudinal direction, so that the movable portion 44 of the resonator 41 performs an elliptical displacement movement.
  • the alternating voltage applied to the first (+) electrode and the second (+) electrode is preferably to have a phase difference of 90 degrees.
  • the controller controls the driver 40, and in detail, the driver 40 is driven by controlling an alternating voltage applied to the first piezoelectric element 46 and the second piezoelectric element 47. It serves to move the lens holder 20 in the vertical direction.
  • the control unit applies the alternating voltage having a phase difference of 90 degrees to each of the first (+) electrode and the second (+) electrode and having a frequency corresponding to an appropriate frequency of the driving body 40, thereby resonating the resonance.
  • the movable part 44 located at the other end of the part 41 drives the lens holder 20 in the optical axis direction while performing an elliptical displacement motion.
  • the other end of the resonator 41 that is, the movable part 44, is connected to the alternating voltage of the first resonant frequency applied to the first piezoelectric element 46 and the second piezoelectric element 47 as shown in FIG. 8. To reciprocate in the longitudinal direction.
  • the movable part 44 is bent in the vertical direction in the longitudinal direction by the alternating voltage of the second resonant frequency applied to the first piezoelectric element 46 and the second piezoelectric element 47, as shown in FIG. Do a vertical reciprocating movement.
  • the first piezoelectric element coupling part 42 and the second piezoelectric element coupling part 43 have the same stretching motion by the first resonant frequency.
  • first piezoelectric element coupling portion 42 and the second piezoelectric element coupling portion 43 have the same phase difference and expand and contract in the same manner.
  • first piezoelectric element coupling portion 42 and the second piezoelectric element coupling portion 43 are stretched and contracted alternately by the second resonant frequency.
  • Coupling portion 43 is to be contracted movement.
  • the controller applies an alternating voltage having an appropriate frequency between the first resonance frequency and the second resonance frequency to the first piezoelectric element 46 and the second piezoelectric element 47, as shown in FIG. 10.
  • the movable part 44 located at the other end of the resonator 41 drives the lens holder 20 in the optical axis direction while performing an elliptical trajectory movement.
  • the appropriate frequency is a frequency having a value of 1/2 of the sum of the first resonant frequency and the second resonant frequency, and the range of the second resonant frequency is a first resonance frequency and a first antiresonance. It is preferable that the value is between the antiresonance frequency.
  • the length of the movable part 44 by the first resonance frequency is applied.
  • the directional motion (Fig. 8) and the vertical motion (Fig. 9) by the second resonant frequency are combined to make an elliptic motion (Fig. 10).
  • the control unit applies an alternating voltage having a phase difference of 90 degrees to the first (+) electrode and the second (+) electrode respectively connected to the first piezoelectric element 46 and the second piezoelectric element 47.
  • phase of the alternating voltage applied to the first (+) electrode and the second (+) electrode has a difference of 90 degrees.
  • the frequency of the alternating voltage applied is an appropriate frequency corresponding to the middle of the first resonant frequency and the second resonant frequency of the drive body 40.
  • the first piezoelectric element 46 and the second piezoelectric element 47 each extend and contract.
  • the first piezoelectric element coupling part 42 and the second piezoelectric element coupling part 43, to which the first piezoelectric element 46 and the second piezoelectric element 47 are coupled flow and eventually the resonator part. 41 flows.
  • the frequency of the alternating voltage applied is an appropriate frequency positioned between the first resonant frequency and the second resonant frequency of the drive body 40, the resonator unit 41 in detail with little force. ) Can be greatly flown.
  • the movable part 44 reciprocates in the longitudinal direction by the first resonant frequency, and the movable part 44 is vertically moved by the second resonant frequency as shown in FIG. 9. Will reciprocate.
  • the extension portion 45b includes the first piezoelectric element coupling portion 42 and the second piezoelectric element. It is bent and deformed according to the stretching direction of the coupling portion 43 so that the expansion and contraction of the first piezoelectric element coupling portion 42 and the second piezoelectric element coupling portion 43 is made smoothly.
  • the controller controls the third resonance frequency.
  • a proper frequency of 365 kHz which is an average value of the sum of the first resonance frequency and the second resonance frequency, is applied to the first piezoelectric element 46 and the second piezoelectric element 47.
  • the movable part 44 has an oscillation mode in which the longitudinal vibration mode and the vertical vibration mode are combined to perform an elliptic motion.
  • the difference between the first resonant frequency and the second resonant frequency is large, the difference between the proper frequency and the first resonant frequency and the second resonant frequency is turned on to apply an alternating voltage having an appropriate frequency to the movable unit 44 Even if the movable portion 44 may not be an elliptic movement.
  • the friction member 44a coupled to the movable part 44 comes into contact with the frictional part 21a mounted to the lens holder 20 while the lens is in contact with the lens.
  • the holder 20 is pushed upwards or downwards, so that the lens holder 20 moves in the optical axis direction.
  • the slider 30 is elastically supported in the direction of the frictional portion 21a by the elastic member, and the resonator portion 41 is fixed to the slider 30 by the connecting portion 45, so that the frictional surface is fixed. Since the elastic force is added in the direction of the portion 21a, the friction member 44a mounted on the movable portion 44 is in close contact with the friction portion 21a mounted on the lens holder 20.
  • first piezoelectric element coupling portion 42 and the second piezoelectric element coupling portion 43 are formed to be inclined to become closer to each other toward the movable portion 44 toward the first piezoelectric element coupling portion 42.
  • One end and one end of the second piezoelectric element coupling part 43 are disposed in close proximity to the friction member 44a, thereby improving the driving force of the movable part 44.
  • the compact camera driving apparatus using the piezoelectric element of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be variously modified and implemented within the scope of the technical idea of the present invention.
  • the present invention can be mounted on a small camera to drive the lens holder in the vertical direction to move the lens better.

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Abstract

본 발명은 압전소자가 장착된 구동체 및 구동장치에 관한 것으로서, 특히 압전소자를 이용하여 렌즈홀더를 상하방향으로 구동시켜 렌즈를 이송시킬 수 있도록 하는 압전소자가 장착된 구동체 및 구동장치에 관한 것이다.

Description

압전소자를 이용한 소형카메라 구동체 및 구동장치
본 발명은 압전소자가 장착된 구동체 및 구동장치에 관한 것으로서, 특히 압전소자를 이용하여 렌즈홀더를 상하방향으로 구동시켜 렌즈를 이송시킬 수 있도록 하는 압전소자가 장착된 구동체 및 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 구동시키기 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 있는 압전소자가 장착된 구동체 및 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 압전소자가 장착된 구동체는, 공진부와; 상기 공진부에 결합되어 상기 공진부를 가동시키는 제1압전소자 및 제2압전소자와; 어느 하나는 상기 제1압전소자와 상기 공진부 사이인 상기 제1압전소자의 일면에 결합되고, 나머지 하나는 상기 제1압전소자의 타면에 결합되는 제1(+)전극 및 제2(GND)전극과; 어느 하나는 상기 제2압전소자와 상기 공진부 사이인 상기 제2압전소자의 일면에 결합되고, 나머지 하나는 상기 제2압전소자의 타면에 결합되는 제2(+)전극 및 제2(GND)전극을 포함하여 이루어지되, 상기 제1(+)전극과 상기 제2(+)전극에는 상호 위상차를 갖는 적정주파수의 교번전압이 인가되어 상기 공진부를 구동시키며, 상기 공진부는, 상기 제1압전소자가 장착되는 제1압전소자결합부와; 상기 제2압전소자가 장착되는 제2압전소자결합부와; 일단이 상기 제1압전소자결합부에 연결되고, 타단이 상기 제2압전소자결합부에 연결되며, 중심부위는 상기 제1압전소자 및 상기 제2압전소자에 의해 타원형의 변위 운동을 하는 가동부로 이루어지고, 상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부는 상기 가동부 방향으로 갈수록 서로 점점 가까워지도록 경사지게 형성되고, 상기 제1압전소자와 상기 제2압전소자는 각각 상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부에 상기 가동부 방향으로 갈수록 점점 가까워지도록 경사지게 장착되는 것을 특징으로 한다.
적정주파수의 교번전압 인가시 상기 제1압전소자결합부 및 제2압전소자결합부는 상기 제1압전소자 및 제2압전소자에 의해 상기 공진부의 길이방향으로 위상차를 가지고 신축되어, 상기 공진부의 가동부가 타원형의 변위운동을 하도록 하되, 상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부는 신축 방향과 직교되는 방향으로 넓은 폭을 갖는 평면 형상으로 형성되며, 상기 제1압전소자는 상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부의 넓은 폭을 갖는 상면 또는 하면 중 어느 한 면에 장착되고, 상기 제2압전소자는 상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부의 넓은 폭을 갖는 상면 또는 하면 중 어느 한 면에 장착된다.
상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부 사이에는 상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부를 상호 연결하는 연결부가 형성되되, 상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부는 상기 연결부와 상기 가동부를 연장한 연장선을 중심으로 상하 대칭되게 형성된다.
상기 제1(+)전극와 제2(+)전극에 인가되는 교번전압의 적정주파수는, 상기 가동부가 상기 공진부의 길이방향으로 왕복운동하는 제1공진주파수와, 상기 가동부가 상기 공진부의 길이방향의 수직방향으로 굴곡지게 운동하는 제2공진주파수의 사이값이다.
상기 제2공진주파수의 범위는, 제1공진주파수(Resonance frequency)와 제1반공진주파수(Antiresonance frequency)의 사이값이다.
또한, 본 발명의 압전소자가 장착된 구동장치는, 베이스부재와; 상기 베이스부재의 내부에 배치되고, 렌즈가 장착되어 광축방향으로 구동되는 렌즈홀더와; 상기 렌즈홀더를 광축방향으로 구동시키는 구동체와; 상기 구동체를 제어하는 제어부로 이루어지고, 상기 구동체는, 상기 베이스부재의 측면에 슬라이딩 가능하게 배치되고, 일단이 상기 렌즈홀더의 외주면과 접하는 공진부와; 상기 공진부에 결합되어 상기 공진부를 가동시키는 제1압전소자 및 제2압전소자와; 어느 하나는 상기 제1압전소자와 공진부 사이인 상기 제1압전소자의 일면에 결합되고, 나머지 하나는 상기 제1압전소자의 타면에 결합되는 제1(+)전극 및 제1(GND)전극과; 어느 하나는 상기 제2압전소자와 공진부 사이인 상기 제2압전소자의 일면에 결합되고, 나머지 하나는 상기 제2압전소자의 타면에 결합되는 제2(+)전극 및 제2(GND)전극로 이루어지며, 상기 공진부는, 상기 제1압전소자가 장착되는 제1압전소자결합부와; 상기 제2압전소자가 장착되는 제2압전소자결합부와; 일단이 상기 제1압전소자결합부에 연결되고, 타단이 상기 제2압전소자결합부에 연결되며, 중심부위는 상기 렌즈홀더의 외주면과 접하는 가동부로 이루어지고, 상기 제어부는, 상기 제1(+)전극과 상기 제2(+)전극에 상호 위상차를 갖으며 상기 구동체의 공진주파수에 대응되는 주파수를 갖는 교번전압을 인가하되, 상기 가동부는, 상기 제1압전소자 및 제2압전소자에 인가되는 제1공진주파수의 교번전압에 의해 길이방향으로 왕복운동하고, 상기 제1압전소자 및 제2압전소자에 인가되는 제2공진주파수의 교번전압에 의해 길이방향의 수직방향으로 굴곡지게 왕복운동하며, 상기 제어부는, 상기 제1압전소자 및 제2압전소자에 상기 제1공진주파수와 제2공진주파수 사이의 적정주파수를 갖는 교번전압을 인가하여, 상기 가동부의 중심부위가 타원 형상의 궤적운동을 하면서 상기 렌즈홀더를 광축방향으로 구동시키도록하고, 상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부는 상기 가동부 방향으로 갈수록 서로 점점 가까워지도록 경사지게 형성되며, 상기 제1압전소자와 상기 제2압전소자는 각각 상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부에 상기 가동부 방향으로 갈수록 점점 가까워지도록 경사지게 장착되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부는 상기 렌즈홀더의 이동방향과 수직되는 방향으로 넓은 폭을 갖는 평면 형상으로 형성되며, 상기 제1압전소자는 상기 제1압전소자결합부의 넓은 폭을 갖는 상면 또는 하면 중 어느 한 면에 장착되고, 상기 제2압전소자는 상기 제2압전소자결합부의 넓은 폭을 갖는 상면 또는 하면 중 어느 한 면에 장착된다.
상기 베이스부재에 상기 렌즈홀더의 외주면 방향으로 슬라이딩 되게 장착된 슬라이더와; 상기 슬라이더를 상기 렌즈홀더의 외주면 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재; 를 더 포함하여 이루어지되, 상기 슬라이더에는 상기 공진부가 장착되어 상기 가동부를 상기 렌즈홀더의 외주면에 접하도록 이동시킨다.
상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부 사이에는 상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부를 상호 연결하는 연결부가 형성되되, 상기 슬라이더에는 상기 연결부에 삽입 고정되는 고정돌기가 돌출 형성된다.
상기 연결부는, 상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부 사이에 배치되며, 상기 고정돌기가 삽입 고정되는 중심부와; 상기 중심부에 상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부 방향으로 각각 돌출되어 상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부에 일체로 연결되는 연장부; 를 포함하여 이루어지되, 상기 슬라이더의 이동방향으로 상기 연장부의 두께는 상기 중심부의 두께보다 얇게 형성된다.
상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부는 상기 연결부와 상기 가동부를 연장한 연장선을 중심으로 상하 대칭되게 형성된다.
상기 베이스부재의 측면에는 상하 이격되게 가이드레일이 각각 형성되되, 상기 가이드레일에는 서로 마주보는 방향으로 개방된 가이드홈이 형성되고, 상기 슬라이더의 상하단에는 상기 렌즈홀더의 이동방향과 직교되는 방향으로 가이드돌기가 절곡 형성되며, 상기 가이드돌기는 상기 가이드홈에 삽입된다.
상기 베이스부재의 측면에는 상기 연결부를 중심으로 상기 가동부의 반대편에 제1지지부가 돌출 형성되고, 상기 슬라이더에는 상기 제1지지부와 상기 연결부 사이로 돌출 형성되며, 일단이 상기 연결부와 접하는 제2지지부가 형성되되, 상기 탄성부재는 상기 제1지지부와 상기 제2지지부 사이에 장착되어 상기 슬라이더를 상기 렌즈홀더의 외주면 방향으로 탄성 지지한다.
상기 제1지지부에는 상기 제2지지부 방향으로 제1가이드축이 돌출 형성되고, 상기 제2지지부의 타단에는 상기 제1지지부 방향으로 제2가이드축이 돌출 형성되되, 상기 탄성부재는 상기 제1가이드축과 상기 제2가이드축을 감싸도록 장착된다.
상기 렌즈홀더의 외주면에는 상기 가동부 방향으로 접촉부가 돌출 형성되되, 상기 가동부의 중심부위는 상기 제1압전소자 및 상기 제2압전소자의 반대방향으로 돌출 형성되며 마찰부재가 장착되어 있고, 상기 접촉부에는 상기 마찰부재와 접하는 피마찰부가 장착된다.
상기 베이스부재와 상기 렌즈홀더 사이에는 상기 렌즈홀더의 상하 이동이 원활하게 이루어지도록 하는 이동안내부재가 배치되되, 상기 이동안내부재는, 상기 베이스부재와 상기 렌즈홀더 사이에 배치되는 리테이너와; 상기 리테이너에 회전 가능하게 삽입 장착되고, 상기 측면부 및 상기 렌즈홀더와 접하는 볼부재로 이루어진다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 압전소자가 장착된 구동체 및 구동장치는 다음과 같은 효과가 있다.
상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부가 상기 가동부 방향으로 갈수록 서로 점점 가까워지도록 경사지게 형성됨으로써, 구동체의 구동력을 향상시켜 렌즈홀더의 무게가 무거워도 잘 동작되고, 이동거리가 증가하여 고화소 센서를 장착한 카메라에 사용할 수 있다.
상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부를 신축 방향과 직교되는 방향으로 넓은 폭을 갖는 평면 형상으로 형성함으로써, 상기 공진부의 가공을 용이하게 하여 생산성을 높이고, 조립을 용이하게 하는 효과가 있다.
상기 연결부가 상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부 사이의 중심선상에 배치됨으로써, 상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부의 동작이 균형있게 이루어지도록 하는 효과가 있다.
상기 제1(+)전극과 상기 제2(+)전극에 제1공진주파수와 상기 제2공진주파수의 사이의 적정주파수를 인가함으로써, 상기 가동부의 길이방향운동과 상하방향운동을 합쳐 타원운동이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 슬라이더에 상기 공진부를 고정하여 상기 가동부를 상기 렌즈홀더의 외주면 방향으로 지지함으로써, 상기 가동부가 상기 렌즈홀더의 외주면에 밀착되어 힘 전달률을 높이는 효과가 있다.
상기 고정돌기에 의해 상기 연결부가 상기 슬라이더에 고정됨으로써, 상기 공진부의 조립을 용이하게 하는 효과가 있다.
상기 중심부와 상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부를 연결하는 연장부의 두께를 얇게 형성함으로써, 상기 중심부가 상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부의 신축을 방해하는 것을 최소화할 수 있다.
상기 가이드돌기가 상기 가이드홈에 삽입됨으로써, 상기 슬라이더를 상기 베이스부재의 측면에 슬라이딩되게 가이드하면서 상기 슬라이더가 상기 렌즈홀더의 이동방향과 직교되는 방향으로 유동하는 것을 저지한다.
상기 가이드돌기가 상기 렌즈홀더의 이동방향과 직교되는 방향으로 절곡 형성됨으로써, 상기 슬라이더의 강도를 높여 휨을 방지하는 효과가 있다.
상기 제2지지부는 일단이 상기 연결부와 면접하고 타단이 상기 탄성부재와 접함으로써, 상기 탄성부재의 탄성력이 상기 슬라이더에 잘 전달되게 하고, 상기 연결부가 회전하거나 유동하는 것을 저지할 수 있다.
상기 탄성부재는 상기 제1가이드축과 상기 제2가이드축을 감싸게 장착됨으로써, 상기 탄성부재가 상기 제1지지부와 상기 제2지지부 사이에서 이탈되지 않도록 할 수 있다.
상기 접촉부에 상기 피마찰부가 장착하고, 상기 가동부의 중심부위에 상기 피마찰부와 접하는 마찰부재를 장착함으로써, 상기 렌즈홀더와 상기 가동부 사이의 마찰력을 증가시켜 상기 가동부의 구동력이 상기 렌즈홀더에 잘 전달되게 하는 효과가 있다.
상기 베이스부재와 상기 렌즈홀더 사이에 독립적으로 회전하는 볼부재가 포함된 상기 이동안내부재를 장착함으로써, 상기 베이스부재와 상기 렌즈홀더 사이의 마찰을 줄여 상기 렌즈홀더의 상하 이동을 원활하게 이루어지도록 하는 효과가 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 도 3의 상태에서의 정면도,
도 5는 도 3의 상태에서의 평면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 소형 카메라 구동장치의 일부 분해사시도,
도 7은 도 6에서 슬라이더, 탄성부재 및 구동체의 분해사시도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 구동체의 제1공진주파수에 따른 운동상태를 도시한 상태도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 구동체의 제2공진주파수에 따른 운동상태를 도시한 상태도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 구동체의 적정주파수에 따른 가동부의 타원운동상태를 도시한 상태도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소형 카메라 구동장치의 사시도, 도 4는 도 3의 상태에서의 정면도, 도 5는 도 3의 상태에서의 평면도, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 소형 카메라 구동장치의 일부 분해사시도, 도 7은 도 6에서 슬라이더, 탄성부재 및 구동체의 분해사시도, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 구동체의 제1공진주파수에 따른 운동상태를 도시한 상태도, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 구동체의 제2공진주파수에 따른 운동상태를 도시한 상태도, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 구동체의 적정주파수에 따른 가동부의 타원운동상태를 도시한 상태도이다.
도 3 내지 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명의 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치는 베이스부재(10), 렌즈홀더(20), 슬라이더(30), 탄성부재, 구동체(40) 및 제어부를 포함하여 이루어진다.
상기 베이스부재(10)는 육면체 형상으로 상하 개방 형성되며, 내부에는 상기 렌즈홀더(20)가 상하 이동되게 장착되고, 하부에는 이미지센서(미도시) 등이 배치된다.
또한 상기 베이스부재(10)의 외측면에는 상하 이격되게 가이드레일(11)이 각각 형성된다.
상기 가이드레일(11)은 사각형 형상이며, 상기 렌즈홀더(20)의 이동방향과 직교되는 방향으로 돌출 형성된다.
그리고 상기 가이드레일(11)에는 서로 마주보는 방향으로 가이드홈(12)이 개방 형성된다.
상기 가이드홈(12)은 서로 멀어지는 방향으로 오목하게 형성되며, 상기 가이드홈(12) 사이에는 후술할 상기 슬라이더(30)가 배치된다.
상기 렌즈홀더(20)는 원통형 형상으로 형성되며, 상하 개방되어 내부에 렌즈(미도시)가 내장되고, 광축방향 즉 상하방향으로 이동하여 구동된다.
상기 렌즈홀더(20)의 외주면에는 후술할 상기 구동체(40)의 가동부(44) 방향으로 접촉부(21)가 돌출 형성된다.
상기 접촉부(21)는 사각형 형상으로 이루어지며, 상기 가이드레일(11)이 배치된 상기 베이스부재(10)의 외측면을 관통하여 배치된다.
또한 상기 접촉부(21)에는 후술할 상기 구동체(40)의 마찰부재(44a)와 접하는 피마찰부(21a)가 장착된다.
상기 피마찰부(21a)는 원통형 형상으로 형성되며, 상기 렌즈홀더(20)의 이동방향 즉 상하방향으로 길게 장착된다.
또한 상기 베이스부재(10)와 상기 렌즈홀더(20) 사이에는 상기 렌즈홀더(20)의 상하 이동이 원활하게 이루어지도록 하는 이동안내부재(15)가 배치된다.
상기 이동안내부재(15)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 리테이너(16)와 볼부재(17)로 이루어진다.
상기 리테이너(16)는 사각형 형상으로 상하 길게 형성되며, 상기 베이스부재(10)의 내측면과 상기 렌즈홀더(20)의 외주면 사이에 배치되되, 상기 베이스부재(10)의 내측면 및 상기 렌즈홀더(20)의 외주면과 접하고 있지 않는다.
상기 볼부재(17)는 구(球)형상이며, 상기 리테이너(16)에 독립적으로 회전 가능하게 삽입 장착된다.
또한 상기 볼부재(17)는 2개로 이루어져 상기 리테이너(16)에 상하 이격 배치되며, 상기 베이스부재(10)의 내측면 및 상기 렌즈홀더(20)의 외주면과 접한다.
즉 상기 볼부재(17)의 지름은 상기 리테이너(16)의 두께보다 크게 형성되며, 이로 인해 상기 볼부재(17)는 상기 리테이너(16)의 외측으로 돌출되게 장착되어 상기 베이스부재(10)의 내측면 및 상기 렌즈홀더(20)의 외주면과 접하고, 상기 리테이너(16)는 상기 베이스부재(10)의 내측면 및 상기 렌즈홀더(20)의 외주면과 접하지 않는다.
또한 상기 베이스부재(10) 및 상기 렌즈홀더(20)의 외주면에는 상기 볼부재(17)가 안착되어 이동하기 위한 레일홈(13,23)이 상하 방향으로 길게 형성된다.
이러한 상기 리테이너(16)는 상기 렌즈홀더(20)의 상하 이동시 상기 렌즈홀더(20)의 이동 거리의 절반 정도만 이동하게 된다.
이와 같이 상기 베이스부재(10)와 상기 렌즈홀더(20) 사이에 독립적으로 회전하는 볼부재(17)가 포함된 상기 이동안내부재(15)를 장착함으로써, 상기 베이스부재(10)의 내측면과 상기 렌즈홀더(20)의 외주면 사이의 마찰을 줄여 상기 렌즈홀더(20)의 상하 이동을 원활하게 이루어지도록 하는 효과가 있다.
상기 슬라이더(30)는 상기 베이스부재(10)의 외측면에 상기 렌즈홀더(20)의 외주면 방향 즉 상기 접촉부(21) 방향으로 슬라이딩 되게 장착된다.
좀더 구체적으로 상기 슬라이더(30)는 상기 렌즈홀더(20)의 이동방향으로 넓은 평판 형상으로 형성되며, 상기 가이드홈(12) 사이에 배치되어 상기 접촉부(21) 방향으로 슬라이드 이동되게 장착된다.
또한 상기 슬라이더(30)의 상하단에는 상기 렌즈홀더(20)의 이동방향과 직교되는 방향으로 가이드돌기(31)가 절곡 형성된다.
상기 가이드돌기(31)는 사각형 형상이며, 상기 가이드레일(11)의 돌출 방향으로 절곡 형성되어 상기 가이드홈(12)에 삽입 장착된다.
이와 같이 상기 가이드돌기(31)가 상기 가이드홈(12)에 삽입됨으로써, 상기 슬라이더(30)를 상기 베이스부재(10)의 측면에 슬라이딩되게 가이드 하면서 상기 슬라이더(30)가 상기 렌즈홀더(20)의 이동방향과 직교되는 방향으로 유동하는 것을 저지할 수 있다.
또한 상기 가이드돌기(31)가 상기 렌즈홀더(20)의 이동방향과 직교되는 방향으로 절곡 형성됨으로써, 상기 슬라이더(30)의 강도를 높여 휨을 방지하는 효과가 있다.
그리고 상기 슬라이더(30)는 상기 탄성부재에 의해 상기 렌즈홀더(20)의 외주면 방향 즉 상기 접촉부(21) 방향으로 탄성 지지된다.
상기 탄성부재는 코일 스프링으로 형성되며, 일단이 상기 베이스부재(10)의 외측면에 형성된 제1지지부(14)에 접하고, 타단이 상기 슬라이더(30)에 형성된 제2지지부(34)에 접하여 상기 슬라이더(30)를 상기 렌즈홀더(20)의 외주면 방향 즉 상기 접촉부(21) 방향으로 탄성 지지한다.
상기 제1지지부(14)는 상기 가이드레일(11)이 형성된 상기 베이스부재(10)의 외측면에 상기 렌즈홀더(20)의 이동방향과 직교되는 방향으로 돌출 형성되며, 상기 접촉부(21)의 반대편에 배치된다.
즉 상기 제1지지부(14)는 후술하는 바와 같이 상기 공진부(41)의 연결부(45)를 중심으로 상기 가동부(44)의 반대편에 배치된다.
상기 제2지지부(34)는 상기 슬라이더(30)에 상기 렌즈홀더(20)의 이동방향과 직교되는 방향으로 돌출 형성되며, 상기 슬라이더(30)에 장착되는 상기 공진부(41)의 연결부(45)와 상기 제1지지부(14) 사이에 배치된다.
이러한 상기 제2지지부(34)는 일단이 평면형상으로 형성되어 후술할 상기 공진부(41)의 연결부(45)와 면접하고, 타단이 상기 탄성부재와 접한다.
이와 같이 상기 제2지지부(34)는 일단이 상기 연결부(45)와 면접하고 타단이 상기 탄성부재와 접함으로써, 상기 탄성부재의 탄성력이 상기 슬라이더(30)에 잘 전달되게 하고, 상기 연결부(45)가 회전하거나 유동하는 것을 저지할 수 있다.
또한 상기 제1지지부(14)에는 상기 제2지지부(34) 방향으로 제1가이드축(14a)이 돌출 형성되고, 상기 제2지지부(34)의 타단에는 상기 제1지지부(14) 방향으로 제2가이드축(34a)이 돌출 형성된다.
이러한 상기 제1지지부(14)와 상기 제2지지부(34) 사이에는 상기 탄성부재가 배치되며, 상기 탄성부재는 상기 제1가이드축(14a) 및 상기 제2가이드축(34a)을 감싸게 장착된다.
이와 같이 상기 탄성부재는 상기 제1가이드축(14a)과 상기 제2가이드축(34a)을 감싸게 장착됨으로써, 상기 탄성부재가 상기 제1지지부(14)와 상기 제2지지부(34) 사이에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
또한 상기 슬라이더(30)에는 후술하는 바와 같이 상기 구동체(40)의 공진부(41)가 고정 장착되어 후술할 상기 공진부(41)를 상기 렌즈홀더(20)의 외주면 즉 상기 접촉부(21)에 접하도록 이동시킨다.
좀더 자세하게 상기 슬라이더(30)에는 후술하는 바와 같이 상기 공진부(41)의 연결부(45)에 삽입 고정되는 원통형 형상의 고정돌기(32)가 돌출 형성된다.
상기 고정돌기(32)는 상기 슬라이더(30)의 중심부(45a)에 상기 렌즈홀더(20)의 이동방향과 직교되는 방향으로 돌출 형성된다.
이러한 상기 슬라이더(30)는 후술하는 바와 같이 상기 가동부(44)를 상기 접촉부(21)의 피마찰부(21a)에 밀착되게 하여 상기 공진부(41)의 구동시 상기 공진부(41)가 상기 슬라이더(30)에서 이탈됨 없이 상기 접촉부(21) 방향으로 슬라이딩 되면서 구동되도록 한다.
한편 본 발명의 상기 구동체(40)는 상기 렌즈홀더(20)를 광축방향 즉 상하방향으로 밀거나 잡아당겨 구동시키는 역할을 한다.
이러한 상기 구동체(40)는 구체적으로 상기 공진부(41), 제1압전소자(46) 및 제2압전소자(47)로 이루어진다.
상기 공진부(41)는 인청동으로 이루어지며, 상기 베이스부재(10)의 외측면, 즉 상기 가이드레일(11) 사이에 슬라이딩 가능하게 배치되고, 일단이 상기 렌즈홀더(20)의 외주면과 접한다.
좀더 구체적으로 상기 공진부(41)는 제1압전소자결합부(42), 제2압전소자결합부(43), 가동부(44), 연결부(45) 및 마찰부재(44a)로 이루어진다.
상기 제1압전소자결합부(42) 및 상기 제2압전소자결합부(43)는 상기 렌즈홀더(20)의 이동방향과 수직되는 방향으로 넓은 폭을 갖는 평면 형상으로 형성된다.
즉 상기 제1압전소자결합부(42)와 상기 제2압전소자결합부(43)는 서로 마주보는 면의 폭이 상기 렌즈홀더(20)의 이동방향과 수직되는 방향으로 넓게 형성된다.
만약 본 발명의 실시예와 달리 상기 제1압전소자결합부(42)와 상기 제2압전소자결합부(43)를 상기 렌즈홀더(20)의 이동방향으로 평행한 평면 형상으로 형성하게 되면, 두께가 얇아 가공이 어렵고 내구성이 떨어지게 된다.
따라서 본 발명의 실시예와 같이 상기 제1압전소자결합부(42) 및 상기 제2압전소자결합부(43)를 상기 렌즈홀더(20)의 이동방향과 직교되는 방향으로 넓은 폭을 갖는 평면 형상으로 형성하는 것이 가공을 용이하여 생산성을 높일 수 있고 조립을 용이하게 할 수 있으므로 더 바람직하다.
그리고 상기 제1압전소자결합부(42) 및 상기 제2압전소자결합부(43)는 상하 이격 배치되며, 상기 가동부(44) 방향 즉 상기 접촉부(21) 방향으로 갈수록 서로 점점 가까워지도록 경사지게 형성된다.
즉 상기 접촉부(21) 방향에 위치한 상기 제1압전소자결합부(42)의 일단과 상기 제2압전소자결합부(43)의 일단은 서로 근접하게 배치되고, 상기 제1압전소자결합부(42)의 타단과 상기 제2압전소자결합부(43)의 타단은 서로 멀어지게 이격 배치된다.
그리고 서로 근접한 상기 제1압전소자결합부(42)의 일단과 상기 제2압전소자결합부(43)의 일단은 각각 상기 가동부(44)와 일체로 연결된다.
또한 상기 제1압전소자결합부(42)와 상기 제2압전소자결합부(43)에는 상기 제1압전소자(46)와 상기 제2압전소자(47)가 각각 장착되어 상기 가동부(44)를 구동시킨다.
즉 상기 제1압전소자결합부(42) 및 상기 제2압전소자결합부(43)는 후술하는 바와 같이 상기 제1압전소자(46) 및 상기 제2압전소자(47)에 의해 길이 방향으로 신축되어 상기 가동부(44)의 중심부(45a)위가 타원형의 변위운동을 하도록 한다.
이와 같이 상기 제1압전소자결합부(42)와 상기 제2압전소자결합부(43)가 상기 가동부(44) 방향으로 갈수록 서로 점점 가까워지도록 경사지게 형성됨으로써, 상기 제1압전소자결합부(42) 일단 및 상기 제2압전소자결합부(43)의 일단과 상기 가동부(44)의 중심부(45a)위 간의 간격을 최소화하여 상기 가동부(44)의 구동력을 향상시키는 효과가 있다.
또한 상기 제1압전소자결합부(42)와 상기 제2압전소자결합부(43)는 후술할 상기 연결부(45)와 상기 가동부(44)를 연장한 연장선을 중심으로 상하 대칭되게 형성된다.
이와 같이 상기 연결부(45)가 상기 제1압전소자결합부(42)와 상기 제2압전소자결합부(43) 사이의 중심선상에 배치됨으로써, 상기 제1압전소자결합부(42)와 상기 제2압전소자결합부(43)의 동작이 균형있게 이루어지도록 하는 효과가 있다.
상기 가동부(44)는 일단이 상기 제1압전소자결합부(42)의 일단에 연결되고, 타단이 상기 압전소자결합부의 일단에 연결된다.
그리고 상기 가동부(44)는 중심부(45a)위가 상기 제1압전소자(46) 및 상기 제2압전소자(47)의 반대 방향 즉 상기 접촉부(21) 방향으로 돌출 형성되며, 상기 피마찰부(21a)와 접하는 상기 마찰부재(44a)가 장착되어 있다.
상기 마찰부재(44a)는 상기 가동부(44)의 돌출된 중심부(45a)위에 결합되며, 상기 가동부(44)의 운동시 상기 접촉부(21)에 장착된 상기 피마찰부(21a)와 접하여 상기 렌즈홀더(20)를 상하 방향으로 이동시키는 힘을 전달한다.
이와 같이 상기 접촉부(21)에 상기 피마찰부(21a)가 장착되고, 상기 가동부(44)의 중심부(45a)위에 상기 피마찰부(21a)와 접하는 마찰부재(44a)를 장착함으로써, 상기 렌즈홀더(20)와 상기 가동부(44) 사이의 마찰력을 증가시켜 상기 가동부(44)의 구동력이 상기 렌즈홀더(20)에 잘 전달되게 하는 효과가 있다.
상기 연결부(45)는 상기 압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부(43) 사이에 배치되어 상기 제1압전소자결합부(42)와 상기 제2압전소자결합부(43)를 상호 연결한다.
좀더 구체적으로 상기 연결부(45)는 중심부(45a)와 연장부(45b)로 이루어진다.
상기 중심부(45a)는 상기 가동부(44) 방향으로 갈수록 상하 너비가 점점 작아져 경사지게 형성되며, 상기 가동부(44) 방향에 위치한 일단이 상기 가동부(44) 방향으로 볼록한 호 형상으로 형성된다.
상기 중심부(45a)는 타단이 상기 렌즈홀더(20)의 이동방향으로 평행한 형편 형상으로 형성되어 상기 제2지지부(34)의 일단과 면접한다.
그리고 상기 중심부(45a)는 상기 슬라이더(30)의 고정돌기(32)에 고정 결합되어 상기 슬라이더(30)에 회전되지 않게 고정 장착된다.
이와 같이 상기 고정돌기(32)에 의해 상기 연결부(45)가 상기 슬라이더(30)에 고정됨으로써, 상기 공진부(41)의 조립을 용이하게 하는 효과가 있다.
상기 연장부(45b)는 상기 중심부(45a)의 상하단에서 각각 상기 제1압전소자결합부(42) 및 상기 제2압전소자결합부(43) 방향으로 돌출되어 상기 제1압전소자결합부(42) 및 상기 제2압전소자결합부(43)에 일체로 연결된다.
그리고 상기 슬라이더(30)의 이동방향으로 상기 연장부(45b)의 두께는 상기 중심부(45a)의 두께보다 얇게 형성되어 쉽게 휘어진다.
이와 같이 상기 중심부(45a)와 상기 제1압전소자결합부(42) 및 상기 제2압전소자결합부(43)를 연결하는 연장부(45b)의 두께를 얇게 형성함으로써, 상기 중심부(45a)가 상기 제1압전소자결합부(42) 및 상기 제2압전소자결합부(43)의 신축을 방해하는 것을 최소화할 수 있다.
상기 제1압전소자(46)는 사각형의 평판 형상으로 형성되며, 상기 제1압전소자결합부(42)의 넓은 폭을 갖는 상면에 장착된다.
상기 제2압전소자(47)는 사각형의 평판 형상으로 형성되며, 상기 제2압전소자결합부(43)의 넓은 폭을 갖는 하면에 장착된다.
물론 경우에 따라 상기 제1압전소자(46)는 상기 제1압전소자결합부(42)의 하면에 장착되고 상기 제2압전소자(47)는 상기 제2압전소자결합부(43)의 상면에 장착될 수도 있다,
그리고 상기 제1압전소자(46)와 상기 공진부(41) 사이인 상기 제1압전소자(46)의 일면에는 제1(+)전극이 결합되고, 상기 제1압전소자(46)의 타면에는 제1(GND)전극이 결합된다.
또한 상기 제2압전소자(47)와 공진부(41) 사이인 상기 제2압전소자(47)의 일면에는 제2(+)저그그이 결합되고, 상기 제2압전소자(47)의 타면에는 제2(GND)전극이 결합된다.
상기 제1(+)전극, 제1(GND)전극, 제2(+)전극, 제2(GND)전극은 상기 제1압전소자(46) 및 상기 제2압전소자(47)의 일면과 타면에 얇게 부착되기 때문에, 도면에는 별도로 표시하지 않았다.
본 실시예와 달리, 상기 제1압전소자(46)의 일면 및 상기 제2압전소자(47)의 일면에 각각 상기 제1(GND)전극과 제2(GND)전극을 결합하고, 상기 제1압전소자(46)의 타면 및 상기 제2압전소자(47)의 타면에는 각각 상기 제1(+)전극 및 제1(GND)전극을 결합할 수도 있다.
그리고 상기 제1압전소자(46) 및 상기 제2압전소자(47)에는 상기 제1(+)전극과 제2(+)전극에 위상차를 갖는 적정주파수의 교번전압(교류전압)이 인가됨으로써, 상기 제1압전소자(46) 및 상기 제2압전소자(47)가 상기 공진부(41)의 길이방향으로 신축되어 상기 공진부(41)를 구동시키게 된다.
상기 제1압전소자(46) 및 상기 제2압전소자(47)가 신축하게 되면, 상기 제1압전소자결합부(42) 및 상기 제2압전소자결합부(43)가 함께 상기 공진부(41)의 길이방향으로 신축되어, 상기 공진부(41)의 가동부(44)가 타원형의 변위운동을 하도록 한다.
이때 상기 제1(+)전극과 상기 제2(+)전극에 인가되는 교번전압은 상호 90도의 위상차를 갖도록 함이 바람직하다.
상기 제어부는 상기 구동체(40)를 제어하는 것으로써, 자세하게는 상기 제1압전소자(46) 및 제2압전소자(47)에 인가되는 교번전압을 제어하여 상기 구동체(40)가 구동되어 상기 렌즈홀더(20)를 상하방향으로 이동시킬 수 있도록 하는 역할을 한다.
상기 제어부는, 상기 제1(+)전극과 제2(+)전극에 각각 상호 90도의 위상차를 갖으며 상기 구동체(40)의 적정주파수에 대응되는 주파수를 갖는 교번전압을 인가하여, 상기 공진부(41)의 타단에 위치한 상기 가동부(44)가 타원형의 변위 운동을 하면서 상기 렌즈홀더(20)를 광축방향으로 구동시키도록 한다.
도 8 내지 도 10은 상기 구동체(40)에 의한 상기 가동부(44)의 운동을 설명하기 위한 것으로서, 상기 공진부(41)의 운동상태를 도시하고 있다.
상기 공진부(41)의 타단 즉 상기 가동부(44)는, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 제1압전소자(46) 및 제2압전소자(47)에 인가되는 제1공진주파수의 교번전압에 의해 길이방향으로 왕복운동을 한다.
그리고, 상기 가동부(44)는 도 9에 도시된 바와 같이 상기 제1압전소자(46) 및 제2압전소자(47)에 인가되는 제2공진주파수의 교번전압에 의해 길이방향의 수직방향으로 굴곡지게 상하 왕복운동을 한다.
이때, 상기 제1공진주파수에 의해 상기 제1압전소자결합부(42)와 제2압전소자결합부(43)는 신축운동이 동일하게 이루어진다.
즉, 상기 제1압전소자결합부(42)와 제2압전소자결합부(43)가 거의 동일한 위상차를 가지면서 동일하게 신장 및 수축을 하게 된다.
그리고, 상기 제2공진주파수에 의해 상기 제1압전소자결합부(42)와 제2압전소자결합부(43)는 신축운동이 교대로 이루어진다.
즉, 상기 제1압전소자결합부(42)와 제2압전소자결합부(43)가 거의 정반대의 위상차를 가지면서, 상기 제1압전소자결합부(42)가 신장될 때 상기 제2압전소자결합부(43)는 수축되는 운동을 하게 된다.
상기 제어부는, 상기 제1압전소자(46) 및 제2압전소자(47)에 상기 제1공진주파수와 제2공진주파수 사이의 적정주파수를 갖는 교번전압을 인가하여, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 공진부(41)의 타단에 위치한 상기 가동부(44)가 타원 형상의 궤적운동을 하면서 상기 렌즈홀더(20)를 광축방향으로 구동시키도록 한다.
상기 적정주파수라 함은, 상기 제1공진주파수와 제2공진주파수를 합한 값의 1/2값을 갖는 주파수이고, 상기 제2공진주파수의 범위는 제1공진주파수(Resonance frequency)와 제1반공진주파수(Antiresonance frequency)의 사이값임이 바람직하다.
위와 같이, 상기 제1압전소자(46) 및 제2압전소자(47)에 90도의 위상차를 갖으며 상기 적정주파수를 갖는 교번전압을 인가함으로써, 상기 가동부(44)에 제1공진주파수에 의한 길이방향운동(도8)과, 상기 제2공진주파수에 의한 상하방향운동(도9)이 합쳐져 타원운동(도10)을 하게 된다.
이하, 상술한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동과정에 대하여 살펴본다.
상기 제어부가 상기 제1압전소자(46) 및 제2압전소자(47)에 각각 연결된 제1(+)전극과 제2(+)전극에 상호 90도의 위상차를 갖는 교번전압을 인가한다.
즉, 상기 제1(+)전극과 제2(+)전극에 인가되는 교번전압의 위상은 90도의 차이가 있다.
이때, 인가되는 교번전압의 주파수는 상기 구동체(40)의 제1공진주파수와 제2공진주파수의 중간에 해당하는 적정주파수이다.
상기 제1(+)전극과 제2(+)전극에 90도의 위상차를 갖는 적정주파수의 교번전압이 인가되면, 상기 제1압전소자(46) 및 제2압전소자(47)는 각각 신축운동을 하고, 이로 인해 상기 제1압전소자(46) 및 제2압전소자(47)가 결합된 상기 제1압전소자결합부(42) 및 제2압전소자결합부(43)가 유동하여 결국 상기 공진부(41)가 유동을 한다.
이때, 인가되는 교번전압의 주파수가 상기 구동체(40)의 제1공진주파수와 제2공진주파수 사이에 위치하는 적정주파수이기 때문에, 적은 힘으로 상기 구동체(40) 자세하게는 상기 공진부(41)를 크게 유동시킬 수 있다.
한편 도 8에 도시된 바와 같이 제1공진주파수에 의해 상기 가동부(44)는 길이방향으로 왕복운동을 하게되며, 도 9에 도시된 바와 같이 제2공진주파수에 의해 상기 가동부(44)는 상하방향으로 왕복운동을 하게 된다.
이때 상기 연결부(45)의 중심부(45a)는 상기 슬라이더(30)에 고정되어 있어 정지된 상태로 있으며, 상기 연장부(45b)는 상기 제1압전소자결합부(42) 및 상기 제2압전소자결합부(43)의 신축 방향에 따라 휨 변형되어 상기 제1압전소자결합부(42) 및 상기 제2압전소자결합부(43)의 신축이 원활하게 이루어지도록 한다.
상기 가동부(44)를 길이방향으로 왕복운동하게 하는 제1공진주파수가 364kHz이고, 상기 가동부(44)를 상하방향으로 굴곡지게 왕복운동하게 하는 제2공진주파수가 366kHz인 경우, 상기 제어부에서는 상기 제1압전소자(46) 및 제2압전소자(47)에 상기 제1공진주파수와 제2공진주파수의 합의 평균값인 365kHz의 적정주파수를 인가한다.
그러면, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 가동부(44)는 길이방향의 진동모드와 상하방향의 진동모드가 합쳐지게 되어 타원운동을 하게 된다.
위와 같은 교번전압이 인가되면, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 가동부(44)의 타단이 결합된 상기 마찰부재(44a)는 점선으로 표시된 궤적을 따라 타원운동을 하게 된다.
한편, 상기 제1공진주파수와 제2공진주파수의 차이값이 클 경우에는, 적정주파수와 제1공진주파수 및 제2공진주파수 차이값이 켜져 상기 가동부(44)에 적정주파수를 갖는 교번전압을 인가하더라도 상기 가동부(44)가 타원운동을 하지 않을 수 있다.
상기 가동부(44)가 타원형의 변위운동을 함에 따라, 상기 가동부(44)에 결합된 상기 마찰부재(44a)는 상기 렌즈홀더(20)에 장착된 상기 피마찰부(21a)와 접하면서 상기 렌즈홀더(20)를 상방향으로 밀어 올리거나 하방향으로 밀어내려, 상기 렌즈홀더(20)가 광축방향으로 이동할 있도록 한다.
그리고 상기 슬라이더(30)는 상기 탄성부재에 의해 피마찰부(21a) 방향으로 탄성 지지되고, 상기 공진부(41)는 상기 연결부(45)에 의해 상기 슬라이더(30)에 고정되어 있어 상기 피마찰부(21a) 방향으로 탄성력이 부가되어 때문에, 상기 가동부(44)에 장착된 상기 마찰부재(44a)는 상기 렌즈홀더(20)에 장착된 피마찰부(21a)에 강하게 밀착된다.
또한 상기 제1압전소자결합부(42) 및 상기 제2압전소자결합부(43)는 상기 가동부(44) 방향으로 갈수록 서로 점점 가까워지도록 경사지게 형성되어 있어 상기 제1압전소자결합부(42)의 일단 및 상기 제2압전소자결합부(43) 일단이 상기 마찰부재(44a)와 근접하게 배치되며, 이로 인해 상기 가동부(44)의 구동력을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명인 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
본 발명은 소형카메라에 장착되어 렌즈홀더를 상하방향으로 구동시켜 렌즈를 보다 잘 이동시킬 수 있다.

Claims (16)

  1. 공진부와;
    상기 공진부에 결합되어 상기 공진부를 가동시키는 제1압전소자 및 제2압전소자와;
    어느 하나는 상기 제1압전소자와 상기 공진부 사이인 상기 제1압전소자의 일면에 결합되고, 나머지 하나는 상기 제1압전소자의 타면에 결합되는 제1(+)전극 및 제2(GND)전극과;
    어느 하나는 상기 제2압전소자와 상기 공진부 사이인 상기 제2압전소자의 일면에 결합되고, 나머지 하나는 상기 제2압전소자의 타면에 결합되는 제2(+)전극 및 제2(GND)전극을 포함하여 이루어지되,
    상기 제1(+)전극과 상기 제2(+)전극에는 상호 위상차를 갖는 적정주파수의 교번전압이 인가되어 상기 공진부를 구동시키며,
    상기 공진부는,
    상기 제1압전소자가 장착되는 제1압전소자결합부와;
    상기 제2압전소자가 장착되는 제2압전소자결합부와;
    일단이 상기 제1압전소자결합부에 연결되고, 타단이 상기 제2압전소자결합부에 연결되며, 중심부위는 상기 제1압전소자 및 상기 제2압전소자에 의해 타원형의 변위 운동을 하는 가동부로 이루어지고,
    상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부는 상기 가동부 방향으로 갈수록 서로 점점 가까워지도록 경사지게 형성되고,
    상기 제1압전소자와 상기 제2압전소자는 각각 상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부에 상기 가동부 방향으로 갈수록 점점 가까워지도록 경사지게 장착되는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 구동체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    적정주파수의 교번전압 인가시 상기 제1압전소자결합부 및 제2압전소자결합부는 상기 제1압전소자 및 제2압전소자에 의해 상기 공진부의 길이방향으로 위상차를 가지고 신축되어, 상기 공진부의 가동부가 타원형의 변위운동을 하도록 하되,
    상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부는 신축 방향과 직교되는 방향으로 넓은 폭을 갖는 평면 형상으로 형성되며,
    상기 제1압전소자는 상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부의 넓은 폭을 갖는 상면 또는 하면 중 어느 한 면에 장착되고,
    상기 제2압전소자는 상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부의 넓은 폭을 갖는 상면 또는 하면 중 어느 한 면에 장착되는 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 구동체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부 사이에는 상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부를 상호 연결하는 연결부가 형성되되,
    상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부는 상기 연결부와 상기 가동부를 연장한 연장선을 중심으로 상하 대칭되게 형성된 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 구동체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1(+)전극와 제2(+)전극에 인가되는 교번전압의 적정주파수는,
    상기 가동부가 상기 공진부의 길이방향으로 왕복운동하는 제1공진주파수와, 상기 가동부가 상기 공진부의 길이방향의 수직방향으로 굴곡지게 운동하는 제2공진주파수의 사이값인 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 구동체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2공진주파수의 범위는, 제1공진주파수(Resonance frequency)와 제1반공진주파수(Antiresonance frequency)의 사이값인 것을 특징으로 하는 압전소자가 장착된 구동체.
  6. 베이스부재와; 상기 베이스부재의 내부에 배치되고, 렌즈가 장착되어 광축방향으로 구동되는 렌즈홀더와; 상기 렌즈홀더를 광축방향으로 구동시키는 구동체와; 상기 구동체를 제어하는 제어부로 이루어지고,
    상기 구동체는,
    상기 베이스부재의 측면에 슬라이딩 가능하게 배치되고, 일단이 상기 렌즈홀더의 외주면과 접하는 공진부와; 상기 공진부에 결합되어 상기 공진부를 가동시키는 제1압전소자 및 제2압전소자와; 어느 하나는 상기 제1압전소자와 공진부 사이인 상기 제1압전소자의 일면에 결합되고, 나머지 하나는 상기 제1압전소자의 타면에 결합되는 제1(+)전극 및 제1(GND)전극과; 어느 하나는 상기 제2압전소자와 공진부 사이인 상기 제2압전소자의 일면에 결합되고, 나머지 하나는 상기 제2압전소자의 타면에 결합되는 제2(+)전극 및 제2(GND)전극로 이루어지며,
    상기 공진부는,
    상기 제1압전소자가 장착되는 제1압전소자결합부와;
    상기 제2압전소자가 장착되는 제2압전소자결합부와;
    일단이 상기 제1압전소자결합부에 연결되고, 타단이 상기 제2압전소자결합부에 연결되며, 중심부위는 상기 렌즈홀더의 외주면과 접하는 가동부로 이루어지고,
    상기 제어부는,
    상기 제1(+)전극과 상기 제2(+)전극에 상호 위상차를 갖으며 상기 구동체의 공진주파수에 대응되는 주파수를 갖는 교번전압을 인가하되,
    상기 가동부는,
    상기 제1압전소자 및 제2압전소자에 인가되는 제1공진주파수의 교번전압에 의해 길이방향으로 왕복운동하고, 상기 제1압전소자 및 제2압전소자에 인가되는 제2공진주파수의 교번전압에 의해 길이방향의 수직방향으로 굴곡지게 왕복운동하며,
    상기 제어부는,
    상기 제1압전소자 및 제2압전소자에 상기 제1공진주파수와 제2공진주파수 사이의 적정주파수를 갖는 교번전압을 인가하여, 상기 가동부의 중심부위가 타원 형상의 궤적운동을 하면서 상기 렌즈홀더를 광축방향으로 구동시키도록하고,
    상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부는 상기 가동부 방향으로 갈수록 서로 점점 가까워지도록 경사지게 형성되며,
    상기 제1압전소자와 상기 제2압전소자는 각각 상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부에 상기 가동부 방향으로 갈수록 점점 가까워지도록 경사지게 장착되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부는 상기 렌즈홀더의 이동방향과 수직되는 방향으로 넓은 폭을 갖는 평면 형상으로 형성되며,
    상기 제1압전소자는 상기 제1압전소자결합부의 넓은 폭을 갖는 상면 또는 하면 중 어느 한 면에 장착되고,
    상기 제2압전소자는 상기 제2압전소자결합부의 넓은 폭을 갖는 상면 또는 하면 중 어느 한 면에 장착되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 베이스부재에 상기 렌즈홀더의 외주면 방향으로 슬라이딩 되게 장착된 슬라이더와;
    상기 슬라이더를 상기 렌즈홀더의 외주면 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재; 를 더 포함하여 이루어지되,
    상기 슬라이더에는 상기 공진부가 장착되어 상기 가동부를 상기 렌즈홀더의 외주면에 접하도록 이동시키는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형 카메라 구동장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부 사이에는 상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부를 상호 연결하는 연결부가 형성되되,
    상기 슬라이더에는 상기 연결부에 삽입 고정되는 고정돌기가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형 카메라 구동장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부 사이에 배치되며, 상기 고정돌기가 삽입 고정되는 중심부와;
    상기 중심부에 상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부 방향으로 각각 돌출되어 상기 제1압전소자결합부 및 상기 제2압전소자결합부에 일체로 연결되는 연장부; 를 포함하여 이루어지되,
    상기 슬라이더의 이동방향으로 상기 연장부의 두께는 상기 중심부의 두께보다 얇게 형성되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형 카메라 구동장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1압전소자결합부와 상기 제2압전소자결합부는 상기 연결부와 상기 가동부를 연장한 연장선을 중심으로 상하 대칭되게 형성된 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형 카메라 구동장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 베이스부재의 측면에는 상하 이격되게 가이드레일이 각각 형성되되,
    상기 가이드레일에는 서로 마주보는 방향으로 개방된 가이드홈이 형성되고,
    상기 슬라이더의 상하단에는 상기 렌즈홀더의 이동방향과 직교되는 방향으로 가이드돌기가 절곡 형성되며,
    상기 가이드돌기는 상기 가이드홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형 카메라 구동장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 베이스부재의 측면에는 상기 연결부를 중심으로 상기 가동부의 반대편에 제1지지부가 돌출 형성되고,
    상기 슬라이더에는 상기 제1지지부와 상기 연결부 사이로 돌출 형성되며, 일단이 상기 연결부와 접하는 제2지지부가 형성되되,
    상기 탄성부재는 상기 제1지지부와 상기 제2지지부 사이에 장착되어 상기 슬라이더를 상기 렌즈홀더의 외주면 방향으로 탄성 지지하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형 카메라 구동장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1지지부에는 상기 제2지지부 방향으로 제1가이드축이 돌출 형성되고,
    상기 제2지지부의 타단에는 상기 제1지지부 방향으로 제2가이드축이 돌출 형성되되,
    상기 탄성부재는 상기 제1가이드축과 상기 제2가이드축을 감싸도록 장착되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형 카메라 구동장치.
  15. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 렌즈홀더의 외주면에는 상기 가동부 방향으로 접촉부가 돌출 형성되되,
    상기 가동부의 중심부위는 상기 제1압전소자 및 상기 제2압전소자의 반대방향으로 돌출 형성되며 마찰부재가 장착되어 있고,
    상기 접촉부에는 상기 마찰부재와 접하는 피마찰부가 장착된 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형 카메라 구동장치.
  16. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 베이스부재와 상기 렌즈홀더 사이에는 상기 렌즈홀더의 상하 이동이 원활하게 이루어지도록 하는 이동안내부재가 배치되되,
    상기 이동안내부재는,
    상기 베이스부재와 상기 렌즈홀더 사이에 배치되는 리테이너와;
    상기 리테이너에 회전 가능하게 삽입 장착되고, 상기 측면부 및 상기 렌즈홀더와 접하는 볼부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 소형카메라 구동장치.
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