CN100406949C - 透镜驱动机构、透镜单元和图像拾取装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种透镜驱动机构，它能够实现使机构简化，并且提供与对颤动进行校正有关的适当控制。该透镜驱动机构包括：压电元件，当被激励时出现变形，用于给可移动组件施加驱动力；以及电荷量传感器，用于对积累在压电元件中的电荷量进行检测。当可移动组件沿着与光轴垂直的方向移动时，根据依据注入压电元件或者从压电元件放出的电荷量与由电荷量传感器检测的、在压电元件中积累的电荷量之间的差异估算的、作用在可移动组件上的外力，确定要提供给压电元件的电流的大小。

Description

透镜驱动机构、透镜单元和图像拾取装置

相关申请的交叉引用

本发明包含与于2005年3月28日在日本专利局提交的日本专利申请JP 2005-092157有关的主题，这里将其全文引用为参考。

技术领域

本发明涉及透镜驱动机构、透镜单元和图像拾取装置。

背景技术

将包括可移动透镜的图像拾取光学系统和用于使可移动透镜移动的透镜驱动机构布置在透镜镜筒(lens barrel)中的透镜单元(unit)不仅被并入摄像机和照相机中，而且被并入便携式电话机等设备的各种图像拾取装置中。可移动透镜与将该可移动透镜固定在其上的透镜固定器协同操作，从而构成可移动组件(block)。透镜驱动机构使可移动组件沿着与光轴垂直的方向移动，从而对颤动(shake)进行校正。

如在已经公开的日本专利申请No.2000-66257中披露的，上述的这种透镜驱动机构中的一种使用了由驱动线圈和驱动磁铁等构成的直线致动器。

发明内容

但是，在上述的现有技术中的这种图像拾取装置中，由于由驱动线圈和驱动磁铁等构成的直线致动器被用于透镜驱动机构，因此这种图像拾取装置的问题在于，由于布置了驱动线圈和驱动磁铁等，因而需要复杂的结构和较大的布置空间，导致图像拾取装置的规模增大。

此外，上述的现有技术中的图像拾取装置的问题还在于，由于它不仅包括用于对颤动进行检测的加速度传感器，而且包括用于对可移动组件的位置进行检测的MR(Magneto Resistance，磁阻)传感器等，因此部件数量多且机构复杂。

此外，根据由检测部分如加速度传感器检测的输出值，对可移动组件的颤动量进行计算，并且，由透镜驱动机构使可移动组件按照与颤动量对应的颤动校正量，沿着垂直于光轴的方向移动。因此，用开环控制来对根据颤动量使可移动组件按照颤动校正量移动进行控制。于是，由于控制不具有实时响应性，例如，如果透镜驱动机构出现自激振荡或类似情况，则可能不能对颤动进行适当校正。

希望提供能够使机构简化并且提供与对颤动进行校正有关的适当控制的透镜驱动机构、透镜单元和图像拾取装置。

按照本发明，对积累在用于使可移动组件移动的压电元件中的电荷量进行检测，并且，根据检测的电荷量确定对压电元件的激励量(energization amount)。

具体地说，按照本发明的实施例，提供了一种透镜驱动机构，用于使包括可移动透镜的可移动组件沿着与可移动透镜的光轴垂直的方向移动，从而对颤动进行校正，该透镜驱动机构包括：压电元件，当被激励时出现变形，用于给可移动组件施加驱动力；以及电荷量传感器，用于检测积累在压电元件中的电荷量，其中，当可移动组件沿着与光轴垂直的方向移动时，根据依据注入压电元件或者从压电元件放出的电荷量与由电荷量传感器检测的、在压电元件中积累的电荷量之间的差异估算的、作用在可移动组件上的外力，确定要提供给压电元件的电流的大小。

在透镜驱动机构中，响应于由于外力作用在可移动组件上产生的位移而引起的压电元件的变形状态，对压电元件进行激励。

因此，利用这种透镜驱动机构，除了能够适当实现与对颤动进行校正有关的控制以外，还能够使机构简化和小型化并能够方便地实现闭环控制。

按照本发明的另一个实施例，提供了一种透镜单元，包括：可移动组件，包括可移动透镜；以及透镜驱动机构，用于使可移动组件沿着与可移动透镜的光轴垂直的方向移动，从而对颤动进行校正，其中，透镜驱动机构包括：压电元件，当被激励时出现变形，用于给可移动组件施加驱动力；以及电荷量传感器，用于检测积累在压电元件中的电荷量，其中，当可移动组件沿着与光轴垂直的方向移动时，根据依据注入压电元件或者从压电元件放出的电荷量与由电荷量传感器检测的、在压电元件中积累的电荷量之间的差异估算的、作用在可移动组件上的外力，确定要提供给压电元件的电流的大小。

在透镜单元中，响应于由于外力作用在可移动组件上产生的位移而引起的压电元件的变形状态，对压电元件进行激励。

因此，利用这种透镜单元，除了能够实现与对颤动进行校正有关的适当控制以外，还能够使机构简化和小型化并能够方便地实现闭环控制。

按照本发明的另一个实施例，提供了一种图像拾取装置，包括：可移动组件，包括可移动透镜；透镜驱动机构，用于使可移动组件沿着与可移动透镜的光轴垂直的方向移动，从而对颤动进行校正；图像拾取光学系统；以及图像拾取元件，用于将由图像拾取光学系统形成的图像转换成电信号，其中，透镜驱动机构包括：压电元件，当被激励时出现变形，用于给可移动组件施加驱动力；以及电荷量传感器，用于检测积累在压电元件中的电荷量，其中，当可移动组件沿着与光轴垂直的方向移动时，根据依据注入压电元件或者从压电元件放出的电荷量与由电荷量传感器检测的、在压电元件中积累的电荷量之间的差异估算的、作用在可移动组件上的外力，确定要提供给压电元件的电流的大小。

在图像拾取装置中，响应于由于外力作用在可移动组件上产生的位移而引起的压电元件的变形状态，对压电元件进行激励。

因此，利用这种图像拾取装置，除了能够实现与对颤动进行校正有关的适当控制以外，还能够使机构简化和小型化并能够方便地实现闭环控制。

根据以下结合附图的描述和所附权利要求，本发明的上述以及其他目的、特性和优点将变得更加清楚，在附图中，相同的部分或要素用相同的标号表示。

附图说明

图1为示出了应用了本发明的图像拾取装置的总体配置的框图；

图2为截取了一部分的放大示意正视图，与图像拾取装置的可移动组件一起示出了变形以前的压电元件；

图3示出了压电元件的位移量与由图像拾取装置的电荷量传感器检测的电荷量之间的关系；

图4为截取了一部分的放大示意正视图，与图像拾取装置的可移动组件一起示出了变形并且可移动组件沿着X方向移动以后的压电元件；并且

图5为截取了一部分的放大示意正视图，与图像拾取装置的可移动组件一起示出了变形并且可移动组件沿着Y方向移动以后的压电元件。

具体实施方式

尽管本发明可以应用于具有移动画面图像拾取功能或静止画面图像拾取功能的各种图像拾取装置，如便携式电话机、摄像机以及照相机等，并且，还可以应用于在这样的图像拾取装置中使用的各种透镜单元和透镜驱动机构，但是，下面首先参照图1对应用了本发明的图像拾取装置的总体配置进行描述。

图像拾取装置1包括照相机组件(camera block)2、照相机DSP(数字信号处理器)3、SDRAM(同步动态随机存储器)4、介质接口(I/F)5、控制组件6、操作部分7、LCD(液晶显示器)单元8和外部接口(I/F)9等。记录介质100能够被可拆卸地装入外部接口9。

对于记录介质100，可以使用各种介质，包括：其中并入了半导体存储器的存储卡；以及盘形记录介质，如可记录DVD(数字多用盘)和可记录CD(紧致盘)。

照相机组件2包括可移动组件10、图像拾取器件11如CCD(电荷耦合器件)图像拾取器件、A/D转换电路12、第一驱动器13、第二驱动器14以及时序生成电路15等。

可移动组件10包括：可移动透镜16，如聚焦透镜和变焦透镜；以及透镜固定器(holder)17，用于将可移动透镜16固定在其上，具体情况如图2所示。

参照图2，例如，透镜固定器17包括透镜固定部件18、可移动基座(base)19和支撑基座20。

可移动透镜16被安装到透镜固定部件18上并被透镜固定部件18固定，并且，在透镜固定部件18上提供向左和向右伸出的两个臂18a。此外，在透镜固定部件18上提供突出部分18b，使得它，例如，向下伸出，并且，在突出部分18b中形成向上和向下延伸的支撑孔18c。

在可移动基座19上提供，例如，向上和向下伸出的两个臂19a。此外，在透镜固定部件18上提供例如向右伸出的突出部分19b，并且，在突出部分19b中形成向左和向右延伸的滑动孔19c。在可移动基座19上提供一对支撑轴21，支撑轴21向左和向右延伸，并且，透镜固定部件18的臂部18a被支撑在支撑轴21上以便滑动。因此，透镜固定部件18可以沿左、右方向(图2中的X方向)相对于可移动基座19移动。

在支撑基座20上提供一对滑动轴22，使得它们向上和向下延伸，并且，可移动基座19的臂部19a被支撑在滑动轴22上以便滑动。因此，可移动基座19可以沿向上和向下方向(图2中的Y方向)相对于支撑基座20移动。当可移动基座19沿着Y方向相对于支撑基座20移动时，透镜固定部件18随可移动基座19一起沿Y方向移动。

在支撑基座20上提供一对承载(bearing)部20a，使得它们各自向外伸出，并且，承载部20a被支撑在一对沿光轴方向延伸的导向轴23上以便滑动。在导向轴23的引导下，支撑基座20可以沿着光轴方向移动，并且，当支撑基座20沿着光轴方向移动时，透镜固定部件18和可移动基座19随支撑基座20一起沿着光轴方向移动。

参照图1，图像拾取器件11响应于来自第二驱动器14的驱动信号进行操作，并且获取通过可移动透镜16获取的对象(subject)的图像。然后，图像拾取器件11响应于从受控制组件6控制的时序生成电路15输出的时序信号，将获取的对象的图像(图像信息)作为电信号传递到A/D转换电路12。

注意，图像拾取器件11不限于CCD器件，也可以将某些其它器件用作图像拾取器件11，例如，CMOS(互补金属氧化物半导体)器件。

A/D转换电路12对作为输入电信号的图像信息进行CDS(Correlated Double Sampling，相关双采样)处理，以保持良好的S/N比，并且，进行AGC(Automatic Gain Control，自动增益控制)处理，以对增益进行控制。A/D转换电路12还进行A/D(Analog/Digital，模拟/数字)转换处理，以产生数字信号形式的图像数据。

第一驱动器13按照控制组件6的、以后将描述的CPU的指令，将驱动信号传递给以后将描述的压电元件。

第二驱动器14根据从时序生成电路15输出的时序信号，将驱动信号传递给图像拾取器件11。

在控制组件6的控制下，时序生成电路15生成时序信号，用于提供预定时序。

照相机组件2包括一对起驱动部分作用的压电元件24和25，用于，例如，沿着与光轴垂直的XY方向(参照图2)移动可移动组件10。具体地说，压电元件24起用于沿着例如X方向移动可移动组件10的驱动部分的作用，而压电元件25起用于沿着例如Y方向移动可移动组件10的驱动部分的作用。

当压电元件24和25中的每一个被激励时，它会按照大致固定的曲率半径变形。此时，压电元件24或25中会积累电荷。压电元件24和25中的每一个的端部被固定到固定部件26或27，并且，沿着与X或Y方向对应的方向变形。注意，可以将固定部件26或27布置在支撑基座20上。或者，可以将固定部件26布置在可移动基座19上，而将固定部件27布置在支撑基座20上。

尽管将压电元件粗略地分为双压电型(bimorph)和单压电型(unimorph)，但是，例如，将双压电型压电元件用作照相机组件2的压电元件24和25。但注意，压电元件24和25也可以是单压电型的。

参照图2，啮合销(engaging pin)28和29被分别固定到压电元件24和25的另一端。啮合销28和29被分别支撑在透镜固定部件18的支撑孔18c和可移动基座19的滑动孔19c中，以便滑动。

在照相机组件2上提供电荷量传感器30。电荷传感器30例如被并入没有示出的检测电路中，并且，对在压电元件24和25中的每一个中积累的电荷量进行检测。电荷量传感器30的输出被输入到以后将描述的控制组件6的CPU。

照相机DSP 3对从A/D转换电路12输入给它的图像数据进行信号处理，如AF(Automatic Focusing，自动聚焦)、AE(AutomaticExposure，自动曝光)和AWB(Auto White Balance，自动白平衡)等。通过控制组件6，将经过AF、AE和AWB等信号处理的图像数据按照预定方法进行压缩，从而将它们作为文件记录在记录介质100上。

照相机DSP 3包括SDRAM控制器31，并且，按照SDRAM控制器31的指令，将数据高速写入SDRAM 4并从SDRAM 4高速读出数据。

控制组件6是一个由通过系统总线36相互连接的CPU(中央处理单元)32、RAM(随机存取存储器)33、闪速ROM(只读存储器)34、时钟电路35和其它电路等构成的微计算机。控制组件6具有对图像拾取装置1的部件进行控制的功能。

CPU 32通过时序生成电路15将指令信号传递给第一驱动器13，并将指令信号传递给第二驱动器14等，使得这些部件得以运行。CPU32接收在压电元件24和25中积累的并由电荷量传感器30检测的电荷量信息作为其输入，并且，根据接收的电荷量信息向第一驱动器输出指令信号。

图3示出了压电元件24和25的位移量(变形量)与由电荷量传感器30检测的电荷量之间的关系。

如图3所示，压电元件24和25的位移量与在压电元件24和25中积累的电荷量之间成比例关系。此外，压电元件24和25具有这样的特性，即，如果积累的电荷量使压电元件24和25变形，则积累了与变形量成比例地增加的电荷量。

因此，如果对压电元件24和25中每一个中积累的电荷量进行检测，并且，从检测的电荷量中减去响应于施加到压电元件24或25上的驱动电压而注入压电元件24或25中或从压电元件24或25中放出的电荷量，则能够对通过施加外力而在压电元件24或25中积累的电荷量进行计算。注意，如果施加一个高于已经施加在压电元件24或25上的驱动电压的驱动电压，则电荷被注入压电元件24或25，但是，如果所施加的驱动电压低于已经施加在压电元件24或25上的电压，则电荷被从压电元件24或25放出。

按照这种使用压电元件24和25的方式，通过对在由于可移动组件10的位移而致使变形的压电元件24和25中积累的电荷量进行检测，可以对当出现手摇动图像拾取装置1时的惯性力引起的、作用在可移动组件10上的外力的幅值，即，图像拾取装置1的颤动量进行估算。因此，压电元件24和25不仅用作使可移动组件10沿着XY方向移动的驱动部分，而且用作对随可移动组件10而出现的颤动进行检测的颤动检测部分。

在图像拾取装置1中，“注入压电元件24和25或从压电元件24和25放出的电荷量与积累在压电元件24和25中并被电荷量传感器30检测的电荷量之间的差异”与“估算的、与可移动组件10一起出现的颤动量”之间的关系被预先作为映射(map)信息存储在闪速ROM34等中。因此，当图像拾取装置1进行图像拾取时，由电荷量传感器30对积累在压电元件24和25中的电荷量进行连续检测，并且，将检测的结果作为电荷量信息输入到CPU 32。此时，读出上述的映射信息，从CPU 32向第一驱动器13输出与用于对随可移动组件10一起出现的颤动量进行校正的校正量对应的指令信号。因此，按照CPU 32的指令，从第一驱动器13向压电元件24和25输出驱动信号，从而对压电元件24和25施加需要的驱动电压。

RAM 33主要被用作工作区，用于暂时存储处理的中间结果等。

闪速ROM 34将由CPU 32执行的各种程序以及CPU 32进行处理所需要的数据等存储在其中。

时钟电路35输出目前的年月日、目前是星期几、目前的时间以及图像拾取的日期和时间等。

操作部分7包括设置在图像拾取装置1的外壳上的触摸屏和控制键等。与操作部分7的操作对应的信号被输入到CPU 32，并且，根据从操作部分7输入到CPU 32的信号，指令信号被从CPU 32传递到图像拾取装置1的附属部件。

例如，在外壳上设置LCD单元8，并且，LCD单元8受连接到系统总线36的LCD控制器37的控制。LCD单元8根据来自LCD控制器37的驱动信号，在其上显示各种信息，如图像数据。

外部接口9被连接到系统总线36。图像拾取装置1通过外部接口9连接到外部设备200如外部个人计算机，因此，图像拾取装置1能够接收来自个人计算机的图像数据并将图像数据记录在记录介质100上，或者，将记录在记录介质100上的图像数据输出到个人计算机等。注意，通过连接到系统总线36的介质接口5，记录介质100被连接到控制组件6。

此外，在外部设备200，例如通信模块，被连接到外部接口9的情况下，可以将图像拾取装置1连接到网络如因特网，并且，可以通过网络获得各种图像数据或其它信息并将数据和/或信息记录在记录介质100上，或者，可以将记录在记录介质100上的数据通过网络发送到通信的对方。

注意，可以将外部接口提供为用于有线通信的接口如IEEE(电气和电子工程师协会)1394接口或USB(通用串行总线)接口，或者，提供为利用光或无线电波的、用于无线通信的接口。

同时，响应于基于用户在操作部分7上进行的操作的操作信号，从记录介质100中读出记录在记录介质100上的图像数据并将图像数据通过介质接口5传递到照相机DSP 3。

照相机DSP 3对从记录介质100读出并输入到照相机DSP 3的压缩格式的图像数据进行解压缩处理，并将经过解压缩的图像数据通过系统总线36传递到LCD控制器37。LCD控制器37根据接收的图像数据，将图像信号传递到LCD单元8。LCD单元8根据接收的图像信号，在LCD单元8上显示图像。

在具有如上所述配置的图像拾取装置1中，压电元件24和25、啮合销28和29以及电荷量传感器30是用于对可移动组件10进行控制的透镜驱动机构的部件，而透镜驱动机构和可移动组件10是透镜单元39的部件(参照图1)。

在图像拾取装置1中，如果按照来自CPU 32的指令从第一驱动器13向压电元件24和25输出驱动信号，则如上所述，从没有示出的电源电路将驱动电压施加到压电元件24和25上。

当驱动电压被施加到压电元件24和25上时，使压电元件24和25变形，并使可移动组件10沿着XY方向移动，从而进行颤动校正操作(参照图4和5)。因此，附着到压电元件24和25上的啮合销28和29可以分别在透镜固定部件19的支撑孔19c和可移动基座20的滑动孔20c中滑动。

如上所述，由于压电元件24和25被用于图像拾取装置1中的透镜驱动机构38，因此能够实现使机构简化并使布置空间减小，因而可以实现小型化。

此外，由于压电元件24和25被共用于使可移动组件10移动的驱动部分和对随可移动组件10出现的颤动量进行检测的检测部分，因此，能够方便地实现闭环控制(反馈控制)，并且，能够实时地对颤动进行校正。因此，能够适当地进行与对颤动的进行校正有关的控制。

注意，尽管使上述的图像拾取装置1中的可移动组件10沿着XY方向移动，以对颤动进行校正，但也可以仅对X方向和Y方向中的一个方向的颤动进行校正。在这种情况下，只需要使用压电元件24和25中的对应的一个。

另外，在上述的图像拾取装置1中，尽管使具有沿着光轴方向使用的聚焦透镜或变焦透镜的可移动组件10沿着垂直于光轴的方向移动以对颤动进行校正，但也可以将只能沿着与光轴垂直的方向移动而不沿着光轴方向移动的、单一用途的透镜用作对颤动进行校正的透镜。在这种情况下，不需要将用于对颤动进行校正的透镜支撑在导向轴23上。

注意，在以上描述中，向上和向下的方向仅是为了便于描述，并且，本发明的应用不限于这些方向。

尽管已经利用特定的术语对本发明的优选实施例进行了描述，但这样的描述仅出于说明性目的，并且应该理解，在不脱离随后的权利要求的精神或范围的情况下，可以进行各种变更和改变。

Claims (3)

1.一种透镜驱动机构，用于使包括可移动透镜的可移动组件沿着与所述可移动透镜的光轴垂直的方向移动，从而对颤动进行校正，该透镜驱动机构包括：

压电元件，当被激励时出现变形，用于给所述可移动组件施加驱动力；以及

电荷量传感器，用于对积累在所述压电元件中的电荷量进行检测；

其中，当所述可移动组件沿着与所述光轴垂直的方向移动时，根据依据注入所述压电元件或者从所述压电元件放出的电荷量与由所述电荷量传感器检测的、在所述压电元件中积累的电荷量之间的差异估算的、作用在所述可移动组件上的外力，确定要提供给所述压电元件的电流的大小。

2.一种透镜单元，包括：

可移动组件，包括可移动透镜；以及

透镜驱动机构，用于使所述可移动组件沿着与所述可移动透镜的光轴垂直的方向移动，从而对颤动进行校正；

其中，所述透镜驱动机构包括：

压电元件，当被激励时出现变形，用于给所述可移动组件施加驱动力；以及

电荷量传感器，用于对积累在所述压电元件中的电荷量进行检测；

其中，当所述可移动组件沿着与所述光轴垂直的方向移动时，根据依据注入所述压电元件或者从所述压电元件放出的电荷量与由所述电荷量传感器检测的、在所述压电元件中积累的电荷量之间的差异估算的、作用在所述可移动组件上的外力，确定要提供给所述压电元件的电流的大小。

3.一种图像拾取装置，包括：

可移动组件，包括可移动透镜；

透镜驱动机构，用于使所述可移动组件沿着与所述可移动透镜的光轴垂直的方向移动，从而对颤动进行校正；以及

图像拾取元件，用于将由图像拾取光学系统形成的图像转换成电信号；

其中，所述透镜驱动机构包括：

压电元件，当被激励时出现变形，用于给所述可移动组件施加驱动力，以及

电荷量传感器，用于对积累在所述压电元件中的电荷量进行检测，

其中，当所述可移动组件沿着与所述光轴垂直的方向移动时，根据依据注入所述压电元件或者从所述压电元件放出的电荷量与由所述电荷量传感器检测的、在所述压电元件中积累的电荷量之间的差异估算的、作用在所述可移动组件上的外力，确定要提供给所述压电元件的电流的大小。

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