CN113671662B - 压电驱动的无级变焦镜头模组及驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压电驱动的无级变焦镜头模组及驱动方法，属于变焦镜头和摄影技术设备领域。该装置包括力协调框架、导向轴、运动驱动单元、光学镜头群、镜头基座和端盖支架。两组运动驱动单元分别连接在镜头基座的两侧并将光学镜头群嵌进镜头基座组成镜头调距单元；用两根导向轴将两块镜头调距单元串联，放进力协调框架之间过盈装配；导向轴用端盖支架进行固定，端盖支架与力协调框架分离不接触。该方法利用压电晶片受电压激励产生形变带动运动驱动单元运动，驱动镜头调距单元，以此改变两块光学镜头群之间的距离，进行光学变焦。结构简单紧凑、体积小，安装方便；通过改变激励电压实现快速平稳变焦和各种变焦模式。

Description

压电驱动的无级变焦镜头模组及驱动方法
技术领域
本发明涉及变焦镜头和摄影技术设备领域，特别涉及一种压电驱动的无级变焦镜头模组及驱动方法。利用压电晶片的逆压电效应驱动镜头调距单元实现镜头的平稳快速变焦。改善了传统机械调焦的变焦缓慢、不稳定以及变焦模式单一等缺点。在精密仪器、智能终端设备和摄像拍照等领域有广阔的应用前景。
背景技术
压电驱动技术因其精度高、快速响应和无电磁干扰等显著优势，在精密机械领域发挥着重要作用。利用压电材料的逆压电效应，将电能转化为机械能，提供纳米级的位移输出。
变焦技术在获得高质量高清晰的拍摄图片中发挥着重要作用。目前的镜头变焦技术通常采用音圈马达驱动，配合机械结构来移动镜筒实现变焦。过多的组装零件会导致机械结构复杂，体积大；同时由于受力的不稳定性导致变焦位移有限、控制精度差、对焦效率低等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压电驱动的无级变焦镜头模组及驱动方法，旨在改善变焦镜头的变焦速度、平稳性和拓展调焦的模式，
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
压电驱动的无级变焦镜头模组，其特征在于：包括力协调框架1、导向轴2、运动驱动单元3、光学镜头群4、镜头基座5和端盖支架6；两组运动驱动单元3分别连接在镜头基座5的两侧并将光学镜头群4嵌进镜头基座5组成镜头调距单元；用两根导向轴2将两块镜头调距单元串联，放进力协调框架1之间过盈装配；导向轴2用端盖支架6进行固定，端盖支架6与力协调框架1分离不接触。
所述的压电驱动的无级变焦镜头模组，其特征在于：所述的力协调框架1为U型框架结构，在其底板靠近侧板处间断设置通孔，目的是使运动驱动单元3在运动过程中受到恒定的外力作用。
所述的压电驱动的无级变焦镜头模组，其特征在于：所述的运动驱动单元3包括压电晶片A3-1、基板A3-2、工字架3-3、基板B3-4和压电晶片B3-5，压电晶片A3-1粘贴在基板A3-2上，压电晶片B3-5粘贴在基板B3-4，将基板A3-2和基板B3-4的另一面分别粘贴在工字架3-3两侧，组成运动驱动单元3；其中压电晶片A3-1和压电晶片B3-5规格一致；基板A3-2厚底dA小于基板B3-4的厚度dB，以此保证两基板的一阶横振频率的不同，通过对基板A3-2和基板B3-4施加不同的激励电压信号，实现合成锯齿波形运动。
本发明的另一目的在于提供一种压电驱动的连续变焦镜头的驱动方法，其包括以下步骤：
a)按上述权利要求安装变焦镜头模组，对其四组运动驱动单元3的压电晶片A3-1和压电晶片B3-5分别接通驱动电路；其中四块压电晶片A3-1连接相同输出激励电压U1＝Asinωt+A，四块压电晶片B3-5连接相同输出激励电压U2＝Asin2ωt+A；
b)压电晶片A3-1得电产生形变，带动基板A3-2产生弯曲变形δ1，压电晶片B3-5得电产生形变，带动基板B3-4产生弯曲变形δ2，通过工字架3-3合成运动驱动单元3的位移；
c)基板与力平衡框架1的侧板间的摩擦使镜头调距单元两侧的运动驱动单元3产生运动位移，带动镜头调距单元沿导向轴2方向运动；
d)调整两组头调距单元的运动驱动单元3的激励电压的时序控制，可以获得多种模式的镜头变焦状态；
e)改变电压U1和U2的相位、幅值和频率来调节镜头的变焦速度。
本发明的有益效果在于：压电驱动的无级变焦镜头模组结构简单紧凑、体积小，安装方便；利用压电晶片的逆压电效应使薄厚基板产生不同振幅的变形，通过工字架将变形合成位移，实现镜头调距单元的驱动，力平衡框架保证运动运动驱动单元运动过程中受到恒定的外力作用，实现模组的平稳快速变焦。
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为本发明的变焦镜头模组一个实施例的立体结构示意图；
图2为本发明的变焦镜头模组一个实施例的安装立体结构示意图；
图3为本发明的变焦镜头模组的力平衡框架的结构示意图；
图4为本发明的变焦镜头模组的镜头调距单元立体结构示意图；
图5为本发明的变焦镜头模组的运动驱动单元立体结构示意图；
图6为本发明的变焦镜头模组的驱动运动的位移合成原理图；
图7为本发明的变焦镜头模组的驱动下的多种模式的镜头变焦状态；
图中：1、力平衡框架；2、导向轴；3、运动驱动单元：3-1、压电晶片A；3-2、基板A；3-3、工字架；3-4、基板B；3-5、压电晶片B；4、光学镜头群；5、镜头基座；6、端盖支架。
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和图2所示，压电驱动的无级变焦镜头模组，包括力协调框架1、导向轴2、运动驱动单元3、光学镜头群4、镜头基座5和端盖支架6；两组运动驱动单元3分别连接在镜头基座5的两侧并将光学镜头群4嵌进镜头基座5中组成镜头调距单元；用两根导向轴2将两块镜头调距单元串联，放进力协调框架1之间过盈装配；导向轴2用端盖支架6进行固定，端盖支架6与力协调框架1分离不接触。
参见图3所示，所述的力协调框架1为U型框架结构，在其底板靠近侧板处间断设置通孔，目的是使运动驱动单元3在运动过程中受到恒定的外力作用。
参见图4所示，所述的运动驱动单元3包括压电晶片A3-1、基板A3-2、工字架3-3、基板B3-4和压电晶片B3-5，压电晶片A3-1粘贴在基板A3-2上，压电晶片B3-5粘贴在基板B3-4，将基板A3-2和基板B3-4的另一面分别粘贴在工字架3-3两侧，组成运动驱动单元3；其中压电晶片A3-1和压电晶片B3-5规格一致；基板A3-2厚底dA小于基板B3-4的厚度dB，以此保证两基板的一阶横振频率的不同，通过对基板A3-2和基板B3-4施加不同的激励电压信号，实现合成锯齿波形运动。
参见图5所示，所述的镜头调距单元包括运动驱动单元3、光学镜头群4和镜头基座5，两组运动驱动单元3分别连接在镜头基座5的左右两侧，并将光学镜头群4嵌进镜头基座5的中心圆孔中。
将两端盖支架6正对固定，并将串联两镜头调距单元的两导向轴2通过两端盖支架6斜对角的两个固定孔，将其固定。
参见图6所示，压电驱动的连续变焦镜头的驱动方法，其特征在于：包括以下步骤：
a)按上述权利要求安装变焦镜头模组，对其四组运动驱动单元3的压电晶片A3-1和压电晶片B3-5分别接通驱动电路；其中四块压电晶片A3-1连接相同输出激励电压U1＝Asinωt+A，四块压电晶片B3-5连接相同输出激励电压U2＝Asin2ωt+A；
b)压电晶片A3-1得电产生形变，带动基板A3-2产生弯曲变形δ1，压电晶片B3-5得电产生形变，带动基板B3-4产生弯曲变形δ2，通过工字架3-3合成运动驱动单元3的位移；
c)基板与力平衡框架1的侧板间的摩擦使镜头调距单元两侧的运动驱动单元(3)产生运动位移，带动镜头调距单元沿导向轴)方向运动；
d)调整两组头调距单元的运动驱动单元3的激励电压的时序控制，可以获得多种模式的镜头变焦状态；
e)改变电压U1和U2的相位、幅值和频率来调节镜头的变焦速度。
实施例：
参见图7所示，调整两组调距单元的激励电压的时序控制，可以获得多种模式的镜头变焦状态：两组镜头调距单元可以合并在一起处在结构任意位置实现变焦，两组镜头调距单元也可以分别处于结构任意位置实现变焦。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.压电驱动的无级变焦镜头模组，其特征在于：包括力协调框架（1）、导向轴（2）、运动驱动单元（3）、光学镜头群（4）、镜头基座（5）和端盖支架（6）；
两组运动驱动单元（3）分别对称连接在镜头基座（5）的两侧，将光学镜头群（4）嵌进镜头基座（5）中组成镜头调距单元，两组镜头调距单元共同组成变焦系统；
两组镜头调距单元用两根导向轴（2）串联，导向轴（2）用端盖支架（6）进行固定支撑，导向轴（2）起导向和支撑作用；
将变焦系统放进力协调框架（1）之间，运动驱动单元（3）的两个驱动足与力协调框架（1）两侧板之间过盈装配，两者之间的摩擦使运动驱动单元（3）运动；同时力协调框架（1）与端盖支架（6）之间位置相对固定但分离不接触。
2.根据权利要求1所述的压电驱动的无级变焦镜头模组，其特征在于：所述的力协调框架（1）为U型框架结构，在其底板靠近侧板处间断设置通孔，其目的是使运动驱动单元（3）的驱动足在运动过程中受到恒定的外力作用，保证在运动中运动驱动单元（3）受到恒定的摩擦力保证运动的平稳性。
3.根据权利要求1所述的压电驱动的无级变焦镜头模组，其特征在于：所述的运动驱动单元（3）包括压电晶片A（3-1）、基板A（3-2）、工字架（3-3）、基板B（3-4）和压电晶片B（3-5）；压电晶片A（3-1）粘贴在基板A（3-2）上，压电晶片B（3-5）粘贴在基板B（3-4）上，将基板A（3-2）和基板B（3-4）的另一面分别粘贴在工字架（3-3）两侧，组成运动驱动单元（3）；压电晶片A（3-1）和压电晶片B（3-5）规格一致；基板A（3-2）厚底d A小于基板B（3-4）的厚度d B，以此保证两基板的一阶横振频率的不同，通过对基板A（3-2）和基板B（3-4）施加不同的激励电压信号，实现在工字架（3-3）合成运动；基板A（3-2）和基板B（3-4）的驱动足与力协调框架（1）预紧接触。
4.根据权利要求3所述的压电驱动的连续变焦镜头的驱动方法，其特征在于：包括以下步骤：
a）按上述权利要求安装变焦镜头模组，对同一组镜头调距单元的压电晶片A（3-1）连接相同输出激励电压U 1 = Asinωt + A，压电晶片B（3-5）连接相同输出激励电压U 2 = Asin2ωt + A；两组镜头调距单元分别连接不同的输入电路；
b）压电晶片A（3-1）得电产生形变，带动基板A（3-2）产生弯曲变形δ 1，压电晶片B（3-5）得电产生形变，带动基板B（3-4）产生弯曲变形δ 2，基板A（3-2）和基板B（3-4）的运动同时作用在工字架（3-3）上，通过工字架（3-3）合成运动驱动单元（3）的位移；
c）基板A（3-2）和基板B（3-4）的驱动足与力平衡框架（1）的侧板间的摩擦使镜头调距单元两侧的运动驱动单元（3）产生运动位移，带动镜头调距单元沿导向轴（2）方向运动；
d）调整两组头调距单元的运动驱动单元（3）的激励电压的时序控制，可以获得多种模式的镜头变焦状态；
e）改变电压U 1和U 2的相位、幅值和频率来调节镜头的变焦速度。
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