CN101581818B - 镜头驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种镜头驱动装置，包括基座、沿镜头光轴方向可相对基座滑动的镜头架、装设于基座与镜头架之间的导向机构、及装设于基座与镜头架之间的防转机构、通过马达座安装至基座上的带马达头的压电马达，镜头架于靠近马达头处设置有耐摩部，预紧组件设置于马达座与基座之间并抵顶马达座从而使得马达头与耐摩部之间产生一定的预紧力，当压电马达被激励时，马达头驱动镜头架沿镜头光轴方向运动。本发明的镜头驱动装置，压电马达的马达头直接驱动镜头架，镜头架的行程和位置不会影响镜头架对压电马达振动的响应能力；同现行的音圈马达驱动的镜头驱动装置相比，抗跌落能力更强，响应及定位速度快，便于图像的拾取；能依靠摩擦力实现自锁，更加省电。

Description

镜头驱动装置

【技术领域】

本发明涉及摄像技术领域，尤其涉及一种镜头驱动装置。

【背景技术】

随着手机的普及及其功能的多样化，具有自动对焦摄像头的手机拥有越来越宽广的市场前景。现有的市面上的自动对焦手机镜头驱动装置通常使用音圈马达来驱动镜头，其特点是利用电磁力同弹性力相平衡的方法，通过改变驱动电流来改变镜头的位置。音圈马达驱动的镜头装置由于要平衡弹性力，机械振荡时间较长，所以响应速度慢，对焦等待时间较长，无法在摄影过程中持续对焦；在保持镜头位置时需要输入电流；而且，由于使用弹片支撑镜头，在跌落过程中镜头的冲击力容易使弹片变形，其抗跌落能力不强。

压电马达具有转矩密度高，快速反应，低速大转矩，结构简单及无电磁干扰等优点，目前正开始应用于自动对焦手机摄像头模组中。根据所应用的激励频率及工作原理不同，有两种不同的驱动方式，即惯性驱动型压电马达手机镜头驱动装置及共振驱动型压电马达手机镜头驱动装置。

图16与图17所示为惯性驱动型压电马达镜头驱动装置的示意图，其基本结构为压电陶瓷12上粘结一驱动杆13，镜头架14的弹力夹142与驱动杆13滑动接触。在压电陶瓷12上施加缓慢上升的驱动电压信号，根据逆压电效应，压电陶瓷12缓慢伸长(或者收缩)，同其相连的驱动杆13在摩擦力的作用下，可以带动镜头架14沿一个方向运动；在驱动电压信号骤然下降或者去除时，压电陶瓷12快速收缩(或者伸长)，由于弹力夹142与驱动杆13间的摩擦力不足以克服镜头架14运动的惯性，镜头架14同驱动杆13之间产生相对滑动，镜头架14保持在原有运动位置附近。在一个驱动脉冲下，镜头架14可以前进(或者后退)一小段距离，在连续驱动脉冲下，镜头架14就可以连续地单向运动。改变驱动电压的上升和下降波形的相对斜率，可以改变镜头架的移动方向。

此种惯性驱动方案虽然结构简单，但存在下述不足：为确保行程，驱动杆需要有一定的长度，当镜头架运动到离压电陶瓷比较远的位置时，其对压电陶瓷驱动的运动响应能力下降；这种运动响应能力同镜头架的质量关系也很大；另外，压电陶瓷同驱动杆之间是通过粘结剂连接，其粘结强度受杆长、杆截面积及质量的影响，在手机跌落过程中，驱动杆容易从压电陶瓷上脱落，造成整个模组无法正常工作。

【发明内容】

为了解决上述问题，本发明提供一种镜头驱动装置，包括基座、装设于所述基座上的带镜头的镜头架，所述镜头架沿镜头光轴方向可相对基座滑动、装设于所述基座与镜头架之间的用于引导所述镜头架沿光轴方向滑动的导向机构、及装设于所述基座与镜头架之间的用于防止镜头架旋转的防转机构，所述镜头驱动装置还包括具有马达头的压电马达，所述压电马达通过马达座安装至所述基座上，所述镜头架于靠近所述压电马达的马达头处设置有耐摩部，一预紧组件设置于马达座与基座之间，所述预紧组件抵顶马达座从而使得所述压电马达的马达头与所述镜头架的耐摩部之间产生一定的预紧力，当所述压电马达被激励时，所述压电马达的马达头通过摩擦力驱动镜头架沿镜头光轴方向运动。

本发明进一步的改进在于：当所述压电马达在其超声频域的共振模态频率被激励时，所述压电马达的马达头选择性地沿顺时针方向或逆时针方向的椭圆形的运动轨迹运动，从而驱动镜头架沿镜头光轴方向前进或后退。

本发明所举实施例具有的有益效果是：压电马达的马达头直接驱动镜头架运动，因此镜头架的行程、位置和质量不影响镜头架对压电马达振动的响应能力，同惯性驱动型压电马达镜头模组相比，其运动的一致性好，便于控制；压电马达在驱动信号激励下的运动位移可以为纳米级，因而镜头架可以获得更高的定位精度；压电马达依靠摩擦力驱动镜头架，起停响应速度在毫秒范围内，能够快速定位，同现有的音圈马达相比，机械振荡时间短，便于图像拾取和对焦过程时间的缩短。同时，依靠摩擦力实现镜头架的自锁，即镜头架保持位置时无需驱动马达，比现行的音圈马达更加省电。在结构上，其抗跌落能力要远远强于音圈马达及惯性驱动型压电马达镜头模组。

【附图说明】

图1是本发明一实施例提供的镜头驱动装置的组装结构示意图。

图2是本发明一实施例提供的镜头驱动装置去掉外壳后的示意图。

图3是本发明一实施例提供的镜头驱动装置的爆炸示意图。

图4是本发明一实施例提供的镜头驱动装置的基座、预紧装置与马达的组装结构示意图，该图显示了预紧装置的另一种实现方式。

图5是本发明一实施例提供的镜头驱动装置的基座与镜头架的组装结构示意图。

图6显示了本发明一实施例提供的镜头驱动装置中的耐摩部的另一种实现方式。

图7是本发明实施例提供的镜头驱动装置的基座与镜头架沿另一角度的组装示意图。

图8a是本发明一实施例提供的镜头驱动装置的侧视图。

图8b为图8a沿A-A线的剖视图，以便清楚地显示导向机构和防转机构。

图9是本发明另一实施例提供的镜头驱动装置的组装示意图。

图10是本发明另一实施例提供的镜头驱动装置去掉外壳后的示意图。

图11是本发明另一实施例提供的镜头驱动装置的爆炸示意图。

图12是本发明另一实施例提供的镜头驱动装置的基座与镜头架的组装结构示意图。

图13是本发明另一实施例提供的镜头驱动装置的基座与镜头架的另一种组装结构示意图。

图14a是本发明另一实施例提供的镜头驱动装置的侧视图。

图14b为图14a沿B-B线的剖视图，以便更清楚地显示导向机构和防转机构。

图14c显示了本发明另一实施例提供的镜头驱动装置的导向机构与另一种防转机构。

图14d显示了本发明另一实施例提供的镜头驱动装置的导向机构与再一种防转机构。

图15所示为本发明一实施例提供的镜头驱动装置的压电马达的结构示意图。

图16所示为传统的惯性驱动型压电马达镜头驱动装置的组装示意图。

图17为图16的爆炸图。

【具体实施方式】

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明一实施例提供的镜头驱动装置的组装结构示意图。图2是本发明一实施例提供的镜头驱动装置去掉外壳后的示意图。图3是本发明一实施例提供的镜头驱动装置的爆炸示意图。

如图1至图3所示，依本发明一实施例的镜头驱动装置包括基座20、用于安装镜头30于其内的镜头架40、装设于基座20与镜头架40之间的导向机构、及装设于基座20与镜头架40之间的用于防止镜头架40相对基座20旋转的防转机构、具有马达头52的压电马达50，所述压电马达50通过马达座安装至所述基座20上、一预紧组件80设置于马达座与基座20之间。所述镜头架40于靠近所述压电马达50的马达头52处设置有耐摩部，马达头52依靠预紧组件80提供的弹性力同耐磨部保持接触，此压电马达50具有超声频率范围内的共振模态，在相应的共振频率附近激励时，所述压电马达50的马达头52选择性地沿顺时针方向或逆时针方向的椭圆形运动轨迹运动，通过马达头52同耐磨部之间的摩擦力，可以驱动镜头架40沿镜头光轴方向前进或后退。在镜头30及镜头架40沿光轴方向前进或者后退时，所述导向机构和防转机构共同保持镜头30及镜头架40运动的方向和相对光轴的位置。外壳100将基座20及安装于基座20上的部件收容于其中。所述镜头30内装设有用于成像的光学组件，所述镜头30可通过螺纹连接等方式安装于镜头架40内；为减小体积，亦可将镜头30与镜头架40作成一体。

所述马达座包括马达上座70及马达下座72，所述马达上座70相对基座20固定，马达上座70也可以做成和基座20一体的结构。所述马达50夹持于所述上座70与下座72之间。如图2与图3所示，所述马达下座72的底面设有倒V形的第一凹槽72a，所述基座20对应所述第一凹槽72a处开设有V形的第二凹槽21，在垂直镜头光轴的方向所述马达下座72可相对基座20滑动，马达下座72的末端抵顶所述马达50的末端。所述预紧组件80为一受压缩的弹性元件，如弹簧等，所述弹性元件相对镜头光轴方向倾斜设置于第一凹槽72a与第二凹槽21之间，如图2及图3所示，弹性元件以一定角度给所述马达下座72施加力，使马达50保持同上座70接触，并使得所述压电马达50的马达头52与镜头架40的耐磨部44之间产生一定的预压力，保持马达头52与耐磨部44的接触。可选地，如图4所示，所述预紧组件80也可以设计成沿垂直镜头光轴方向设置于马达50的末端与基座20侧壁之间的第一弹性元件80a，及沿平行于镜头光轴方向设置于马达40与基座10之间的第二弹性元件80b，两弹性元件80a、80b分别保持马达50同上座70接触及马达头52同耐磨部44接触。

如图5与图6所示，所述导向机构包括开设于镜头架40上的沿镜头光轴方向延伸的第一导槽42，及开设于所述基座20侧壁的第二导槽22，若干滚珠60a夹持于所述第一导槽42与第二导槽22之间，第一导槽42与第二导槽22其中之一为具有同一对称线的分段导槽以保持所述滚珠60a可以绕其中心滚动而相对镜头架40的轴向位置不变。

所述镜头架40于靠近马达头52处设有耐摩部，所述耐摩部为固定至所述镜头架40上的耐磨片44(如图3)或耐磨轴44’(如图6)，由陶瓷或其他耐磨材料制成。

请参阅图7至图8b，所述防转机构包括：开设于镜头架40上的沿光轴方向延伸的滑槽48、开设于基座20上相应位置的安装孔26，及导柱90。所述导柱90穿过滑槽48，收容安装于基座20上的安装孔26内。

请参阅图8b，所述马达头52从马达本体沿一垂直镜头光轴的方向延伸，所述第一导槽42与滚珠60a位于所述马达头52的延伸方向上。

请再参阅图3，所述镜头驱动装置还包括反光镜片102和反射式位置传感器104，反光镜片102粘贴在镜头架40上，可跟随镜头架40运动。位置传感器104固定在基座20上，其包括发射装置和接收装置，发射装置发出的红外光经过反光镜片102的反射后，被接收装置接收，接收装置接收到的光信号随着反射距离的变化而变化，通过此种方式可精确地获得镜头架40的位移。

图9是本发明另一实施例提供的镜头驱动装置的组装示意图。图10是图9所示的镜头驱动装置去掉外壳后的示意图。图11为图9的爆炸示意图。

此实施例中的镜头驱动装置与上述实施例中的镜头驱动装置的原理及结构大致相同，主要的不同之处在于导向机构及防转机构。如图12与图13所示，所述导向机构包括开设于镜头架40上的沿镜头光轴方向延伸的第一导槽42’、42”，及开设于所述基座20侧壁的第二导槽22’，若干滚珠60a夹持于所述第一导槽42’、42”与第二导槽22’之间。此处在镜头架40及基座20侧壁上的导槽可以是连续的也可以是具有同一对称线的分段导槽。当第一及第二导槽42’、22’中的一个为分段导槽时，如图12所示，所述滚珠60a可以通过分段导槽限制其相对镜头架的位置，从而使得所述滚珠60a可以绕其中心滚动而相对镜头架40的轴向位置保持不变；当第一及第二导槽42”、22’皆为连续时，如图13所示，所述滚珠60a可通过一轴承架62限制其相对位置。

请参阅图14b，所述马达头52从马达本体沿一垂直镜头光轴的方向延伸，所述第一导槽42’、42”与滚珠60a位于偏离所述马达头52的延伸方向上，从而可减少整个镜头模组的结构尺寸。

请参阅图14b，所述防转机构包括开设于镜头架40上的沿镜头光轴方向延伸的第一滑槽46，若干滚珠60b可滚动地保持于所述第一滑槽46与基座20侧壁之间。可选地，所述滑槽46也可以开设于基座20的侧壁上，若干滚珠60b可滚动地保持于所述第一滑槽46与镜头架40的侧壁之间。

请一并参阅图11及图14c与图14d，可选地，所述基座20的侧壁亦可开设第二滑槽24、24’，所述滚珠60b可滚动地保持于第一滑槽46与第二滑槽24、24’之间。可以理解地，此处在镜头架40及基座20侧壁上的滑槽可以是连续的也可以是具有同一对称线的分段滑槽结构。当第一滑槽46与第二滑槽24、24’中的一个为分段滑槽结构时，所述滚珠60b可以通过分段滑槽限制其相对镜头架40的位置；当第一滑槽46与第二滑槽24、24’皆为连续时，所述滚珠60b可通过一轴承架限制其相对位置。所述第一滑槽为V形，所述第二滑槽24、24’可以为V形(如图14c所示)或U形(如图14d所示)。

可以理解地，第二实施例中的防转结构也可应用于第一实施例中，第一实施例中采用的预紧装置亦可应用于第二实施例中。

图15所示为所述压电马达50的结构示意图，可选地，所述压电马达50可以是美国专利第5,453,653号中描述的一种马达，其公开内容在此并入作为参考。所述压电马达50的前后两相对表面包含有薄的长方形的压电陶瓷片，位于前表面的压电陶瓷片包括对称设置的四个象限电极，互为对角关系的电极成为一对象限电极：即相1、相2；位于后表面的压电陶瓷片为共用电极。当相1受系列驱动脉冲作用时，在谐振频率附近，压电马达50的纵向伸缩与横向弯曲模态被同时激发出来，振动的叠加在马达头52合成一个椭圆形的运动轨迹，从而驱动镜头架40前进(或后退)；当相2受系列驱动脉冲作用时，在谐振频率附近，压电马达50的纵向伸缩与横向弯曲模态被同时激发出来，振动的叠加在马达头52合成一个椭圆形的反方向的运动轨迹，从而驱动镜头架40后退(或前进)。

可以理解地，所述压电马达50还可以是其他具有改变驱动相位能够改变驱动方向特性的压电马达。

在上述实施例中，当压电马达50被驱动时，压电马达50的马达头52直接驱动镜头架40运动，因此镜头架40的行程、位置和质量不影响镜头架40对压电马达50振动的响应能力；压电马达50在驱动信号激励下的运动位移可以为纳米级，因而镜头架40可以获得更高的定位精度；压电马达50依靠摩擦力驱动镜头架40，起停响应速度在毫秒范围内，能够快速定位，同现有的音圈马达相比，机械振荡时间短，便于图像拾取和对焦过程时间的缩短。同时，依靠摩擦力实现镜头架40的自锁，即镜头架保持位置时无需驱动马达，比现行的音圈马达更加省电。在结构上，其抗跌落能力要远远强于音圈马达及惯性驱动型压电马达镜头模组。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (22)

1.一种镜头驱动装置，包括基座、装设于所述基座上的带镜头的镜头架，所述镜头架沿镜头光轴方向可相对基座滑动、装设于所述基座与镜头架之间的用于引导所述镜头架沿光轴方向滑动的导向机构、及装设于所述基座与镜头架之间的用于防止镜头架旋转的防转机构，其特征在于：所述镜头驱动装置还包括具有马达头的压电马达，所述压电马达通过马达座安装至所述基座上，所述马达座包括夹设所述压电马达于其间的上座及下座，所述镜头架于靠近所述压电马达的马达头处设置有耐摩部，一预紧组件设置于马达座与基座之间，所述预紧组件抵顶马达座从而使得所述压电马达的马达头与所述镜头架的耐摩部之间产生一定的预紧力，所述预紧组件包括一弹性元件，所述弹性元件相对镜头光轴方向倾斜设置于马达座与基座之间,所述弹性元件以一定角度给所述马达下座施力以使得所述马达保持同所述上座接触；当所述压电马达被激励时，所述压电马达的马达头通过摩擦力驱动镜头架沿镜头光轴方向运动；当所述压电马达在其超声频域的共振模态频率被激励时，所述压电马达的马达头选择性地沿顺时针方向或逆时针方向的椭圆形的运动轨迹运动，从而驱动镜头架沿镜头光轴方向前进或后退。

2.如权利要求1所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述导向机构包括开设于镜头架上的沿镜头光轴方向延伸的第一导槽、开设于所述基座侧壁的第二导槽、及若干夹持于所述第一导槽与第二导槽之间的滚珠，第一导槽与第二导槽至少其中之一为具有同一对称线的分段导槽以保持所述滚珠可以绕其中心滚动而相对镜头架的轴向位置不变。

3.如权利要求1所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述导向机构包括开设于镜头架上的沿镜头光轴方向延伸的第一导槽、开设于所述基座侧壁的第二导槽、及若干通过轴承架安装于所述第一导槽与第二导槽之间的滚珠，所述滚珠可以绕其中心滚动而相对镜头架的轴向位置保持不变。

4.如权利要求2或3所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述马达头从马达本体沿垂直镜头光轴的方向延伸，所述第一导槽与滚珠位于所述马达头的延伸方向上。

5.如权利要求2或3所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述马达头从马达本体沿垂直镜头光轴的方向延伸，所述第一导槽与滚珠偏离所述马达头的延伸方向。

6.如权利要求1所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述防转机构包括开设于镜头架上的沿镜头光轴方向延伸的第一滑槽，至少一滚珠保持于所述第一滑槽与基座侧壁之间。

7.如权利要求6所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述基座侧壁开设有第二滑槽，所述滚珠保持于第一滑槽与第二滑槽之间。

8.如权利要求7所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述第一滑槽为V形，所述第二滑槽为V形或U形。

9.如权利要求1所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述防转机构还包括开设于镜头架上的沿镜头光轴方向延伸的滑槽、开设于基座上的安装孔、及穿过所述滑槽收容于安装孔内的导柱。

10.如权利要求1所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述耐摩部为固定至所述镜头架的耐磨片或耐磨轴。

11.如权利要求1所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述镜头内装设有用于成像的光学组件，所述镜头与镜头架一体成型。

12.一种镜头驱动装置，包括基座、装设于所述基座上的带镜头的镜头架，所述镜头架沿镜头光轴方向可相对基座滑动、装设于所述基座与镜头架之间的用于引导所述镜头架沿光轴方向滑动的导向机构、及装设于所述基座与镜头架之间的用于防止镜头架旋转的防转机构，其特征在于：所述镜头驱动装置还包括具有马达头的压电马达，所述压电马达通过马达座安装至所述基座上，所述马达座包括夹设所述压电马达于其间的上座及下座；所述镜头架于靠近所述压电马达的马达头处设置有耐摩部，一预紧组件设置于马达座与基座之间，所述预紧组件抵顶马达座从而使得所述压电马达的马达头与所述镜头架的耐摩部之间产生一定的预紧力；所述预紧组件包括沿垂直镜头光轴方向设置于所述压电马达与基座之间以使得所述马达头保持与耐磨部接触的一弹性元件，及沿平行于镜头光轴方向设置于所述压电马达与基座之间以使得所述马达保持同所述上座接触的另一弹性元件；当所述压电马达被激励时，所述压电马达的马达头通过摩擦力驱动镜头架沿镜头光轴方向运动；当所述压电马达在其超声频域的共振模态频率被激励时，所述压电马达的马达头选择性地沿顺时针方向或逆时针方向的椭圆形的运动轨迹运动，从而驱动镜头架沿镜头光轴方向前进或后退。

13.如权利要求12所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述导向机构包括开设于镜头架上的沿镜头光轴方向延伸的第一导槽、开设于所述基座侧壁的第二导槽、及若干夹持于所述第一导槽与第二导槽之间的滚珠，第一导槽与第二导槽至少其中之一为具有同一对称线的分段导槽以保持所述滚珠可以绕其中心滚动而相对镜头架的轴向位置不变。

14.如权利要求12所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述导向机构包括开设于镜头架上的沿镜头光轴方向延伸的第一导槽、开设于所述基座侧壁的第二导槽、及若干通过轴承架安装于所述第一导槽与第二导槽之间的滚珠，所述滚珠可以绕其中心滚动而相对镜头架的轴向位置保持不变。

15.如权利要求13或14所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述马达头从马达本体沿垂直镜头光轴的方向延伸，所述第一导槽与滚珠位于所述马达头的延伸方向上。

16.如权利要求13或14所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述马达头从马达本体沿垂直镜头光轴的方向延伸，所述第一导槽与滚珠偏离所述马达头的延伸方向。

17.如权利要求12所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述防转机构包括开设于镜头架上的沿镜头光轴方向延伸的第一滑槽，至少一滚珠保持于所述第一滑槽与基座侧壁之间。

18.如权利要求17所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述基座侧壁开设有第二滑槽，所述滚珠保持于第一滑槽与第二滑槽之间。

19.如权利要求18所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述第一滑槽为V形，所述第二滑槽为V形或U形。

20.如权利要求12所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述防转机构还包括开设于镜头架上的沿镜头光轴方向延伸的滑槽、开设于基座上的安装孔、及穿过所述滑槽收容于安装孔内的导柱。

21.如权利要求12所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述耐摩部为固定至所述镜头架的耐磨片或耐磨轴。

22.如权利要求12所述的镜头驱动装置，其特征在于：所述镜头内装设有用于成像的光学组件，所述镜头与镜头架一体成型。

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