專利名稱：透鏡驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在光學(xué)設(shè)備中使用的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，更具體地講，涉及一種具有簡(jiǎn)化的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，以適應(yīng)小型化，從而能夠使驅(qū)動(dòng)透鏡的功率損耗最小化并能夠更加精確地驅(qū)動(dòng)透鏡。
背景技術(shù)：
通常，光學(xué)設(shè)備包括透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置利用凸輪結(jié)構(gòu)、螺釘或壓電元件使透鏡移動(dòng)。透鏡驅(qū)動(dòng)裝置采用電機(jī)或壓電元件來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，同時(shí)利用凸輪結(jié)構(gòu)或螺釘來(lái)傳遞所述驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。
因此，透鏡驅(qū)動(dòng)裝置移動(dòng)透鏡以改變透鏡的相對(duì)距離，從而實(shí)現(xiàn)縮放功能或聚焦功能。
圖1表示在第6,268,970號(hào)美國(guó)專利中公開(kāi)的一種利用凸輪結(jié)構(gòu)來(lái)移動(dòng)透鏡的縮放透鏡鏡筒10。
在第6,268,970號(hào)美國(guó)專利中，透鏡12a、14a和16a分別沿著形成在鏡筒12、14和16上的凸輪曲線移動(dòng)，以保持進(jìn)行縮放或聚焦所必需的透鏡的相對(duì)距離。
在這種結(jié)構(gòu)中，透鏡12a、14a和16a的每個(gè)的相對(duì)位置根據(jù)凸輪結(jié)構(gòu)的構(gòu)造確定，同時(shí)將電磁電機(jī)用作驅(qū)動(dòng)源。然而，縮放透鏡鏡筒10具有多個(gè)從動(dòng)減速齒輪，并且被構(gòu)造成為將沿凸輪曲線移動(dòng)的透鏡的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，從而使鏡筒的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
此外，上述透鏡驅(qū)動(dòng)裝置具有多個(gè)減速齒輪，妨礙小型化。而且，上述透鏡驅(qū)動(dòng)裝置使用需要較高功率的電磁電機(jī)，產(chǎn)生對(duì)人體有害的電磁波，并且透鏡的位置分辨率較低。
圖2顯示利用螺釘驅(qū)動(dòng)透鏡的相機(jī)縮放透鏡機(jī)構(gòu)。
如圖所示，具有內(nèi)部空間的相機(jī)機(jī)身22具有結(jié)合在其物側(cè)的固定透鏡22a。電磁電機(jī)24被安裝在相機(jī)機(jī)身22的內(nèi)部空間中，導(dǎo)向螺釘24a與電機(jī)24的軸結(jié)合。
動(dòng)力傳送構(gòu)件26與導(dǎo)向螺釘24a的外周結(jié)合，透鏡鏡筒28與動(dòng)力傳送構(gòu)件26的側(cè)部結(jié)合。
此外，可移動(dòng)透鏡28a與透鏡鏡筒28結(jié)合，并且鏡筒28被設(shè)置為在導(dǎo)向軸29的協(xié)助下可沿著光軸移動(dòng)，其中導(dǎo)向軸29沿著光軸的方向被設(shè)置在相機(jī)機(jī)身22的內(nèi)部。
因此，當(dāng)電機(jī)24工作時(shí)，導(dǎo)向螺釘24a旋轉(zhuǎn)，使動(dòng)力傳送構(gòu)件26沿著光軸的方向移動(dòng)。隨著動(dòng)力傳送構(gòu)件26沿著光軸的方向移動(dòng)，鏡筒28在導(dǎo)向軸29的引導(dǎo)下也沿著光軸的方向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)縮放。
然而，相機(jī)的縮放透鏡機(jī)構(gòu)20還是采用電磁電機(jī)，從而需要多個(gè)減速齒輪，妨礙小型化。此外，不能夠防止由電機(jī)產(chǎn)生電磁波。另外，機(jī)構(gòu)20具有較低的位置分辨率，不利于精確控制。
為了克服上述問(wèn)題，圖3a和圖3b顯示在第6,215,605號(hào)美國(guó)專利中公開(kāi)的一種利用壓電元件移動(dòng)透鏡的驅(qū)動(dòng)裝置30。
即，壓電元件32被固定到基座檔塊34上，以將位移傳遞給驅(qū)動(dòng)桿36，從而利用由滑動(dòng)件38a產(chǎn)生的預(yù)載荷以及透鏡框架38的慣性和加速度一起來(lái)移動(dòng)透鏡L1、L2、L3和L4。根據(jù)輸入電壓的波形，透鏡框架38與驅(qū)動(dòng)桿36一起移動(dòng)或滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)雙向驅(qū)動(dòng)。
驅(qū)動(dòng)裝置30不采用電磁電機(jī)，因此不產(chǎn)生電磁波。驅(qū)動(dòng)裝置30也不采用用于動(dòng)力傳送的減速齒輪，從而簡(jiǎn)化了其結(jié)構(gòu)。
然而，由于驅(qū)動(dòng)桿36必須被固定，所以不能改變鏡筒的長(zhǎng)度，從而限制了小型化。此外，驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有不對(duì)稱的波形，而不是具有固定的正弦波形，這使驅(qū)動(dòng)電路變得復(fù)雜。
因此，需要這樣一種透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，這種透鏡驅(qū)動(dòng)裝置能夠被安裝在較小的空間中，具有高分辨率以實(shí)現(xiàn)精確控制，并能夠在具有足夠的移動(dòng)范圍的同時(shí)以低驅(qū)動(dòng)功率進(jìn)行工作。

發(fā)明內(nèi)容
提出本發(fā)明以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，因此本發(fā)明的一方面在于提供一種透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置具有從傳統(tǒng)的電磁驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化而來(lái)的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)小型化。
本發(fā)明的另一方面在于提供一種透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置能夠用低輸入功率獲得大的透鏡位移或大的透鏡移動(dòng)范圍，以實(shí)現(xiàn)較好的位置分辨率，從而使用于驅(qū)動(dòng)透鏡所消耗的功率的損耗最小化。
此外，本發(fā)明的另一方面在于提供一種透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)來(lái)引導(dǎo)透鏡的移動(dòng)，從而精確并穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)透鏡。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供一種透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，包括透鏡鏡筒，包括透鏡支座和延伸部分，透鏡支座用于在其中支撐至少一個(gè)透鏡，延伸部分從透鏡支座延伸出去；壓電振動(dòng)器，包括壓電體和摩擦構(gòu)件，壓電體響應(yīng)于施加的功率發(fā)生伸縮和彎曲，摩擦構(gòu)件設(shè)置在壓電體的前端并與延伸部分接觸，壓電振動(dòng)器提供驅(qū)動(dòng)透鏡鏡筒所必需的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力；預(yù)載荷構(gòu)件，具有自由端，該自由端與壓電體的后端彈性地接觸以保持透鏡鏡筒的延伸部分與壓電振動(dòng)器的摩擦構(gòu)件之間的壓迫接觸狀態(tài)，預(yù)載荷構(gòu)件提供壓迫壓電振動(dòng)器以抵住延伸部分的彈力；導(dǎo)向部分，用于沿著光軸方向引導(dǎo)透鏡鏡筒的運(yùn)動(dòng)。
優(yōu)選地，壓電振動(dòng)器可以是壓電超聲電機(jī)，該電機(jī)具有沿著彎曲方向?qū)盈B的多個(gè)壓電層，以通過(guò)內(nèi)電極結(jié)構(gòu)和外電極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生至少兩種振動(dòng)模式。
優(yōu)選地，透鏡鏡筒還包括設(shè)置在延伸部分的豎直表面上的摩擦構(gòu)件，該摩擦構(gòu)件被設(shè)置為與壓電振動(dòng)器的摩擦構(gòu)件垂直，以在兩者之間形成接觸。
更加優(yōu)選地，所述摩擦構(gòu)件被設(shè)置在在延伸部分的豎直表面中凹入的凹槽中。
更加優(yōu)選地，延伸部分的摩擦構(gòu)件的高度是透鏡鏡筒的移動(dòng)距離的1.5倍。
優(yōu)選地，預(yù)載荷構(gòu)件包括板簧，該板簧具有與壓電振動(dòng)器的后端彈性地接觸的自由端，同時(shí)板簧還具有被固定到設(shè)置有壓電振動(dòng)器的基座上的固定端。
更加優(yōu)選地，預(yù)載荷構(gòu)件的自由端具有從其表面突起的突起，以與壓電振動(dòng)器的后端點(diǎn)接觸。
優(yōu)選地，預(yù)載荷構(gòu)件的長(zhǎng)度大于壓電振動(dòng)器的長(zhǎng)度。
優(yōu)選地，導(dǎo)向部分包括具有預(yù)定長(zhǎng)度的第一導(dǎo)向桿和具有預(yù)定長(zhǎng)度的第二導(dǎo)向桿，第一導(dǎo)向桿被豎直地設(shè)置在形成在延伸部分的一部分中的第一導(dǎo)向槽中，從而可在軸承構(gòu)件上移動(dòng)，第二導(dǎo)向桿被豎直地設(shè)置在形成在延伸部分的另一部分中的第二導(dǎo)向槽中。
更加優(yōu)選地，軸承構(gòu)件包括成對(duì)的上球和下球以及保持架，上球和下球與第一導(dǎo)向槽的外表面和第一導(dǎo)向桿的外表面點(diǎn)接觸，保持架具有多個(gè)上球槽和下球槽，其中，上球和下球被可旋轉(zhuǎn)地布置在上球槽和下球槽中。
更加優(yōu)選地，上球和下球以及第一導(dǎo)向桿被布置在與三角形的各個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置上。
更加優(yōu)選地，第一導(dǎo)向桿的中心與壓電振動(dòng)器的摩擦構(gòu)件和延伸部分的摩擦構(gòu)件之間的接觸點(diǎn)齊平。
更加優(yōu)選地，壓電振動(dòng)器的摩擦構(gòu)件和延伸部分的摩擦構(gòu)件之間的接觸點(diǎn)與預(yù)載荷構(gòu)件的自由端和壓電振動(dòng)器之間的接觸點(diǎn)齊平。
更加優(yōu)選地，第二導(dǎo)向桿被設(shè)置在具有矩形截面的第二導(dǎo)向槽中，從而第二導(dǎo)向桿與從第二導(dǎo)向槽的內(nèi)表面突起的內(nèi)突起點(diǎn)接觸。
優(yōu)選地，透鏡驅(qū)動(dòng)裝置還包括安裝有透鏡鏡筒的基座，其中，基座包括豎直肋、固定槽和固定孔，豎直肋用于固定壓電振動(dòng)器的壓電體，預(yù)載荷構(gòu)件的固定端被固定在固定槽中，導(dǎo)向部分的下端被固定在固定孔中。
更加優(yōu)選地，豎直肋包括彈性固定構(gòu)件，該彈性固定構(gòu)件從豎直肋的與壓電體的下表面接觸的下端豎直地延伸，從而與壓電體的相對(duì)的外表面彈性地接觸。
更加優(yōu)選地，豎直肋具有被設(shè)置為與壓電體的上表面接觸的固定板，從而防止壓電振動(dòng)器的向上的脫離和運(yùn)動(dòng)。
更加優(yōu)選地，固定槽被設(shè)置在一對(duì)固定肋之間以形成固定地插入預(yù)載荷構(gòu)件的固定端的間隙，所述一對(duì)固定肋被設(shè)置在基座的角上。
優(yōu)選地，透鏡驅(qū)動(dòng)裝置還包括設(shè)置在透鏡鏡筒的表面上的指示器，以及根據(jù)透鏡鏡筒的豎直運(yùn)動(dòng)感測(cè)指示器的位置的位置傳感器。
優(yōu)選地，透鏡驅(qū)動(dòng)裝置還包括殼體，用于保護(hù)透鏡鏡筒、壓電振動(dòng)器、預(yù)載荷構(gòu)件和導(dǎo)向部分免受外部環(huán)境破壞。


通過(guò)下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它方面、特點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)將更加容易理解，其中圖1是顯示使用凸輪的傳統(tǒng)的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置的剖視圖；圖2是顯示使用螺釘?shù)膫鹘y(tǒng)的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置的剖視圖；
圖3a是顯示使用壓電元件的傳統(tǒng)的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置的整體平面圖，圖3b是表示同一裝置的局部分解的透視圖；圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置的透視圖；圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置的分解透視圖；圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置的側(cè)視圖；圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置的俯視圖；圖8是顯示設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置中的壓電振動(dòng)器、延伸部分和導(dǎo)向部分之間的連接的詳細(xì)視圖；圖9a和圖9b顯示設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置中的軸承構(gòu)件，其中，圖9a是透視圖，圖9b是剖視圖；圖10是表示設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置中的第二導(dǎo)向桿和第二導(dǎo)向槽之間的接觸狀態(tài)的截面圖；圖11a和圖11b表示設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置中的壓電振動(dòng)器，其中，圖11a表示在長(zhǎng)度方向上處于伸縮狀態(tài)(flexural mode)的壓電體，圖11b表示在厚度方向上處于彎曲狀態(tài)的壓電體；圖11c表示處于伸縮狀態(tài)和彎曲狀態(tài)的混合狀態(tài)的壓電體；圖12a和圖12b是表示在根據(jù)本發(fā)明的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置中采用的壓電振動(dòng)器的內(nèi)外電極和振動(dòng)模式的方案視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置的整體透視圖，圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置的分解透視圖，圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置的側(cè)視圖，圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置的俯視圖。
如圖4至圖7所示，根據(jù)本發(fā)明的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置100包括透鏡鏡筒110，其中容納有至少一個(gè)透鏡；壓電振動(dòng)器120，用于提供使其中具有透鏡的透鏡鏡筒110沿著光軸方向移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力；預(yù)載荷構(gòu)件130，用于壓迫壓電振動(dòng)器120；導(dǎo)向部分140，用于引導(dǎo)透鏡鏡筒110的移動(dòng)。
如圖4和圖5所示，透鏡鏡筒110通過(guò)注模形成，具有透鏡支座111和延伸部分112，透鏡支座111具有預(yù)定尺寸的內(nèi)部空間，用于容納沿著光軸布置的至少一個(gè)透鏡。
延伸部分112包括豎直表面114以及第一導(dǎo)向槽115和第二導(dǎo)向槽116豎直表面114從透鏡支座111的外表面向壓電振動(dòng)器120延伸預(yù)定長(zhǎng)度，用于將稍后描述的摩擦構(gòu)件設(shè)置在該豎直表面114上，導(dǎo)向部分140的第一導(dǎo)向桿141和第二導(dǎo)向桿142被固定地插入到第一導(dǎo)向槽115和第二導(dǎo)向槽116中。
這里，豎直表面114形成在延伸部分112的側(cè)部，面對(duì)壓電振動(dòng)器120，第一導(dǎo)向槽115和第二導(dǎo)向槽116形成在延伸部分112的另一側(cè)部。
這種延伸部分112在注模過(guò)程中一體地設(shè)置到透鏡鏡筒110上，然而這并不限制本發(fā)明。延伸部分112也可以通過(guò)注模單獨(dú)形成，然后與透鏡支座111裝配，透鏡支座111也通過(guò)注模形成圓筒形。
透鏡支座111具有預(yù)定尺寸的穿透其上表面的光孔113，該光孔113與光軸對(duì)準(zhǔn)。
此外，如圖4和圖5所示，壓電振動(dòng)器120可以是由摩擦構(gòu)件121和壓電體122構(gòu)成的盒狀壓電超聲電機(jī)。
摩擦構(gòu)件121被設(shè)置在壓電體122的前端，從而與從透鏡鏡筒110延伸的延伸部分112的側(cè)部接觸。優(yōu)選地，這種摩擦構(gòu)件121由具有優(yōu)良的耐磨性和相對(duì)大的摩擦系數(shù)的陶瓷材料或金屬材料制成。摩擦構(gòu)件121的形狀不限于圓柱形，也可以是半圓柱形或盒狀等，只要該形狀能夠?qū)⒛Σ亮鬟f到相應(yīng)的目標(biāo)即可。
壓電體122具有與多個(gè)電極端子(未示出)電連接的電纜123，以通過(guò)其外表面接收施加的電能。響應(yīng)于通過(guò)外電極端子施加的電能，壓電體122在長(zhǎng)度方向上形成伸縮狀態(tài)(flexural mode)，在厚度方向上形成彎曲狀態(tài)，其中，壓電體122由層疊的多個(gè)壓電片構(gòu)成，每個(gè)壓電片具有單獨(dú)的內(nèi)電極。
這種壓電振動(dòng)器120向下插入一對(duì)豎直肋151和152中，從而壓電振動(dòng)器120相對(duì)的側(cè)部被豎直肋151和152支撐，其中豎直肋151和152從其上安裝有透鏡鏡筒110的基座150的上表面豎直地延伸。
圖8是顯示設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置中的設(shè)置的壓電振動(dòng)器與延伸部分的連接狀態(tài)的詳細(xì)視圖。如圖所示，另一摩擦構(gòu)件124被設(shè)置在面對(duì)壓電振動(dòng)器120的摩擦構(gòu)件121的延伸部分112的豎直表面114上。
這種摩擦構(gòu)件124被設(shè)置在豎直表面114上，與壓電振動(dòng)器120的摩擦構(gòu)件121垂直，從而在兩者之間形成點(diǎn)接觸。與壓電振動(dòng)器120的摩擦構(gòu)件121一樣，優(yōu)選地，延伸部分112的摩擦構(gòu)件124也由具有較好的耐磨性和大摩擦系數(shù)的陶瓷材料或金屬材料制成。摩擦構(gòu)件124不限于圓柱形，可以形成為半圓柱形、盒狀等，該摩擦構(gòu)件允許將摩擦力傳遞到相應(yīng)的目標(biāo)。
具有半圓形截面的凹槽114a可在面對(duì)壓電振動(dòng)器120的摩擦構(gòu)件121的延伸部分112的豎直表面114中豎直地凹入，從而牢固地將摩擦構(gòu)件124固定在凹槽114a中。
同時(shí)，優(yōu)選地，設(shè)置在豎直表面114上的摩擦構(gòu)件124的長(zhǎng)度至少為透鏡鏡筒期望的移動(dòng)距離的1.5倍，以確保壓電振動(dòng)器120的摩擦構(gòu)件121和延伸部分112的摩擦構(gòu)件124之間的更加可靠和穩(wěn)定的接觸范圍。
為了分別將摩擦構(gòu)件121和124粘結(jié)到壓電振動(dòng)器120的壓電體122的前端和豎直表面114上，在使用單獨(dú)的夾具(未顯示)施加預(yù)定級(jí)別的壓力的同時(shí)確定粘結(jié)位置。在仍然施加壓力的同時(shí)，施加熱固樹(shù)脂以將摩擦構(gòu)件121和124分別粘結(jié)在壓電體122和豎直表面114上。
此外，如圖4、圖5和圖7所示，預(yù)載荷構(gòu)件130是彈性材料，其自由端131與壓電振動(dòng)器120的壓電體122的后端接觸，同時(shí)其固定端132被固定在基座150的固定槽153中，所述壓電體122的后端是設(shè)置摩擦構(gòu)件121的前端的相反側(cè)。因此，預(yù)載荷構(gòu)件130向壓電振動(dòng)器120施加預(yù)定強(qiáng)度的壓力來(lái)抵住延伸部分112。
預(yù)載荷構(gòu)件130的自由端131具有形成于其上的突起133，從而在預(yù)載荷構(gòu)件130的固定端132被固定槽153固定且向透鏡鏡筒110一側(cè)彎曲的同時(shí)，預(yù)載荷構(gòu)件130的自由端131與壓電振動(dòng)器120的壓電體122的后端點(diǎn)接觸。
同時(shí)，優(yōu)選地，預(yù)載荷構(gòu)件130被設(shè)計(jì)成為具有比壓電振動(dòng)器120的長(zhǎng)度更長(zhǎng)的長(zhǎng)度，以獲得可調(diào)節(jié)的預(yù)載荷。
此外，如圖4至圖8所示，導(dǎo)向部分140包括第一導(dǎo)向桿141和第二導(dǎo)向桿142，隨著透鏡鏡筒110在壓電振動(dòng)器120提供的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的作用下沿著光軸的方向來(lái)回運(yùn)動(dòng)，第一導(dǎo)向桿141和第二導(dǎo)向桿142用于引導(dǎo)透鏡鏡筒110的運(yùn)動(dòng)。
具有預(yù)定長(zhǎng)度的第一導(dǎo)向桿141被豎直地設(shè)置在形成在延伸部分112的一部分上的第一導(dǎo)向槽115中，從而第一導(dǎo)向桿141可在被設(shè)置在第一導(dǎo)向桿141和第一導(dǎo)向槽115之間的軸承構(gòu)件143上移動(dòng)。具有預(yù)定長(zhǎng)度的第二導(dǎo)向桿142被豎直地設(shè)置在形成在延伸部分112的另一部分上的第二導(dǎo)向槽116中，從而防止在透鏡鏡筒110在壓電振動(dòng)器120提供的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的作用下移動(dòng)時(shí)透鏡鏡筒110繞第一導(dǎo)向桿141旋轉(zhuǎn)。
這里，第一導(dǎo)向桿141和第二導(dǎo)向桿142各自的下端被固定地插入到設(shè)置在基座150的上表面中的第一固定孔154a和第二固定孔154b中，從而使第一導(dǎo)向桿141和第二導(dǎo)向桿142被豎直地固定并與光軸對(duì)齊。
此外，如圖9a和圖9b所示，設(shè)置在第一導(dǎo)向槽115和第一導(dǎo)向桿141之間的軸承構(gòu)件143包括成對(duì)的上球143a和下球143b以及保持架143e，上球143a和下球143b與第一導(dǎo)向槽115的外表面以及第一導(dǎo)向桿141的外表面點(diǎn)接觸，保持架143e具有多個(gè)上球槽143c和下球槽143d，其中，上球143a和下球143b被可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在上球槽143c和下球槽143d中。
在保持架143e的前表面和后表面中，凹槽143f和143g凹入以分別防止在第一導(dǎo)向槽115上突起的突起115a與保持架143e之間的接觸以及保持架143e與第一導(dǎo)向桿141之間的接觸。
這里，上球143a和下球143b以及第一導(dǎo)向桿141被設(shè)置在與三角形的各頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置，以保持彼此之間穩(wěn)定的點(diǎn)接觸，從而防止不對(duì)準(zhǔn)。
此外，優(yōu)選地，第一導(dǎo)向桿141的中心與壓電振動(dòng)器120的摩擦構(gòu)件121和延伸部分112的摩擦構(gòu)件124之間的接觸點(diǎn)齊平。另外，優(yōu)選地，壓電振動(dòng)器120的摩擦構(gòu)件121和延伸部分112的摩擦構(gòu)件124之間的接觸點(diǎn)與預(yù)載荷構(gòu)件130的自由端131和壓電振動(dòng)器120之間的接觸點(diǎn)齊平。
因此，由壓電振動(dòng)器120提供的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力通過(guò)壓電振動(dòng)器120的摩擦構(gòu)件121傳遞到延伸部分112的摩擦構(gòu)件124，以使透鏡鏡筒110沿著光軸的方向來(lái)回移動(dòng)，同時(shí)使透鏡鏡筒110在來(lái)回移動(dòng)的過(guò)程中的功率損耗最小化。
被設(shè)置為與第一導(dǎo)向桿141平行并保持預(yù)定間隔的第二導(dǎo)向桿142被裝配到在延伸部分112中形成的第二導(dǎo)向槽116內(nèi)。
如圖7至10所示，第二導(dǎo)向槽116可以是具有矩形截面的矩形框，并在其內(nèi)表面上形成內(nèi)突起116a和116b，以與第二導(dǎo)向桿142的外表面點(diǎn)接觸，從而使透鏡鏡筒的受引導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦損耗最小化。
同時(shí)，如圖4至圖7所示，本發(fā)明的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置100還包括基座150，透鏡鏡筒110被安裝在基座150上，并且設(shè)置有未顯示的圖像傳感器和基底。
基座150是通過(guò)注模形成的樹(shù)脂結(jié)構(gòu)，具有豎直延伸的豎直肋151和152、固定槽153以及第一固定孔154a和第二固定孔154b，豎直肋151和152用于支撐壓電振動(dòng)器120，預(yù)載荷構(gòu)件130的固定端132被固定在固定槽153中，第一導(dǎo)向桿141和第二導(dǎo)向桿142被固定地插入到第一固定孔154a和第二固定孔154b中。
豎直肋151和152是固定的結(jié)構(gòu)，其水平地支撐壓電體122以保持壓電振動(dòng)器120的摩擦構(gòu)件121與透鏡鏡筒110的延伸部分112之間的接觸。
這種豎直肋151和152由彈性固定構(gòu)件構(gòu)成，其下部與壓電體122的下表面接觸，并且豎直肋151和152豎直地延伸以與壓電體122的相對(duì)的外表面彈性地接觸。
豎直肋151和152在它們的上端具有與壓電體122的上表面接觸的固定板155，從而防止壓電振動(dòng)器120向上脫離和運(yùn)動(dòng)。
因此，壓電振動(dòng)器120被向下插入到豎直肋151和152中，并在壓電振動(dòng)器120與固定板155接觸以防止向上脫離和運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，防止壓電振動(dòng)器120側(cè)向運(yùn)動(dòng)。
此外，固定槽153是設(shè)置在基座150的角上的固定結(jié)構(gòu)，從而預(yù)載荷構(gòu)件130的固定端132被固定在固定槽153中。
這種固定槽153形成在彎曲成L形的一對(duì)固定肋153a和153b之間，以提供用于固定地插入預(yù)載荷構(gòu)件130的固定端132的間隙。
此外，指示器119一體地設(shè)置在透鏡鏡筒110的表面上，并且位置傳感器160感測(cè)指示器119的豎直運(yùn)動(dòng)以檢測(cè)透鏡鏡筒110的位置改變。
這種位置傳感器160由基座150的傳感器支座156固定在與指示器119的位置對(duì)應(yīng)的位置。位置傳感器160在其一側(cè)具有多個(gè)端子，用于接收和發(fā)送信號(hào)。
同時(shí)，如圖4和圖5所示，具有預(yù)定尺寸的內(nèi)部空間的殼體170被設(shè)置在基座150的上方，用于保護(hù)透鏡鏡筒110、壓電振動(dòng)器120、預(yù)載荷構(gòu)件130和位置傳感器160不受外部環(huán)境破壞。
這種殼體是樹(shù)脂結(jié)構(gòu)，在殼體的上表面上形成有開(kāi)口171和裝配孔172，開(kāi)口171用于露出透鏡鏡筒110的光孔113，裝配孔172與從基座150的外表面突出的裝配突起157裝配。
因此，通過(guò)將裝配孔172和裝配突起157裝配在一起，殼體170被裝配到基座150上，以保護(hù)透鏡鏡筒110、壓電振動(dòng)器120、預(yù)載荷構(gòu)件130和位置傳感器160。
在本發(fā)明的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置100中，其中設(shè)置有至少一個(gè)透鏡的透鏡鏡筒110在驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的作用下沿著光軸的方向來(lái)回操作，所述驅(qū)動(dòng)動(dòng)力是響應(yīng)于通過(guò)形成在壓電振動(dòng)器120的壓電體122中的電纜施加的外部電能，通過(guò)具有層疊的壓電層的壓電體122的縱向(伸縮)模式和彎曲模式的振動(dòng)而產(chǎn)生的，用于移動(dòng)透鏡鏡筒110。
隨著壓電振動(dòng)器120在超聲區(qū)內(nèi)以至少20kHz的諧振頻率被同時(shí)按照縱向模式和彎曲模式驅(qū)動(dòng)時(shí)，附著到壓電體122的端部的摩擦構(gòu)件121沿著橢圓形軌跡或路徑運(yùn)動(dòng)。橢圓形軌跡運(yùn)動(dòng)的方向由壓電體122的內(nèi)外電極確定的諧振頻率確定，這樣使得能夠調(diào)整透鏡的移動(dòng)方向。在圖12a和圖12b中從概念上顯示了內(nèi)外電極和振動(dòng)模式。
即，相應(yīng)于通過(guò)路線1或2選擇的施加的功率，具有多個(gè)層的壓電體122同時(shí)執(zhí)行直線縱向(伸縮)模式和彎曲模式，從而設(shè)置在壓電體122的一端的摩擦構(gòu)件121產(chǎn)生向上和向下的直線運(yùn)動(dòng)。
同時(shí)，彎曲模式振動(dòng)的方向與壓電體122的壓電層層疊的方向相一致，并且還與在本發(fā)明中設(shè)置的AF模塊的光軸方向一致。本發(fā)明采用大約在300kHz的區(qū)域內(nèi)的諧振頻率，該諧振頻率可根據(jù)壓電振動(dòng)器的長(zhǎng)度、寬度和厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
如上所述，由于壓電振動(dòng)器120被豎直肋151和152固定以防止旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以摩擦構(gòu)件121僅進(jìn)行豎直、來(lái)回的直線運(yùn)動(dòng)，并且振動(dòng)軌跡的方向響應(yīng)于施加到壓電體122的諧振頻率被向上或向下調(diào)節(jié)。
因此，僅產(chǎn)生豎直方向的振動(dòng)軌跡的摩擦構(gòu)件121通過(guò)設(shè)置在透鏡鏡筒110的延伸部分112上的摩擦構(gòu)件124傳遞驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，其中透鏡鏡筒110是移動(dòng)的目標(biāo)。因此，透鏡鏡筒110沿著導(dǎo)向部分140的第一導(dǎo)向桿141和第二導(dǎo)向桿142沿著光軸方向上升或降低。
這里，由于壓電振動(dòng)器120的摩擦構(gòu)件121與延伸部分112的摩擦構(gòu)件124之間產(chǎn)生的摩擦力大于延伸部分112與第一導(dǎo)向桿141和第二導(dǎo)向桿142之間產(chǎn)生的摩擦力，并且摩擦構(gòu)件121和124互相形成點(diǎn)接觸以防止透鏡鏡筒110的光軸不對(duì)準(zhǔn)，所以使得透鏡鏡筒110的豎直運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定。
此外，摩擦構(gòu)件121和摩擦構(gòu)件124之間的點(diǎn)接觸在預(yù)載荷構(gòu)件130的彈力的作用下保持恒定，其中，預(yù)載荷構(gòu)件130被設(shè)置為彈性地壓迫壓電振動(dòng)器120以抵住延伸部分122。
此外，由于摩擦構(gòu)件121和摩擦構(gòu)件124之間的點(diǎn)接觸與第一導(dǎo)向桿141的中心齊平，所以預(yù)載荷構(gòu)件130的彈力被無(wú)損耗地傳遞到延伸部分112，從而使壓電振動(dòng)器120的能力最大化。
如上所述，透鏡鏡筒110在壓電振動(dòng)器120提供的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的作用下沿著第一導(dǎo)向桿141和第二導(dǎo)向桿142豎直地運(yùn)動(dòng)，其中，第一導(dǎo)向桿141被設(shè)置在延伸部分112的第一導(dǎo)向槽115中，第二導(dǎo)向桿142被設(shè)置在延伸部分112的第二導(dǎo)向槽116中。
這里，軸承構(gòu)件143被設(shè)置在第一導(dǎo)向桿141和第一導(dǎo)向槽115之間，軸承構(gòu)件143的保持架143e具有成對(duì)的上球143a和下球143b，上球143a和下球143b與第一導(dǎo)向桿141的周表面和第一導(dǎo)向槽115的外表面點(diǎn)接觸，從而使摩擦損耗最小化。第一導(dǎo)向桿141和左右對(duì)的上球143a和下球143b被設(shè)置在與三角形的各頂點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的位置。
因此，第一導(dǎo)向桿與軸承構(gòu)件143形成穩(wěn)定的點(diǎn)接觸，以防止透鏡鏡筒的未對(duì)準(zhǔn)，從而穩(wěn)定地引導(dǎo)透鏡鏡筒110的豎直運(yùn)動(dòng)。
此外，被設(shè)置為與第一導(dǎo)向桿141平行并分開(kāi)預(yù)定間隔的第二導(dǎo)向桿142與第二導(dǎo)向槽116的周表面接觸，從而防止透鏡鏡筒110在其豎直運(yùn)動(dòng)期間繞著第一導(dǎo)向桿141旋轉(zhuǎn)。
這里，第二導(dǎo)向桿142與從第二導(dǎo)向槽116的內(nèi)周表面突起的內(nèi)突起116a和116b點(diǎn)接觸，以使在透鏡鏡筒的豎直運(yùn)動(dòng)期間產(chǎn)生的摩擦損耗最小化，同時(shí)減小壓電振動(dòng)器120的功率損耗。
同時(shí)，透鏡鏡筒110沿著第一導(dǎo)向桿141和第二導(dǎo)向桿142的豎直運(yùn)動(dòng)由位置傳感器160檢測(cè)，該位置傳感器160感測(cè)從透鏡鏡筒110的外表面突出的指示器119，從而，基于檢測(cè)的豎直運(yùn)動(dòng)，由壓電振動(dòng)器120的驅(qū)動(dòng)功率產(chǎn)生的使透鏡鏡筒110豎直地運(yùn)動(dòng)的外力得到適當(dāng)?shù)目刂啤?br> 如上所述，本發(fā)明采用直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，壓電振動(dòng)器與從透鏡鏡筒徑向延伸出的延伸部分點(diǎn)接觸，從而通過(guò)預(yù)載荷構(gòu)件壓著延伸部分，以將驅(qū)動(dòng)動(dòng)力傳遞到透鏡鏡筒。與使用凸輪的傳統(tǒng)的電磁驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化，便于小型化。
此外，這種壓電直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使被傳遞到透鏡鏡筒(移動(dòng)的目標(biāo))的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的損耗最小化，從而與現(xiàn)有技術(shù)相比，可用較低的輸入功率獲得較大的移動(dòng)范圍并增加驅(qū)動(dòng)效率。
此外，本發(fā)明采用用于引導(dǎo)透鏡鏡筒的運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)，使得透鏡的運(yùn)動(dòng)更加精確和穩(wěn)定，從而獲得質(zhì)量較好的圖像。
雖然已經(jīng)結(jié)合示例性實(shí)施例顯示并描述了本發(fā)明，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行修改和改變。
本申請(qǐng)要求于2006年2月20日提交到韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的第2006-16337號(hào)韓國(guó)專利申請(qǐng)的權(quán)益，通過(guò)引用將該申請(qǐng)公開(kāi)的內(nèi)容包含于此。
權(quán)利要求
1.一種透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，包括透鏡鏡筒，包括透鏡支座和延伸部分，透鏡支座用于在其中支撐至少一個(gè)透鏡，延伸部分從透鏡支座延伸出去；壓電振動(dòng)器，包括壓電體和摩擦構(gòu)件，壓電體響應(yīng)于施加的功率發(fā)生伸縮和彎曲，摩擦構(gòu)件設(shè)置在壓電體的前端并與延伸部分接觸，壓電振動(dòng)器提供驅(qū)動(dòng)透鏡鏡筒所必需的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力；預(yù)載荷構(gòu)件，具有自由端，該自由端與壓電體的后端彈性地接觸以保持透鏡鏡筒的延伸部分與壓電振動(dòng)器的摩擦構(gòu)件之間的壓迫接觸狀態(tài)，預(yù)載荷構(gòu)件提供壓迫壓電振動(dòng)器以抵住延伸部分的彈力；導(dǎo)向部分，用于沿著光軸方向引導(dǎo)透鏡鏡筒的運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其中，壓電振動(dòng)器包括壓電超聲電機(jī)，該電機(jī)具有沿著彎曲方向?qū)盈B的多個(gè)壓電層，以通過(guò)內(nèi)電極結(jié)構(gòu)和外電極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生至少兩種振動(dòng)模式。
3.如權(quán)利要求1所述的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其中，透鏡鏡筒還包括設(shè)置在延伸部分的豎直表面上的摩擦構(gòu)件，該摩擦構(gòu)件被設(shè)置為與壓電振動(dòng)器的摩擦構(gòu)件垂直，以在兩個(gè)摩擦構(gòu)件之間形成接觸。
4.如權(quán)利要求3所述的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其中，延伸部分的摩擦構(gòu)件被設(shè)置在在延伸部分的豎直表面中凹入的凹槽中。
5.如權(quán)利要求3所述的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其中，延伸部分的摩擦構(gòu)件的高度是透鏡鏡筒的移動(dòng)距離的1.5倍。
6.如權(quán)利要求1所述的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其中，預(yù)載荷構(gòu)件包括板簧，該板簧具有與壓電振動(dòng)器的后端彈性地接觸的自由端，同時(shí)板簧還具有被固定到設(shè)置有壓電振動(dòng)器的基座上的固定端，以及從板簧的自由端的表面突起的突起，以與壓電振動(dòng)器的后端點(diǎn)接觸。
7.如權(quán)利要求1所述的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其中，預(yù)載荷構(gòu)件的長(zhǎng)度大于壓電振動(dòng)器的長(zhǎng)度。
8.如權(quán)利要求1所述的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其中，導(dǎo)向部分包括具有預(yù)定長(zhǎng)度的第一導(dǎo)向桿和具有預(yù)定長(zhǎng)度的第二導(dǎo)向桿，第一導(dǎo)向桿被豎直地設(shè)置在形成在延伸部分的一部分中的第一導(dǎo)向槽中，從而可在軸承構(gòu)件上移動(dòng)，第二導(dǎo)向桿被豎直地設(shè)置在形成在延伸部分的另一部分中的第二導(dǎo)向槽中。
9.如權(quán)利要求8所述的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其中，軸承構(gòu)件包括成對(duì)的上球和下球以及保持架，上球和下球與第一導(dǎo)向槽的外表面和第一導(dǎo)向桿的外表面點(diǎn)接觸，保持架具有多個(gè)上球槽和下球槽，其中，上球和下球被可旋轉(zhuǎn)地布置在上球槽和下球槽中。
10.如權(quán)利要求9所述的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其中，上球和下球以及第一導(dǎo)向桿被布置在與三角形的各個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置上。
11.如權(quán)利要求8所述的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其中，第一導(dǎo)向桿的中心與壓電振動(dòng)器的摩擦構(gòu)件和延伸部分的摩擦構(gòu)件之間的接觸點(diǎn)齊平。
12.如權(quán)利要求8所述的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其中，壓電振動(dòng)器的摩擦構(gòu)件和延伸部分的摩擦構(gòu)件之間的接觸點(diǎn)與預(yù)載荷構(gòu)件的自由端和壓電振動(dòng)器之間的接觸點(diǎn)齊平。
13.如權(quán)利要求8所述的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其中，第二導(dǎo)向桿被設(shè)置在具有矩形截面的第二導(dǎo)向槽中，從而第二導(dǎo)向桿與從第二導(dǎo)向槽的內(nèi)表面突起的內(nèi)突起點(diǎn)接觸。
14.如權(quán)利要求1所述的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，還包括安裝透鏡鏡筒的基座，其中，基座包括豎直肋、固定槽和固定孔，豎直肋用于固定壓電振動(dòng)器的壓電體，預(yù)載荷構(gòu)件的固定端被固定在固定槽中，導(dǎo)向部分的下端被固定在固定孔中。
15.如權(quán)利要求14所述的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其中，豎直肋包括彈性固定構(gòu)件，該彈性固定構(gòu)件從豎直肋的與壓電體的下表面接觸的下端豎直地延伸，從而與壓電體的相對(duì)的外表面彈性地接觸。
16.如權(quán)利要求14所述的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其中，豎直肋具有被設(shè)置為與壓電體的上表面接觸的固定板，從而防止壓電振動(dòng)器的向上的脫離和運(yùn)動(dòng)。
17.如權(quán)利要求14所述的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，其中，固定槽被設(shè)置在一對(duì)固定肋之間以形成固定地插入預(yù)載荷構(gòu)件的固定端的間隙，所述一對(duì)固定肋被設(shè)置在基座的角上。
18.如權(quán)利要求1所述的透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，還包括設(shè)置在透鏡鏡筒的表面上的指示器，以及根據(jù)指示器的豎直運(yùn)動(dòng)感測(cè)指示器的位置的位置傳感器。
全文摘要
公開(kāi)了一種透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，包括透鏡鏡筒，包括透鏡支座和從透鏡支座延伸出去的延伸部分；壓電振動(dòng)器，包括壓電體和摩擦構(gòu)件，壓電體響應(yīng)于施加的功率發(fā)生伸縮和彎曲，摩擦構(gòu)件與延伸部分接觸，壓電振動(dòng)器提供驅(qū)動(dòng)透鏡鏡筒所必需的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力；預(yù)載荷構(gòu)件，具有自由端，該自由端與壓電體的后端彈性地接觸以壓迫壓電振動(dòng)器抵住延伸部分；導(dǎo)向部分，用于沿著光軸方向引導(dǎo)透鏡鏡筒的運(yùn)動(dòng)。這實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)化的小型化結(jié)構(gòu)，在低輸入功率條件下實(shí)現(xiàn)大的移動(dòng)范圍以獲得較好的位置分辨率、最小的驅(qū)動(dòng)功率損耗、用于引導(dǎo)透鏡的移動(dòng)的簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)以及精確且穩(wěn)定的透鏡移動(dòng)。
文檔編號(hào)H02N2/00GK101025466SQ20071007887
公開(kāi)日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月20日
發(fā)明者白機(jī)汶, 李東均, 科克·伯哈尼汀, 姜秉佑 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社