專利名稱：透鏡驅動器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種透鏡驅動器件，本發(fā)明更具體地涉及一種可以調節(jié)由具有變焦功能的光學器件內的各透鏡的相對距離確定的有效焦距的透鏡驅動器件。
背景技術：
諸如攝影機、可攜式攝像機(camcorder)、變焦距攝影機、觀察攝影機以及微型航空飛行器(MAV)的各種光學儀器均具有用于使用于變焦距的透鏡前、后移動的驅動結構。已經開發(fā)出幾種用于移動用于這種變焦距的透鏡的結構。
基于凸輪結構的傳統(tǒng)驅動技術已經用于進行變焦距以調節(jié)焦距。通過沿透鏡鏡筒改變各透鏡的相對間隔，基于凸輪結構的驅動技術進行變焦距，它是由電磁馬達啟動的，而且在透鏡鏡筒的橫向部分設置凸輪形凹槽。
圖1示出標題為“Zoom Lens Barrel”的第6,268,970號美國專利公開的傳統(tǒng)透鏡驅動機構。在圖1中，機架支承透鏡組120、130和140，而機架又被凸輪管160和170支承。插桿110驅動凸輪管以在軸向偏移透鏡。
基于凸輪結構的變焦距技術根據凸輪的結構確定每個透鏡的相對位置。因此，其缺點是，這種技術還需要用于將焦距設置在特定放大率的驅動單元和聚焦透鏡，從而使得包括減速驅動齒輪和沿凸輪移動的透鏡保持結構的驅動機構復雜化。
圖2示出第2000-55180號韓國未決專利公開披露的傳統(tǒng)攝影機變焦距透鏡機構。該變焦距透鏡機構包括攝影機主體200和包括多個透鏡的固定透鏡組。在攝影機主體200內，設置容納變焦馬達203的空間。變焦馬達203的軸與推動螺桿205相連，推動螺桿205具有成型在其外圍的螺絲和凹槽。用于傳達功率的卡箍207與推動螺桿205的外圍相連。還在其與推動螺桿205相連的部分，對卡箍207設置螺絲和凹槽，其中將其螺絲和凹槽成型為與推動螺桿205的螺絲和凹槽相同以便與推動螺桿205的螺絲和凹槽緊密配合?？ü?07還與變焦鏡筒209相連，而變焦鏡筒209又與可動透鏡組202相連。變焦鏡筒209與導軸211可滑動地相連，導軸211沿光軸取向，因此，透鏡鏡筒209可以在光軸方向沿導軸211移動。
在上述攝影機的變焦距透鏡機構中，馬達203的轉動還使推動螺桿250隨馬達203轉動。這樣，通過卡箍207，推動螺桿205的轉動被變換為直線運動，因此卡箍207沿光軸直線運動。由于卡箍207直線運動，所以變焦鏡筒209也沿光軸運動。在變焦鏡筒209沿光軸運動時，變焦鏡筒209接觸導軸211的部分滑動，因此變焦鏡筒209可以在預定范圍內沿光軸前、后運動。
然而，傳統(tǒng)變焦距透鏡機構存在電磁波的問題，因為電磁力驅動馬達。因此，該機構只能應用于小型通信設備。此外，該電磁馬達采用細小減速齒輪，從而使得機械結構復雜。此外，為了聚焦，必須分別移動變焦距透鏡和聚焦透鏡。
最近，為了克服上述缺點而且為了對微型光學儀器設置變焦功能，開發(fā)了一種微型光變焦機構。根據當前的趨勢，微型光學儀器采用諸如壓電元件的智能器件，而不采用使用電磁馬達的傳統(tǒng)驅動技術。利用壓電元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)馬達驅動技術的優(yōu)點在于，可以簡化驅動結構，而且因為采用直接驅動機構，所以可以實現高效。
圖3示出標題為“Driving Device”的第6,215,605號美國專利公開的采用這種壓電元件的變焦距透鏡驅動機構的例子。圖3所示的透鏡驅動器件具有安裝在基座321和322上的壓電致動器311和312，它將位移傳遞到驅動桿316和317以在凸塊331a和332a的預加載以及透鏡保持器331和332的慣性和加速度的作用下移動透鏡L2和L4。通過使透鏡保持器與驅動桿一起移動或者滑動并停留在適當位置，壓電致動器312根據激勵輸入的波形移動透鏡。壓電致動器312還可以在前、后方向移動透鏡。
在使用時，如圖4所示設置圖3所示的透鏡驅動器件，在圖4中，互相相鄰設置壓電致動器311a和311b。因此，在基座313承受壓電致動器311a和311b之一傳遞的膨脹和收縮時，該膨脹和收縮也傳遞到壓電致動器之另一，并從而傳遞到相應透鏡。因此，為了阻擋在壓電致動器之間傳遞膨脹/收縮，對基座313設置凹槽313g。然而，該凹槽使得驅動器件的結構復雜化，同時使得難以制造這種驅動器件。此外，該凹槽不能完全在壓電致動器之間阻擋膨脹/收縮的影響。
此外，為了移動透鏡，壓電致動器使驅動桿316和316往復運動，根據壓電致動器的大小，明顯限制了驅動桿316和316的長度。驅動桿長度的限制對透鏡的可移動距離產生了限制，因此對插入透鏡驅動器件的產品的質量產生不利影響。
因為驅動桿基本是固定的，所以傳統(tǒng)透鏡驅動器件存在以下問題不能改變在其內部安裝了透鏡的透鏡鏡筒的長度。除了用于移動透鏡的空間之外，還需要用于設置驅動元件的附加空間。因此，很難減小驅動器件的總體尺寸。不僅如此，透鏡部分地由驅動桿支承，因此在致動期間，在透鏡中可能產生不對稱的膨脹/收縮，從而可能導致透鏡驅動過程不穩(wěn)定。
發(fā)明內容
為了解決上述問題，提出本發(fā)明，因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種可以簡化透鏡驅動單元的結構并因此而減小變焦距透鏡單元的大小的透鏡驅動器件。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種透鏡驅動器件，該透鏡驅動器件使用壓電致動器轉動變焦距透鏡鏡筒，從而省略了機械齒輪裝置、消除了噪聲和電磁波、驅動效率高而且將功率損耗降低到最小。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種插入了透鏡支承機構的透鏡驅動器件，該透鏡支承機構確保透鏡進給長度不受其他部件的影響。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種可以對透鏡的位置進行超高精度控制以微調焦距和放大率并獲得高分辨力的透鏡驅動器件。
此外，本發(fā)明的又一個目的是提供一種可以應用于攝影機、可攜式攝像機、觀察攝影機以及微型航空飛行器(MAV)的超小型變焦距單元的各種形式的驅動器件的透鏡驅動器件。
根據本發(fā)明的一個方面，為了實現該目的，提供了一種透鏡驅動器件，該透鏡驅動器件包括鏡筒單元，具有內部空間，用于在其內容納透鏡；以及導槽，用于通過轉動鏡筒單元使透鏡前、后移動；環(huán)形壓電致動器單元，設置在鏡筒單元的附近，用于響應外部輸入信號，在徑向收縮或膨脹；以及驅動部件，安裝在壓電致動器單元上，而且具有多個向著鏡筒單元凸出以接觸該鏡筒單元的分段。
鏡筒單元優(yōu)選地包括固定鏡筒，具有以向前和向后方向直線成型的導槽；以及旋轉鏡筒，具有凸輪曲線形式的導槽。
壓電致動器單元優(yōu)選地轉動旋轉鏡筒。壓電致動器單元優(yōu)選地包括用于順時針方向轉動旋轉鏡筒的第一壓電致動器和用于逆時針方向轉動旋轉鏡筒的第二壓電致動器。
本發(fā)明的驅動器件可以進一步包括安裝在旋轉鏡筒上用于對旋轉鏡筒傳遞單向轉動的單向離合器，其中分段接觸單向離合器軸承。
安裝在第一壓電致動器上的驅動部件的各分段優(yōu)選地取順時針方向以接觸單向離合器軸承，而安裝在第二壓電致動器上的驅動部件的各分段優(yōu)選地取逆時針方向以接觸單向離合器軸承。
安裝在第一壓電致動器上的驅動部件的各分段優(yōu)選地取順時針方向以接觸旋轉鏡筒，而安裝在第二壓電致動器上的驅動部件的各分段優(yōu)選地取逆時針方向以接觸旋轉鏡筒。
第一和第二壓電致動器優(yōu)選地設置在旋轉鏡筒的外部。作為一種選擇，第一壓電致動器可以設置在旋轉鏡筒的外部，而第二壓電致動器可以設置在旋轉鏡筒的內部。
壓電致動器優(yōu)選地具有疊層結構或單板結構。該透鏡驅動器件可以進一步包括安裝在鏡筒單元附近、用于對單板結構的壓電致動器施加放大電壓的環(huán)形變壓器。
透鏡優(yōu)選地具有固定到透鏡的外表面部分上的凸起，該凸起插入鏡筒單元的導槽以將透鏡可移動地設置在鏡筒單元內。
根據本發(fā)明的另一個方面，為了實現該目的，提供了一種透鏡驅動器件，該透鏡驅動器件包括固定鏡筒，具有內部空間，用于在其內容納透鏡；以及直線導槽，以前、后方向成型，用于使透鏡前、后移動；旋轉鏡筒，環(huán)繞固定鏡筒設置，而且具有凸輪形導槽；一對環(huán)形壓電致動器，環(huán)繞旋轉鏡筒的外表面部分設置，用于響應外部輸入信號，在徑向收縮和膨脹；一對單向離合器軸承，安裝在旋轉鏡筒的外表面部分，用于在一個方向傳遞轉動；以及一對環(huán)形驅動部件，分別安裝在各壓電致動器的內表面部分上，該驅動部件具有向內凸出以接觸單向離合器軸承的順時針方向分段和逆時針方向分段。
壓電致動器優(yōu)選地具有疊層結構或單板結構。該透鏡驅動器件可以進一步包括安裝在鏡筒單元附近、用于對單板結構的壓電致動器施加放大電壓的環(huán)形變壓器。
透鏡優(yōu)選地具有固定到透鏡的外表面部分上的凸起，該凸起插入鏡筒的導槽內以將透鏡可移動地設置在鏡筒內。該驅動器件可以進一步包括透鏡架，該透鏡架具有從該透鏡架的外表面部分凸出的凸起，其中該凸起插入鏡筒單元的導槽內以將透鏡可移動地設置在鏡筒內。
根據本發(fā)明的又一個方面，為了實現該目的，提供了一種透鏡驅動器件，該透鏡驅動器件包括固定鏡筒，具有內部空間，用于在其內容納透鏡；以及直線導槽，以前、后方向成型，用于使透鏡前、后移動；旋轉鏡筒，環(huán)繞固定鏡筒設置，而且具有凸輪形導槽；一對環(huán)形壓電致動器，設置在旋轉鏡筒的內部，用于響應外部輸入信號，在徑向膨脹和收縮；一對單向離合器軸承，安裝在旋轉鏡筒的內表面部分上，用于在一個方向傳遞轉動；以及一對環(huán)形驅動部件，分別安裝在各壓電致動器的外表面部分上，該驅動部件具有向內凸出以接觸單向離合器軸承的順時針方向分段和逆時針方向分段。
壓電致動器優(yōu)選地具有疊層結構或單板結構。本發(fā)明的驅動器件可以進一步包括安裝在鏡筒單元附近、用于對單板結構的壓電致動器施加放大電壓的環(huán)形變壓器。
透鏡優(yōu)選地具有固定到透鏡的外表面部分上的凸起，該凸起插入鏡筒的導槽內以將透鏡可移動地設置在鏡筒內。本發(fā)明的驅動器件進一步包括透鏡架，該透鏡架具有從該透鏡架的外表面部分凸出的凸起，其中該凸起插入鏡筒單元的導槽內以將透鏡可移動地設置在鏡筒內。
根據本發(fā)明的又一個方面，為了實現該目的，提供了一種透鏡驅動器件，該透鏡驅動器件包括固定鏡筒，具有內部空間，用于在其內容納透鏡；以及直線導槽，以前、后方向成型，用于使透鏡前、后移動；旋轉鏡筒，環(huán)繞固定鏡筒設置，而且具有凸輪形導槽；環(huán)形壓電致動器，設置在旋轉鏡筒的內部，用于響應外部輸入信號，在徑向膨脹并恢復初始位置；環(huán)形壓電致動器，環(huán)繞旋轉鏡筒的外表面部分設置，用于響應外部輸入信號，在徑向收縮并恢復初始位置；一對單向離合器軸承，安裝在旋轉鏡筒的外表面部分和內表面部分上，用于在一個方向傳遞轉動；以及一對環(huán)形驅動部件，分別安裝在各壓電致動器的外表面部分上，該驅動部件具有向內凸出以接觸單向離合器軸承的順時針方向分段和逆時針方向分段。
壓電致動器優(yōu)選地具有疊層結構或單板結構。本發(fā)明的驅動器件可以進一步包括安裝在鏡筒單元附近、用于對單板結構的壓電致動器施加放大電壓的環(huán)形變壓器。
透鏡優(yōu)選地具有固定到透鏡的外表面部分上的凸起，該凸起插入鏡筒的導槽內以將透鏡可移動地設置在鏡筒內。本發(fā)明的驅動器件可以進一步包括透鏡架，該透鏡架具有從該透鏡架的外表面部分凸出的凸起，其中該凸起插入鏡筒單元的導槽內以將透鏡可移動地設置在鏡筒內。
根據以下結合附圖所做的詳細說明，可以更清楚地理解本發(fā)明的上述以及其他目的、特征以及其他優(yōu)點，附圖包括圖1是現有技術的透鏡驅動器件的剖視圖；圖2是另一種現有技術的透鏡驅動器件的剖視圖；圖3是又一種現有技術的透鏡驅動器件的剖視圖；圖4是圖3所示透鏡驅動器件的分解圖；圖5是具有變焦功能的透鏡鏡筒結構的剖視圖；圖6是本發(fā)明的透鏡驅動器件的透視圖；圖7是圖6所示透鏡驅動器件的部分剖開透視圖；圖8是圖6所示透鏡驅動器件的縱向剖視圖；圖9是圖6所示透鏡驅動器件的平面圖；圖10是圖6所示透鏡驅動器件的分解剖視圖；圖11是圖5所示透鏡驅動器件的壓電致動器的剖視圖；圖12是用于本發(fā)明的透鏡驅動器件的壓電變壓器的透視圖；圖13是根據本發(fā)明第二實施例的透鏡驅動器件的透視圖；圖14示出根據本發(fā)明第三實施例的透鏡驅動器件；圖15是圖14所示透鏡驅動器件的鏡筒的透視圖；以及圖16a至16d示出本發(fā)明的驅動部件分段的各種配置。
具體實施例方式
現在，將參考附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
變焦功能本發(fā)明涉及一種用于對諸如攝影機的光學器件設置變焦功能的結構。利用這種變焦功能，光學器件可以拍攝遠距離對象，就象它位于附近一樣。即，變焦功能使光學器件可以拍攝物體的放大圖像。變焦功能通常包括鏡頭移近功能和鏡頭移遠功能。鏡頭移近功能對要拍攝的遠距離物體進行放大，就象它位于附近一樣，而鏡頭移遠功能是擴大相鄰物體周圍的拍攝范圍，以便就象該物體位于遠方那樣拍攝該物體。
還可以將變焦功能劃分為光學變焦功能和數字變焦功能。根據各透鏡之間間隔的變化實現的光學變焦功能具有優(yōu)點，因為它可以附加低分辨力的圖像傳感器，而不降低通信質量。然而，數字變焦功能可以有利地對圖像上的特定區(qū)域給予強曝光，但是通信質量或多或少會降低。數字變焦功能是基于軟件的技術，例如對利用圖像器件檢測的圖像信號進行放大。
圖5是實現變焦功能的典型變焦機構的剖視圖。在圖5中，變焦機構包括聚焦透鏡1和變焦距透鏡2，它們以可前、后移動的方式設置在圓柱形鏡筒6內。該變焦機構還包括固定在鏡筒6的后端的偽透鏡3、濾光器4以及諸如電荷耦合器件(CCD)和互補金屬氧化物半導體(CMOS)的圖像器件5。在該變焦機構中，使聚焦透鏡1和變焦距透鏡2均移位固定距離或可變距離，以對圖像器件5提供放大圖像或縮小圖像。
本發(fā)明涉及一種用于在這種變焦機構中前、后驅動各透鏡的改進型結構。
透鏡位移結構圖6是本發(fā)明的透鏡驅動器件的透視圖，圖7是圖6所示透鏡驅動器件的部分剖開透視圖，圖8是圖6所示透鏡驅動器件的縱向剖視圖，圖9是圖6所示透鏡驅動器件的平面圖，圖10是圖6所示透鏡驅動器件的分解剖視圖。
在圖6至圖10中，聚焦透鏡1和變焦距透鏡2可移動地設置在鏡筒6和7內?？梢赃@樣成型這兩個透鏡，以致它們自身的一部分向外凸出以形成凸起11。作為一種選擇，凸起11可以是分別嵌入各透鏡內的插頭形式。透鏡驅動器件可以進一步包括透鏡1和2分別插入其內的透鏡架3。透鏡架3也具有從其上凸出的集成凸起11。作為一種選擇，凸起11可以是分別插入透鏡架3的形式。
具有上述凸起的各透鏡容納在圓柱形鏡筒內。在鏡筒6和7內，固定鏡筒7被旋轉鏡筒6包圍。固定鏡筒7固定安裝在光學器件的主體或底座35上，它具有沿透鏡的往復方向、在鏡筒7的主體上成型的細長導槽7a。導槽7a容納透鏡1和2的凸起11，因此透鏡1和2可以沿導槽7a前、后移動。
旋轉鏡筒6設置在固定鏡筒7的外部(或內部)，并可旋轉地安裝在光學器件的主體和底座35上。旋轉鏡筒6具有凸輪形曲線導槽6a，用于使透鏡1和2位移到預定位置。導槽6a還容納透鏡1和2的凸起11以推/拉透鏡凸起11，因此，透鏡1和2沿固定鏡筒7的導槽7a前、后移動。
盡管固定鏡筒7通常設置在旋轉鏡筒6的內部，但是相反，旋轉鏡筒6也可以設置在固定鏡筒7的外部。
壓電致動器本發(fā)明的透鏡驅動器件采用由壓電器件構成的壓電致動器。壓電器件包括諸如PZT的復合氧化物材料，PZT是最具代表性的壓電材料。術語PZT是取Pb、Zr和Ti的字頭。受壓的壓電材料瞬間產生電流，相反，在施加電流時，受壓的壓電材料發(fā)生變形。
這種效應被稱為壓電效應。即，在對結晶體施加機械應力時，在結晶體的表面之間產生負電荷或正電荷。該電荷與應力的大小成正比，而且在以相反方向施加應力時，電荷的極性發(fā)生變化。在在壓電體的特定表面之間施加電壓時，該壓電體產生機械變形。變形與電壓的大小成正比，在以相反方向施加電壓時，變形的方向發(fā)生變化。這種壓電效應是由與應力、電場、電位移、極化等有關的電耦合產生的，而且廣泛用于實現傳感器、電學器件、聲學器件以及各種電路。
本發(fā)明的壓電致動器基于這種壓電效應。作為一種選擇，本發(fā)明的壓電致動器也可以基于電致伸縮效應實現。這種電致伸縮效應是壓電效應的一個階段，它與電場的平方成正比。電致伸縮效應與壓電效應的不同之處在于，變形的方向不根據電場的方向發(fā)生變化。因此，如果在電致伸縮體的兩個表面上安裝電極，則對該電極施加電壓來極化電致伸縮體會在其內產生永久剩余內應變，這樣，即使不對電致伸縮體連續(xù)施加DC電場，仍可能產生電場感應形變。
本發(fā)明采用環(huán)形壓電致動器，它具有根據電信號在徑向膨脹和收縮的物理特性。壓電致動器設置在鏡筒6和7的內部或外部以環(huán)繞該鏡筒。
第一實施例將結合圖6至11說明根據本發(fā)明的透鏡驅動器件的第一實施例。圖11是圖5所示透鏡驅動器件的壓電致動器的剖視圖。
圓柱形固定鏡筒7安裝在光學器件的基座35上。聚焦透鏡1和變焦距透鏡2可移動地安裝在固定鏡筒7的內部。利用向外凸出的凸起11，聚焦透鏡1和變焦距透鏡2安裝在透鏡架3上。對鏡筒6和7設置用于容納凸起11的直線導槽6a和7a，因此，透鏡1和2可以沿導槽6a和7a前、后位移。
轉動旋轉鏡筒6驅動透鏡前、后移動，并設置壓電致動器10和20以轉動旋轉鏡筒6。以環(huán)繞旋轉鏡筒6的環(huán)形形式設置壓電致動器10和20。圖6示出壓電致動器10和20的設置，圖7示出部分剖開的透鏡驅動器件。響應從外部輸入的輸入信號，壓電致動器10和20收縮或膨脹。在該實施例中，壓電致動器10和20重復進行向著鏡筒收縮并從鏡筒復原。
分別對壓電致動器10和20的每一個安裝驅動部件30，該驅動部件30具有多個向著鏡筒6凸出并接觸鏡筒6的分段。驅動部件30是分別接觸壓電致動器10或20的內表面部分的環(huán)形。分別響應壓電致動器10和20的徑向收縮，驅動部件30重復收縮和復原。驅動部件30由諸如Ti、不銹鋼和黃銅的彈性金屬制造。
成型在驅動部件30內的各分段31被成型為梳齒形并向著鏡筒6凸出。如圖6和7所示，分段31取轉動鏡筒6的方向或在轉動鏡筒6的方向傾斜。分段31基本排列在鏡筒6的附近，因此在驅動部件30收縮時，甚或在驅動部件不收縮時，各分段接觸該鏡筒。
確定分段31以圖9所示的逆時針方向傾斜，而將順時針方向確定為圖9所示方向的反向。在圖16a至16d中，圖16b示出以圖9所示逆時針方向取向的分段31，其中分段31內的鏡筒6以逆時針轉動。相反，在圖16a中，分段31取順時針方向。在圖16c中，分段31取向外的逆時針方向，而設置在分段31的外部的鏡筒6以逆時針方向轉動。圖16d示出取向外的順時針方向的分段31，設置在分段31的外部的鏡筒6以順時針方向轉動。
響應壓電致動器的收縮，驅動部件30收縮，向外推動傾斜的分段31，因此沿分段31的傾斜方向，轉動旋轉鏡筒6。這種收縮每秒重復幾千次至幾萬次，并對這種收縮進行控制，以使旋轉鏡筒以要求的轉速旋轉。圖11是安裝在壓電器件10上的這種驅動器件30。
為了使旋轉鏡筒6雙向旋轉，成對設置壓電致動器10和20。即，環(huán)繞鏡筒6，互相相鄰設置第一和第二壓電致動器10和20。
為了根據分別安裝在驅動器10或20內的驅動部件30的分段31的配置順時針方向或逆時針方向轉動鏡筒，響應外部輸入信號，第一和第二壓電致動器10和20的每一個分別在徑向或該鏡筒的方向收縮。在圖6和圖7中，上部第一壓電致動器10包括以順時針方向傾斜的分段31以以順時針方向轉動鏡筒6。下部第二壓電致動器20包括以逆時針方向傾斜的分段31，以以逆時針方向轉動鏡筒6。
盡管分段31直接接觸鏡筒以將轉動傳遞到該鏡筒，但是可以在分段31與鏡筒6之間設置軸承。圖8和9示出軸承50。軸承50采用單向離合器軸承，這樣配置它，以便僅在一個方向傳遞轉動，而在相反方向不傳遞轉動。這種軸承可以包括幾種已知的軸承結構。在應用單向離合器軸承50時，驅動部件30的分段31接觸安裝在旋轉鏡筒6上的軸承50。在圖8中，參考編號5表示諸如CCD和CMOS的圖像器件。
應用該軸承有助于雙向轉動鏡筒。即，與第一壓電致動器10相連的軸承在順時針方向或在與和第二壓電致動器20相連的軸承的方向相反的逆時針方向傳遞轉動，因此一個壓電致動器可以轉動鏡筒，而不對另一個壓電致動器的各分段產生摩擦。
壓電致動器10和20每一個均可以是其中多個具有預定厚度的環(huán)形壓電元件一個層疊在另一個上面形成一個壓電致動器的疊層結構。在該壓電致動器中，由于驅動電壓與壓電元件的各電極之間的厚度成正比，所以優(yōu)選地采用該疊層結構，以便以低驅動電壓驅動該壓電致動器。
作為一種選擇，壓電致動器可以取一塊板的形式，而不取疊層結構的形式。其優(yōu)點在于，與疊層壓電致動器相比，該單板型壓電致動器比較容易制造，而且容易處理。然而，由于如果采用諧振頻率，以約50至100V的驅動電壓對該單板型壓電致動器供電，為了對供電電壓進行放大，需要附加變壓器。因此，單板型壓電致動器優(yōu)選地需要環(huán)形壓電變壓器。壓電變壓器被設置在壓電致動器之上，位于鏡筒的外部，如圖8所示。
如圖12所示，作為電磁變壓器，壓電變壓器通常包括輸入端和輸出端。盡管該電磁變壓器根據輸入端與輸出端之間的匝數比調節(jié)升壓比或降壓比，但是壓電變壓器也可以根據諸如變壓器的長度L、厚度H和極性取向P的配置變化調節(jié)升壓比或降壓比。根據壓電變壓器的原理，根據反壓電效應，對輸入端61施加電壓產生振動(即，電信號被變換為機械形變)。根據正壓電效應，產生的振動又輸出端62產生機械應力，因此通過對輸入單元進行升壓或降壓，輸出端62可以獲得要求的輸出電壓(即，將機械應力變換為電信號)。
再如圖10所示，絕緣環(huán)15安裝在第一壓電致動器10與第二壓電致動器20之間，而絕緣環(huán)25安裝在第二壓電致動器20與底座35之間。
第二實施例在根據本發(fā)明的透鏡驅動器件的第二實施例中，與上述第一實施例不同，對壓電致動器設置鏡筒。以下將結合圖13上面第二實施例。
圖13示出根據本發(fā)明第二實施例的透鏡驅動器件。在圖13中，旋轉鏡筒66可旋轉地安裝在固定鏡筒67的內部，固定鏡筒67固定在底座35上。與在第一實施例中相同，對旋轉鏡筒66設置凸輪形式的彎曲導槽，而對固定鏡筒67設置用于進行前、后移動的直線導槽。
正如在第一實施例中那樣，在凸起插入導槽內從而允許透鏡1和2前、后移動的情況下，將聚焦透鏡1和變焦距透鏡2安裝在鏡筒的內部。透鏡1和2分別插入透鏡架3內。作為一種選擇，通過成型直接從各透鏡凸出的凸起，可以排除使用透鏡架3。
在旋轉鏡筒66內設置一對壓電致動器70和75。與第一實施例不同，壓電致動器70和75重復進行向著鏡筒膨脹和從膨脹位置復原的運動。成對設置壓電致動器70和75以使旋轉鏡筒66雙向旋轉。各環(huán)形驅動部件72分別安裝在壓電致動器70和75的外表面部分上。與在第一實施例中相同，各環(huán)形驅動部件72分別包括多個向著鏡筒凸出并取順時針方向或逆時針方向的分段。即，與在第一實施例中相同，在該實施例中，第一驅動部件各分段的取向與第二驅動部件各分段的取向相反。
單向離合器軸承77分別安裝在分段73與旋轉鏡筒66之間，其中分段73優(yōu)選地接觸單向離合器軸承以將轉動傳遞到鏡筒66。
根據與第一實施例中相同的技術，驅動上述構造的第二實施例以轉動鏡筒。即，響應外部致動信號或電壓，每個致動器發(fā)生膨脹以使環(huán)形驅動部件向外運動。由于驅動部件向外運動，集成成型在驅動部件上的各分段推動軸承以使旋轉鏡筒順時針方向或逆時針方向旋轉。
因為第二實施例具有壓電致動器，所以與第一實施例不同，將驅動部件和軸承設置在旋轉鏡筒內，其優(yōu)點在于，可以減小驅動機構的尺寸，而且可以省略外部機構。該壓電致動器是環(huán)形的，因此，可以使外部圖像從該透鏡通過環(huán)形壓電致動器的內部空間傳送到安裝在底座35上的圖像器件5。
第二實施例的壓電致動器可以是疊層結構或單板結構。對于單板型壓電致動器，可以優(yōu)選地設置壓電變壓器。
第三實施例與第一和第二實施例不同，本發(fā)明的第三實施例包括設置在鏡筒的內部和外部的壓電致動器。將結合圖14上面本發(fā)明的第三實施例。
圖14示出根據本發(fā)明第三實施例的透鏡驅動器件。在圖14中，旋轉鏡筒86可旋轉地安裝在固定鏡筒87上，固定鏡筒87固定在底座35上。與在第一實施例中相同，對旋轉鏡筒86設置凸輪形彎曲導槽，而對固定鏡筒87設置用于進行前、后運動的直線導槽。
正如在第一實施例中那樣，在凸起11插入導槽內從而允許透鏡1和2前、后移動的情況下，將聚焦透鏡1和變焦距透鏡2安裝在鏡筒的內部。透鏡1和2分別插入透鏡架3內。作為一種選擇，通過成型直接從各透鏡凸出的凸起，可以排除使用透鏡架3。
在旋轉鏡筒66的內部和外部分別設置一對壓電致動器80和85。與第一和第二實施例不同，壓電致動器80和85重復進行向著鏡筒膨脹和收縮并從膨脹位置和收縮位置復原的運動。
即，在施加電壓時，設置在旋轉鏡筒86外部的壓電致動器85向著鏡筒86收縮，因此驅動部件88的各分段89可以將轉動傳遞到鏡筒86。
此外，在施加電壓時，設置在旋轉鏡筒86內部的壓電致動器80向著鏡筒86向外膨脹，以通過分段89將轉動傳遞到鏡筒86。設置在旋轉鏡筒86內的固定鏡筒87利用支柱91固定在其上，因此壓電致動器80的各分段89不接觸旋轉鏡筒86，因此不影響固定鏡筒87。支柱91成型在部分固定鏡筒87上，因此它們不影響各分段的運動。圖15具體示出各支柱91。即，與分段89交替排序支柱91，同時支承固定鏡筒87，以便對分段89保留足夠空間，以根據壓電致動器的膨脹移動并接觸旋轉鏡筒86。盡管為了說明問題，對這種結構進行了披露，但是為了使內部壓電致動器80接觸旋轉鏡筒，本發(fā)明的透鏡驅動器件可以采用任何結構。
成對設置壓電致動器80和85以使旋轉鏡筒86雙向旋轉。各環(huán)形驅動部件88分別安裝在壓電致動器80和85的內表面部分和外表面部分上。與在第一實施例中相同，各環(huán)形驅動部件72包括多個分別向著鏡筒凸出并取順時針方向或逆時針方向的分段89、89。通過將圖16b和16d或者將圖16a和16c組合在一起可以確定分段的配置。
單向離合器軸承84分別安裝在分段89和89與旋轉鏡筒86之間，其中分段89和89優(yōu)選地接觸單向離合器軸承84以將轉動傳遞到鏡筒66。
根據與第一和第二實施例中相同的技術，驅動上述構造的第三實施例以轉動鏡筒。即，響應外部致動信號或電壓，每個致動器發(fā)生收縮或膨脹以使外部或內部環(huán)形驅動部件向內或向外運動。由于對驅動部件施加力，所以集成成型在驅動部件上的各分段推動軸承以使旋轉鏡筒以順時針方向或逆時針方向旋轉。
第三實施例具有壓電致動器，與第一和第二實施例不同，驅動部件和軸承設置在旋轉鏡筒的內部和外部。因此，其優(yōu)點在于，可以減小驅動機構的厚度，因此也可以減小其尺寸。該壓電致動器是環(huán)形的，因此，可以使外部圖像從該透鏡通過環(huán)形壓電致動器的內部空間傳送到安裝在底座35上的圖像器件5。第三實施例的壓電致動器可以是疊層結構或單板結構。對于單板型壓電致動器，優(yōu)選地設置壓電變壓器。
本發(fā)明的上述透鏡驅動器件采用基于被稱為智能器件的壓電器件的直接驅動機構，從而簡化了鏡筒的旋轉結構，減小了尺寸并獲得了高功率傳輸效率。
本發(fā)明的透鏡驅動器件還采用壓電致動器，因此在提供AC電壓時，可以有利地使用AC電壓。即，為了移動透鏡，圖3和4所示的、使用壓電致動器的傳統(tǒng)透鏡驅動器件必須產生具有單位波形或梯度完全不同波形的電壓。然而，本發(fā)明的優(yōu)點在于，可以利用典型AC電壓驅動透鏡，因為本發(fā)明的壓電致動器機構在不迅速收縮和/或膨脹的情況下位移透鏡。
此外，還可以將本發(fā)明的透鏡驅動器件開發(fā)成用于攝影機、可攜式攝像機、變焦距攝影機、觀察攝影機以及微型航空飛行器(MAV)的超小型變焦距單元的各種形式的驅動器件。
此外，本發(fā)明的透鏡驅動器件提供了一種可以不受其他部件的制約調節(jié)透鏡的進給長度、而且通過精確控制透鏡，可以對光學器件確保精確聚焦、精確放大控制以及實現高分辨力的新穎結構。
此外，本發(fā)明的透鏡驅動器件排除了使用電磁馬達，從而防止產生電磁波，并因此可以安裝在諸如移動終端的移動器材上。
盡管在說明本發(fā)明的過程中，結合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了說明，但是，我們還明白，在本發(fā)明實質范圍內，可以對其進行各種修改和變更，本發(fā)明范圍并不局限于上述優(yōu)選實施例，而由所附權利要求及其等效物確定本發(fā)明范圍。
權利要求
1.一種透鏡驅動器件，該透鏡驅動器件包括鏡筒單元，具有內部空間，用于在其內容納透鏡；以及導槽，用于通過轉動鏡筒單元使透鏡前、后移動；環(huán)形壓電致動器單元，設置在鏡筒單元的附近，用于響應外部輸入信號，在徑向收縮或膨脹；以及驅動部件，安裝在壓電致動器單元上，而且具有多個向著鏡筒單元凸出以接觸該鏡筒單元的分段。
2.根據權利要求1所述的透鏡驅動器件，其中鏡筒單元包括固定鏡筒，具有以向前和向后方向直線成型的導槽；以及旋轉鏡筒，具有凸輪曲線形式的導槽。
3.根據權利要求2所述的透鏡驅動器件，其中壓電致動器單元轉動旋轉鏡筒。
4.根據權利要求3所述的透鏡驅動器件，其中壓電致動器單元包括用于順時針方向轉動旋轉鏡筒的第一壓電致動器和用于逆時針方向轉動旋轉鏡筒的第二壓電致動器。
5.根據權利要求4所述的透鏡驅動器件，該透鏡驅動器件進一步包括安裝在旋轉鏡筒上用于對旋轉鏡筒傳遞單向轉動的單向離合器，其中分段接觸單向離合器軸承。
6.根據權利要求5所述的透鏡驅動器件，其中安裝在第一壓電致動器上的驅動部件的各分段取順時針方向以接觸單向離合器軸承，而安裝在第二壓電致動器上的驅動部件的各分段取逆時針方向以接觸單向離合器軸承。
7.根據權利要求4所述的透鏡驅動器件，其中安裝在第一壓電致動器上的驅動部件的各分段取順時針方向以接觸旋轉鏡筒，而安裝在第二壓電致動器上的驅動部件的各分段取逆時針方向以接觸旋轉鏡筒。
8.根據權利要求6所述的透鏡驅動器件，其中第一和第二壓電致動器設置在旋轉鏡筒的外部。
9.根據權利要求6所述的透鏡驅動器件，其中第一和第二壓電致動器設置在旋轉鏡筒的內部。
10.根據權利要求6所述的透鏡驅動器件，其中第一壓電致動器設置在旋轉鏡筒的外部，而第二壓電致動器設置在旋轉鏡筒的內部。
11.根據權利要求1所述的透鏡驅動器件，其中壓電致動器具有疊層結構。
12.根據權利要求1所述的透鏡驅動器件，其中壓電致動器具有單板結構。
13.根據權利要求12所述的透鏡驅動器件，該透鏡驅動器件進一步包括安裝在鏡筒單元附近、用于對單板結構的壓電致動器施加放大電壓的環(huán)形變壓器。
14.根據權利要求1所述的透鏡驅動器件，其中透鏡具有固定到透鏡的外表面部分上的凸起，該凸起插入鏡筒單元的導槽以將透鏡可移動地設置在鏡筒單元內。
15.一種透鏡驅動器件，該透鏡驅動器件包括固定鏡筒，具有內部空間，用于在其內容納透鏡；以及直線導槽，以前、后方向成型，用于使透鏡前、后移動；旋轉鏡筒，環(huán)繞固定鏡筒設置，而且具有凸輪形導槽；一對環(huán)形壓電致動器，環(huán)繞旋轉鏡筒的外表面部分設置，用于響應外部輸入信號，在徑向收縮和膨脹；一對單向離合器軸承，安裝在旋轉鏡筒的外表面部分，用于在一個方向傳遞轉動；以及一對環(huán)形驅動部件，分別安裝在各壓電致動器的內表面部分上，該驅動部件具有向內凸出以接觸單向離合器軸承的順時針方向分段和逆時針方向分段。
16.根據權利要求15所述的透鏡驅動器件，其中壓電致動器具有疊層結構。
17.根據權利要求15所述的透鏡驅動器件，其中壓電致動器具有單板結構。
18.根據權利要求17所述的透鏡驅動器件，該透鏡驅動器件進一步包括安裝在鏡筒單元附近、用于對單板結構的壓電致動器施加放大電壓的環(huán)形變壓器。
19.根據權利要求15所述的透鏡驅動器件，其中透鏡具有固定到透鏡的外表面部分上的凸起，該凸起插入鏡筒的導槽內以將透鏡可移動地設置在鏡筒內。
20.根據權利要求15所述的透鏡驅動器件，該透鏡驅動單元進一步包括透鏡架，該透鏡架具有從該透鏡架的外表面部分凸出的凸起，其中該凸起插入鏡筒單元的導槽內以將透鏡可移動地設置在鏡筒內。
21.一種透鏡驅動器件，該透鏡驅動器件包括固定鏡筒，具有內部空間，用于在其內容納透鏡；以及直線導槽，以前、后方向成型，用于使透鏡前、后移動；旋轉鏡筒，環(huán)繞固定鏡筒設置，而且具有凸輪形導槽；一對環(huán)形壓電致動器，設置在旋轉鏡筒的內部，用于響應外部輸入信號，在徑向膨脹和收縮；一對單向離合器軸承，安裝在旋轉鏡筒的內表面部分上，用于在一個方向傳遞轉動；以及一對環(huán)形驅動部件，分別安裝在各壓電致動器的外表面部分上，該驅動部件具有向內凸出以接觸單向離合器軸承的順時針方向分段和逆時針方向分段。
22.根據權利要求21所述的透鏡驅動器件，其中壓電致動器具有疊層結構。
23.根據權利要求21所述的透鏡驅動器件，其中壓電致動器具有單板結構。
24.根據權利要求23所述的透鏡驅動器件，該透鏡驅動器件進一步包括安裝在鏡筒單元附近、用于對單板結構的壓電致動器施加放大電壓的環(huán)形變壓器。
25.根據權利要求21所述的透鏡驅動器件，其中透鏡具有固定到透鏡的外表面部分上的凸起，該凸起插入鏡筒的導槽內以將透鏡可移動地設置在鏡筒內。
26.根據權利要求21所述的透鏡驅動器件，該透鏡驅動單元進一步包括透鏡架，該透鏡架具有從該透鏡架的外表面部分凸出的凸起，其中該凸起插入鏡筒單元的導槽內以將透鏡可移動地設置在鏡筒內。
27.一種透鏡驅動器件，該透鏡驅動器件包括固定鏡筒，具有內部空間，用于在其內容納透鏡；以及直線導槽，以前、后方向成型，用于使透鏡前、后移動；旋轉鏡筒，環(huán)繞固定鏡筒設置，而且具有凸輪形導槽；環(huán)形壓電致動器，設置在旋轉鏡筒的內部，用于響應外部輸入信號，在徑向膨脹并恢復初始位置；環(huán)形壓電致動器，環(huán)繞旋轉鏡筒的外表面部分設置，用于響應外部輸入信號，在徑向收縮并恢復初始位置；一對單向離合器軸承，安裝在旋轉鏡筒的外表面部分和內表面部分上，用于在一個方向傳遞轉動；以及一對環(huán)形驅動部件，分別安裝在各壓電致動器的外表面部分上，該驅動部件具有向內凸出以接觸單向離合器軸承的順時針方向分段和逆時針方向分段。
28.根據權利要求27所述的透鏡驅動器件，其中壓電致動器具有疊層結構。
29.根據權利要求27所述的透鏡驅動器件，其中壓電致動器具有單板結構。
30.根據權利要求29所述的透鏡驅動器件，該透鏡驅動器件進一步包括安裝在鏡筒單元附近、用于對單板結構的壓電致動器施加放大電壓的環(huán)形變壓器。
31.根據權利要求27所述的透鏡驅動器件，其中透鏡具有固定到透鏡的外表面部分上的凸起，該凸起插入鏡筒的導槽內以將透鏡可移動地設置在鏡筒內。
32.根據權利要求27所述的透鏡驅動器件，該透鏡驅動單元進一步包括透鏡架，該透鏡架具有從該透鏡架的外表面部分凸出的凸起，其中該凸起插入鏡筒單元的導槽內以將透鏡可移動地設置在鏡筒內。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種透鏡驅動器件，本發(fā)明更特別地涉及一種可以調節(jié)由具有變焦功能的光學器件內的各透鏡的相對距離確定的有效焦距的透鏡驅動器件。在該透鏡驅動器件中，鏡筒單元具有內部空間，用于在其內容納透鏡；以及導槽，用于通過轉動鏡筒單元使透鏡前、后移動。環(huán)形壓電致動器單元設置在鏡筒單元的附近，用于響應外部輸入信號，在徑向收縮或膨脹。驅動部件安裝在壓電致動器單元上，而且具有多個向著鏡筒單元凸出以接觸該鏡筒單元的分段。
文檔編號H02N2/00GK1577032SQ20031012051
公開日2005年2月9日 申請日期2003年12月12日 優(yōu)先權日2003年7月9日
發(fā)明者柳政湖, 鄭大鉉, 金義錫, 姜秉佑 申請人:三星電機株式會社