VCM을 이용한 자동초점 구동기 구동과 충격해석에 관한 연구
A Study on the Actuation and Impact Analysis on Auto Focusing Actuator using a VCM
- 주제(키워드) VCM , 자동초점 구동기 , 낙하 테스트
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 이수훈
- 발행년도 2008
- 학위수여년월 2008. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
Recently the cell phone has become more and more multi-functional, including not only calling but also listening musics, taking pictures and etc. Especially camera function of cell phone is popular to the customers. As increasing resolution of the camera module, lens and sub-devices is continuously modified. And various sub-functions such as Auto Focusing(AF), optical zoom and etc are being added. It is necessary to research and develop AF actuator. In order to take clear pictures AF actuator should be installed in the cellular phone. Before sensor is recording the image information of the object, lens is being driven by actuator. Nowadays many kinds of technologies can be used to manufacture the AF actuator, however the size of the cellular phone is being smaller and smaller, so PZT actuator or VCM actuator is usually used in cellular phone. PZT actuator takes the advantages of small size and high moving resolution at micrometer scale while the disadvantage of high supply voltage and high cost. On the contrary, VCM actuator takes the advantage of small size and lower cost. However the moving resolution is not so good and the driving force is smaller than the PZT actuator. VCM is composed with magnet, yoke and coil, which is a kind of very simple structure motor. When the current flows inside the coils, Lorentz force is generated by the interaction between magnetic flux and the current, which can drive the lens. The movement of the lens is precisely guided and supported by two leaf spring. To design the leaf spring, three conditions should be considered. First, there should be no tilting. Second, the optical axis is supposed to be along with the center of the image sensor. Last, the lens must move smoothly and precisely. Leaf spring can also play the role of protecting the lens when cellular phone is impacted. However, if some plastic distortion takes place due to the impact of the leaf spring, the function mentioned above can be disable. Up to now the process development of AF actuator is still design, fabrication and test, following trial-and-error method. But such process is time and cost consuming. So this paper develop a research method on the actuating and impact analysis on auto focusing actuator using VCM. The movement of the AF actuator is simulated, and we distinguish whether the leaf spring is designed safely or not by performing a dropping test at 1.5 m height.
more초록/요약
최근에는 휴대폰의 기능이 단순히 통신수단이 아니라 복합적으로 변하고 있다. 특히 휴대폰의 촬영기능은 소비자들에게 인기 있는 휴대폰의 필수 기능으로 자리 잡고 있다. 또한 메가급 카메라 모듈이 증가함에 따라 렌즈와 관련 부품의 개선이 계속 되고 있으며, 자동초점, 광학줌 등 다양한 부가기능이 추가 되고 있고 그 중에서도 자동초점기에 대한 연구개발이 절실히 필요한 실정이다. 자동초점구동기는 휴대폰에 장착하여 촬영 시 피사체의 선명도를 더욱 높이는 역할을 하는 기기로써 피사체에 대한 영상 정 보가 이미지센서에 입력된 후 센서의 인식에 따라 렌즈의 이동양을 결정하여 구동된다. 현재 자동초점구동기의 구조는 여러 가지가 있지만 휴대폰이 점점 소형화되면서 주로 압전 구동기와 VCM(voice coil motor)이 많이 사용되고 있다. 압전 구동기의 경우 크 기가 초소형이고 행정거리가 마이크로미터까지 가능하고 전력소모가 적지만 가격이 비싼 단점이 있다. VCM은 행정거리가 밀리미터 수준이고 소형화가 가능하고 힘이 압전 구동기보다 적지만 가격이 저렴하여 많이 사용되고 있다. VCM이란 자석과 계철와 코일로 구성되는 간단한 형태의 모터이다. 코일에 흐르는 전 류와 자석에서 발생한 자속의 상호작용에 의한 구동력으로 렌즈를 움직인다. 렌즈의 움 직임은 판스프링을 이용하여 정밀하게 안내되고 지지된다. 판스프링은 광축과 이미지 센서의 중심이 일치하고, 렌즈의 Tilting이 없으며 부드러운 정밀 motion이 가능하게 설계되어있다. 또한 이 판스프링은 휴대폰을 사용할 때 발생하는 충격력을 완충하여 렌 즈를 보호하는 역할을 한다. 따라서 이 판스프링이 충격력에 의해서 영구변형이 된다면 상기에서 언급한 정밀한 운동을 수행할 수 없게 된다. 기존의 VCM을 이용한 자동초점구동기의 개발 프로세스는 시행착오법에 따라 설계/ 제작/시험하는 방식이다. 하지만 이러한 개발 방식은 비용과 시간이 많이 소모된다. 따 라서 본 연구에서는 유한요소프로그램을 통하여 VCM 자동초점구동기의 구동성능을 모사하고 1.5 m에서 더미폰(모형 휴대폰)을 낙하 하였을 때의 자동초점기의 동적 상 태 및 안정성을 판단하고자 한다.
more목차
1. 서론 = 1
1.1 연구 배경 = 1
1.2 AF 구동기의 연구 동향 = 4
1.3 수행 연구의 기대효과 = 7
1.4 기준사양 = 8
1.5 연구범위 = 8
2. 배경 이론 = 9
2.1 자기력 이론 = 9
2.2 접촉 이론 = 11
2.3 Von-Mises 항복 조건 이론 = 15
3. 낙하 테스트 = 20
3.1 낙하 시험 조건 및 방법 = 20
3.2 낙하 시험 결과 = 21
4. 마이크로 인장 시험 = 23
4.1 마이크로 인장 시험용 시편의 규격 = 23
4.2 마이크로 인장 시험 방법 및 결과 = 25
5. 유한 요소 해석 = 29
5.1 전자기장 해석 = 29
5.1.1 FE 모델링 = 29
5.1.2 해석 결과 = 30
5.2 정적 해석 = 33
5.2.1 FE 모델링 = 33
5.2.2 해석 결과 = 33
5.3 낙하 충격 해석 = 35
5.3.1 FE 모델링 = 35
5.3.2 해석 결과 = 37
5.4 시험결과의 양/불량과 비교 = 41
6. 결론 = 42
7. 향후 연구계획 = 43
References = 44
