CN101681012B - 镜头驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种镜头驱动装置(1)，该镜头驱动装置具有保持镜头(3)的镜头架(4)、具有被可旋转支撑的转子(31)的步进电机(30)、通过来自所述转子(31)的旋转力而枢转的齿轮(12A)、以及随着所述齿轮(12A)的旋转而旋转的凸轮齿轮(从动齿轮)(20)。所述凸轮齿轮(20)的枢转沿光轴方向驱动所述镜头架(4)。所述凸轮齿轮(20)具有齿列(22)，所述齿列(22)包括与所述齿轮(12A)啮合的啮合部(22G)，并且还包括用于通过形成与所述齿轮(12A)的接触而使所述齿轮(12A)和所述凸轮齿轮(20)停止旋转的非啮合部(22GA)。

Description

镜头驱动装置

技术领域

本发明涉及一种安置在摄像装置中的镜头驱动装置。本发明更具体地涉及这样一种镜头驱动装置，该镜头驱动装置通过使用凸轮件使镜头沿光路方向运动。

背景技术

近来，诸如静物照相机或内置于手机中的照相机的摄像装置的尺寸已显著地减小。有这样一种摄像设备，该摄像设备包括根据物体的位置使镜头运动到焦点的镜头驱动装置。由此，需要具有较小尺寸和高聚焦精度的镜头驱动装置。

专利文献1公开了一种镜头驱动机构，该镜头驱动机构通过使用凸轮件使镜头沿光轴方向运动。在该镜头驱动机构中，可以通过具有凸轮件的简单结构来驱动镜头。另外，该镜头驱动机构具有多个用于检测凸轮件的位置的开关。该镜头驱动机构通过使用这些开关来识别初始位置或中途位置，从而高精度地调焦。更具体地说，该镜头驱动机构具有用于检测凸轮的初始位置的机械开关、以及用于检测凸轮的驱动范围的大致中间位置以检测凸轮位置的光电断路器(光学开关)。

专利文献1：日本未审实用新型申请公报No.5-61713

发明内容

本发明待解决的问题

专利文献1中公开的上述镜头驱动机构由于用凸轮结构来驱动镜头，因而具有简单的结构。但是，上述镜头驱动机构通过使用多个开关来检测凸轮件的位置。这就在机构内需要用于布置所述开关的空间，由此增大了镜头驱动机构的结构。为此，使用多个昂贵的开关，从而导致制造成本增加的问题。

因此，本发明的目的是提供一种其尺寸减小且其制造成本降低并且使镜头精确地聚焦的镜头驱动装置。

解决问题的手段

通过一种镜头驱动装置来实现上述目的，该镜头驱动装置包括：保持镜头的镜头架；驱动源，该驱动源包括被可旋转地支撑的转子；齿轮，该齿轮通过所述转子的旋转而旋转；以及从动齿轮，该从动齿轮通过所述齿轮而旋转；其中：所述镜头架通过所述从动齿轮的旋转而沿光轴方向运动；所述从动齿轮包括齿部；并且所述齿部包括：啮合部，该啮合部与所述齿轮相啮合；以及非啮合部，该非啮合部与所述齿轮抵接而使所述齿轮与所述从动齿轮的旋转停止。

在根据本发明实施方式的镜头驱动装置中，由于所述从动齿轮具有齿部，该齿部包括与所述齿轮相啮合的啮合部、以及非啮合部，该非啮合部与所述齿轮抵接而使所述齿轮与所述从动齿轮的旋转停止，因此所述齿轮被迫停止在预定位置处。这里，如果上述停止位置被预设成与所述镜头架的初始位置或终止位置相关联，并且预设用于使所述镜头架从所述初始位置运动到终止位置的脉冲数或者驱动源的转数，则所述镜头架的位置得以识别。因此，与传统的不同，在不具有开关的情况下，可以使所述镜头架运动到焦点，同时其位置得以识别。因此，根据本发明的一方面，提供一种通过简化其内部结构而具有较小尺寸和较低成本并且使镜头精确地聚焦的镜头驱动设备。

在上述构造中，所述转子通过使所述齿轮与所述非啮合部抵接而停止所在的停止位置可以与在初始位置处进行通电时所述转子停止所在的位置基本一致。

通过这种构造，能够确保在所述初始位置通电时所述转子的停止位置的位置精度，并且能够使所述镜头精确地聚焦。

在上述构造中，所述从动齿轮可以是凸轮齿轮，该凸轮齿轮包括用于使所述镜头架沿所述光轴方向运动的凸轮。

通过这种构造，所述结构能够简化从而减小尺寸并降低成本。

在上述构造中，所述非啮合部的齿厚可以比所述啮合部的齿厚更厚。

通过这种构造，能够停止所述齿轮和所述凸轮齿轮的旋转

在上述构造中，当所述转子位于所述初始位置时，所述转子在非通电状态下可以保持在所述初始位置。通过这种构造，即使当在所述镜头运动到初始位置后所述驱动源断开时，所述转子也保持在其初始位置。因此，与传统的不同，可以取消用于检测初始位置的开关，因此可以简化结构从而减小尺寸并降低成本。

发明效果

根据本发明，提供一种尺寸减小且制造成本降低并且使镜头精确地聚焦的镜头驱动装置。

附图说明

图1是表示根据本发明实施方式的镜头驱动装置的平面图；

图2是表示图1所示的镜头驱动装置的主要部分的剖视图；

图3是用于控制镜头驱动装置的控制电路的框图；

图4是表示凸轮齿轮的展开侧面的示意图；

图5A是表示图1所示的凸轮齿轮和惰轮的视图，图5B是表示图5A所示的圆CR的内部的放大图；以及

图6A是转子的定位转矩(detent torque)和通电状态的曲线图。图6B是初始停止位置位于位置A的情况下的曲线图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的实施方式。图1是表示根据本发明实施方式的镜头驱动装置的平面图。图2是表示图1所示的镜头驱动装置的主要部分的剖视图。为了识别构成部件之间的位置关系，图2表示位于其它部件后方的各部件的位置的展开图。下面将参照图1和图2对镜头驱动装置1进行描述。

镜头驱动装置1具有基板2，后面将描述的各种部件安装在该基板上。布置有用于保持镜头3的镜头架4，使该镜头架沿与基板2的平面垂直的光路方向LA运动。具体而言，镜头架4具有径向向外延伸的引导部5和6。引导部5和6的各端形成为柱形形状。基板2具有分别用于接收上述引导部5和6的柱形部的接收部2a和2b。另外，基板2具有在接收部2b的中心部分处直立的引导销2c。引导销2c插入形成于引导部6的柱形部中的孔部6a内。通过该构造，镜头架4布置成沿光路方向LA运动。

现在参照图2，将用作偏压件的螺旋弹簧7插入引导部6上，使其环绕形成于镜头架4中的引导部6的柱形部。镜头架4被该螺旋弹簧7向上偏压。此外，上述镜头架4具有用作接合部并从镜头架4向外部延伸的臂部8。由于在图2中镜头架4被螺旋弹簧7向上偏压，因此在图2中臂部8也被向上偏压。该偏压力使得臂部8与稍后将描述的凸轮齿轮(从动齿轮)20的凸轮表面21接触。

另外，参照图1和图2，将对用于使镜头架4沿光路方向LA运动的驱动机构10的构造进行描述。该驱动机构10包括具有上述凸轮齿轮20的齿轮系。

驱动机构10具有用作驱动源的步进电机30。该步进电机30使得转子31旋转，从而镜头架4通过用作从动齿轮的凸轮齿轮20等沿光轴方向LA运动。步进电机30包括转子31、转子轴32、定子33以及线圈34。

转子31通过由该转子31和定子33之间产生的磁力所产生的旋转转矩而旋转，并且由转子轴32可旋转地支撑。转子轴32由基板2等可旋转地支撑。转子31例如由稀土材料或铁材料之类的磁性材料制成。转子31形成小直径的柱形形状或圆板形状。转子31沿其旋转方向交错地具有多个不同的磁极。这些磁极沿转子31的旋转方向等间隔地设置。

齿轮11固定到该步进电机30的转子轴32上，并通过惰轮12与凸轮齿轮20啮合。与通用的齿轮相似，用作从动齿轮的凸轮齿轮20的基底材料为圆盘形状。凸轮齿轮20在其周缘处设置有齿部22。齿部22包括多个布置成环形的齿。凸轮齿轮20由齿轮12A驱动。另外，凸轮齿轮20在其一个表面侧设置有具有螺旋形的凸轮表面21。在该实施方式中，该凸轮表面21设置在凸轮齿轮20的下表面侧。如上所述，该凸轮表面21与镜头架4的臂部8抵接。

这里，将参照图3对用于控制镜头驱动装置1的控制电路进行说明。图3是用于控制镜头驱动装置的控制电路的框图。如图3所示，控制单元50包括CPU(中央处理单元)51、存储器52以及驱动器53。CPU 51控制镜头驱动装置1和处理器算法的整个操作。程序和用于控制镜头驱动装置1的控制信息存储在存储器52中。驱动器53响应于从CPU 51输出的控制信号以脉冲的方式向线圈34施加正电压和负电压，以给线圈34通电。操作按钮54与CPU 51连接。

当按压操作按钮54时，CPU 51指示驱动器53输出用于驱动步进电机30的正电压和负电压。驱动器53响应于该指示向线圈34施加正电压和负电压。这样，通过控制经过步进电机30的线圈34的电流，转子31顺时针或逆时针旋转，从而如上所述，使镜头架4沿光轴方向运动，并进行调焦。

图4是表示凸轮齿轮20的展开侧面的示意图。如图4所示，凸轮表面21包括倾斜区D、以及分别位于倾斜区D的两端处的平面区F1和F2。实际上，凸轮表面具有使端部E1和E2彼此相连的螺旋形状。这在由凸轮齿轮20的端部E1表示的位置处限定一台阶部。另外，如图4所示，凸轮表面21的端部E1和平面区F1对应于在初始位置侧镜头3的焦点将处于的无限远位置。此外，端部E2和平面区F2对应于在终止位置侧镜头3的焦点的最近位置。而且，当臂部8与凸轮表面21的倾斜区D接触时，镜头架4沿光路方向LA运动。

由于臂部8被偏压而与上述构造的凸轮表面21接触，因此通过从步进电机30施加的旋转力使凸轮齿轮20旋转，从而使臂部8在凸轮表面21之上运动。因而，其上固定臂部8的镜头架4在预定范围(倾斜区D的范围)内沿光路方向LA运动。结果，对步进电机30的控制允许镜头架4从初始位置经过焦点运动到终止位置。

此外，根据本发明实施方式的镜头驱动装置1具有用于确定镜头架4的运动位置的构造。将参照图5A和图5B对该构造进行描述。图5A是表示图1所示的凸轮齿轮20和惰轮12的视图，图5B是表示图5A所示的圆CR的内部的放大图。

惰轮12包括两个彼此同心布置的齿轮。图4A中较小的齿轮12A与形成在凸轮齿轮20的周边中的齿部22相啮合。图4A中较大的齿轮12B与装配到步进电机30的转子轴32上的齿轮11(参见图1)相啮合。凸轮齿轮20的齿部22设置有与齿轮12A啮合的啮合部22G和不与齿轮12A啮合的非啮合部22NG。啮合部22G由多个齿组成。

非啮合部22NG是形成为齿厚比啮合部22G的齿厚更厚的齿。凸轮齿轮20的齿数不是整数，而是小数。非啮合部22NG位于这样的位置，在该位置不能正确地形成对应于一个圆周齿节的部分。因此，如图5B放大所示，非啮合部22NG形成为通过填充齿槽而使两个齿相结合。在该构造中，非啮合部22NG的齿厚比齿的齿厚薄，从而通过填充啮合部22G的齿槽使得两个齿相结合。

也就是说，非啮合部22NG的齿厚b是通过填充啮部22G的齿槽使两个齿相结合而形成的齿的齿厚c的约0.3倍至小于1.0倍。优选为约0.5倍。假设将非啮合部22NG视为一个齿，则非啮合部22NG的齿厚b是啮合部22G的齿厚a的约1.3倍至小于3.0倍。优选为约1.5倍。

如上所述，非啮合部22NG形成在凸轮齿轮20的齿部22中。结果，当惰轮12沿一个方向旋转并且齿轮12A与非啮合部22NG接触时，迫使凸轮齿轮20停止。同样，即使当惰轮12沿相反方向旋转，并且齿轮12A与非啮合部22NG接触时，也迫使凸轮齿轮20停止。也就是说，凸轮齿轮20在略小于一转的范围(对应于从一转长度减去非啮合部22NG的长度后的范围)内旋转。

这里，如果将迫使凸轮齿轮20停止所处的两端位置预设为分别与上述镜头架4的初始位置和终止位置相关联，则迫使凸轮齿轮20分别在初始位置和终止位置停止。也就是说，当凸轮齿轮20沿一个方向旋转并然后停止时，镜头架4位于初始位置或终止位置。同样，当凸轮齿轮20沿其相反方向旋转并然后停止时，镜头架4位于初始位置或终止位置。CPU51确定步进电机30的旋转方向，从而这使得可以确定镜头架4停止在初始位置还是停止在终止位置。因此，根据本发明实施方式的镜头驱动装置1，容易确定镜头架4的初始位置或终止位置，而不用设置开关。

更具体而言，CPU 51确定用于从初始位置运动到终止位置所需的步进电机30的转数，然后CPU 51可以预设从CPU 51输出给步进电机30的驱动脉冲的数量。例如，当驱动器53响应于从CPU 51输出的控制信号而输出1000个脉冲时，则设计成使得步进电机30旋转指定转数，以使镜头架4从初始位置运动到终止位置。

因而，例如，当镜头架4从初始位置向终止位置运动时，仅从CPU 51向步进电机30指示1000个脉冲的输出就可以完成该运动。对于凸轮齿轮20的该动作，凸轮齿轮20旋转过略小于一转的范围，并且非啮合部22NG与齿轮12A接触，从而迫使凸轮齿轮20停止。另外，鉴于齿隙或组装裕度，更优选对于从CPU 51向步进电机30输出的驱动脉冲的数量增加预定裕度的脉冲。也就是说，设计中在通过1000个脉冲允许镜头架4从初始位置运动到终止位置的情况下，优选的是，通过另外输出4个或5个脉冲而使非啮合部22NG确定与齿轮12A接触。这样确定地使镜头架4从初始位置运动到终止位置。

当镜头架4在初始位置和终止位置之间运动从而使镜头3调焦时，可以将初始位置或终止位置作为基准，基于从CPU 51输出的驱动脉冲的数量来识别镜头架4的位置。因此，这取消了用于识别镜头架4的中途位置的开关。另外，如上所述，当镜头架4从中途位置向初始位置或终止位置运动时，优选向驱动脉冲的数量增加预定裕度。从而基于初始位置或终止位置高精度地识别镜头架4的当前位置。这样使得镜头3可以高精度地运动到焦点。

在目前为止所述的镜头驱动装置1中，非啮合部22NG设置在凸轮齿轮20的齿部22中，从而凸轮齿轮20转过预定范围并然后被迫停止。凸轮齿轮20被迫停止所处的位置与初始位置或终止位置相关联，由此不需要用于检测镜头架4的初始位置或终止位置的开关。此外，通过在凸轮齿轮20的齿部22的一部分中设置非啮合部22NG这样的简单结构，促进了结构的小型化和简化，由此降低了制造成本。此外，可使镜头驱动装置1小型化，由此加宽了凸轮齿轮20的凸轮区域，并确保了大量焦点。在凸轮的最高高度与传统的最高高度相同的情况下，凸轮形成为具有平缓倾斜，这有助于驱动负载的降低。

此外，被迫停止不必考虑在齿轮等之间的游隙，并且使凸轮表面21上的平面区F1和F2的长度最小化成比传统的长度小。在通过开关来检测位置的情况下，臂部8可能越过端部E1运动而落到端部E2上。因此，平面区F1和F2传统上设计成使总长度为最小长度加上裕度。这是因为当臂部8落到端部E2上时，此时转子的位置没有与其原始的终止位置(端部E2)对准，因而与设计位置不同。在这种情况下，即使CPU 51使臂部8从终止位置运动到初始位置，处于初始位置的转子的停止位置相对于其初始的停止位置也未对准。因此，难以从初始位置对转子进行控制。另外，如上所述，非啮合部22NG小于形成为填充相邻齿的齿，从而可以将平面区F1和F2设定为较窄，并且可以将倾斜区D设定为较宽。结果，可以提高聚焦精度，并减少施加在臂部8上的负载从而使镜头架4顺畅地运动。

另外，在上面实施方式中，凸轮齿轮20在其一侧具有凸轮表面21，并且凸轮表面21通过螺旋弹簧7的偏压力而与镜头架4的臂部8接触。尽管在上面实施方式中，凸轮齿轮20的凸轮表面21对应于凸轮部，但是本发明并不限于该结构。可以另外设置柱形体，该柱形体与凸轮齿轮20联动地旋转并在该柱形体的本体部分(侧周部)上具有凸轮槽，使得该凸轮槽可与臂部8接合，从而以与上述相同的方式驱动镜头架4。在这种情况下，凸轮槽用作凸轮部。

这里，如图5A和图5B所示，将对位于初始位置状态时的转子31的停止位置予以说明，在该初始位置状态，通过使齿轮12A与非啮合部22NG抵接而使齿轮12A和凸轮齿轮20停止。

图6A和图6B示出了转子31的定位转矩的曲线和使两个线圈34通电的方式。“H”表示电流沿前进方向流动的状态，而“L”表示电流沿相反方向流动的状态。例如，“HH”通电表示电流在两个线圈34中沿前进方向流动的状态，而“HL”通电表示电流在其中一个线圈34中沿前进方向流动并且电流在另一个线圈34中沿相反方向流动的状态。

在初始位置状态下，转子31位于位置P或该转子31的定位转矩曲线的中间位置(与sin180°对应)，该定位转矩曲线描绘了从0度至360度的范围内的正弦曲线。位置P是在施加HH通电时转子31停止所在的位置。另外，位置P是在切断HH通电后转子31通过定位转矩停止保持所在的位置。也就是说，在不使步进电机30通电的情况下转子31能够保持所在的位置与通过使齿轮12A与非啮合部22NG抵接而使转子31停止所在的位置相配。

另外，根据部件的精度，当齿轮12A与非啮合部22NG通过施加HH通电而抵接时，转子31的停止位置可以与位置P不相配。然而，在以位置P(sin180°)用作中心的情况下，假设转子31在与定位转矩的从0度到360度的范围内的正弦曲线对应的曲线范围(公差范围)内停止调节，则转子31可以返回到位置P。为此，在设计时，通过进行初始位置通电(HH通电)使齿轮12A和非啮合部22NG抵接所在的位置误差被设计在转子31的定位转矩的在从0度到360度的范围内的正弦曲线内。因此，在齿轮12A与非啮合部22NG抵接后，当作为初始位置通电而进行HH通电时，起动位置始终与位置P相对应。这精确地控制了镜头位置，并使镜头精确地聚焦。

也就是说，转子31的停止位置与在施加初始位置通电时该转子31的停止位置基本相配。这里，术语“基本相配”是指在施加初始位置通电时转子31在图6所示的公差范围内停止。

如图6B所示，如果齿轮12A和非啮合部22NG通过施加初始位置通电(HH通电)而在转子31停止于公差范围(在将初始通电位置用作中心时，定位转矩的从0度到360度的范围内的正弦波)之外所在的位置Q处抵接，那么当切断线圈34的通电时，转子31不是停止在设计的初始位置P处，而是稳定地停止在位置A处。在该状态下，当施加初始位置通电(HH通电)以使镜头运动时，转子31很可能位于位置P的HH通电位置，并且通过强有力地推动齿轮12A和非啮合部22NG可以到达位置Q，或者可以到达作为HH通电位置的位置B。为此，即使当施加初始位置通电(HH通电)时，转子31的位置也不恒定，因此不能精确地控制镜头位置。然而，如上所述，齿轮12A和非啮合部22NG在公差范围内抵接，从而克服了该问题。

尽管已详细地说明了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出其它实施方式、变动和修改。

在上述的实施方式中，非啮合部22NG的齿厚比啮合部22G的齿厚更厚。然而，本发明并不局限于该构造。例如，非啮合部的齿深比啮合部22G的齿深更大。另外，凸轮齿轮20被设置为从动齿轮。然而，本发明并不局限于该构造，可以将不具有凸轮的齿轮用作从动齿轮，而且镜头架4可以通过齿轮系运动。

在上述的实施方式中，尽管惰轮12位于凸轮齿轮20与装配到步进电机30的转子轴32上的齿轮11之间，但本发明并不限于该结构。可以在需要时，在齿轮11与凸轮齿轮20之间设置另一齿轮。可选的是，可以在需要时，使齿轮11与凸轮齿轮20彼此直接啮合。

Claims (4)

1.一种镜头驱动装置，其包括：

保持镜头的镜头架；

驱动源，该驱动源包括被可旋转地支撑的转子；

齿轮，该齿轮通过所述转子的旋转而旋转；以及

从动齿轮，该从动齿轮通过所述齿轮而旋转；

其中；

所述镜头架通过所述从动齿轮的旋转而沿光轴方向运动；

所述从动齿轮包括齿部；并且

所述齿部包括：

啮合部，该啮合部与所述齿轮相啮合；以及

非啮合部，该非啮合部与所述齿轮抵接而使所述齿轮与所述从动齿轮的旋转停止，

其中，所述转子通过使所述齿轮与所述非啮合部抵接而停止所在的停止位置与在初始位置处进行通电时所述转子停止所在的停止位置基本一致。

2.根据权利要求1所述的镜头驱动装置，其中，所述从动齿轮是凸轮齿轮，该凸轮齿轮包括用于使所述镜头架沿所述光轴方向运动的凸轮。

3.根据权利要求1所述的镜头驱动装置，其中，所述非啮合部的齿厚比所述啮合部的齿厚更厚。

4.根据权利要求1所述的镜头驱动装置，其中，当所述转子位于所述初始位置时，所述转子在非通电状态下保持在所述初始位置。

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