KR101656112B1

KR101656112B1 - 반-공진 구동 시스템들 및 이의 방법

Info

Publication number: KR101656112B1
Application number: KR1020117006109A
Authority: KR
Inventors: 칭 쉬; 데이비드 에이 헨더슨
Original assignee: 뉴 스케일 테크놀로지스 인코포레이티드
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2009-08-18
Publication date: 2016-09-08
Also published as: EP2327114A1; EP2327114A4; JP5730765B2; CN102177597A; WO2010022046A1; KR20110083600A; CN102177597B; JP2012500503A; US20100038996A1; EP2327114B1; US7786648B2

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 구동 시스템은 구조체 및 진동 시스템을 포함한다. 구조체는 가동 소자에 마찰 결합하고 이를 적어도 두 방향들 중 한 방향으로 구동하기 위한 적어도 한 지점을 가진다. 구조체는 각각 상이한 공진 주파수를 갖는 적어도 두 휨 모드들을 가진다. 진동 시스템은 진동 주파수인 2 이상의 진동 신호들을 구조체의 휨 모드들 각각에 인가한다. 진동 주파수는 공진 주파수들 중 하나와 실질적으로 동일하다. 진동 주파수에서 구조체의 휨 모드들 중 하나는 실질적으로 공진에서 진동하고 구조체의 휨 모드들 중 다른 하나는 부분적 공진에서 진동한다. 진동 시스템은 가동 소자를 적어도 두 방향들 중 어느 방향으로 이동시킬지를 제어하기 위해 2 이상의 인가된 진동 신호들 간에 위상 시프트를 조절한다.

Description

반-공진 구동 시스템들 및 이의 방법{SEMI-RESONANT DRIVING SYSTEMS AND METHODS THEREOF}

이 출원은 전체를 참조로 여기 포함시키는 2008년 8월 18일에 출원된 미국특허 출원번호 12/228,943의 우선권 이익을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 구동 시스템들 및 이의 방법들에 관한 것으로, 특히, 반-공진 구동 시스템들 및 이의 방법들에 관한 것이다.

압전 기술을 사용한 트랜스듀서들은 나모미터 규모로 정밀 위치설정을 위해 사용된다. 전형적으로, 압전 장치들은 하전 및 방전되었을 때 형상이 변화되는 커패시터로 형성되는 세라믹을 포함한다. 이들 압전 장치들은 이 형상 변화 특성(즉, 진동들) 때문에 위치 액추에이터로서 사용될 수 있다. 압전 장치가 위치 액추에이터로서 사용될 때, 형상 변화는 인가된 전압에 근사적으로 비례한다.

초음파 구동기들은 이들 압전으로 발생된 진동들을 사용하여 빠른 속도, 큰 토크, 작은 크기 및 조용한 작동으로 연속적 운동을 야기한다. 대표적인 종래기술의 초음파 구동 시스템은 나사상 너트를 지지하는 실린더를 포함한다. 실린더는 원형 궤도에서 플러스 또는 마이너스 90 도의 위상 시프트를 갖고 초음파 범위 내 제 1 휨 모드 공진 주파수에서 실린더의 직교하는 휨 모드들을 동시에 여기시키기 위한 4개의 대칭으로 배치된 압전 트랜스듀서들을 포함한다. 나사상 너트는 나사상 샤프트 주위로 제 1 휨 모드 공진 주파수에서 궤도를 도는데, 이것은 나사상 샤프트를 선형으로 이동시키고 나사상 샤프트를 회전시키는 토크를 발생한다.

많은 초음파 구동기들은 전형적으로 lOOmm/s 내지 심지어 lOOOmm/s의 범위 내의 속도로 작동한다. 그러나, 이 속도는 이미지 센서 및 광학 카메라 시스템의 정밀 위치 제어를 수행하기엔 너무 빠르다. 이미지 센서 및 센서의 알고리즘은, 운동이 불안정하고 스텝 분해능이 불량하기 때문에 충분한 품질을 가진 이미지를 캡처할 수 없다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 시스템 제조 방법은 가동 소자에 마찰 결합하고 이를 적어도 두 방향들 중 한 방향으로 구동하기 위한 적어도 한 지점을 가진 구조체를 제공하는 단계를 포함한다. 구조체는 각각 상이한 공진 주파수를 갖는 적어도 두 휨 모드들을 가진다. 진동 주파수인 2 이상의 진동 신호들을 인가하는 진동 시스템은 구조체의 휨 모드들 각각에 결합된다. 진동 주파수는 공진 주파수들 중 하나와 실질적으로 동일하다. 진동 주파수에서 구조체의 휨 모드들 중 하나는 실질적으로 공진에서 진동하고 구조체의 휨 모드들 중 다른 하나는 부분적 공진에서 진동한다. 진동 시스템은 가동 소자를 적어도 두 방향들 중 어느 방향으로 이동시킬지를 제어하기 위해 2 이상의 인가된 진동 신호들 간에 위상 시프트를 조절한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 시스템은 적어도 하나의 광학 컴포넌트(component); 및 적어도 한 구동 시스템을 포함한다. 구동 시스템은 진동 시스템 및 상기 광학 컴포넌트를 하나 이상의 방향들로 이동하기 위해 마찰로 결합되는 구조체를 포함한다. 구조체는 각각 상이한 공진 주파수를 갖는 적어도 두 휨 모드들을 가진다. 진동 시스템은 진동 주파수인 2 이상의 진동 신호들을 구조체의 휨 모드들 각각에 인가한다. 진동 주파수는 공진 주파수들 중 하나와 실질적으로 동일하다. 진동 주파수에서 구조체의 휨 모드들 중 하나는 실질적으로 공진에서 진동하고 구조체의 휨 모드들 중 다른 하나는 부분적 공진에서 진동한다. 진동 시스템은 가동 소자를 적어도 두 방향들 중 어느 방향으로 이동시킬지를 제어하기 위해 2 이상의 인가된 진동 신호들 간에 위상 시프트를 조절한다.

본 발명은 더 효과적이고 효율적인 반-공진 구동 시스템을 포함한 다수의 잇점들을 제공한다. 반-공진 구동 시스템은 이를테면 단지 예로서 카메라에서의 자동-촛점 시스템 및 자동-줌 시스템에서와 같은 다양한 서로 다른 용례에서 다양한 서로 다른 로드들을 이동시키기 위해 사용될 수 있다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터 시스템의 부분 사시도 및 반-공진 구동 시스템을 위한 진동 시스템의 부분 개략도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 액추에이터 시스템의 단부를 나타낸 도면이다.
도 2a는 도 1b에서 2A-2A 선을 따라 취한 액추에이터 시스템의 단면 평면도이다.
도 2b는 도 1b에서 2B-2B 선을 따라 취한 액추에이터 시스템의 단면 평면도이다.
도 2c는 도 1b에서 2C-2C 선을 따라 취한 액추에이터 시스템의 단면 평면도이다.
도 2d는 도 1b에서 2D-2D 선을 따라 취한 액추에이터 시스템의 단면 평면도이다.
도 3은 도 1a에 도시된 액추에이터 시스템에, 진동 시스템에 의해 인가되는 신호들의 예를 도시한 것이다.
도 4a ~ 도 4c는 작동 중인, 도 1a에 도시된 반-공진 구동 시스템을 위한 액추에이터 시스템의 정면도이다.
도 5a ~ 도 5c는 작동 중인, 도 1a에 도시된 반-공진 구동 시스템을 위한 액추에이터 시스템의 평면도이다.
도 6은 도 1a에 도시된 액추에이터 시스템에 있어 타원 궤도를 도시한 도면이다.
도 7a는 도 1a에 도시된 반-공진 구동 시스템을 사용한 선형 운동 시스템의 측면도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 반-공진 구동 시스템을 사용한 선형 운동 시스템의 평면도이다.
도 8a는 도 1a에 도시된 반-공진 구동 시스템을 사용한 또 다른 선형 운동 시스템의 측면도이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 반-공진 구동 시스템을 사용한 선형 운동 시스템의 평면도이다.
도 9a는 도 1a에 도시된 반-공진 구동 시스템을 사용한 원형 운동 시스템의 측면도이다.
도 9b는 도 9a에 도시된 반-공진 구동 시스템을 사용한 원형 운동 시스템의 평면도이다.
도 10a는 도 1a에 도시된 반-공진 구동 시스템을 사용한 또 다른 원형 운동 시스템의 측면도이다.
도 10b는 도 10a에 도시된 반-공진 구동 시스템을 사용한 원형 운동 시스템의 평면도이다.
도 11a ~ 도 11b는 본 발명의 실시예들에 따른 반-공진의 예를 도시한 그래프들이다.
도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터 시스템의 부분 사시도 및 또 다른 반-공진 구동 시스템을 위한 진동 시스템의 부분 개략도이다.
도 12b는 도 12a에 도시된 액추에이터 시스템의 우측 단부를 나타낸 도면이다.
도 13a는 도 12b에서 9A-9A 선을 따라 취한 액추에이터 시스템의 단면 평면도이다.
도 13b는 도 12b에서 9B-9B 선을 따라 취한 액추에이터 시스템의 단면 평면도이다.
도 13c는 도 12b에서 9C-9C 선을 따라 취한 액추에이터 시스템의 단면 평면도이다.
도 13d는 도 12b에서 9D-9D 선을 따라 취한 액추에이터 시스템의 단면 평면도이다.
도 14는 도 12a에 도시된 액추에이터 시스템에, 진동 시스템에 의해 인가되는 신호들의 예를 도시한 것이다.
도 15a ~ 도 15c는 작동 중인, 도 12a에 도시된 반-공진 구동 시스템을 위한 액추에이터 시스템의 정면도이다.
도 16a ~ 도 16c는 작동 중인, 도 12a에 도시된 반-공진 구동 시스템을 위한 액추에이터 시스템의 평면도이다.
도 17a는 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터 시스템의 부분 사시도 및 또 다른 반-공진 구동 시스템을 위한 진동 시스템의 부분 개략도이다.
도 17b는 도 17a에 도시된 액추에이터 시스템의 우측의 단부를 나타낸 도면이다.
도 18a는 도 17b에서 18A-18A 선을 따라 취한 액추에이터 시스템의 단면 평면도이다.
도 18b는 도 17b에서 18B-18B 선을 따라 취한 액추에이터 시스템의 단면 평면도이다.
도 19는 도 12a에 도시된 액추에이터 시스템에, 진동 시스템에 의해 인가되는 신호들의 예를 도시한 것이다.
도 20a ~ 도 20b는 도 17a에 도시된 액추에이터 시스템에 있어 타원 경로들의 예들을 도시한 도면이다.
도 21a ~ 도 21b는 도 17a에 도시된 액추에이터 시스템에 있어 선형 경로들의 예들을 도시한 도면이다.
도 22a는 본 발명의 실시예에 따른 반-공진 구동 시스템을 구비한 광학 시스템의 사시도이다.
도 22b는 도 22a에 도시된 광학 시스템의 분해조립도이다.
도 23a는 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 반-공진 구동 시스템을 구비한 또 다른 광학 시스템의 사시도이다.
도 23b는 도 23a에 도시된 광학 시스템의 분해조립도이다.

본 발명의 실시예에 따른 반-공진 구동 시스템(100)이 도 1a에 도시되었다. 반-공진 구동 시스템(100)은, 시스템(100)이 다른 유형들 및 개수들의 시스템들, 장치, 및 다른 방식들로 연결되는 컴포넌트들을 포함할 수 있을지라도, 액추에이터 시스템(102) 및 진동 시스템(104)을 포함한다. 본 발명은 더 효과적이고 효율적인 반-공진 구동 시스템을 제공한다.

더 구체적으로 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 액추에이터 시스템(102)은, 액추에이터 시스템(102)이 다른 유형들의 궤적들을 발생하고 다른 방식들로 그리고 다른 위치들에 결합되고 다른 유형들의 로드들을 다른 방향들로 이동시킬 수 있을지라도, 적어도 대향하는 두 방향들 중 어느 한 방향으로, 단지 예로서 광학 렌즈와 같은 가동 로드에 마찰로 결합하고 이를 구동하기 위한 2차원 궤적을 발생한다. 액추에이터 시스템(102)은, 액추에이터 시스템(102)이 다른 형상들 및 대칭들을 가진 다른 유형들의 구조체들을 포함할 수 있을지라도, 비대칭의 긴 구조체(103)를 포함한다. 긴 구조체(103)는 제 1 공진 주파수 "fres1"를 갖는 휨 모드에서 깊이(D)와, 제 2 공진 주파수 "fres2"를 갖는 휨 모드에서 높이(H)를 갖는다. 구조체가 다른 치수들을 가질 수 있을지라도, 높이(H)는 일반적으로 깊이(D)보다 크므로 제 2 공진 주파수 "fres2"는 제 1 공진 주파수 "fresl"보다 높다. 단지 예로서 공진 주파수에 영향을 미치는 그 외 다른 인자들은 내부 전극들의 물질 강도, 질량, 및 위치와 방위를 포함한다.

도 2a ~ 도 2d를 참조하면, 긴 구조체(103)가 단일 층과 같은 다른 유형들 및 개수들의 층들, 다른 유형들 및 개수들의 영역들을 포함하고, 다른 제조 공정들이 사용될 수 있을지라도, 긴 구조체(103)는 함께, 동시 소성되는 복수의 병렬 압전층들을 포함한다. 긴 구조체(103)를 위한 각각의 압전층들은, 5 마이크로미터 내지 40 마이크로미터의 두께와 같은 다른 두께가 각각의 층에 대해 사용될 수 있을지라도, 약 14 마이크로미터의 두께를 갖는다. 긴 구조체(103)를 위한 복수의 압전층들을 사용함으로써, 단일 압전층이 긴 구조체(103)용으로 사용될 때 가능한 것보다 낮은 인가 전압이 사용될 수 있다.

다시 도 1a을 참조하면, 구조체가 다른 개수들 및 유형들의 영역들 및 커넥터들을 가진 다른 개수들 및 유형들의 구조체들을 포함할 수 있을지라도, 긴 구조체(103)는 4개의 압전 영역들(106, 108, 110, 112), 및 전극들(114(1), 114(2)), 전극들(116(1), 116(2)), 전극들(118(1), 118(2)), 및 전극들(120(1), 120(2))을 포함한다. 단지 예로서, 대안적 실시예들에서, 2개의 압전 영역들(106, 112) 중 하나와 압전 영역들(108, 110) 중 하나는 활성 영역 및 비활성 영역의 다른 조합들이 사용될 수도 있을지라도, 비활성이어서 구동 진폭을 감소시킬 것이지만, 그러나 그렇지 않았다면 액추에이터 시스템의 작동을 변경하지 않을 것이다.

각각의 압전 영역은 제조 시 폴링(poling)에 의해 형성되는 극성을 가져, 양 전극 및 음 전극이 생기게 한다. 압전 영역들이 다른 방법들로 형성될 수 있을지라도, 압전 영역들(106, 108, 110, 112)은 영역(106)에 대해서 "L" 형상의 전극(114(1))이 음(A-)이 되고 "L" 형상의 전극(114(2))이 양(A+)이 되며, 영역(112)에 대해서는 "L" 형상의 전극(116(2))이 음(B-)이 되고 "L" 형상의 전극(116(1))이 양(B+)이 되며, 영역(108)에 대해서는 "L" 형상의 전극(118(1))이 음 (C-)이 되고 "L" 형상의 전극(118(2))이 양(C+)이 되고, 영역(110)에 대해선 "L" 형상의 전극(120(2))이 음(D-)이 되고 "L" 형상의 전극(120(1))이 양(D+)이 되도록 제조 동안 폴링된다. 긴 구조체(103)에서, 압전 영역들(108, 110)은 구조체가 다른 구성들로 다른 개수들의 압전 영역들을 가질 수도 있을지라도, 도시된 바와 같이 서로 인접하고 바깥쪽 압전 영역들(106, 112) 사이에 위치된다.

도 1a, 도 1b, 및 도 2a를 참조하면, 다른 위치들에서 다른 유형들 및 개수들의 연결들이 사용될 수 있을지라도, 전극(114(1))은 압전 영역(106)을 위한 압전층들 각각의 한 내부 전극에 결합되고 이에 연결되게 인터리브(interleave)되며, 전극(114(2))은 영역(106)을 위한 압전층들 각각의 대향측 내부 전극에 연결되게 인터리브되며, 여기에서 폴링 공정은 전극(114(1))을 음으로서 그리고 전극(114(2))을 양으로서 영역(106)의 극성을 형성한다. 도 1a, 도 1b, 및 도 2b을 참조하면, 다른 위치들에서 다른 유형들 및 개수들의 연결들이 사용될 수 있을지라도, 전극(116(1))은 압전 영역(112)을 위한 압전층들의 각각의 한 내부 전극에 결합되고 이에 연결되게 인터리브되며, 전극(116(2))은 영역(112)을 위한 압전층들 각각의 대향측 내부 전극에 연결되게 인터리브되며, 여기에서 폴링 공정은 전극(116(2))을 음으로서 그리고 전극(116(1))을 양으로서 영역(112)의 극성을 형성한다. 도 1a, 도 1b, 및 도 2c을 참조하면, 다른 위치들에서 다른 유형들 및 개수들의 연결들이 사용될 수 있을지라도, 전극(118(1))은 압전 영역(108)을 위한 압전층들의 각각의 한 내부 전극에 결합되고 이에 연결되게 인터리브되며, 전극(118(2))은 영역(108)을 위한 압전층들 각각의 대향측 내부 전극에 연결되게 인터리브되며, 여기에서 폴링 공정은 전극(118(1))을 음으로서 그리고 전극(118(2))을 양으로서 영역(108)의 극성을 형성한다. 도 1a, 도 1b, 및 도 2d을 참조하면, 다른 위치들에서 다른 유형들 및 개수들의 연결들이 사용될 수 있을지라도, 전극(120(1))은 압전 영역(110)을 위한 압전층들의 각각의 한 내부 전극에 결합되고 이에 연결되게 인터리브되며, 전극(120(2))은 영역(110)을 위한 압전층들 각각의 대향측 내부 전극에 연결되게 인터리브되며, 여기에서 폴링 공정은 전극(120(2))을 음으로서 그리고 전극(120(1))을 양으로서 영역(110)의 극성을 형성한다.

다시 도 1a를 참조하면, 단지 예로서 정현파 형상의 신호들과 같은 다른 유형들의 신호들을 제공하는 다른 개수의 출력들을 갖고, 단지 예로서 하프 브리지 회로 시스템과 같은 다른 유형들 및 개수의 구동 회로들 및 시스템들이 사용될 수 있을지라도, 진동 시스템(104)은 한 쌍의 풀 브리지 구동 회로들(122(1), 122(2))을 포함하며 각각은 전압원(Vdd)에 결합되고 단지 예로서 도 3 에 도시된 초음파, 구형파 진동 신호들을 제공하는 4개의 출력들(124(1) ~ 124(4))을 갖는다. 다른 유형들 및 개수의 연결들이 사용될 수도 있을지라도, 풀 브리지 구동 회로(122(1))로부터 출력(124(1))은 전극들(114(1), 116(1))에 결합되고, 풀 브리지 구동 회로(122(1))로부터 출력(124(2))은 전극들(114(2), 116(2))에 결합되며, 풀 브리지 구동 회로(122(2))로부터 출력(124(3))은 전극들(118(1), 120(1))에 결합되며, 풀 브리지 구동 회로(122(2))로부터 출력(124(4))은 전극들(118(2), 120(2))에 결합된다. 풀 브리지 구동 회로들(122(1), 122(2))을 사용하는 진동 시스템(104)의 잇점들 중 하나는, 다른 유형들의 시스템들이 사용될 수도 있을지라도, 압전 영역들(106, 108, 110, 112) 각각의 양 전극과 음 전극 간에 유효 전압차가 공급 전압(Vdd)에 두 배이며, 동일한 공급 전압 (Vdd)에서 하프 브리지 회로에 비해 기계적 출력을 효과적으로 2배가 되게 하는 것이며, 이것은 공간을 절약한다. 풀 브리지 회로들의 컴포넌트들 및 작동은 당업자들에 공지되어 있기 때문에, 이에 대해서는 여기에서 더 상세히 기술되지 않을 것이다.

반-공진 구동 시스템(100)의 작동을 도 1a ~ 도 11b를 참조하여 이제 기술할 것이다. 위에 기술된 바와 같이, 긴 구조체(103)는 2개의 휨 모드들로서 각각 다른 공진 주파수를 갖는 모드1 및 모드2를 갖는다. 이들 휨 모드들 중 어느 하나에서 진동 진폭은 인가된 신호들의 진동 주파수에 따른다. 진동 시스템(104)이 모드1의 주파수 "fres1"과 같은 휨 모드들 중 한 모드를 위한 공진 주파수의 진동 신호들을 두 휨 모드들의 구조체(103)에 인가할 때, 진동 진폭은, 공진 주파수에서 작동하는 휨 모드에 대해선 완전히 증폭되며, 부분적 공진으로 작동하는 다른 휨 모드에 대해선 단지 부분적으로만 증폭된다. 진동 시스템(104)이 모드2의 주파수와 같은 휨 모드들 중 다른 한 모드를 위한 공진 주파수 "fres2"의 신호들을 두 휨 모드들의 구조체(103)에 인가할 때, 진동 진폭은, 공진 주파수에서 작동하는 휨 모드에 대해서는 완전히 증폭되며, 부분적 공진으로 작동하는 다른 휨 모드에 대해선 단지 부분적으로만 증폭된다.

여기에서 반-공진이라고도 하는 부분적 공진을 이제 더 상세히 기술할 것이다. f에서 강제 여기되는 전형적인 기계적 시스템에서, 정규화한 진폭 A는 다음과 같다.

A는 진폭(DC 레벨 A_o에 대한)이다. z = f/f_o이며, f_o는 이 시스템의 공진 주파수이며, f는 구동 주파수이다. Q_M은 기계적 퀄리티 팩터이다(Q_M은 100 이상만큼 클 수 있다). 0(DC)에서 공진 주파수(f_o)를 훨씬 지난 주파수에 걸친 전형적인 진폭 공진 곡선에서, DC에서 진폭은 1로 정규화되며, 공진(f = f_o)에서 진폭은 Q_M만큼 증폭되며, f >> f_o에서 진폭은 0에 가깝게 강하된다. A는 공진 주파수에서 1(DC에서) 내지 Q_M의 범위일 수 있다. 이들 실시예들에서, 이를테면 A가 1 내지 Q_M일 때와 같은 다음 범위 밖의 다른 범위들이 사용될 수도 있을지라도, 부분적 공진 또는 반 공진은 A가 2 내지 Q_M/2의 범위일 때 일어난다.

도 1a 및 도 3을 참조하면, 다른 개수들 및 유형들의 신호들이 사용될 수도 있을지라도, 풀 브리지 구동 회로들(122(1), 122(2))의 출력들(124(1) ~ 124(4))로부터 4개의 진동 신호들이 도시되었다. 이 예에서, Vdd는 2.8 볼트이다. 이 예에서, 4개의 진동 신호들은 각각이 구조체(103)의 두 휨 모드들 중 하나의 공진 주파수와 실질적으로 동일한 진동 주파수를 갖는 출력들(124(1) ~ 124(4))을 제공한다. 또한, 출력들(124(1)) ~ 124(2))로부터 진동 신호들은, 위상 시프트에 대한 다른 범위들이 사용될 수 있을지라도, 두 방향들 중 한 방향으로 가동 부재를 이동시키기 위해 약 0 도 내지 90 도로 출력들(124(3)) ~ 124(4))로부터의 진동 신호들에 관하여 진동 시스템(104)에 의해 위상 시프트된다. 또한, 진동 시스템(104)은, 위상 시프트에 대한 다른 범위들이 사용될 수 있을지라도, 가동 부재를 대향 방향으로 이동시키기 위해 출력들(124(1)) ~ 124(2))과 출력들(124(3)) ~ 124(4)) 간에 위상 시프트를 약 -180 도 내지 -90 도로 조절한다.

도 3 및 도 4a ~ 도 4c를 참조하면, 서로 다른 단계들에서 출력들(124(1)) ~ 124(2))로부터 진동 신호들을 대향 극성 압전 영역들(106, 112)에 인가함에 기인한 휨 모드들 중 한 모드에서 구조체(103)의 운동이 도시되었다. 도 4(a)는 구조체(103)가 정지하여 있을 때(모든 전극들에의 전압들은 제로(0)임)이다. 도 3에서 단계(142)에서 도시된 바와 같이, 출력(124(1))과 출력(124(2)) 간에 전압차가 양일 때, 영역(106)은 길이가 증가하고 영역(112)은 길이가 감소하여, 이는 구조체(103)가 도 4(b)에 도시된 바와 같이 휘어지게 한다. 도 3에서 단계(140) 또는 단계(144)에 도시된 바와 같이, 출력(124(1))과 출력(124(2)) 간의 전압차가 음일 때, 영역(106)은 길이가 감소하고 영역(112)은 길이가 증가하여, 이는 구조체(103)가 도 4(c)에 도시된 바와 같이 휘어지게 한다. 출력(124(1))으로부터 진동 신호는 전극들 114(1)(A-) 및 116(1)(B+)에 인가되고 출력(124(2))으로부터 진동 신호는 전극들 114(2)(A+) 및 116(2)(B-)에 인가된다.

도 3 및 도 5a ~ 도 5c를 참조하면, 서로 다른 단계들에서 출력들(124(3)) ~ 124(4))로부터 진동 신호들을 대향 극성 압전 영역들(108, 110)에 인가함에 기인한 휨 모드들 중 다른 한 모드에서 구조체(103)의 운동이 도시되었다. 도 5(a)는 구조체(103)가 정지하여 있을 때(모든 전극들에의 전압들은 제로(0)임)이다. 도 3에서 단계(146) 또는 단계(150)에서 도시된 바와 같이, 출력(124(3))과 출력(124(4)) 간에 전압차가 양일 때, 영역(108)은 길이가 감소하고 영역(110)은 길이가 증가하여, 이는 구조체(103)가 도 5(b)에 도시된 바와 같이 휘어지게 한다. 도 3에서 단계(148)에 도시된 바와 같이, 출력(124(3))과 출력(124(4)) 간의 전압차가 음일 때, 영역(108)은 길이가 증가하고 영역(110)은 길이가 감소하여, 이는 구조체(103)가 도 5(c)에 도시된 바와 같이 휘어지게 한다. 출력(124(3))으로부터 진동 신호는 전극들 118(1)(C-) 및 120(1)(D+)에 인가되고 출력(124(4))으로부터 진동 신호는 전극들 118(2)(C+) 및 120(2)(D-)에 인가된다.

따라서, 액추에이터 시스템(102)이 다른 선형 궤적 또는 다른 형상의 궤적들로 지향될 수 있을지라도, 도 3에 도시된 바와 같이 풀 브리지 구동 회로들(122(1), 122(2))의 출력들(124(1) ~ 124(4))로부터 진동 신호들을 위에 기술된 바와 같이 액추에이터 시스템(102)에 인가함으로써 액추에이터 시스템(102)에 있어 2차원 궤적은 타원 궤도 형태가 된다. 앞에서 언급된 바와 같이, 진동 시스템(104)은 액추에이터 시스템(102)이 위상 시프트의 값에 기초하여 이 타원 궤도 경로로 회전하는 방향을 제어한다. 구조체(103)의 이 휨 모드에서 반-공진에 기인한 이 타원 궤도의 더 얕은 부분은 액추에이터 시스템(102)이 훨씬 더 작고 더 정밀한 스텝들로 가동 소자를 구동시킬 수 있게 한다.

액추에이터 시스템(102)에 있어서의 이 타원 궤도 경로가 도 6에 도시되었고 두 노드 지점들(128(1), 128(2))과, 중간의 비-노드 지점(130) 및 끝의 비-노드 지점들(132(1), 132(2))인 3개의 비-노드 지점들을 갖는다. 이 예에서, 구조체(103)에 대한 중간의 비-노드 지점(130)은 가동 소자에 마찰 결합하고, 끝의 비-노드 지점들(132(1), 132(2))과 같이 다른 지점들이 사용될 수도 있을지라도, 적어도 두 방향들 중 한 방향으로 가동 소자를 구동하기 위해 사용된다. 단지 예로서, 반-공진 구동 시스템(100)을 사용한 선형 및 원형 운동 시스템의 실시예들을 도 7a ~ 도 10b를 참조하여 기술할 것이다.

더 구체적으로 도 7a ~ 도 7b를 참조하면, 선형 운동 시스템이 단지 예로서 구동 시스템들(200, 300)과 같은 다른 유형들의 구동 시스템들을 사용할 수도 있을지라도, 반-공진 구동 시스템(100)을 사용한 선형 운동 시스템(152)이 도시되었다. 선형 운동 시스템(152)은 선형 운동 출력을 발생하기 위해서, 도 6을 참조하여 기술된 바와 같이 중간의 비-노드 지점에서, 구조체(103)의 중간 접촉 패드(154)를 사용한다. 아교와 같은 다른 유형들의 접착제들, 또는 그 외 고착 시스템들이 사용될 수 있을지라도, 구조체(103)는 도 6을 참조하여 기술된 바와 같은 노드 지점들에서, 아교로, 구조체(103)의 두 접촉 지점들(158(1), 158(2))에서 브라켓(156)에 의해 고정된다. 다른 유형들의 바이어스 시스템(biasing system)이 사용될 수 있을지라도, 프리로드 힘(160)이 스프링형 메커니즘(162)을 통해 브라켓(156)에 인가된다. 접촉 패드(154)는 구조체(103)의 중간 지점에 있고 선형 베어링(168) 상에서 방향(166)으로 자유롭게 이동하는 슬라이더(164(1))에 프리로드된다. 구조체(103)가 공진 모드 또는 반-공진 모드에서 작동할 때, 구조체(103)는 원형 또는 긴 타원 형상과 같은 2차원 궤적을 갖는데, 이것은 방향(166)을 따라 슬라이더(164(1))를 미는 순 마찰력을 야기한다.

슬라이더(164(1))가 방향(166)으로만 자유롭게 이동하게 선형 베어링(168)에 의해 제약될지라도, 다른 구성들이 사용될 수 있다. 단지 예로서, 선형 베어링(168)은 여전히 슬라이더(164(1))의 다른 자유도들을 제한하면서, 슬라이더(164(1))를 방향(166)으로 그리고 최소 비-제로의 힘으로 방향(166)으로 자유롭게 이동하게 두는 굴곡 가이드 시스템으로 대체될 수도 있을 것이다.

도 8a ~ 도 8b를 참조하면, 단지 예로서 선형 운동 시스템이 구동 시스템들(200, 300)과 같은 다른 유형들의 구동 시스템들이 사용될 수도 있을지라도, 반-공진 구동 시스템(100)을 사용한 또 다른 선형 운동 시스템(170)이 도시되었다. 선형 운동 시스템(152)의 요소와 유사한 선형 운동 시스템(170)의 요소에 동일한 참조부호를 사용할 것이며 여기에서 다시 기술하지 않을 것이다. 선형 운동 시스템(170)은 여기에 기술되고 도시된 것을 제외하고, 선형 운동 시스템(152)과 구조 및 작동은 동일하다. 선형 운동 시스템(170)은 선형 운동 출력을 발생하기 위해, 도 6을 참조로 기술된 바와 같이 끝의 비-노드 지점에서, 구조체(103)의 단부 접촉 패드들(172(1), 172(2))을 사용한다. 접촉 패드들(172(1), 172(2))은 구조체(103) 끝의 지점들에 있으며, 선형 베어링(168) 상에서 방향(166)으로 자유롭게 이동하는 또 다른 슬라이더(164(2))에 프리로드된다. 구조체(103)가 공진 모드 또는 반-공진 모드에서 작동할 때, 구조체(103)는 원형 또는 긴 타원 형상과 같은 2차원 궤적을 갖는데, 이것은 방향(166)을 따라 슬라이더(164(2))를 미는 순 마찰력을 야기한다. 두 접촉 패드들(172(1), 172(2))은 구조체(103)의 대칭 때문에 항시 동일 위상(in-phase)으로 작용할 것이다.

슬라이더(164(2))가 방향(166)으로만 자유롭게 이동하게 선형 베어링(168)에 의해 제약될지라도, 다른 구성들이 사용될 수 있다. 단지 예로서 선형 베어링(168)은 여전히 슬라이더(164(2))의 다른 자유도들을 제한하면서, 슬라이더(164(2))를 방향(166)으로 그리고 최소 비-제로 힘으로 방향(166)으로 자유롭게 이동하게 두는 굴곡 가이드 시스템으로 대체될 수도 있을 것이다.

도 9a ~ 도 9b를 참조하면, 원형 운동 시스템이 다른 유형들의 구동 시스템들을 사용할 수도 있을지라도, 반-공진 구동 시스템(100)을 사용한 원형 운동 시스템(172)이 도시되었다. 선형 운동 시스템(152)의 요소와 유사한 선형 운동 시스템(172)의 요소에 동일한 참조부호를 사용할 것이며 여기에서 다시 기술하지 않을 것이다. 접촉 패드(154)는 구조체(103)의 중간 지점에 있으며, 서로 대향한 양단부에서, 회전 베어링(178(1), 178(2)) 상에 회전하게 안착된 샤프트(177) 상에 회전 휠(176(1))에 프리로드된다. 구조체(103)가 공진 모드 또는 반-공진 모드에서 작동할 때, 구조체(103)는 원형 또는 긴 타원 형상과 같은 2차원 궤적을 갖는데, 이것은 방향(182)을 따라 휠(176(1))을 밀어 샤프트(177)에 관하여 회전시키는 순 마찰힘을 야기한다.

도 10a ~ 도 1Ob를 참조하면, 원형 운동 시스템이 다른 유형들의 구동 시스템들을 사용할 수도 있을지라도, 반-공진 구동 시스템(100)을 사용한 원형 운동 시스템(184)이 도시되었다. 원형 운동 시스템(172)의 요소와 유사한 원형 운동 시스템(184)의 요소에 동일한 참조부호를 사용할 것이며 여기에서 다시 기술하지 않을 것이다. 접촉 패드들(172(1), 172(2))는 구조체(103) 끝 지점들에 있으며, 서로 대향한 단부들에서, 회전 베어링(178(1), 178(2)) 상에 회전하게 안착된 샤프트(177) 상에 있는 회전 휠(176(2))에 프리로드된다. 구조체(103)가 공진 모드 또는 반-공진 모드에서 작동할 때, 구조체(103)는 원형 또는 긴 타원 형상과 같은 2차원 궤적을 갖는데, 이것은 방향(182)을 따라 휠(176(2))을 밀어 샤프트(177)에 관하여 회전시키는 순 마찰힘을 야기한다.

도 11a ~ 도 11b를 참조하면, 이들 그래프들은 (공진 주파수에 의해 정규화된) 구동 주파수의 함수로서 모드 2에 대한 공진 변위 진폭 및 변위 위상 곡선들을 도시한 것이다. 이 예에서, 모드 2에 대한 공진 주파수(196)는 117 KHz이며 기계적 퀄리티 팩터 Qm2은 50이다. 또한, 이 예에서 액추에이터 시스템(102)은 105 KHz(모드 1 공진 주파수)에서, 즉 지점(197)에서 구동되며, 여기에서 상대 주파수는 105/117 ~ 0.9이다. 또한, 지점(197)에서 진폭(192)은 DC 레벨에서 혹은 매우 낮은 주파수에서의, 즉 지점(194)에서의 진폭의 약 5배이다. 모드 2에 대한 진폭(192)(의도된 운동을 실제로 구동하는 진동)은 다소 증폭된다. 반대로, 모드 1에 대한 진폭은 이것이 해당 공진 주파수에서 작동되기 때문에 완전히 증폭된다.

반-공진 구동 시스템(100)에 있어서, 비교적 큰 기계적 퀄리티 팩터 Qm2에 기인하여, 모드 2에 대해서 변위와 전압 신호 간에 위상 시프트(193)은 0°에 가깝다(DC 레벨(195)에서의 위상에 가까움). 또한, 모드 1에 있어서 이것은 해당 공진 주파수에서 작동하고 있기 때문에 변위와 전압 신호 간에는 -90°의 기계적 위상 시프트(191)가 있다. 이에 따라, 모드 1 및 모드 2를 위한 전기적 구동 신호들에 있어 위상차는 도 6에 도시된 바와 같이 순방향 운동 또는 역방향 운동을 위해 최적화된 타원 궤도를 달성하기 위해 약 0 또는 180 도이다. 도시되고 여기 기술된 바와 같이 반-공진 구동 시스템(100)의 작동에서, 모드 1과 모드 2 간에 전압 위상차 각은 전형적으로, 두 위상들에 대한 퀄리티 인자들 및 공진 주파수들이 최적화된 위상차에 영향을 미치기 때문에 최적 성능을 위해 0 또는 180 도로부터 약간 오프셋되게 조절된다.

반-공진 구동 시스템(100)을 사용하는 것에는 몇 가지 이점들이 있다. 예를 들어, 반-공진 구동 시스템(100)은 종래 기술의 초음파 모터 시스템들의 일관성없는 운동을 극복한다. 본 발명에서 모드 1 운동이 Qm1만큼 완전히 증폭될 때, 액추에이터 시스템(102)은 구동 방향으로 운동에 영향을 미칠 수 있는 접촉면 비-균일성, 시스템 컴플라이언스, 및 그 외 교란들을 극복하기 위해, 충분한 정규 힘 차등 및 충분한 미는 힘을 발생시킨다. 모드 2 운동은 Qm2(예를 들면, 50 내지 100)보다 작은 진폭(예를 들면, 몇 배만큼 작은 진폭)을 갖는다. 이 예에서, 위상 2 운동은 작동 방향을 따른 것으로, 20 nm의 DC 운동에 비해 약 5배인 100 nm 스텝을 야기한다. 105 KHz 작동에 있어서, 이론적 속도는 약 10 mm/s이며, 실제 속도는 마찰 손실들에 기인하여 몇 mm/s이다. 더 낮은 속도 및 고 정밀 요건들을 갖는 자동-줌 및 자동-촛점 용례를 위해 반-공진 구동 시스템(100)이 사용될 수 있다.

또한, 반-공진 구동 시스템(100)은 예를 들어 제조 공차 및 환경 변화에 기인한 모드 2에서 공진 주파수 드리프트(resonant frequency drift)에 덜 영향을 받는다. 종래 기술의 시스템들에 있어서, 모드 1 및 모드 2을 위한 공진 주파수들의 일치는 모터 성능에 중대하다. 두 모드들이 큰 Qms을 가질 때, 이들의 공진 주파수들에서 약간의 불일치는 모터의 미는 힘 및 속도의 현저한 손실을 야기할 수 있다. 반대로, 반-공진 구동 시스템(100)은 모드 1의 공진 주파수 및 모드 2에 대한 반-공진에서 작동되며 모드 2를 위한 진동 진폭 및 위상은 극적으로 변경되지 않는다. 결과적인 모터 성능(즉, 속도 및 미는 힘)은 더 안정되며 제조 공차 및 환경변화에 민감하지 않다. 결국, 반-공진 구동 시스템(100)은 모드 2로부터 공진 주파수 시프트에 덜 영향을 받는다.

도 12a ~ 도 16c를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 반-공진 구동 시스템(200)이 도시되었다. 반-공진 구동 시스템(200)은 여기 기술되고 도시된 것을 제외하고 반-공진 구동 시스템(100)과 구조 및 작동이 동일하다. 반-공진 구동 시스템(100)의 요소와 유사한 반-공진 구동 시스템(200)의 요소는 동일 참조부호로 나타내어지고 여기에서 다시 기술되지 않을 것이다.

보다 구체적으로 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 액추에이터 시스템(202)은, 액추에이터 시스템(202)이 다른 유형들의 궤적들을 발생하고, 다른 방식들로 그리고 다른 위치들에 결합되고, 다른 유형들의 로드들을 다른 방향들로 이동시킬 수 있을지라도, 적어도 대향하는 두 방향들 중 어느 한 방향으로, 단지 예로서 광학 렌즈와 같은 가동 로드에 마찰로 결합하고 이를 구동하기 위한 2차원 궤적을 발생한다. 액추에이터 시스템(202)은, 액추에이터 시스템(202)이 다른 형상들 및 대칭들을 가진 다른 유형들의 구조체들을 포함할 수 있을지라도, 비대칭의 긴 구조체(203)를 포함한다. 긴 구조체(203)는 제 1 공진 주파수 "fres1"를 갖는 휨 모드에서 깊이(D)와, 제 2 공진 주파수 "fres2"를 갖는 휨 모드에서 높이(H)를 갖는다. 높이(H)는 일반적으로 깊이(D)보다 크므로 제 2 공진 주파수 "fres2"는 제 1 공진 주파수 "fresl"보다 높다. 공진 주파수에 영향을 미치는 그 외 다른 인자들은 내부 전극들의 물질 강성, 질량, 및 위치와 방위를 포함한다.

도 13a ~ 도 13d를 참조하면, 긴 구조체(203)가 단일 층과 같은 다른 유형들 및 개수들의 층들, 다른 유형들 및 개수들의 영역들, 및 다른 제조 공정들이 사용될 수 있을지라도, 긴 구조체(203)는 함께, 동시 소성되는 복수의 병렬 압전층들을 포함한다. 긴 구조체(203)를 위한 압전층들 각각은, 5 마이크로미터 내지 40 마이크로미터의 두께와 같은 다른 두께들이 층들 각각에 대해 사용될 수 있을지라도, 약 14 마이크로미터의 두께를 갖는다. 긴 구조체(203)를 위한 복수의 압전층들을 사용함으로써, 단일 압전층이 긴 구조체(103)용으로 사용될 때 가능한 것보다 낮은 인가 전압이 사용될 수 있다.

다시 도 12a을 참조하면, 구조체가 다른 개수들 및 유형들의 영역들 및 커넥터들을 가진 다른 개수들 및 유형들의 구조체들을 포함할 수 있을지라도, 긴 구조체(203)는 4개의 압전 영역들(206, 208, 210, 212), 및 전극들(214(1), 214(2)), 전극들(216(1), 216(2)), 전극들(218(1), 218(2)), 및 전극들(220(1), 220(2))을 포함한다. 단지 예로서, 대안적 실시예들에서, 2개의 압전 영역들(206, 212) 중 하나와 압전 영역들(208, 210) 중 하나는 활성 영역 및 비활성 영역의 다른 조합들이 사용될 수도 있을지라도, 비활성이어서 구동 진폭을 감소시킬 것이지만, 그러나 그렇지 않다면 액추에이터 시스템의 작동을 변경시키지 않을 것이다.

압전 영역들이 다른 방식들로 형성될 수 있을지라도, 압전 영역들(206, 208, 210, 212)은 제조 시 특정의 양 전극 및 음 전극을 갖게 폴링된다. 더 구체적으로, 압전 영역들(206, 208, 210, 212)은 "L" 형상의 전극들이 제조 시에 다음의 극성을 갖도록 폴링된다. 압전 영역(206)에 대해서 전극(214(1))은 음(A-)이 되고 전극(214(2))은 양(A+)이 되며, 압전 영역(212)에 대해서 전극(216(2))은 양(B+)이 되고 전극(216(1))은 양(B-)이 되며, 압전 영역(208)에 대해서 전극(218(1))은 음(C-)이 되고 전극(218(2))은 양(C+)이 되고, 압전 영역(210)에 대해서 전극(220(1))은 양(D+)이 되고 전극(220(2))은 음(D-)이 된다. 긴 구조체(203)에서, 압전 영역들(206, 212)은 구조체가 다른 구성들로 다른 개수들의 압전 영역들을 가질 수도 있을지라도, 도시된 바와 같이 서로 인접하고 바깥쪽 압전 영역들(208, 210) 사이에 위치된다.

도 12a, 도 12b, 및 도 13a를 참조하면, 다른 위치들에서 다른 유형들 및 개수들의 연결들이 사용될 수 있을지라도, 전극(214(1))은 압전 영역(206)을 위한 압전층들 각각의 한 내부 전극에 결합되고 이에 연결되게 인터리브되며, 전극(214(2))은 영역(206)을 위한 압전층들 각각의 대향측 내부 전극에 연결되게 인터리브된다. 도 12a, 도 12b, 및 도 13b를 참조하면, 다른 위치들에서 다른 유형들 및 개수들의 연결들이 사용될 수 있을지라도, 전극(216(1))은 압전 영역(212)을 위한 압전층들의 각각의 한 내부 전극에 결합되고 이에 연결되게 인터리브되며, 전극(216(2))은 영역(212)을 위한 압전층들 각각의 대향측 내부 전극에 연결되게 인터리브된다. 도 12a, 도 12b, 및 도 13c을 참조하면, 다른 위치들에서 다른 유형들 및 개수들의 연결들이 사용될 수 있을지라도, 전극(218(1))은 압전 영역(208)을 위한 압전층들의 각각의 한 내부 전극에 결합되고 이에 연결되게 인터리브되며, 전극(218(2))은 영역(208)을 위한 압전층들 각각의 대향측 내부 전극에 연결되게 인터리브된다. 도 12a, 도 12b, 및 도 13d을 참조하면, 다른 위치들에서 다른 유형들 및 개수들의 연결들이 사용될 수 있을지라도, 전극(220(1))은 압전 영역(210)을 위한 압전층들의 각각의 한 내부 전극에 결합되고 이에 연결되게 인터리브되며, 전극(220(2))은 영역(220)을 위한 압전층들 각각의 대향측 내부 전극에 연결되게 인터리브된다.

다시 도 12a를 참조하면, 단지 예로서 정현파 형상의 신호들과 같은 다른 유형들의 신호들을 제공하는 다른 개수의 출력들을 갖고, 단지 예로서 하프 브리지 회로 시스템과 같은 다른 유형들 및 개수의 구동 회로들 및 시스템들이 사용될 수 있을지라도, 진동 시스템(204)은 한 쌍의 풀 브리지 구동 회로들(222(1), 222(2))을 포함하며 각각은 전압원(Vdd)에 결합되고 단지 예로서 도 14에 도시된 초음파 구형파 진동 신호들을 제공하는 4개의 출력들(224(1) ~ 224(4))을 갖는다. 다른 유형들 및 개수의 연결들이 사용될 수도 있을지라도, 풀 브리지 구동 회로(222(1))로부터 출력(224(1))은 전극들(214(1), 216(1))에 결합되고, 풀 브리지 구동 회로(222(1))로부터 출력(224(2))은 전극들(214(2), 216(2))에 결합되며, 풀 브리지 구동 회로(222(2))로부터 출력(224(3))은 전극들(218(1), 220(1))에 결합되며, 풀 브리지 구동 회로(222(2))로부터 출력(224(4))은 전극들(218(2), 220(2))에 결합된다. 풀 브리지 구동 회로들(222(1), 222(2))을 사용하는 진동 시스템(204)의 잇점들 중 하나는, 다른 유형들의 시스템들이 사용될 수도 있을지라도, 압전 영역들(206, 208, 210, 212) 각각의 반대 전극과 음 전극 간에 유효한 전압차가 공급 전압(Vdd)에 두 배이며, 동일한 공급 전압(Vdd)에서 하프 브리지 회로에 비해 기계적 출력을 효과적으로 2배가 되게 하는 것이며, 이것은 공간을 절약한다. 풀 브리지 회로들의 컴포넌트들 및 작동은 당업자들에 공지되어 있기 때문에, 이들은 여기에서는 더 상세히 기술되지 않을 것이다.

반-공진 구동 시스템(200)의 작동을 도 6 ~ 도 16c를 참조하여 이제 기술할 것이다. 긴 구조체(203)는 2개의 휨 모드들로서 각각 다른 공진 주파수를 갖는 모드1 및 모드2를 갖는다. 이들 휨 모드들 중 어느 하나에서 진동 진폭은 인가된 신호들의 진동 주파수에 따른다. 진동 시스템(204)이 모드1의 주파수 "fres1"과 같은 휨 모드들 중 한 모드를 위한 공진 주파수의 진동 신호들을 두 휨 모드들의 구조체(203)에 인가할 때, 진동 진폭은 공진 주파수에서 작동하는 휨 모드에 대해선 완전히 증폭되며, 부분적 공진에서 작동하는 다른 휨 모드에 대해선 단지 부분적으로만 증폭된다. 진동 시스템(204)이 모드2의 주파수와 같은 휨 모드들 중 다른 한 모드를 위한 공진 주파수 "fres2"의 신호들을 두 휨 모드들의 구조체(203)에 인가할 때, 진동 진폭은 공진 주파수에서 작동하는 휨 모드에 대해서는 완전히 증폭되며, 부분적 공진에서 작동하는 다른 휨 모드에 대해선 단지 부분적으로만 증폭된다.

단지 예로서, 풀 브리지 구동 회로들(222(1), 222(2))의 출력들(224(1) ~ 224(4))로부터 4개의 진동 신호들이 도 14에 도시되었다. 이 예에서, Vdd는 2.8 볼트이다. 이 예에서, 4개의 진동 신호들은 각각이 구조체(203)의 2개의 휨 모드들 중 한 모드의 공진 주파수와 실질적으로 동일한 진동 주파수를 갖는 출력들 (224(1) ~ 224(4))을 제공한다. 또한, 출력들(224(1) ~ 224(2))로부터 진동 신호들은, 위상 시프트에 대해 다른 범위들이 사용될 수 있을지라도, 두 방향들 중 한 방향으로 가동 부재를 이동시키기 위해 약 0 도 내지 90 도로 출력들(224(3) ~ 224(4))로부터 진동 신호들에 관하여 진동 시스템(204)에 의해 위상 시프트된다. 또한, 진동 시스템(204)은, 위상 시프트에 대해 다른 범위들이 사용될 수 있을지라도, 가동 부재를 대향 방향으로 이동시키기 위해 출력들(224(1) ~ 224(2))과 출력들(224(3) ~ 224(4)) 간에 위상 시프트를 약 -180 도 내지 -90 도로 조절한다.

도 14 및 도 15a ~ 도 15c를 참조하면, 서로 다른 단계들에서 출력들(224(1) ~ 224(2))로부터 진동 신호들을 대향 극성 압전 영역들(206, 212)에 인가함에 기인한 휨 모드들 중 한 모드에서 구조체(203)의 운동이 도시되었다. 도 15(a)는 구조체(203)가 정지하여 있을 때(모든 전극들에의 전압들은 제로(0)임)이다. 도 14에서 단계(242)에서 도시된 바와 같이, 출력들(224(1), 224(2)) 간에 전압차가 양일 때, 영역(206)은 길이가 증가하고 영역(212)은 길이가 감소하여, 이는 구조체(203)가 도 15(b)에 도시된 바와 같이 휘어지게 한다. 도 14에서 단계(240) 또는 단계(244)에 도시된 바와 같이, 출력들(224(1), 224(2)) 간의 전압차가 음일 때, 영역(206)은 길이가 감소하고 영역(212)은 길이가 증가하여, 이는 구조체(203)가 도 15(c)에 도시된 바와 같이 휘어지게 한다. 출력(224(1))로부터 진동 신호는 전극들 214(1)(A-) 및 216(1)(B+)에 인가되고 출력(224(2))로부터 진동 신호는 전극들 214(2)(A+) 및 216(2)(B-)에 인가된다.

도 14 및 도 16a ~ 도 16c를 참조하면, 서로 다른 단계들에서 출력들(224(3) ~ 224(4))로부터 진동 신호들을 대향 극성 압전 영역들(208, 210)에 인가함에 기인한 휨 모드들 중 다른 한 모드에서 구조체(203)의 운동이 도시되었다. 도 16(a)는 구조체(203)가 정지하여에 있을 때(모든 전극들에의 전압들은 제로(0)임)이다. 도 14에서 단계(246) 또는 단계(250)에서 도시된 바와 같이, 출력들(224(3), 224(4)) 간에 전압차가 양일 때, 영역(208)은 길이가 증가하고 영역(210)은 길이가 감소하여, 이는 구조체(203)가 도 16(c)에 도시된 바와 같이 휘어지게 한다. 도 14에서 단계(248)에 도시된 바와 같이, 출력들(224(3), 224(4)) 간의 전압차가 음일 때, 영역(208)은 길이가 감소하고 영역(210)은 길이가 증가하여, 이는 구조체(203)가 도 16(b)에 도시된 바와 같이 휘어지게 한다. 출력(224(3))으로부터 진동 신호는 전극들 218(1)(C-) 및 220(1)(D+)에 인가되고 출력(224(4))으로부터 진동 신호는 전극들 218(2)(C+) 및 220(2)(D-)에 인가된다.

따라서, 액추에이터 시스템(202)이 다른 선형 궤적 또는 다른 형상의 궤적으로 지향될 수 있을지라도, 도 14에 도시된 바와 같이 풀 브리지 구동 회로들(222(1), 222(2))의 출력들(224(1) ~ 224(4))로부터 진동 신호들을 위에 기술된 바와 같이 액추에이터 시스템(102)에 인가함으로써 액추에이터 시스템(202)에 있어 2차원 궤적은 타원 궤도 형태가 된다. 앞에서 언급된 바와 같이, 진동 시스템(204)은 액추에이터 시스템(202)이 위상 시프트의 값에 기초하여 이 타원 궤도 경로로 회전하는 방향을 제어한다. 구조체(203)의 이 휨 모드에서 반-공진에 기인한 이 타원 궤도의 더 얕은 부분은 액추에이터 시스템(202)이 훨썬 더 작고 더 정밀한 스텝들로 가동 소자를 구동시킬 수 있게 한다.

액추에이터 시스템(202)에 있어 이 타원 궤도 경로는 액추에이터 시스템(102)에 대해 도 6에 도시된 것과 동일하며, 두 노드 지점들(128(1), 128(2))과, 중간의 비-노드 지점(130) 및 끝의 비-노드 지점들(132(1), 132(2))인, 3개의 비-노드 지점들을 갖는다. 이 예에서, 구조체(203)에서 중간의 비-노드 지점(130)은 가동 소자에 마찰 결합하고, 끝의 비-노드 지점들(132(1), 132(2))과 같이 다른 지점들이 사용될 수도 있을지라도, 적어도 두 방향들 중 한 방향으로 가동 소자 구동하기 위해 사용된다. 또한, 도 8a ~ 도 11b를 참조하여 기술된 반-공진 구동 시스템(100)을 사용한 선형 및 원형 운동 시스템의 실시예들은 반-공진 구동 시스템(200)에 대해 동일하기 때문에, 이들은 다시 기술되지 않을 것이다.

도 17a ~ 도 21b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반-공진 구동 시스템(300)이 도시되었다. 반-공진 구동 시스템(300)은 여기 기술되고 도시된 것을 제외하고 반-공진 구동 시스템(100)과 구조 및 작동이 동일하다. 반-공진 구동 시스템(100)의 요소와 유사한 반-공진 구동 시스템(300)의 요소에 동일한 참조부호를 사용하고 이들은 여기서 다시 기술되지 않을 것이다.

보다 구체적으로 도 17a 및 도 17b를 참조하면, 액추에이터 시스템(302)은, 액추에이터 시스템(302)이 다른 유형들의 궤적들을 발생하고, 다른 방식들로 그리고 다른 위치들에 결합되고, 다른 유형들의 로드들을 다른 방향들로 이동시킬 수 있을지라도, 적어도 대향하는 두 방향들 중 어느 한 방향으로, 단지 예로서 광학 렌즈와 같은 가동 로드에 마찰로 결합하고 이를 구동하기 위한 2차원 궤적을 발생한다. 단지 예로서, 액추에이터 시스템(302)은, 도 20a ~ 도 20b에 도시된 바와 같은 타원 궤적 및 도 21a ~ 도 21b에 도시된 바와 같은 선형 궤적을 발생할 수 있다. 액추에이터 시스템(302)은, 액추에이터 시스템(302)이 다른 형상들 및 대칭들을 가진 다른 유형들의 구조체들을 포함할 수 있을지라도, 비대칭의 긴 구조체(303)를 포함한다. 긴 구조체(303)는 제 1 공진 주파수 "fres1"를 갖는 휨 모드에서 깊이(D)를 그리고 제 2 공진 주파수 "fres2"를 갖는 휨 모드에서 높이(H)를 갖는다. 높이(H)는 일반적으로 깊이(D)보다 크므로 제 2 공진 주파수 "fres2"는 제 1 공진 주파수 "fresl"보다 높다. 공진 주파수에 영향을 미치는 그 외 다른 인자들은 내부 전극들의 물질 강도, 질량, 및 위치와 방위를 포함한다.

도 18a ~ 도 18d를 참조하면, 긴 구조체(303)가 단일 층과 같은 다른 유형들 및 개수들의 층들, 다른 유형들 및 개수들의 영역들, 및 다른 제조 공정들이 사용될 수 있을지라도, 긴 구조체(303)는 전극들이 없는 비활성 층(332)과 함께 동시 소성되는 복수의 병렬 압전층들을 포함한다. 긴 구조체(303)를 위한 압전층들 각각은 5 마이크로미터 내지 40 마이크로미터의 두께와 같은 다른 두께가 층들 각각에 대해 사용될 수 있을지라도, 약 14 마이크로미터의 두께를 갖는다. 긴 구조체(303)를 위한 복수의 압전층들을 사용함으로써, 단일 압전층이 사용될 때 가능한 것보다 낮은 인가 전압이 사용될 수 있다.

다시 도 17a을 참조하면, 구조체가 다른 개수들 및 유형들의 영역들 및 커넥터들을 가진 다른 개수들 및 유형들의 구조체들을 포함할 수 있을지라도, 긴 구조체(103)는 두 압전 영역들(306,(312)), 비활성 층(332), 전극들(314(1)), 314(2)), 및 전극들(316(1), 316(2))을 포함한다.

압전 영역들이 다른 방식들로 형성될 수 있을지라도, 압전 영역들(306,(312))은 제조 시 극성을 갖게 그리고 특정의 양 및 음의 "L" 형상의 전극들을 갖게 폴링된다. 더 구체적으로, 제조 시 압전 영역(306)은 전극(314(1))이 음(A-)이 되고 전극(314(2))이 양(A+)이 되게 폴링된다. 또한, 압전 영역(312)은 전극(316(1))이 양(B+)이 되고 전극(316(2))이 음(B-)이 되게 폴링된다. 긴 구조체(103)에서, 압전 영역들(306,(312))은 구조체가 다른 구성들을 가질 수도 있을지라도, 서로 인접하게 위치되고, 이들 둘은 비활성 층(332)에 이웃한다.

도 17a, 도 17b, 및 도 18a를 참조하면, 다른 위치들에서 다른 유형들 및 개수들의 연결들이 사용될 수 있을지라도, 전극(314(1))은 압전 영역(306)을 위한 압전층들 각각의 한 내부 전극에 결합되고 이에 연결되게 인터리브되며, 전극(314(2))은 압전 영역(306)을 위한 압전층들 각각의 대향측 내부 전극에 연결되게 인터리브된다. 도 17a, 도 17b, 및 도 18b를 참조하면, 다른 위치들에서 다른 유형들 및 개수들의 연결들이 사용될 수 있을지라도, 전극(316(1))은 압전 영역(312)을 위한 압전층들 각각의 한 내부 전극에 결합되고 이에 연결되게 인터리브되며, 전극(316(2))은 압전 영역(312)을 위한 압전층들 각각의 대향측 내부 전극에 연결되게 인터리브된다.

다시 도 17a를 참조하면, 진동 시스템(304) 이 다른 개수들 및 유형들의 시스템들, 장치들, 및 컴포넌트들을 포함할 수도 있을지라도, 진동 시스템(304)은 풀 브리지 구동 회로(322) 및 한 쌍의 스위치들(330(1), 330(2))을 포함한다. 풀 브리지 구동 회로(322)는 전압원(Vdd)에 결합되며, 스위치(330(1))에 결합된 출력(324(1)) 및 스위치(330(2))에 결합된 출력(324(2))을 갖는다. 스위치들(330(1), 330(2))의 이동은 다른 유형들의 제어 시스템이 사용될 수도 있을지라도, 구조체에서 두 직교 모드 진동들의 위상 시프트도 제어하는 제어 시스템(331)에 의해 제어된다. 단지 예로서 정현파 형상의 신호들과 같은 다른 유형들의 신호들을 제공하는 다른 개수의 출력들을 갖고, 단지 예로서 하프 브리지 회로 시스템과 같은 다른 유형들 및 개수의 구동 회로들 및 시스템들이 사용될 수 있을지라도, 풀 브리지 구동 회로(322)는, 도 19에 도시된 초음파 구형파 진동 신호들을 제공한다. 이 예에서, Vdd는 2.8 볼트이다. 다른 유형들 및 개수들의 연결들이 사용될 수도 있을지라도, 풀 브리지 구동 회로(322)로부터 출력(324(1))은 스위치(330(1))의 위치에 따라 전극들(314(1)) 또는 전극(316(1))에 결합되며, 풀 브리지 구동 회로(322)로부터 출력(324(2))은 스위치(330(1))의 위치에 따라 전극들(314(2)) 또는 전극(316(2))에 결합된다. 스위치(330(1))가 출력(324(1)) 상에서 진동 신호를 전극(314(1))에 결합할 때, 스위치(330(2))는 출력(324(2)) 상에서 진동 신호를 전극(314(2))에 결합한다. 또한, 다른 스위칭 패턴들이 사용될 수 있을지라도, 스위치(330(1))가 출력(324(1)) 상에서 진동 신호를 전극(316(1))에 결합할 때, 스위치(330(2))는 출력(324(2)) 상에서 진동 신호를 전극(316(2))에 결합한다. 풀 브리지 회로들의 컴포넌트들 및 작동이 당업자들에 공지되어 있기 때문에, 이들은 여기에서 더 상세히 기술되지 않을 것이다. 한 상태에서, 출력(324(1))이 전극(314(1))에 연결되고 출력(324(2))이 전극(314(2))에 연결되고, 다른 상태에서 출력(324(1))이 전극(316(1))에 연결되고 출력(324(2))이 전극(316(2))에 연결되게, 단지 두 연결상태들만이 사용되도록(즉, 더블 스루 더블 포지션 스위치로 결합된) 스위치(330(1), 330(2))가 연결된다. 이들 두 상태들의 목적은 두 직교 진동들의 위상, 및 가동 부재의 방향을 변경하는 것이다.

반-공진 구동 시스템(300)의 작동을 도 17a ~ 도 21b를 참조하여 기술할 것이다. 긴 구조체(303)는 2개의 휨 모드들로서 각각 다른 공진 주파수를 갖는 모드1 및 모드2를 갖는다. 이들 휨 모드들 중 어느 하나에서 진동 진폭은 인가된 신호들의 진동 주파수에 따른다. 이 실시예에서, 진동 시스템(304)은, 다른 주파수들이 사용될 수 있을지라도, 반-공진에 있는 구조체(303)의 휨 모드들을 위한 진동 주파수인 진동 신호들을 인가한다. 스위치(330(1))가 출력(324(1)) 상에서 진동 신호를 전극(314(1))에 인가하고 스위치(330(2))가 출력(324(2)) 상에서 진동 신호를 전극(314(2))에 인가하고 전극들(316(1),(316(2)))에는 어떠한 신호들도 인가되지 않을 때, 구조체는 도 20a에 도시된 바와 같이 타원 궤적으로 구동된다. 스위치(330(1))가 출력(324(1)) 상에서 진동 신호를 전극(316(1))에 인가하고 스위치(330(2))가 출력(324(2)) 상에서 진동 신호를 전극(316(2))에 인가하고 전극들(314(1), 314(2))에는 어떠한 신호들도 인가되지 않을 때, 구조체는 도 2Ob에 도시된 바와 같이 또 다른 타원 궤적으로 구동된다. 이 실시예에서, 단지 한 압전 영역만이 휨 모드1 및 휨 모드2 양자 모두에서 동시에 구조체(303)를 휘어지게 활성화된다. 모드 1 및 모드 2 간에 위상 시프트는 구조체(303)의 물리적 특성들에 의해 실질적으로 고정되는데, 위상 시프트를 변경하고 이에 따라 방향을 변경하기 위해서는 다른 압전 영역이 구동되어야 하며, 이는 스위치들(330(1), 330(2))에 의해 달성된다.

대안적 실시예에서, 구조체(303)는 실질적으로 대칭 형상을 가져 휨 모드들 각각에서 공진 주파수들이 실질적으로 동일한 것으로 가정한다. 스위치(330(1))가 출력(324(1)) 상에서 진동 신호를 전극(314(1))에 인가하고 스위치(330(2))가 출력(324(2)) 상에서 진동 신호를 전극(314(2))에 인가하고 전극들(316(1), 316(2))에는 어떠한 신호들도 인가되지 않을 때, 구조체는 도 21a에 도시된 바와 같이 선형 궤적으로 구동된다. 스위치(330(1))가 출력(324(1)) 상에서 진동 신호를 전극(316(1))에 인가하고 스위치(330(2))가 출력(324(2)) 상에서 진동 신호를 전극(316(2))에 인가하고 전극들(314(1), 314(2))에는 어떠한 신호들도 인가되지 않을 때, 구조체는 도 21b에 도시된 바와 같이 또 다른 선형 궤적으로 구동된다. 이 실시예에서, 단지 한 압전 영역만이 휨 모드 1 및 휨 모드 2 양자 모두에서 동시에 구조체(303)를 휘어지게 활성화된다. 모드 1과 모드 2 간에 위상 시프트는 구조체(303)의 물리적 특성들에 의해 실질적으로 고정되는데, 위상 시프트를 변경하고 이에 따라 방향을 변경하기 위해서는 다른 압전 영역이 구동되어야 하며, 이는 스위치들(330(1), 330(2))에 의해 달성된다.

액추에이터 시스템(302)을 위한 타원 궤도 경로는 액추에이터 시스템(102) 에 대해 도 6에 도시된 것과 같으며 두 노드 지점들(128(1), 128(2))과, 중간의 비-노드 지점(130) 및 끝의 비-노드 지점들(132(1), 132(2))인 3개의 비-노드 지점들을 갖는다. 구조체(303)에 대한 중간의 비-노드 지점(130)은 가동 소자에 마찰 결합하고, 끝의 비-노드 지점들(132(1), 132(2))과 같이 다른 지점들이 사용될 수도 있을지라도, 적어도 두 방향들 중 한 방향으로 가동 소자 구동하기 위해 사용된다. 또한, 도 8a ~ 도 11b를 참조하여 기술된 반-공진 구동 시스템(100)을 사용한 선형 및 원형 운동 시스템의 실시예들은 반-공진 구동 시스템(300)에 대해 동일하기 때문에, 이들은 다시 기술되지 않을 것이다.

도 22a 및 도 22b를 참조하면, 자동 촛점 시스템(400)은 촛점 렌즈(410)를 제어하고 구동하기 위해 사용된다. 시스템(400)이 다른 구성들로 다른 유형들 및 개수들의 시스템들, 장치들, 컴포넌트들, 및 소자들을 포함할 수도 있을지라도, 자동 촛점 시스템(400)은, 여기 도시되고 기술된 바와 같은 액추에이터 시스템(102) 및 진동 시스템(104)을 구비한 반-공진 구동 시스템(100), 접촉 및 마찰 패드(402), 서로 대향한 패드들(407, 408), 홈(409), 촛점 렌즈(410), 구멍들(411), 와이어 스프링(415), 기부(420), 지지 지점들(421) 및 개구 노치(425)를 포함한다. 액추에이터 시스템(102)이 다른 식으로 고정될 수도 있을지라도, 액추에이터 시스템(102)은 해당하는 두 노드 지점들(128(1), 128(2))(도 6 참조)이 기부(420) 상에 지지 지점들(421)에 있도록 접합된다.

3개의 반구형 접촉/마찰 패드들(402)이 액추에이터 시스템(102)의 양 단부들에 본딩된다. 접촉 및 마찰 패드에 정합하는 2개의 서로 대향한 패드들(407, 408)은 촛점 렌즈(410)에 부착된다. 패드들(407, 408)은 액추에이터 시스템(102)이 진동 시스템(104)에 의해 활성화될 때 렌즈(410)에 선형 가이드를 제공한다. 패드(408)는 두 접촉/마찰 패드들(402)에 면하는 "V" 홈(409)을 가지며, 패드(407)는 하나의 접촉 및 마찰 패드(402)에 면하는 평탄면을 갖는다. 접촉 패드들(402) 및 대향하는 패드들(407, 408)은 단지 예로서 지르코니아 또는 알루미나와 같은 세라믹 물질로 만들어질 수 있다. 또한, 패드들(402, 407, 408)의 형상 및 크기는 작은 반구형들로서 도시되었으나, 패드들(402, 407, 408)은 임의의 크기 또는 형상일 수 있음을 알 것이다.

촛점 렌즈가 다른 식으로 로드될 수 있을지라도, 촛점 렌즈(410)는 촛점 렌즈(410) 상에 작은 구멍들(411)에 와이어 스프링(415)에 의해 x 방향으로 프리로드된다. 와이어 스프링(415)는 기부(420) 상에 개구 노치(425)에(절단도로서 도시된) 고정된다. 와이어 스프링(415)은 선형 가이드(렌즈 이동의 제한된 범위를 위함)로서 작용하며 또한 렌즈(410)가 이동할 때 렌즈(410)에 x 방향으로 비교적 일정한 프리로드 힘을 제공한다. 렌즈(410)는 렌즈(410)가 중립 위치로부터 멀리 이동할 때 y 축으로 무시할 수 있는 회복력을 갖는다.

도 23a 및 도 23b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 촛점 시스템(500)이 도시되었다. 시스템(500)이 다른 구성들로 다른 유형들 및 개수들의 시스템들, 장치들, 컴포넌트들, 및 소자들을 포함할 수도 있을지라도, 자동 촛점 시스템(500)은 여기 도시되고 기술된 바와 같은 액추에이터 시스템(202) 및 진동 시스템(204)을 구비한 반-공진 구동 시스템(200), 접촉 및 마찰 패드(502), 홈(503), 금속 심(505), 리프 스프링(506), 렌즈 바디(510), 이중 굴곡부(515), 레그들(516), 기부(520), 포스트들(521), 상면(522), 노치(523) 및 피봇 지점(530)을 포함한다. 자동 촛점 시스템(500)의 측벽들은 명확성을 위해 도 23a 및 도 23b에 도시되지 않았다.

액추에이터 시스템(202)이 다른 식으로 고정될 수도 있을지라도, 액추에이터 시스템(202)은 리프 스프링(506)에 의해 노드 지점들(128(1), 128(2))(도 6 참조)에 접합된다. 리프 스프링(506)은, 리프 스프링이 다른 식으로 형성될 수도 있고 다른 형상들 및 구성들을 가질지라도, "L" 형상의 더 큰 금속 심(505)으로부터 프리-컷 및 반-해제된다. 다른 유형들 및 개수들의 연결 지점들이 사용될 수 있을지라도, 2개의 피봇 지점들(530)은 심(505) 및 리프 스프링(506)을 함께 연결한다. 심(505) 및 리프 스프링(506)은 예를 들어, 화학적 포토-에칭, 와이어 EDM, 혹은 마이크로가공 기술들을 사용하여 함께 형성될 수 있다. 리프 스프링(506)은 x 축으로 액추에이터 시스템(202)을 프리로드하기 위해 액추에이터 시스템(202) 쪽으로 사전에 휘어진다. 피봇 지점들(530)은 다소 유연하며 따라서 자동 촛점 시스템(500)의 조립 시 액추에이터 시스템(202)이 자신을 렌즈(510)에 정렬할 수 있게 한다.

마찰 패드가 다른 식으로 고정될 수 있을지라도, 접촉 및 마찰 패드(502)는 액추에이터 시스템(202)의 중간에 접합되며, 렌즈 바디(510) 측 상에서 선형 홈(503)을 따라 이동할 수 있다. 접촉 및 마찰 패드(502)는 액추에이터 시스템(202)이 진동 시스템(204)에 의해 활성화될 때 이동하게 렌즈(510)를 구동한다.

렌즈 바디(510)는 4개의 얇은 레그들(516A, 516B)을 갖는 금속 심으로 만들어진 이중 굴곡부(515)에 접합된다. 이 시스템의 기부(520)는 2개의 포스트들(521A, 521B)을 갖는다. 포스트들(521A, 521B)의 바닥에는 바닥 레그들(516B)이 적소에 삽입되어 접합되는 절단된 노치(523)가 있다. 상부 레그들(516A)은 포스트들(521A, 521B)의 상면(522)에 접합된다.

리프 스프링(506)을 통해 액추에이터 시스템(202)을 유지하는 금속 심(505)은 "L" 형상의 코너에서 포스트(521B)에 접합된다. 리프 스프링(506)은 렌즈(510)가 이동할 때 x 축으로 필요한 일정한 프리로드 힘을 제공하며, 이중 굴곡부(515)는 제한된 렌즈 이동 범위에 대해 선형 가이드로서 작용한다. 이중 굴곡부(515)는 렌즈(510)가 중립 위치로부터 멀어져 이동할 때 y축으로 무시할 수 있는 회복력을 갖는다.

이와 같이 발명의 기본 개념을 기술하였는데, 전술한 상세한 설명은 단지 예로서 제시된 것이고 한정하려는 것은 아님이 당업자들에게 명백할 것이다. 여기에 분명히 언급되지 않았을지라도, 당업자에게 다양한 변경들, 개선들, 및 수정들이 일어날 것이다. 이에 의해 제안되는 이들 변경들, 개선들, 및 수정들은 발명의 정신 및 범위 내에 있다. 또한, 처리 요소들 또는 순서들의 인용된 순서, 혹은 숫자들, 문자들, 혹은 이들의 다른 표현들의 사용은 청구항들에 명시될 수 있는 것을 제외하고 임의의 순서로 청구된 공정들을 제한하려는 것은 아니다. 따라서, 발명은 다음 청구항들 및 이의 등가물들로만 제한된다.

Claims

구동 시스템에 있어서,
가동 소자에 마찰 결합하고 가동 소자를 적어도 두 방향들 중 한 방향으로 구동하기 위한 적어도 한 지점을 가진 구조체로서, 상기 구조체는 특정한 극성을 형성하게 폴링되는 적어도 2개의 압전 영역들을 포함하고, 적어도 2개의 휨 모드들을 가지며, 상기 휨 모드들 각각은 상이한 공진 주파수를 갖는 것인 상기 구조체; 및
진동 주파수인 구동 회로의 출력들로부터의 2 이상의 진동 신호들을 상기 구조체의 압전 영역들에 인가하는 진동 시스템으로서, 상기 진동 주파수는 상기 공진 주파수들 중 하나와 실질적으로 동일하며, 상기 진동 주파수에서 상기 구조체의 상기 휨 모드들 중 하나는 실질적으로 공진에서 진동하고 상기 구조체의 상기 휨 모드들 중 다른 하나는 부분적 공진에서 진동하며, 상기 진동 시스템은 상기 가동 소자를 상기 적어도 두 방향들 중 어느 방향으로 이동시킬지를 제어하기 위해 상기 2 이상의 인가된 진동 신호들 간에 위상 시프트를 조절하는 것인 상기 진동 시스템
을 포함하고, 상기 적어도 2개의 압전 영역들은 상기 진동 시스템이 상기 2이상의 진동 신호들 중 적어도 하나를 인가할 때 상기 구조체에 상기 2개의 휨 모드들 중 적어도 하나를 발생시키도록 상기 구조체에 대칭으로 위치하는 것인 구동 시스템.
삭제
청구항 1항에 있어서, 상기 적어도 한 지점은 실질적으로 상기 구조체의 비-노드 지점인 것인 구동 시스템.
삭제
청구항 1항에 있어서, 상기 구조체는, 특정한 극성을 형성하게 폴링되며 상기 진동 시스템이 상기 2 이상의 진동 신호들을 인가할 때 상기 구조체에서 상기 적어도 2개의 휨 모드들을 발생시키도록 상기 구조체에 대칭으로 위치된 적어도 4개의 압전 영역들을 포함하는 것인 구동 시스템.
청구항 5항에 있어서, 상기 적어도 4개의 압전 영역들 중 2개의 압전 영역들은 상기 구조체의 서로 대향하는 외측 표면들에 각각 위치하고, 나머지 압전 영역들은 상기 구조체의 외측 표면에 위치하는 2개의 압전 영역들 사이에 위치하는 것인 구동 시스템.
청구항 1항에 있어서, 상기 구조체는,
2 이상의 압전층들; 및
2 쌍 이상의 전극들
을 포함하고, 상기 전극 쌍들 각각은 상기 압전층들 중 하나 이상의 서로 대향한 측들에 결합되는 것인 구동 시스템.
청구항 1항에 있어서, 부분적 공진에서 진동하는, 상기 휨 모드들 중 다른 하나는, 상기 구조체가 상기 가동 소자를 구동할 수 있는 상기 적어도 두 방향들 각각에 실질적으로 평행한 방향으로 휘게 하는 것인 구동 시스템.
청구항 1항에 있어서, 공진에서 진동하는, 상기 휨 모드들 중 하나는, 상기 구조체가 상기 가동 소자를 구동할 수 있는 상기 적어도 두 방향들 각각에 실질적으로 평행한 방향으로 휘게 하는 것인 구동 시스템.
구동 시스템 제조 방법에 있어서,
가동 소자에 마찰 결합하고 가동 소자를 적어도 두 방향들 중 한 방향으로 구동하기 위한 적어도 한 지점을 가진 구조체를 제공하는 단계로서, 상기 구조체는 특정한 극성을 형성하게 폴링되는 적어도 2개의 압전 영역들을 포함하고, 적어도 2개의 휨 모드들을 가지며, 상기 휨 모드들 각각은 상이한 공진 주파수를 갖는 것인 단계; 및
상기 구조체에 진동 시스템을 결합하는 단계로서, 상기 진동 시스템은 진동 주파수인 구동 회로의 출력들로부터의 2 이상의 진동 신호들을 상기 구조체의 압전 영역들에 인가하고, 상기 진동 주파수는 상기 공진 주파수들 중 하나와 실질적으로 동일하며, 상기 진동 주파수에서 상기 구조체의 상기 휨 모드들 중 하나는 실질적으로 공진에서 진동하고, 상기 구조체의 상기 휨 모드들 중 다른 하나는 부분적 공진에서 진동하며, 상기 진동 시스템은, 상기 가동 소자를 상기 적어도 두 방향들 중 어느 방향으로 이동시킬지를 제어하기 위해 상기 2 이상의 인가된 진동 신호들 간에 위상 시프트를 조절하는 것인 단계
를 포함하고, 상기 적어도 2개의 압전 영역들은 상기 진동 시스템이 상기 2이상의 진동 신호들 중 적어도 하나를 인가할 때 상기 구조체에 상기 2개의 휨 모드들 중 적어도 하나를 발생시키도록 상기 구조체에 대칭으로 위치하는 것인 구동 시스템 제조 방법.
삭제
청구항 10항에 있어서, 상기 적어도 한 지점은 실질적으로 상기 구조체의 비-노드 지점인 것인 구동 시스템 제조 방법.
삭제
청구항 10항에 있어서, 상기 구조체는, 특정한 극성을 형성하게 폴링되며 상기 진동 시스템이 상기 2 이상의 진동 신호들을 인가할 때 상기 구조체에서 상기 적어도 2개의 휨 모드들을 발생시키도록 상기 구조체에 대칭으로 위치된 적어도 4개의 압전 영역들을 포함하는 것인 구동 시스템 제조 방법.
청구항 14항에 있어서, 상기 적어도 4개의 압전 영역들 중 2개의 압전 영역들은 상기 구조체의 서로 대향하는 외측 표면들에 각각 위치하고, 나머지 압전 영역들은 상기 구조체의 외측 표면에 위치하는 2개의 압전 영역들 사이에 위치하는 것인 구동 시스템 제조 방법.
청구항 10항에 있어서, 상기 구조체를 제공하는 단계는,
2 이상의 압전층들을 제공하는 것; 그리고
2 쌍 이상의 전극들 각각을 상기 압전층들 중 하나 이상의 서로 대향한 측들에 결합하는 것
을 더 포함하는 것인 구동 시스템 제조 방법.
청구항 10항에 있어서, 부분적 공진에서 진동하는, 상기 휨 모드들 중 다른 하나는, 상기 구조체가 상기 가동 소자를 구동할 수 있는 상기 적어도 두 방향들 각각에 실질적으로 평행한 방향으로 휘게 하는 것인 구동 시스템 제조 방법.
청구항 10항에 있어서, 공진에서 진동하는, 상기 휨 모드들 중 하나는, 상기 구조체가 상기 가동 소자를 구동할 수 있는 상기 적어도 두 방향들 각각에 실질적으로 평행한 방향으로 휘게 하는 것인 구동 시스템 제조 방법.
광학 시스템에 있어서,
적어도 하나의 광학 컴포넌트(component); 및
상기 적어도 하나의 광학 컴포넌트를 적어도 두 방향으로 이동시키기 위해 마찰로 결합된 적어도 하나의 구동 시스템으로서, 상기 구동 시스템은 구조체 및 진동 시스템을 포함하고, 상기 구조체는 특정한 극성을 형성하게 폴링되는 적어도 2개의 압전 영역들을 포함하고 적어도 2개의 휨 모드들을 가지며, 상기 휨 모드들 각각은 상이한 공진 주파수를 가지며, 상기 진동 시스템은 진동 주파수인 구동 회로의 출력들로부터의 2 이상의 진동 신호들을 상기 구조체의 상기 압전 영역들에 인가하며, 상기 진동 주파수는 상기 공진 주파수들 중 하나와 실질적으로 동일하며, 상기 진동 주파수에서 상기 구조체의 상기 휨 모드들 중 하나는 실질적으로 공진에서 진동하고 상기 구조체의 상기 휨 모드들 중 다른 하나는 부분적 공진에서 진동하며, 상기 진동 시스템은 상기 광학 컴포넌트를 상기 적어도 두 방향들 중 어느 방향으로 이동시킬지를 제어하기 위해 상기 2 이상의 인가된 진동 신호들 간에 위상 시프트를 조절하는 것인 구동 시스템
을 포함하고, 상기 적어도 2개의 압전 영역들은 상기 진동 시스템이 상기 2이상의 진동 신호들 중 적어도 하나를 인가할 때 상기 구조체에 상기 2개의 휨 모드들 중 적어도 하나를 발생시키도록 상기 구조체에 대칭으로 위치하는 것인 광학 시스템.
삭제
청구항 19항에 있어서, 상기 적어도 한 지점은 실질적으로 상기 구조체의 비-노드 지점인 것인 광학 시스템.
삭제
청구항 19항에 있어서, 상기 구조체는, 특정한 극성을 형성하게 폴링되며 상기 진동 시스템이 상기 2 이상의 진동 신호들을 인가할 때 상기 구조체에서 상기 적어도 2개의 휨 모드들을 발생시키도록 상기 구조체에 대칭으로 위치된 적어도 4개의 압전 영역들을 포함하는 것인 광학 시스템.
청구항 23항에 있어서, 상기 적어도 4개의 압전 영역들 중 2개의 압전 영역들은 상기 구조체의 서로 대향하는 외측 표면들에 각각 위치하고, 나머지 압전 영역들은 상기 구조체의 외측 표면에 위치하는 2개의 압전 영역들 사이에 위치하는 것인 광학 시스템.
청구항 19항에 있어서, 상기 구조체는,
2 이상의 압전층들; 및
2 쌍 이상의 전극들
을 포함하고, 상기 전극 쌍들 각각은 상기 압전층들 중 하나 이상의 서로 대향한 측들에 결합된 것인 광학 시스템.
청구항 19항에 있어서, 부분적 공진에서 진동하는, 상기 휨 모드들 중 다른 하나는, 상기 구조체가 가동 소자를 구동할 수 있는 상기 적어도 두 방향들 각각에 실질적으로 평행한 방향으로 휘게 하는 것인 광학 시스템.
청구항 19항에 있어서, 공진에서 진동하는, 상기 휨 모드들 중 하나는, 상기 구조체가 가동 소자를 구동할 수 있는 상기 적어도 두 방향들 각각에 실질적으로 평행한 방향으로 휘게 하는 것인 광학 시스템.