CN113595435B - 一种压电驱动微小型设备用连续变焦镜头及驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压电驱动微小型设备用连续变焦镜头及驱动方法，属于移动电子设备领域。该变焦镜头包括底板、定子Ⅰ、L形板Ⅰ、动子Ⅰ、导向轴Ⅱ、L形板Ⅱ、第一透镜群、定子Ⅱ、动子Ⅱ、第二透镜群、导向轴Ⅰ。第一透镜群和第二透镜群分别内嵌于动子Ⅰ和动子Ⅱ中。动子Ⅰ和动子Ⅱ安装在导向轴上，并分别与定子Ⅰ和定子Ⅱ弹性接触。定子驱动动子在导向轴上滑动实现变焦、对焦等功能。本发明的优点在于：结构简单、尺寸小、驱动能力高、变倍比高、对焦速度快，可以用于手机、微型机器人、无人机、微型安防监控等设备中。

Description

一种压电驱动微小型设备用连续变焦镜头及驱动方法
技术领域
本发明涉及移动电子设备领域，特别涉及一种压电驱动微小型设备用连续变焦镜头及驱动方法。利用压电驱动改善了同尺寸电磁驱动变焦镜头驱动能力低、变倍比小的缺点。可以用于手机、微型机器人、无人机、微型安防监控等移动电子设备中。
背景技术
变焦镜头是通过改变透镜组与拍摄物体间的距离来改变不同的取景范围并得到理想画面的一种光学镜头。随着科学技术的发展，例如手机、微机器人、无人机、微型安防监控等移动电子设备对于变焦镜头的需求日益增加。
随着现代需求的提高，这些移动电子设备往往需要高变倍比、尺寸小的变焦镜头。在现有的手机、无人机、微型机器人、微型安防监控摄像等应用领域，大多是变焦镜头都是通过音圈电机等电磁型电机驱动的，小型化的电磁电机驱动能力低。小型化也使得变焦镜头的变焦能力受限，很难实现高的变倍比。与压电驱动装置驱动能力近似的电磁类电机的尺寸较大，无法应用在手机、无人机、微型机器人等体积受限的移动电子设备中。因此，对于高变倍比、小尺寸、具有高驱动能力的变焦镜头的创新设计是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压电驱动微小型设备用连续变焦镜头，采用压电驱动的方式，解决了上述问题。本发明具有结构简单、尺寸小、驱动能力高、变倍比高、对焦速度快等优点，可以用于手机、微型机器人、无人机、微型安防监控等设备中。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种压电驱动微小型设备用连续变焦镜头，其特征在于：包括底板(1)、定子Ⅰ(2)、L形板Ⅰ(3)、动子Ⅰ(4)、导向轴Ⅱ(5)、L形板Ⅱ(6)、第一透镜群(7)、定子Ⅱ(8)、动子Ⅱ(9)、第二透镜群(10)、导向轴Ⅰ(11)；
所述的定子Ⅰ(2)固定于L形板Ⅰ(3)的长臂处，导向轴Ⅰ(11)固定于L形板Ⅰ(3)的短臂处且平行于L形板Ⅰ(3)的长臂；所述的定子Ⅱ(8)固定于L形板Ⅱ(6)的长臂处，导向轴Ⅱ(5)固定于L形板Ⅱ(6)的短臂处且平行于L形板Ⅱ(6)的长臂；所述的定子Ⅰ(2)、L形板Ⅰ(3)、导向轴Ⅰ(11)与L形板Ⅱ(6)、定子Ⅱ(8)、导向轴Ⅱ(5)对称设置于底板(1)两侧；所述的动子可在导向轴上自由滑动；
所述的定子Ⅰ(2)包括曰形柔性机构Ⅰ(2-1)、第一弯曲压电片(2-2)、第二弯曲压电片(2-3)和驱动梁Ⅰ(2-4)，第一弯曲压电片(2-2)和第二弯曲压电片(2-3)分别粘贴于曰形柔性机构Ⅰ(2-1)的左右两端；定子Ⅱ(8)包括曰形柔性机构Ⅱ(8-1)、第三弯曲压电片(8-2)、第四弯曲压电片(8-3)和驱动梁Ⅱ(8-4)，第三弯曲压电片(8-2)和第四弯曲压电片(8-3)分别粘贴于曰形柔性机构Ⅱ(8-1)的左右两端；
所述的动子Ⅰ(4)包括柔性驱动足Ⅰ(4-1)、第一透镜群安装孔(4-2)、导向轴Ⅱ安装孔(4-3)、导向轴Ⅰ安装孔(4-4)；动子Ⅱ(9)包括柔性驱动足Ⅱ(9-1)、第一透镜群安装孔(9-2)、导向轴Ⅱ安装孔(9-3)、导向轴Ⅰ安装孔(9-4)；
所述的动子Ⅰ(4)上的柔性驱动足Ⅰ(4-1)与定子Ⅰ(2)上的驱动梁Ⅰ(2-4)弹性接触，动子Ⅱ(9)上的柔性驱动足Ⅱ(9-1)与定子Ⅱ(8)上的驱动梁Ⅱ(8-4)弹性接触；所述的动子通过导向轴Ⅰ安装孔和导向轴Ⅱ安装孔安装在导向轴上；所述的动子Ⅰ(4)上的导向轴Ⅱ安装孔(4-3)、导向轴Ⅰ安装孔(4-4)分别安装有导向轴Ⅱ(5)和导向轴Ⅰ(11)；所述的动子Ⅱ(9)上的导向轴Ⅱ安装孔(9-3)、导向轴Ⅰ安装孔(9-4)分别安装有导向轴Ⅱ(5)和导向轴Ⅰ(11)；所述的第一透镜群(7)内嵌于动子Ⅰ(4)中，所述的第二透镜群(10)内嵌于动子Ⅱ(9)中。
本发明的另一目的在于提供一种压电驱动微小型设备用连续变焦镜头的驱动方法，其特征在于：包括以下步骤：
a)装配完成后，给第一弯曲压电片(2-2)施加
Figure BDA0003219617100000021
的正弦电信号，同时给第二弯曲压电片(2-3)施加
Figure BDA0003219617100000022
的正弦电信号，第一弯曲压电片(2-2)和第二弯曲压电片(2-3)的输出耦合，使得曰形柔性机构Ⅰ(2-1)中间的驱动梁Ⅰ(2-4)产生锯齿形驱动信号，根据粘滑运动原理，动子Ⅰ(4)将沿导向轴移动；改变电信号的幅值A、B和相位
Figure BDA0003219617100000023
可以实现动子Ⅰ(4)运动速度以及运动正反向的调节；
b)给第三弯曲压电片(8-2)施加
Figure BDA0003219617100000024
的正弦电信号，同时给第四弯曲压电片(8-3)施加
Figure BDA0003219617100000025
的正弦电信号，第三弯曲压电片(8-2)和第四弯曲压电片(8-3)的输出耦合，使得曰形柔性机构Ⅱ(8-1)中间的驱动梁Ⅱ(8-4)产生锯齿形驱动信号，根据粘滑运动原理，动子Ⅱ(9)将沿导向轴移动；改变电信号的幅值C、D和相位
Figure BDA0003219617100000026
可以实现动子Ⅱ(9)运动速度以及运动正反向的调节；
c)通过电信号U1、U2、U3和U4之间的互相配合，可以实现动子Ⅰ(4)和动子Ⅱ(9)之间位置的变化，从而实现变焦镜头的变焦调节。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明定子Ⅰ的结构示意图；
图3为本发明定子Ⅱ的结构示意图；
图4为本发明动子Ⅰ的结构示意图；
图5为本发明动子Ⅱ的结构示意图；
图中：1、底板；2、定子Ⅰ；2-1、曰形柔性机构Ⅰ；2-2第一弯曲压电片；2-3、第二弯曲压电片；2-4、驱动梁Ⅰ；3、L形板Ⅰ；4、动子Ⅰ；4-1、柔性驱动足Ⅰ；4-2、第一透镜群安装孔；4-3、导向轴Ⅱ安装孔；4-4、导向轴Ⅰ安装孔；5、导向轴Ⅱ；6、L形板Ⅱ；7、第一透镜群；8、定子Ⅱ；8-1、曰形柔性机构Ⅱ；8-2、第三弯曲压电片；8-3、第四弯曲压电片；8-4、驱动梁Ⅱ；9、动子Ⅱ；9-1、柔性驱动足Ⅱ；9-2、第一透镜群安装孔；9-3、导向轴Ⅱ安装孔；9-4、导向轴Ⅰ安装孔；10、第二透镜群；11、导向轴Ⅰ。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1-图5所示，一种压电驱动微小型设备用连续变焦镜头，其特征在于：包括底板(1)、定子Ⅰ(2)、L形板Ⅰ(3)、动子Ⅰ(4)、导向轴Ⅱ(5)、L形板Ⅱ(6)、第一透镜群(7)、定子Ⅱ(8)、动子Ⅱ(9)、第二透镜群(10)、导向轴Ⅰ(11)；
所述的定子Ⅰ(2)固定于L形板Ⅰ(3)的长臂处，导向轴Ⅰ(11)固定于L形板Ⅰ(3)的短臂处且平行于L形板Ⅰ(3)的长臂；所述的定子Ⅱ(8)固定于L形板Ⅱ(6)的长臂处，导向轴Ⅱ(5)固定于L形板Ⅱ(6)的短臂处且平行于L形板Ⅱ(6)的长臂；所述的定子Ⅰ(2)、L形板Ⅰ(3)、导向轴Ⅰ(11)与L形板Ⅱ(6)、定子Ⅱ(8)、导向轴Ⅱ(5)对称设置于底板(1)两侧；所述的动子可在导向轴上自由滑动；
所述的定子Ⅰ(2)包括曰形柔性机构Ⅰ(2-1)、第一弯曲压电片(2-2)、第二弯曲压电片(2-3)和驱动梁Ⅰ(2-4)，第一弯曲压电片(2-2)和第二弯曲压电片(2-3)分别粘贴于曰形柔性机构Ⅰ(2-1)的左右两端；定子Ⅱ(8)包括曰形柔性机构Ⅱ(8-1)、第三弯曲压电片(8-2)、第四弯曲压电片(8-3)和驱动梁Ⅱ(8-4)，第三弯曲压电片(8-2)和第四弯曲压电片(8-3)分别粘贴于曰形柔性机构Ⅱ(8-1)的左右两端；
所述的动子Ⅰ(4)包括柔性驱动足Ⅰ(4-1)、第一透镜群安装孔(4-2)、导向轴Ⅱ安装孔(4-3)、导向轴Ⅰ安装孔(4-4)；动子Ⅱ(9)包括柔性驱动足Ⅱ(9-1)、第一透镜群安装孔(9-2)、导向轴Ⅱ安装孔(9-3)、导向轴Ⅰ安装孔(9-4)；
所述的动子Ⅰ(4)上的柔性驱动足Ⅰ(4-1)与定子Ⅰ(2)上的驱动梁Ⅰ(2-4)弹性接触，动子Ⅱ(9)上的柔性驱动足Ⅱ(9-1)与定子Ⅱ(8)上的驱动梁Ⅱ(8-4)弹性接触；所述的动子通过导向轴Ⅰ安装孔和导向轴Ⅱ安装孔安装在导向轴上；所述的动子Ⅰ(4)上的导向轴Ⅱ安装孔(4-3)、导向轴Ⅰ安装孔(4-4)分别安装有导向轴Ⅱ(5)和导向轴Ⅰ(11)；所述的动子Ⅱ(9)上的导向轴Ⅱ安装孔(9-3)、导向轴Ⅰ安装孔(9-4)分别安装有导向轴Ⅱ(5)和导向轴Ⅰ(11)；所述的第一透镜群(7)内嵌于动子Ⅰ(4)中，所述的第二透镜群(10)内嵌于动子Ⅱ(9)中。
一种压电驱动微小型设备用连续变焦镜头的驱动方法，其特征在于：包括以下步骤：
a)装配完成后，给第一弯曲压电片(2-2)施加
Figure BDA0003219617100000045
的正弦电信号，同时给第二弯曲压电片(2-3)施加
Figure BDA0003219617100000046
的正弦电信号，第一弯曲压电片(2-2)和第二弯曲压电片(2-3)的输出耦合，使得曰形柔性机构Ⅰ(2-1)中间的驱动梁Ⅰ(2-4)产生锯齿形驱动信号，根据粘滑运动原理，动子Ⅰ(4)将沿导向轴移动；改变电信号的幅值A、B和相位
Figure BDA0003219617100000041
可以实现动子Ⅰ(4)运动速度以及运动正反向的调节；
b)给第三弯曲压电片(8-2)施加
Figure BDA0003219617100000042
的正弦电信号，同时给第四弯曲压电片(8-3)施加
Figure BDA0003219617100000043
的正弦电信号，第三弯曲压电片(8-2)和第四弯曲压电片(8-3)的输出耦合，使得曰形柔性机构Ⅱ(8-1)中间的驱动梁Ⅱ(8-4)产生锯齿形驱动信号，根据粘滑运动原理，动子Ⅱ(9)将沿导向轴移动；改变电信号的幅值C、D和相位
Figure BDA0003219617100000044
可以实现动子Ⅱ(9)运动速度以及运动正反向的调节；
c)通过电信号U1、U2、U3和U4之间的互相配合，可以实现动子Ⅰ(4)和动子Ⅱ(9)之间位置的变化，从而实现变焦镜头的变焦调节。

Claims (2)

1.一种压电驱动微小型设备用连续变焦镜头，其特征在于：包括底板（1）、定子Ⅰ（2）、L形板Ⅰ（3）、动子Ⅰ（4）、导向轴Ⅱ（5）、L形板Ⅱ（6）、第一透镜群（7）、定子Ⅱ（8）、动子Ⅱ（9）、第二透镜群（10）、导向轴Ⅰ（11）；
所述的定子Ⅰ（2）固定于L形板Ⅰ（3）的长臂处，导向轴Ⅰ（11）固定于L形板Ⅰ（3）的短臂处且平行于L形板Ⅰ（3）的长臂；所述的定子Ⅱ（8）固定于L形板Ⅱ（6）的长臂处，导向轴Ⅱ（5）固定于L形板Ⅱ（6）的短臂处且平行于L形板Ⅱ（6）的长臂；所述的定子Ⅰ（2）、L形板Ⅰ（3）、导向轴Ⅰ（11）与L形板Ⅱ（6）、定子Ⅱ（8）、导向轴Ⅱ（5）对称设置于底板（1）两侧；所述的动子可在导向轴上自由滑动；
所述的定子Ⅰ（2）包括曰形柔性机构Ⅰ（2-1）、第一弯曲压电片（2-2）、第二弯曲压电片（2-3）和驱动梁Ⅰ（2-4），第一弯曲压电片（2-2）和第二弯曲压电片（2-3）分别粘贴于曰形柔性机构Ⅰ（2-1）的左右两端；定子Ⅱ（8）包括曰形柔性机构Ⅱ（8-1）、第三弯曲压电片（8-2）、第四弯曲压电片（8-3）和驱动梁Ⅱ（8-4），第三弯曲压电片（8-2）和第四弯曲压电片（8-3）分别粘贴于曰形柔性机构Ⅱ（8-1）的左右两端；
所述的动子Ⅰ（4）包括柔性驱动足Ⅰ（4-1）、第一透镜群安装孔（4-2）、导向轴Ⅱ安装孔（4-3）、导向轴Ⅰ安装孔（4-4）；动子Ⅱ（9）包括柔性驱动足Ⅱ（9-1）、第一透镜群安装孔（9-2）、导向轴Ⅱ安装孔（9-3）、导向轴Ⅰ安装孔（9-4）；
所述的动子Ⅰ（4）上的柔性驱动足Ⅰ（4-1）与定子Ⅰ（2）上的驱动梁Ⅰ（2-4）弹性接触，动子Ⅱ（9）上的柔性驱动足Ⅱ（9-1）与定子Ⅱ（8）上的驱动梁Ⅱ（8-4）弹性接触；所述的动子通过导向轴Ⅰ安装孔和导向轴Ⅱ安装孔安装在导向轴上；所述的动子Ⅰ（4）上的导向轴Ⅱ安装孔（4-3）、导向轴Ⅰ安装孔（4-4）分别安装有导向轴Ⅱ（5）和导向轴Ⅰ（11）；所述的动子Ⅱ（9）上的导向轴Ⅱ安装孔（9-3）、导向轴Ⅰ安装孔（9-4）分别安装有导向轴Ⅱ（5）和导向轴Ⅰ（11）；所述的第一透镜群（7）内嵌于动子Ⅰ（4）中，所述的第二透镜群（10）内嵌于动子Ⅱ（9）中。
2.根据权利要求1所述的一种压电驱动微小型设备用连续变焦镜头的驱动方法，其特征在于：包括以下步骤：
a）装配完成后，给第一弯曲压电片（2-2）施加U 1=Asin(2πft+φ1)的正弦电信号，同时给第二弯曲压电片（2-3）施加U 2=Bsin(4πft+φ2)的正弦电信号，第一弯曲压电片（2-2）和第二弯曲压电片（2-3）的输出耦合，使得曰形柔性机构Ⅰ（2-1）中间的驱动梁Ⅰ（2-4）产生锯齿形驱动信号，根据粘滑运动原理，动子Ⅰ（4）和第一透镜群（7）将沿导向轴移动；改变电信号的幅值A、B和相位φ 1、φ 2可以实现动子Ⅰ（4）运动速度以及运动正反向的调节；
b）给第三弯曲压电片（8-2）施加U 3=Csin(2πft+φ3)的正弦电信号，同时给第四弯曲压电片（8-3）施加U 4=Dsin(4πft+φ4)的正弦电信号，第三弯曲压电片（8-2）和第四弯曲压电片（8-3）的输出耦合，使得曰形柔性机构Ⅱ（8-1）中间的驱动梁Ⅱ（8-4）产生锯齿形驱动信号，根据粘滑运动原理，动子Ⅱ（9）和第二透镜群（10）将沿导向轴移动；改变电信号的幅值C、D和相位φ 3、φ 4可以实现动子Ⅱ（9）运动速度以及运动正反向的调节；
c）给通过电信号U 1、U 2、U 3和U 4之间的互相配合，可以实现动子Ⅰ（4）和动子Ⅱ（9）之间位置的变化，从而实现变焦镜头的变焦调节。
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