WO2013141506A1 - 피에조 액츄에이터의 구동 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

피에조 액츄에이터의 구동 장치 및 그 구동 방법 Download PDF

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WO2013141506A1
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duty ratio
input signal
modulation
outputting
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권경수
고채동
도현우
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주식회사 에스앤에이
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    • H02N2/025—Inertial sliding motors

Definitions

  • the present invention relates to a driving apparatus of a piezo actuator and a driving method thereof, and more particularly, to a driving apparatus of a piezo actuator for a camera module and a method of driving the same, which perform an autofocus function of the camera module.
  • VCAs voice coiled actuators
  • piezoelectric actuators piezoelectric actuators
  • the VCA has a problem of excessive current consumption
  • the piezo actuator has a problem of recording noise.
  • the present invention has an object of solving the above technical problem, and provides a driving apparatus and a driving method of a piezo actuator capable of improving noise generated when driving a piezo actuator for an autofocus function of a camera.
  • the purpose is to do that.
  • a piezo actuator driving device for generating a signal having a predetermined frequency; And a modulator for modulating and outputting a signal generated from the signal generator.
  • the modulator may be configured to output the first predetermined number of times and block the second predetermined number of times, or to output the input signal during the first period and to block the second period.
  • a density modulation unit performing a second mode of repeating the operation.
  • the input signal of the density modulation unit is counted by the first predetermined number and the second predetermined number, and output as much as the first predetermined number. Block a certain number.
  • the second mode may further include an input signal of the density modulation unit using a filter signal that outputs a high signal during the first period and a low signal during the second period. It is preferable to filter the output.
  • the modulator of the preferred embodiment of the present invention comprises: a frequency modulation unit for modulating and outputting a frequency of an input signal; A duty ratio modulation unit for modulating and outputting a duty ratio of an input signal; Or an amplitude modulation unit for modulating and outputting an amplitude of the input signal by a constant envelope waveform; It further comprises any one or more of.
  • the frequency modulation unit of the present invention the frequency setting module for setting the modulation frequency; And a frequency modulation module for modulating and outputting a frequency of an input signal of the frequency modulation unit according to the modulation frequency.
  • the frequency setting module sets the modulation frequency while gradually changing a frequency from a preset maximum frequency to a minimum frequency or a minimum frequency to a maximum frequency.
  • the duty ratio modulation unit of a preferred embodiment includes a duty ratio setting module for setting a duty ratio; And a duty ratio modulation module for modulating and outputting a duty ratio of an input signal of the duty ratio modulation unit according to the duty ratio set by the duty ratio setting module.
  • the duty ratio setting module may be set while gradually changing the duty ratio from a preset maximum duty ratio to a minimum duty ratio or a minimum duty ratio to a maximum duty ratio.
  • the amplitude modulation unit an envelope generation module for generating a constant envelope waveform; And an amplitude modulation module for modulating and outputting an amplitude of an input signal of the amplitude modulation unit according to an envelope waveform generated by the envelope generation module.
  • the amplitude modulation module modulates the amplitude of the input signal of the amplitude modulation unity by mixing the input signal of the amplitude modulation unity and the envelope waveform.
  • the first mode outputs a first predetermined number of times and blocks a second predetermined number of times, or outputs an input signal during a first period. And performing a second mode of repeating blocking during the second period.
  • the method of driving a piezo actuator of the present invention comprises: a frequency modulation step of modulating and outputting a frequency of an input signal; A duty ratio modulation step of modulating and outputting a duty ratio of an input signal; Or an amplitude modulation step of modulating and outputting the amplitude of the input signal by a constant envelope waveform; It further comprises any one or more of the steps.
  • the frequency modulation step is set while gradually changing the modulation frequency from the preset maximum frequency to the minimum frequency, or the minimum frequency to the maximum frequency, characterized in that for modulating the frequency of the input signal according to the set modulation frequency.
  • the duty ratio modulation step may be set while gradually changing the duty ratio from a preset maximum duty ratio to a minimum duty ratio, or from a minimum duty ratio to a maximum duty ratio, and modulating the duty ratio of the input signal according to the set duty ratio. It is preferable.
  • the amplitude modulation step of the preferred embodiment is characterized by generating a constant envelope waveform, and modulating the amplitude of the input signal according to the generated envelope waveform.
  • the piezo actuator driving apparatus and the driving method thereof it is possible to improve the noise generated when the piezo actuator for the autofocus function of the camera.
  • 1 is an explanatory diagram of a principle of SIDM using the characteristics of a piezo element
  • FIG. 2 is an exemplary diagram of a waveform of a drive signal for a piezo element.
  • Figure 3 is a block diagram of a drive device of a piezo actuator according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 4A is an illustration of input and output waveforms of the density modulation unit in the first mode.
  • Fig. 4B is an illustration of input and output waveforms of the density modulation unit in the second mode.
  • 5A is an exemplary diagram of an output waveform of a frequency modulation unit.
  • 5B is an exemplary diagram of an output waveform of a duty ratio modulation unit.
  • 5C is an exemplary diagram of input and output waveforms of an amplitude modulation unit.
  • the present invention relates to a method of effectively driving a piezo element by using a Smooth Impact Drive Mechanism (SIDM) method of driving an actuator using a piezo for auto focusing of a camera module.
  • SIDM Smooth Impact Drive Mechanism
  • the piezo element is an element which varies its contraction and expansion by voltages at both ends.
  • Fig. 1 shows an explanatory diagram of the principle of SIDM using the characteristics of the piezoelectric element
  • Fig. 2 shows an exemplary diagram of a conventional driving signal waveform for the piezoelectric element.
  • FIG. 3 shows the configuration of the drive device of the piezo actuator according to an embodiment of the present invention.
  • a piezo actuator driving device includes a signal generator 100 and a signal generator 100 for generating a signal having a predetermined frequency for driving a piezo element.
  • a waveform of a repetitive pulse form as shown in FIG. 2 can be exemplified.
  • the signal generator 100 of the present invention is sufficient if the signal having a predetermined frequency is repeatedly output, and is not necessarily limited to the form of a waveform as shown in FIG.
  • One embodiment of the signal generator 100 of the present invention may be implemented including an oscillator and a divider.
  • various repetitive signals of the signal generator 100 will be referred to as pulse signals.
  • the present invention proposes a method for implementing four types of SIDM. That is, the pulse density modulation (PDM) method, the frequency modulation (Frequency Modulation) method, the duty ratio modulation (Duty Ratio Modulation) method and the amplitude modulation (Amplitude Modulation) method.
  • the present invention includes a density modulation unit 210, a frequency modulation unit 220, a duty ratio modulation unit 230, and an amplitude modulation unit 240 to implement four types of SIDM. do.
  • the desired noise reduction can be achieved by combining the pulse density modulation method with one or more other modulation methods, among the frequency modulation unit 220, the duty ratio modulation unit 230, or the amplitude modulation unit 240. Incorporating one or more units can achieve the desired purpose.
  • Pulse density modulation is a method of controlling the pulse density of the input pulse signal, and implements by controlling a section for generating a pulse of the resonant frequency emitted to drive the piezo actuator and a section for not generating, i.e., blocking.
  • two methods for pulse density modulation by the density modulation unit 210 are proposed. One may be implemented by the first mode that counts the input signal and outputs only the first predetermined number, and the other may be implemented by the second mode that outputs the input signal only during the first interval. will be.
  • the density modulation unit 210 outputs the first predetermined number of input signals and blocks the second predetermined number of input signals from the signals inputted to the density modulation unit 210. Pulse density can be modulated. In the second mode, the density modulation unit 210 also modulates the pulse density by outputting the input signal in the first section and not outputting the input signal in the second section, i.e., interrupting it. .
  • the first section and the second section in the present invention means a certain time section.
  • the density modulation unit 210 outputs a counter module 211 that counts the input signal by the first predetermined number and the second predetermined number, and outputs the input signal by the first predetermined number, It is preferable to include the first density control module 212 to block the input signal by a certain number of two.
  • the example of counting the input signal means to count the number of pulses in the case of the pulse wave of the form as shown in FIG. 2.
  • the half-period of the sine wave it can be seen that it means that the pulse corresponding to the half-period of the sine wave is counted.
  • the density modulation unit 210 outputs a high signal during a first period and a filter module 213 for outputting a low signal during a second period, and an input. It is preferable to include a second density control module 214 for filtering the signal by the filter module 213 and output.
  • 4A and 4B show an example of an input / output waveform of the density modulation unit 210 according to the first mode and an input / output waveform of the density modulation unit 210 according to the second mode.
  • the pulse density is modulated by counting the first predetermined number of waveforms to be output and the second predetermined number of waveforms to be blocked.
  • the pulse density is modulated by filtering only the first section to be output according to the setting of the first section to be output and the second section to be cut off.
  • 5A, 5B, and 5C are exemplary diagrams of output waveforms of the frequency modulation unit 220, the duty ratio modulation unit 230, and the amplitude modulation unit 240, assuming the input signal of FIG. 2, respectively.
  • 5A, 5B, and 5C, the frequency modulation unit 220, the duty ratio modulation unit 230, and the amplitude modulation unit 240 of the present invention will be described in detail.
  • the frequency modulation unit 220 modulates and outputs a frequency of an input signal.
  • the frequency modulation unit 220 is a frequency setting module 221 for setting a modulation frequency and a frequency of the signal input to the frequency modulation unit 220 according to the modulation frequency set by the frequency setting module 221. And a frequency modulation module 222 for modulating and outputting the frequency.
  • the frequency setting module 221 of the present invention is preferably set gradually from the preset maximum frequency to the minimum frequency or from the minimum frequency to the maximum frequency, ie, gradually changing the modulation frequency.
  • the drive of the piezo element can be smoothed by such a gradual change of the modulation frequency.
  • the duty ratio modulation unit 230 modulates and outputs the duty ratio of the input signal.
  • the duty ratio modulation unit 230 according to an exemplary embodiment of the duty ratio modulation unit 230 according to the duty ratio set by the duty ratio setting module 231 and the duty ratio setting module 231 for setting the duty ratio.
  • a duty ratio modulation module 232 for modulating and outputting the duty ratio of the input signal.
  • the duty ratio setting module 231 sets the duty ratio while gradually changing the duty ratio from the preset maximum duty ratio to the minimum duty ratio or the minimum duty ratio to the maximum duty ratio.
  • the amplitude modulation unit 240 modulates and outputs the amplitude of a signal input to the amplitude modulation unit 240 by a predetermined envelope waveform.
  • the amplitude modulation unit 240 includes an envelope generation module 241 for generating a constant envelope waveform, and an amplitude modulation module 242 for modulating and outputting an amplitude of an input signal of the amplitude modulation unit 240 according to the generated envelope waveform. It is preferable to include.
  • the amplitude modulation module 242 modulates the amplitude of the input signal of the amplitude modulation unit 240 by mixing the input signal of the amplitude modulation unit 240 and the envelope waveform.
  • each unit 210, 220, 230, 240 of the modulator 200 will be described.
  • the modulation is performed by the density modulation unit 210 and the duty ratio modulation unit 230.
  • the signal from the signal generator 100 is modulated by the density modulation unit 210, and then the density modulation unit is used. It is possible to modulate the duty ratio in the duty ratio modulation unit 230 with respect to the signal output from 210.
  • the duty ratio modulation unit 230 modulates the signal from the signal generator 100 and then modulates the duty ratio in the density modulation unit 210.
  • the modulation is performed by the density modulation unit 210 and the amplitude modulation unit 240
  • the signal from the signal generator 100 is modulated by the density modulation unit 210, and then the output signal is obtained.
  • the amplitude modulation by the amplitude modulation unit 240 can be performed.
  • the modulation order may be changed even in the case of modulation by the density modulation unit 210 and the frequency modulation unit 220.
  • the modulation order can be changed.
  • the first mode outputs a first predetermined number of times and blocks a second predetermined number of times, or blocks the input signal during the first period.
  • a density modulation step of performing a second mode of repeating output and blocking for a second interval is performed.
  • the input signal is counted by the first predetermined number and the second predetermined number, the input signal is output by the first predetermined number, and the input signal is blocked by the second predetermined number.
  • the second mode may be output by filtering a high signal during a first period and filtering by a filter signal that outputs a low signal during a second period.
  • a method of driving a piezo actuator includes a frequency modulation step of modulating and outputting a frequency of an input signal, a duty ratio modulation step of modulating and outputting a duty ratio of an input signal, or an input signal. It characterized in that it further comprises any one or more steps of the amplitude modulation step of modulating the amplitude of the output by a predetermined envelope waveform.
  • the frequency modulation step is preferably set while gradually changing the modulation frequency from the preset maximum frequency to the minimum frequency or the minimum frequency to the maximum frequency, and modulating the frequency of the input signal according to the set modulation frequency.
  • the duty ratio modulation step may be set while gradually changing the duty ratio from the preset maximum duty ratio to the minimum duty ratio, or from the minimum duty ratio to the maximum duty ratio, and modulating the duty ratio of the input signal according to the set duty ratio. It features.
  • the amplitude modulation step it is preferable to generate a constant envelope waveform and modulate the amplitude of the input signal according to the generated envelope waveform.
  • the driving apparatus and the driving method of the piezo actuator of the present invention can be efficiently used for realizing the auto focus function (AF) of the camera.
  • a piezo actuator driving apparatus and a driving method thereof it is possible to improve the noise generated when driving the piezo actuator for the autofocus function of the camera, so as to provide a light Can be used.

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

본 발명의 바람직한 일실시예의 피에조 액츄에이터의 구동 장치는, 일정 주파수를 갖는 신호를 생성하는 신호 발생부; 및 상기 신호 발생부로부터 생성된 신호를 변조하여 출력하는 변조부;를 포함하되, 상기 변조부는, 입력 신호를 제 1 일정수는 출력하고 제 2 일정수는 차단하는 것을 반복하는 제 1 모드, 또는 입력 신호를 제 1 구간 동안은 출력하고 제 2 구간 동안은 차단하는 것을 반복하는 제 2 모드를 수행하는 밀도 변조 유니트;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 바람직한 일실시예의 피에조 액츄에이터의 구동 장치 및 그 방법에 따르면, 카메라의 자동 초점 기능을 위한 피에조 액츄에이터의 구동 시 발생되는 소음을 개선할 수 있다.

Description

피에조 액츄에이터의 구동 장치 및 그 구동 방법
본 발명은 피에조 액츄에이터의 구동 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 카메라 모듈의 자동 초점 기능을 수행하는 카메라 모듈용 피에조 액츄에이터의 구동 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
나날이 휴대폰용 카메라의 기능에 대한 기대감이 높아지고 부각되면서 이에 따른 부가 기능의 중요성이 높아지고 있다. 부가 기능 중 현재 상용화되고 있는 자동 초점 기능(Auto Focus, AF)의 실현을 위해서는 렌즈 위치를 이동시켜야 하며, 렌즈 위치를 이동시키기 위해 액츄에이터(actuator)를 사용하고 있다.
이러한 액츄에이터의 종류로는 VCA(Voice Coiled Actuator)와 피에조 액츄에이터(Piezoelectric Actuator)가 대표적이다. 하지만 동영상 촬영의 자동 초점 기능에 있어서, VCA는 과도한 소비 전류가 문제점이 있고, 피에조 액츄에이터는 소음이 녹음되는 문제점이 있다.
상술한 바와 같은 소음 문제 등을 해결하기 위해 피에조 액츄에이터의 구동을 위한 전압으로 펄스의 듀티비를 변조하거나 주파수를 변조하는 구동이 제안되어 있으나, 여전히 만족할만한 소음의 감소를 이루지는 못하고 있는 상황이다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는 데 목적이 있는 발명으로서, 카메라의 자동 초점 기능을 위한 피에조 액츄에이터의 구동 시 발생되는 소음을 개선할 수 있는 피에조 액츄에이터의 구동 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예의 피에조 액츄에이터의 구동 장치는, 일정 주파수를 갖는 신호를 생성하는 신호 발생부; 및 상기 신호 발생부로부터 생성된 신호를 변조하여 출력하는 변조부;를 포함한다.
구체적으로 상기 변조부는, 입력 신호를 제 1 일정수는 출력하고 제 2 일정수는 차단(Blocking)하는 것을 반복하는 제 1 모드, 또는 입력 신호를 제 1 구간 동안은 출력하고 제 2 구간 동안은 차단하는 것을 반복하는 제 2 모드를 수행하는 밀도 변조 유니트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 일실시예에 따른 상기 제 1 모드는, 상기 밀도 변조 유니트의 입력 신호를 상기 제 1 일정수 및 상기 제 2 일정수 만큼 카운트(count)하여, 상기 제 1 일정수 만큼은 출력하고, 상기 제 2 일정수 만큼은 차단한다. 또한, 상기 제 2 모드는, 상기 제 1 구간 동안은 하이(high) 신호를 출력하고, 상기 제 2 구간 동안은 로(Low) 신호를 출력하는 필터 신호를 이용하여, 상기 밀도 변조 유니트의 입력 신호를 필터링하여 출력하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 일실시예의 상기 변조부는, 입력 신호의 주파수를 변조하여 출력하는 주파수 변조 유니트; 입력 신호의 듀티비를 변조하여 출력하는 듀티비 변조 유니트; 또는, 입력 신호의 진폭을 일정 엔벨로프 파형에 의해 변조하여 출력하는 진폭 변조 유니트; 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 주파수 변조 유니트는, 변조 주파수를 설정하는 주파수 설정 모듈; 및 상기 변조 주파수에 따라 상기 주파수 변조 유니트의 입력 신호의 주파수를 변조하여 출력하는 주파수 변조 모듈;을 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 주파수 설정 모듈은, 미리 설정된 최대 주파수로부터 최소 주파수, 또는 최소 주파수로부터 최대 주파수로 점진적으로 주파수를 변경하면서 상기 변조 주파수를 설정하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 일실시예의 상기 듀티비 변조 유니트는, 듀티비를 설정하는 듀티비 설정 모듈; 및 상기 듀티비 설정 모듈에 의해 설정된 듀티비에 따라 상기 듀티비 변조 유니트의 입력 신호의 듀티비를 변조하여 출력하는 듀티비 변조 모듈;을 포함한다. 구체적으로 상기 듀티비 설정 모듈은, 미리 설정된 최대 듀티비로부터 최소 듀티비, 또는 최소 듀티비로부터 최대 듀티비로 점진적으로 듀티비를 변경하면서 설정하는 것을 특징으로 한다.
아울러 상기 진폭 변조 유니트는, 일정 엔벨로프 파형을 생성하는 엔벨로프 생성 모듈; 및 상기 엔벨로프 생성 모듈에 의해 생성된 엔벨로프 파형에 따라, 상기 진폭 변조 유니트의 입력 신호의 진폭을 변조하여 출력하는 진폭 변조 모듈;을 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 진폭 변조 모듈은, 상기 진폭 변조 유니티의 입력 신호와 상기 엔벨로프 파형을 믹싱하는 것에 의해 상기 진폭 변조 유니티의 입력 신호의 진폭을 변조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 피에조 액츄에이터의 구동 방법은, 입력 신호를 제 1 일정수는 출력하고 제 2 일정수는 차단하는 것을 반복하는 제 1 모드, 또는 입력 신호를 제 1 구간 동안은 출력하고 제 2 구간 동안은 차단하는 것을 반복하는 제 2 모드를 수행하는 밀도 변조 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 피에조 액츄에이터의 구동 방법은, 입력 신호의 주파수를 변조하여 출력하는 주파수 변조 단계; 입력 신호의 듀티비를 변조하여 출력하는 듀티비 변조 단계; 또는, 입력 신호의 진폭을 일정 엔벨로프 파형에 의해 변조하여 출력하는 진폭 변조 단계; 중 어느 하나 이상의 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 상기 주파수 변조 단계는, 미리 설정된 최대 주파수로부터 최소 주파수, 또는 최소 주파수로부터 최대 주파수로 점진적으로 변조 주파수를 변경하면서 설정하고, 설정된 변조 주파수에 따라 입력 신호의 주파수를 변조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 듀티비 변조 단계는, 미리 설정된 최대 듀티비로부터 최소 듀티비, 또는 최소 듀티비로부터 최대 듀티비로 점진적으로 듀티비를 변경하면서 설정하고, 설정된 듀티비에 따라 입력 신호의 듀티비를 변조하는 것이 바람직하다.
바람직한 일실시예의 상기 진폭 변조 단계는, 일정 엔벨로프 파형을 생성하고, 생성된 엔벨로프 파형에 따라, 입력 신호의 진폭을 변조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예의 피에조 액츄에이터의 구동 장치 및 그 구동 방법에 따르면, 카메라의 자동 초점 기능을 위한 피에조 액츄에이터의 구동 시 발생되는 소음을 개선할 수 있다.
도 1은 피에조 소자의 특성을 이용한 SIDM 원리 설명도.
도 2는 피에조 소자를 위한 구동 신호의 파형의 예시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 피에조 액츄에이터의 구동 장치의 구성도.
도 4a는 제 1 모드에 의한 밀도 변조 유니트의 입출력 파형의 예시도.
도 4b는 제 2 모드에 의한 밀도 변조 유니트의 입출력 파형의 예시도.
도 5a는 주파수 변조 유니트의 출력 파형의 예시도.
도 5b는 듀티비 변조 유니트의 출력 파형의 예시도.
도 5c는 진폭 변조 유니트의 입력 및 출력 파형의 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일실시예에 따른 피에조 액츄에이터의 구동 장치 및 그 구동 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 하기의 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 발명은 카메라 모듈의 자동 초점을 위하여, 피에조를 이용한 액츄에이터의 구동 방법 중 SIDM(Smooth Impact Drive Mechanism) 방식을 이용하여 피에조 소자를 효과적으로 구동하는 방법에 관한 내용이다. 참고로, 피에조 소자는 양단의 전압에 의해 그 수축 및 팽창을 달리하는 소자이다.
도 1에 피에조 소자의 특성을 이용한 SIDM 원리 설명도 및 도 2에 피에조 소자를 위한 종래의 구동 신호 파형의 예시도를 각각 나타내었다.
도 2의 구동 신호 파형 중 구동 전압이 완만하게 상승하게 되면, 도 1의 기간 A에서와 같이 피에조 소자가 천천히 팽창하게 된다. 이후, 급격하게 아래 방향으로 전압이 하강할 때, 도 1의 기간 B에서와 같이 급격한 속도로 수축을 하게 된다. 이때, 피에조 소자의 빠른 수축으로 대상 물체와 이동체의 마찰력이 낮아져 대상 물체는 그 자리에 정지해 있는 것처럼 보이지만, 결과적으로 이동을 하게 된다. 이때, 대상 물체의 최초 구동 시점 및 멈추는 시점에서 소음이 발생하게 되어 사용자가 불편을 느끼게 된다. 따라서, 동영상에 대해 자동 초점 기능을 적용하지 못하게 되는 문제점을 안고 있다.
이와 같은 소음 문제를 해결하고자, 구동하기 위한 구동 파형의 펄스 듀티비(Duty Ratio)를 변환함으로써, 렌즈의 이동 시작점과 목표 위치 인접 점에서는 감속, 일반 구간에서는 가속 구동함으로써, 렌즈의 정밀 제어 및 소음 저감 효과를 이루고자 하는 다양한 시도가 있어오고 있으나, 여전히 보다 나은 소음 저감에 대한 대책이 요구되고 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 피에조 액츄에이터의 구동 장치의 구성도를 나타낸다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 피에조 액츄에이터의 구동 장치는, 피에조 소자를 구동하기 위한 일정 주파수를 갖는 신호를 생성하는 신호 발생부(100), 신호 발생부(100)로부터 생성된 신호를 변조하여 출력하는 변조부(200) 및 변조부(200)로터의 변조된 신호를 이용하여 피에조 소자에 구동 전압을 인가하여 구동하는 피에조 제어부(300)를 포함한다.
본 발명의 신호 발생부(100)의 출력으로는, 도 2와 같은 반복되는 펄스 형태의 파형을 예로 들 수 있다. 다만, 본 발명의 신호 발생부(100)는 일정 주파수를 갖는 신호를 반복하여 출력하면 족하고, 반드시 도 2와 같은 파형의 형태로 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 신호 발생부(100)의 일실시예는 오실레이터와 분주기를 포함하여 구현될 수 있다. 본 발명의 설명을 위해 신호 발생부(100)의 다양한 반복적인 신호를 펄스 신호라 지칭하기로 한다.
본 발명에서는 4 종류의 SIDM을 구현하기 위한 방법을 제안하고자 한다. 즉, 펄스 밀도 변조(Pulse Density Modulation, PDM) 방법, 주파수 변조(Frequency Modulation) 방법, 듀티비 변조(Duty Ratio Modulation) 방법 및 진폭 변조(Amplitude Modulation) 방법이 그것이다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서는 4 가지의 SIDM을 구현하기 위해 밀도 변조 유니트(210), 주파수 변조 유니트(220), 듀티비 변조 유니트(230) 및 진폭 변조 유니트(240)를 포함한다. 다만, 펄스 밀도 변조 방법과 하나 이상의 다른 변조 방법을 조합하는 것에 의해서도 목적하는 소음 감소를 이룰 수 있는 까닭에, 주파수 변조 유니트(220), 듀티비 변조 유니트(230) 또는 진폭 변조 유니트(240) 중 하나 이상의 유니트를 포함하면 소정의 목적은 달성할 수 있다.
먼저 본 발명의 바람직한 일실시예인 펄스 밀도 변조 방법에 대해 설명하기로 한다.
펄스 밀도 변조란 입력되는 펄스 신호의 펄스 밀도를 제어하는 방식으로, 피에조 액츄에이터를 구동시키기 위해서 내보내는 공진 주파수의 펄스를 발생시키는 구간과 발생시키지 않는, 즉 차단하는 구간을 제어함으로써 구현하는 방식을 이른다.
본 발명에서는 밀도 변조 유니트(210)에 의한 펄스 밀도 변조를 위해 두 가지 방법을 제안하고자 한다. 그 하나는 입력 신호를 카운트(Count)하여 제 1 일정수 만큼만 출력하는 제 1 모드에 의해 구현될 수 있으며, 다른 하나는 입력 신호를 제 1 구간 동안만 출력하는 제 2 모드에 의해 구현될 수 있을 것이다.
제 1 모드의 경우, 밀도 변조 유니트(210)는, 밀도 변조 유니트(210)에 입력된 신호를 제 1 일정수의 입력 신호는 출력하고, 제 2 일정수의 입력 신호는 차단Blocking)하는 것을 반복하는 것에 의해 펄스 밀도를 변조할 수 있다. 제 2 모드의 경우, 밀도 변조 유니트(210)는, 제 1 구간의 입력 신호는 출력하고, 제 2 구간의 입력 신호를 출력하지 않는, 즉 차단하는 것을 반복하는 것에 의해서도 펄스 밀도의 변조를 실시한다. 참고로, 본 발명에서의 제 1 구간 및 제 2 구간은 일정한 시간 구간을 의미한다.
제 1 모드를 위해 밀도 변조 유니트(210)는, 입력 신호를 제 1 일정수 및 제 2 일정수 만큼 카운트(count)하는 카운터 모듈(211), 및 제 1 일정수 만큼은 입력 신호를 출력하고, 제 2 일정수 만큼은 입력 신호를 차단하는 제 1 밀도 제어 모듈(212)을 포함하는 것이 바람직하다. 여기에서, 입력 신호를 카운트하는 예로는, 도 2와 같은 형태의 펄스파의 경우 펄스의 수를 카운트하는 것을 의미한다. 또한, 정현파의 반주기 형태가 반복되는 파형의 경우라면, 정현파의 반주기에 해당하는 펄스를 카운트하는 것을 의미하는 것임을 알 수 있다.
또한, 제 2 모드를 위해 밀도 변조 유니트(210)는, 제 1 구간 동안은 하이(high) 신호를 출력하고, 제 2 구간 동안은 로(Low) 신호를 출력하는 필터 모듈(213), 및 입력 신호를 필터 모듈(213)에 의해 필터링하여 출력하는 제 2 밀도 제어 모듈(214)을 포함하는 것이 바람직하다.
*제 1 모드에 의한 밀도 변조 유니트(210)의 입출력 파형과 제 2 모드에 의한 밀도 변조 유니트(210)의 입출력 파형에 대한 일실시예를 도 4a와 도 4b에 각각 나타내었다.
정리하자면, 제 1 모드의 경우, 신호가 입력되면, 출력하고자 하는 제 1 일정수의 파형과 차단하고자 하는 제 2 일정수의 파형을 카운트하는 것에 의해 펄스 밀도의 변조가 이루어지게 된다. 또한, 제 2 모드의 경우, 신호가 입력되면, 출력하고자 하는 제 1 구간과 차단하고자 하는 제 2 구간의 설정에 따라 제 1 구간만 출력이 되도록 필터링하는 것에 의해 펄스 밀도의 변조가 이루어지게 된다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 각각 도 2의 입력 신호를 가정 시, 주파수 변조 유니트(220), 듀티비 변조 유니트(230) 및 진폭 변조 유니트(240)의 출력 파형의 예시도이다. 도 5a, 도 5b 및 도 5c를 참조하면서, 본 발명의 주파수 변조 유니트(220), 듀티비 변조 유니트(230) 및 진폭 변조 유니트(240)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 주파수 변조 유니트(220)는, 입력 신호의 주파수를 변조하여 출력하는 역할을 한다.
바람직한 일실시예에 따른 주파수 변조 유니트(220)는, 변조 주파수를 설정하는 주파수 설정 모듈(221) 및 주파수 설정 모듈(221)에 의해 설정된 변조 주파수에 따라 주파수 변조 유니트(220)에 입력되는 신호의 주파수를 변조하여 출력하는 주파수 변조 모듈(222)을 포함한다.
본 발명의 주파수 설정 모듈(221)은, 미리 설정된 최대 주파수로부터 최소 주파수, 또는 최소 주파수로부터 최대 주파수로 점진적으로, 즉 서서히 변조 주파수를 변경하면서 설정하는 것이 바람직하다. 이러한, 점진적인 변조 주파수의 변경에 의해 피에조 소자의 구동이 완만해질 수 있는 것이다.
다음으로, 듀티비 변조 유니트(230)는, 입력 신호의 듀티비를 변조하여 출력하는 역할을 한다. 바람직한 일실시예에 따른 듀티비 변조 유니트(230)는, 듀티비를 설정하는 듀티비 설정 모듈(231) 및 듀티비 설정 모듈(231)에 의해 설정된 듀티비에 따라 듀티비 변조 유니트(230)의 입력 신호의 듀티비를 변조하여 출력하는 듀티비 변조 모듈(232)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 듀티비 설정 모듈(231)은, 미리 설정된 최대 듀티비로부터 최소 듀티비, 또는 최소 듀티비로부터 최대 듀티비로 점진적으로 듀티비를 변경하면서 설정하는 것을 특징으로 한다.
다음으로 진폭 변조 유니트(240)는, 진폭 변조 유니트(240)에 입력되는 신호의 진폭을 일정 엔벨로프(Envelope) 파형에 의해 변조하여 출력하는 역할을 한다. 비록, 도 6c에서 엔벨로프 파형으로 정현파의 반주기와 유사한 파형을 예시하였을 지라도, 점진적으로 전압의 크기가 증가하였다가, 점진적으로 전압의 크기가 감소하는 다양한 엔벨로프 파형, 예를 들면 사다리꼴 형태의 파형 등에 의해 진폭 변조를 실시할 수 있음은 물론이다. 진폭 변조 유니트(240)는, 일정 엔벨로프 파형을 생성하는 엔벨로프 생성 모듈(241), 생성된 엔벨로프 파형에 따라, 진폭 변조 유니트(240)의 입력 신호의 진폭을 변조하여 출력하는 진폭 변조 모듈(242)을 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 진폭 변조 모듈(242)은, 진폭 변조 유니트(240)의 입력 신호와 엔벨로프 파형을 믹싱하는 것에 의해 진폭 변조 유니트(240)의 입력 신호의 진폭을 변조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 변조부(200)의 각 유니트(210, 220, 230, 240)에 의한 변조의 순서에 대해 설명하기로 한다. 예를 들어 밀도 변조 유니트(210) 및 듀티비 변조 유니트(230)에 의한 변조를 한다고 가정하면, 먼저 신호 발생부(100)로부터의 신호를 밀도 변조 유니트(210)에서 변조한 후, 밀도 변조 유니트(210)로부터 출력된 신호에 대해서 듀티비 변조 유니트(230)에서 듀티비를 변조하는 것이 가능하다. 역으로 신호 발생부(100)로부터의 신호를 듀티비 변조 유니트(230)에서 듀티비를 변조한 후, 밀도 변조 유니트(210)에서 변조하는 것도 가능하다.
또한, 밀도 변조 유니트(210) 및 진폭 변조 유니트(240)에 의한 변조를 한다고 가정하면, 먼저 신호 발생부(100)로부터의 신호를 밀도 변조 유니트(210)에서 변조한 후, 출력된 신호에 대해 진폭 변조 유니트(240)에 의한 진폭 변조를 실시할 수 있다. 역으로, 신호 발생부(100)로부터의 신호를 진폭 변조 유니트(240)에 의해 진폭 변조한 후, 밀도 변조 유니트(210)에 의해 밀도 변조를 하는 것도 가능하다.
아울러, 밀도 변조 유니트(210) 및 주파수 변조 유니트(220)에 의한 변조의 경우에도 변조 순서는 변경될 수 있음은 물론이다. 세 가지 이상의 유니트의 조합에 의한 변조의 경우에도, 변조 순서는 변경될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 피에조 액츄에이터의 구동 방법은, 입력 신호를 제 1 일정수는 출력하고 제 2 일정수는 차단하는 것을 반복하는 제 1 모드를 수행하거나, 입력 신호를 제 1 구간 동안 출력하고 제 2 구간 동안은 차단하는 것을 반복하는 제 2 모드를 수행하는 밀도 변조 단계를 포함한다.
구체적으로 제 1 모드는, 입력 신호를 제 1 일정수 및 제 2 일정수 만큼 카운트(count)하여, 제 1 일정수 만큼은 입력 신호를 출력하고, 제 2 일정수 만큼은 입력 신호를 차단하는 것을 특징으로 한다. 또한, 제 2 모드는, 제 1 구간 동안은 하이(high) 신호를 출력하고, 제 2 구간 동안은 로(Low) 신호를 출력하는 필터 신호에 의해 필터링하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 피에조 액츄에이터의 구동 방법은, 입력 신호의 주파수를 변조하여 출력하는 주파수 변조 단계, 입력 신호의 듀티비를 변조하여 출력하는 듀티비 변조 단계, 또는, 입력 신호의 진폭을 일정 엔벨로프 파형에 의해 변조하여 출력하는 진폭 변조 단계 중 어느 하나 이상의 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 주파수 변조 단계는, 미리 설정된 최대 주파수로부터 최소 주파수, 또는 최소 주파수로부터 최대 주파수로 점진적으로 변조 주파수를 변경하면서 설정하고, 설정된 변조 주파수에 따라 입력 신호의 주파수를 변조하는 것이 바람직하다.
또한, 듀티비 변조 단계는, 미리 설정된 최대 듀티비로부터 최소 듀티비, 또는 최소 듀티비로부터 최대 듀티비로 점진적으로 듀티비를 변경하면서 설정하고, 설정된 듀티비에 따라 입력 신호의 듀티비를 변조하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 진폭 변조 단계는, 일정 엔벨로프 파형을 생성하고, 생성된 엔벨로프 파형에 따라, 입력 신호의 진폭을 변조하는 것이 바람직하다.
본 발명의 피에조 액츄에이터의 구동 장치 및 그 구동 방법에 의한 실험에 따르면, 진폭 변조 방법 또는 펄스 듀티비 변조 방법만에 의한 구동에 비해 펄스 밀도 변조 방법을 조합하였을 경우 현저한 소음 감소 결과를 얻었다.
구체적으로, 진폭 변조 방법만으로 피에조 액츄에이터를 구동했을 때는 무향실에서 약 7dB의 소음이 발생함을 확인하였다. 그런데, 펄스 밀도 변조 방법에 진폭 변조 방법을 조합하여 구동했을 경우에 0.1dB 소음이 발생함을 확인하였다. 마찬가지로 펄스 밀도 변조 방법에 펄스 듀티비 변조 방법을 조합하여 구동할 경우에는 약 2dB 소음이 발생함을 확인하였다.
따라서, 피에조 소자를 이용한 모터 구동에 있어서 효과적으로 소음을 제거하기 위해서는, 펄스 밀도 변조 방법에 진폭 변조 방법, 펄스 듀티비 변조 방법 또는 주파수 변조 방법을 조합하여 사용하는 것에 의해 현저한 효과가 달성됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 피에조 액츄에이터의 구동 장치 및 그 구동 방법은, 카메라의 자동 초점 기능(Auto Focus, AF)의 실현에 효율적으로 사용될 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예의 피에조 액츄에이터의 구동 장치 및 그 구동 방법에 따르면, 카메라의 자동 초점 기능을 위한 피에조 액츄에이터의 구동 시 발생되는 소음을 개선할 수 있어, 휴대폰용 카메라 등의 카메라 분야에 광법위하게 사용될 수 있다.

Claims (17)

  1. 일정 주파수를 갖는 신호를 생성하는 신호 발생부; 및
    상기 신호 발생부로부터 생성된 신호를 변조하여 출력하는 변조부;를 포함하되,
    상기 변조부는,
    입력 신호를 제 1 일정수는 출력하고 제 2 일정수는 차단(Blocking)하는 것을 반복하는 제 1 모드, 또는 입력 신호를 제 1 구간 동안은 출력하고 제 2 구간 동안은 차단하는 것을 반복하는 제 2 모드를 수행하는 밀도 변조 유니트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터의 구동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 모드는,
    상기 밀도 변조 유니트의 입력 신호를 상기 제 1 일정수 및 상기 제 2 일정수 만큼 카운트(count)하여, 상기 제 1 일정수 만큼은 출력하고, 상기 제 2 일정수 만큼은 차단하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터의 구동 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 모드는,
    상기 제 1 구간 동안은 하이(high) 신호를 출력하고, 상기 제 2 구간 동안은 로(Low) 신호를 출력하는 필터 신호를 이용하여, 상기 밀도 변조 유니트의 입력 신호를 필터링하여 출력하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터의 구동 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 변조부는,
    입력 신호의 주파수를 변조하여 출력하는 주파수 변조 유니트;
    입력 신호의 듀티비를 변조하여 출력하는 듀티비 변조 유니트; 또는,
    입력 신호의 진폭을 일정 엔벨로프 파형에 의해 변조하여 출력하는 진폭 변조 유니트; 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터의 구동 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 주파수 변조 유니트는,
    변조 주파수를 설정하는 주파수 설정 모듈; 및
    상기 변조 주파수에 따라 상기 주파수 변조 유니트의 입력 신호의 주파수를 변조하여 출력하는 주파수 변조 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터의 구동 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 주파수 설정 모듈은,
    미리 설정된 최대 주파수로부터 최소 주파수, 또는 최소 주파수로부터 최대 주파수로 점진적으로 주파수를 변경하면서 상기 변조 주파수를 설정하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터의 구동 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 듀티비 변조 유니트는,
    듀티비를 설정하는 듀티비 설정 모듈; 및
    상기 듀티비 설정 모듈에 의해 설정된 듀티비에 따라 상기 듀티비 변조 유니트의 입력 신호의 듀티비를 변조하여 출력하는 듀티비 변조 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터의 구동 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 듀티비 설정 모듈은,
    미리 설정된 최대 듀티비로부터 최소 듀티비, 또는 최소 듀티비로부터 최대 듀티비로 점진적으로 듀티비를 변경하면서 설정하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터의 구동 장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 진폭 변조 유니트는,
    일정 엔벨로프 파형을 생성하는 엔벨로프 생성 모듈; 및
    상기 엔벨로프 생성 모듈에 의해 생성된 엔벨로프 파형에 따라, 상기 진폭 변조 유니트의 입력 신호의 진폭을 변조하여 출력하는 진폭 변조 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터의 구동 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 진폭 변조 모듈은,
    상기 진폭 변조 유니티의 입력 신호와 상기 엔벨로프 파형을 믹싱하는 것에 의해 상기 진폭 변조 유니티의 입력 신호의 진폭을 변조하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터의 구동 장치.
  11. 입력 신호를 제 1 일정수는 출력하고 제 2 일정수는 차단(blocking)하는 것을 반복하는 제 1 모드, 또는 입력 신호를 제 1 구간 동안은 출력하고 제 2 구간 동안은 차단하는 것을 반복하는 제 2 모드를 수행하는 밀도 변조 단계;를 포함하는 피에조 액츄에이터의 구동 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 모드는,
    입력 신호를 제 1 일정수 및 제 2 일정수 만큼 카운트(count)하여, 입력 신호를 상기 제 1 일정수 만큼은 출력하고, 상기 제 2 일정수 만큼은 차단하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터의 구동 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 모드는,
    제 1 구간 동안은 하이(high) 신호를 출력하고, 제 2 구간 동안은 로(Low) 신호를 출력하는 필터 신호에 의해 입력 신호를 필터링하여 출력하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터의 구동 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 피에조 액츄에이터의 구동 방법은,
    입력 신호의 주파수를 변조하여 출력하는 주파수 변조 단계;
    입력 신호의 듀티비를 변조하여 출력하는 듀티비 변조 단계; 또는,
    입력 신호의 진폭을 일정 엔벨로프 파형에 의해 변조하여 출력하는 진폭 변조 단계; 중 어느 하나 이상의 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터의 구동 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 주파수 변조 단계는,
    미리 설정된 최대 주파수로부터 최소 주파수, 또는 최소 주파수로부터 최대 주파수로 점진적으로 변조 주파수를 변경하면서 설정하고, 설정된 변조 주파수에 따라 입력 신호의 주파수를 변조하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터의 구동 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 듀티비 변조 단계는,
    미리 설정된 최대 듀티비로부터 최소 듀티비, 또는 최소 듀티비로부터 최대 듀티비로 점진적으로 듀티비를 변경하면서 설정하고, 설정된 듀티비에 따라 입력 신호의 듀티비를 변조하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터의 구동 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 진폭 변조 단계는,
    일정 엔벨로프 파형을 생성하고, 생성된 엔벨로프 파형에 따라, 입력 신호의 진폭을 변조하는 것을 특징으로 하는 피에조 액츄에이터의 구동 방법.
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