CN1837882A - 透镜驱动机构、镜头单元以及图像拾取装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透镜驱动机构、镜头单元以及图像拾取装置。可以通过简化并增强可移动部件的位置控制中的可靠性，实现透镜驱动机构的小型化。该透镜驱动机构包括：当通电时发生变形的压电元件，用作向所述可移动部件施加驱动力的驱动部分；限制部分，限制所述可移动部件沿所述预定方向的移动；以及检测部分，检测与所述压电元件有关的预定量，其中，基于当由于所述压电元件的变形而移动的所述可移动部件受到所述限制部分的限制时、由所述检测部分检测出的所述预定量的拐点，将所述可移动部件的初始位置设定为所述可移动部件在可移动范围内的移动的极限位置。

Description

透镜驱动机构、镜头单元以及图像拾取装置

对相关申请的引用

本发明包含于2005年3月23日向日本专利局提交的日本专利申请JP2005-083640的相关主题，该申请的全部内容通过引用被结合到本申请中。

技术领域

本发明涉及透镜驱动机构、镜头单元以及图像拾取装置。

背景技术

不仅在摄像机和照相机中，而且在便携式电话机以及类似装置的各种图像拾取装置中，都组装有在透镜镜筒内设置图像拾取光学系统的镜头单元，其中的图像拾取光学系统包含可移动透镜或类似物和用于沿预定方向移动该可移动透镜的透镜驱动机构。可移动透镜与透镜支架配合形成可移动部件，透镜支架支撑位于其上的可移动透镜。透镜驱动机构沿光轴方向移动该可移动部件以进行对焦和变焦，并且沿垂直于光轴的方向移动该可移动部件以对模糊进行校正。

例如，在日本专利No.3387173(以下称作专利文献1)中披露了上述这些透镜驱动机构中的一种，它采用由驱动线圈和驱动磁铁等形成的线性致动器。

发明内容

然而，在上述这种传统的图像拾取装置中，因为由驱动线圈和驱动磁铁等形成的线性致动器被用作透镜驱动机构，所以这种图像拾取装置存在的问题是，由于布置了驱动线圈和驱动磁铁等而使其需要很复杂的结构和增大的布置空间，从而导致图像拾取装置的尺度增加。

另外，不仅当可移动部件在其可移动范围内移动时，而且当可移动部件被保持在其可移动范围内的期望位置处时，驱动线圈都必须一直保持通电。因此，传统的图像拾取装置的劣势还在于能耗很高。

另一方面，当可移动部件在其预先设定的可移动范围内移动时，由于制造出的图像拾取装置实际上会在零部件等的装配过程中受到由误差引起的可移动范围的漂移的影响，因此对于每个图像拾取装置，最好对可移动部件进行特别的位置控制。尤其是，作为可移动范围内的移动端点的可移动部件的初始位置必须精确地设定。

因此，本发明的目的是提供一种透镜驱动机构、镜头单元以及图像拾取装置，通过简化和增强可移动部件的位置控制中的可靠性，可以实现机构的小型化。

为了实现上述的目的，依照本发明，将压电元件用作使可移动部件移动的驱动部分，并且检测与压电元件有关的预定量，并将其用于可移动部件的位置控制。

具体地，根据本发明的一个实施例，提供一种透镜驱动机构，用于沿预定方向移动包括可移动透镜的可移动部件，所述透镜驱动机构包括：当通电时发生变形的压电元件，用作向所述可移动部件施加驱动力的驱动部分；限制部分，限制所述可移动部件沿所述预定方向的移动；以及检测部分，检测与所述压电元件有关的预定量，其中，基于当由于所述压电元件的变形而移动的所述可移动部件受到所述限制部分的限制时、由所述检测部分检测出的所述预定量的拐点，将所述可移动部件的初始位置设定为所述可移动部件在可移动范围内的移动的极限位置。

在这种透镜驱动机构中，当可移动部件受到限制部分的限制时，执行可移动部件的初始位置的设定。

因此，在这种透镜驱动机构中，由于压电元件用作驱动部分，并且当可移动部件受到限制部分的限制时设定可移动部件的初始位置，因此，可以实现透镜驱动机构的小型化，并且可以很容易地进行初始位置的设定。

优选地，可移动部件的移动范围是基于可移动部件的初始位置而设定的。在这种透镜驱动机构中，可以预期到可移动部件的操作控制中的便利性和可移动部件的操作中的可靠性的增强。

检测部分可以包括用于检测随压电元件出现的变形量的应变仪。应变仪的使用方便了检测，而不会引起制造成本的增加。

或者，检测部分可以包括用于检测压电元件内聚积的电荷量的电荷传感器。同样，电荷传感器的使用方便了检测，而不会引起制造成本的增加。

优选地，透镜驱动机构还包括沿所述可移动部件的移动方向与所述限制部分间隔开设置的另一个限制部分，其中所述可移动部件的可移动范围是基于两个初始位置来设定的，所述两个初始位置是当由于所述压电元件的变形而移动的所述可移动部件受到所述这两个限制部分的限制时分别设定的。在这样的透镜驱动机构中，可以增强可移动部件的移动控制中的可靠性。

根据本发明的另一个实施例，提供一种镜头单元，包括：包括可移动透镜的可移动部件；和透镜驱动机构，用于沿预定方向移动所述可移动部件，其中，所述透镜驱动机构包括：当通电时发生变形的压电元件，该压电元件用作向所述可移动部件施加驱动力的驱动部分；限制部分，该限制部分限制所述可移动部件沿所述预定方向的移动；以及检测部分，该检测部分检测与所述压电元件有关的预定量；基于当由于所述压电元件的变形而移动的所述可移动部件受到所述限制部分的限制时、由所述检测部分检测出的所述预定量的拐点，将所述可移动部件的初始位置设定为所述可移动部件在可移动范围内的移动的极限位置。

在这种镜头单元中，当可移动部件受到限制部分的限制时，执行可移动部件的初始位置的设定。

因此，在这种镜头单元中，由于压电元件用作驱动部分，并且当可移动部件受到限制部分的限制时设定可移动部件的初始位置，因此，可以实现透镜驱动机构的小型化，并且可以很容易地进行初始位置的设定。

根据本发明的又一个实施例，提供一种图像拾取装置，包括：包括可移动透镜的可移动部件；透镜驱动机构，用于沿预定方向移动所述可移动部件；图像拾取光学系统；以及图像拾取元件，用于将由所述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：当通电时发生变形的压电元件，该压电元件用作向所述可移动部件施加驱动力的驱动部分；限制部分，该限制部分限制所述可移动部件沿所述预定方向的移动；以及检测部分，该检测部分检测与所述压电元件有关的预定量；基于当由于所述压电元件的变形而移动的所述可移动部件受到所述限制部分的限制时、由所述检测部分检测出的所述预定量的拐点，将所述可移动部件的初始位置设定为所述可移动部件在可移动范围内的移动的极限位置。

在这种图像拾取装置中，当可移动部件受到限制部分的限制时，执行可移动部件的初始位置的设定。

因此，在这种图像拾取装置中，由于压电元件用作驱动部分，并且当可移动部件受到限制部分的限制时设定可移动部件的初始位置，因此，可以实现透镜驱动机构的小型化，并且可以很容易地进行初始位置的设定。

从下面结合附图的描述和所附的权利要求书中可以更清楚本发明的上述和其它的目的、特征和优点，在附图中，相同的部分或部件用相同的参考符号表示。

附图说明

图1是表示应用了本发明的图像拾取装置的总体结构的框图；

图2是部分地以截面表示发生变形之前的压电元件和图像拾取装置的可移动部件的放大的示意截面图；

图3是与图2类似的视图，但表示发生变形之后的压电元件和可移动部件；

图4和5是示出压电元件的位移量与由图像拾取装置的检测部分检测到的电荷量之间的关系的曲线图。

具体实施方式

尽管本发明不仅可以应用于各种具有运动图像拾取功能或者静止图像拾取功能的图像拾取装置，例如便携式电话机、摄像机以及照相机，而且可以应用于这些图像拾取装置内使用的各种镜头单元和透镜驱动机构，但首先参照图1描述应用了本发明的图像拾取装置的总体结构。

图像拾取装置1包括照相机模块2，照相机DSP(数字信号处理器)3，SDRAM(同步动态随机存取存储器)4，介质接口(I/F)5，控制模块6，操作部分7，LCD(液晶显示器)单元8以及外部接口(I/F)9。记录介质100可以可移除地装载到介质接口5内。

对于记录介质100，可以采用包括组装有半导体存储器的存储卡和例如可记录DVD(数字通用光盘)和可记录CD(光盘)等盘式记录介质在内的各种介质。

照相机模块2包括可移动部件10、图像拾取器件11比如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以及定时发生电路15。

可移动部件10包括可移动透镜16比如对焦透镜和变焦透镜，以及用于如图2具体所示将可移动透镜16支持在其上的透镜支架17。参看图2，可移动部件10被支撑在其透镜支架17上，以便在沿光轴方向延伸的一对导杆18上滑动，从而在导杆18的引导下，可移动部件10沿着光轴方向移动。

在透镜支架17上设置有凸块19，凸块19例如向下突出，并且在凸块19内，支撑孔19a形成为向上和向下拉长的形状。

回到图1，图像拾取器件11响应于来自第二驱动器14的驱动信号而进行操作，并且提取通过可移动透镜16取得的对象的图像。接着，图像拾取器件11响应于从定时发生电路15输出的定时信号，将对象的提取图象(图像信息)作为电信号发信号给A/D转换电路12，其中定时发生电路15由控制模块6控制。

应当注意的是，图像拾取器件11并不限于CCD器件，某些其他器件、例如CMOS(互补金属氧化物半导体)器件也可以用作图像拾取器件11。

A/D转换电路12对作为输入电信号的图像信息执行CDS(相关复式取样)处理以维持良好的S/N比，并且执行AGC(自动增益控制)处理来控制增益。A/D转换电路12还执行A/D(模拟/数字)转换处理来生成数字信号形式的图像数据。

第一驱动器13按照控制模块6的将在下面描述的CPU的指令将驱动信号传送给下面将要描述的压电元件。

第二驱动器14基于从定时发生电路15输出的定时信号将驱动信号传送给图像拾取器件11。

定时发生电路15在控制模块6的控制下产生用于提供预定定时的定时信号。

照相机模块2包括压电元件20，该压电元件20起着驱动部分的作用，用来例如沿光轴S的方向移动可移动部件10(参看图1)。压电元件20在通电时以基本固定的曲率半径发生变形。此时，电荷聚积到压电元件20内。压电元件20在其一个端部(下端部)上紧固在固定部件21上，并沿着对应于光轴方向的方向发生变形。

压电元件大体上分为双压电晶片型和单压电晶片型，但例如将双压电晶片型压电元件用作照相机模块2的压电元件20。然而，应当注意的是，作为另一种选择，压电元件20也可以使用单压电晶片型。

参看图2，将接合销22连接到压电元件20的一个端部(上端部)。接合销被支撑为在支撑孔19a内滑动，支撑孔19a形成在可移动部件10的透镜支架17内。

一对限制部件23被设置在照相机模块2内。限制部件23沿着光轴方向以相互间隔开的关系设置，并且设置在这样的两个位置上：在该两个位置上，例如限制部件23可以接触到透镜支架17的凸块19，并起着沿光轴方向限制可移动部件10的移动的作用。

回到图1，检测元件24设置在照相机模块2上。应变仪被用作该检测元件24，检测与压电元件20有关的预定量，例如随压电元件20出现的变形量。应变仪被连接到压电元件20上。应变仪的输出例如由未示出的桥接电路进行处理。

照相机DSP 3对从A/D转换电路12输入到其中的图像数据执行信号处理，如AF(自动对焦)、AE(自动曝光)和AWB(自动白平衡)。用预定的方法对已经执行过AF、AE和AWB等信号处理的图像数据进行压缩，并通过控制模块6输出到记录介质100，以使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25，并按照SDRAM控制器25的指令向SDRAM 4高速地写入或从SDRAM 4高速地读取数据。

控制模块6是由通过系统总线30彼此连接的CPU(中央处理单元)26、RAM(随机存取存储器)27、闪速ROM(只读存储器)28、时钟电路29以及其它电路形成的微处理器。控制模块6具有控制图像拾取装置1的部件的功能。

CPU 26通过第一驱动器13和定时发生电路15向第二驱动器14等发出指令信号，以使这些部件可以工作。

RAM 27主要用作暂时存储处理的中间结果等的工作区。

闪速ROM 28在其内存储将由CPU 26执行的各种程序以及CPU26的处理所需的数据等。

时钟电路29输出当前的年月日，当前是星期几，当前的时刻以及拾取图像的日期和时刻等。

操作部分7包括设置在图像拾取装置1的外壳上的触控板和控制键等。将与操作部分7的操作相对应的信号输入到CPU 26，基于从操作部分7输入到其中的信号，CPU 26向图像拾取装置1的相关部件发出指令信号。

LCD单元8例如设置在外壳上，并由连接到系统总线30上的LCD控制器31进行控制。LCD单元8基于来自LCD控制器31的驱动信号在其上显示图像数据等各类信息。

外部接口9被连接到系统总线30上。图像拾取装置1通过外部接口9被连接在例如外部个人计算机等外部设备(外部装置)200上，以便可以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或类似装置。应当注意的是，记录介质100通过与系统总线30连接的介质接口5连接在控制模块6上。

另外，当将外部设备200(例如，通信模块)连接在外部接口9上时，可以将图像拾取装置1连接到例如互联网等网络上，并通过网络获取各种图像数据或其它信息，并且将数据和/或信息记录在记录介质100上，或者通过网络将记录在记录介质100上的数据传输到通信的相对方。

应当注意的是，也可以将外部接口9设置成有线通信的接口，例如IEEE(电气和电子工程师学会)1394接口或USB(通用串行总线)接口，或者设置成利用光波或无线电波进行无线通信的接口。

同时，响应于基于由用户执行的操作部分7的操作的操作信号，从记录介质100读出记录在记录介质100上的图像数据，并通过介质接口5发送到照相机DSP 3。

照相机DSP 3对从记录介质100读出并输入到其中的压缩形式的图像数据执行解压缩处理，然后将解压缩后的图像数据通过系统总线30传输到LCD控制器31。LCD控制器31基于接收到的图像数据将图像信号传输到LCD单元8。LCD单元8基于接收到的图像信号在其上显示图像。

在具有上述这种结构的图像拾取装置1内，压电元件20、接合销22、限制部件23和检测元件24用作控制可移动部件10的移动的透镜驱动机构32的各个部件，并且该透镜驱动机构32和可移动部件10用作镜头单元33的各个部件(参看图1)。

在图像拾取装置1中，如果按照CPU 26发出的指令将驱动信号从第一驱动器13输出到压电元件20，那么驱动电压就从未示出的电源电路施加到压电元件20上。

当驱动电压被施加到压电元件20上时，压电元件20发生变形，由于压电元件20的变形，可移动部件10在导杆18的引导下沿着光轴方向移动，从而执行对焦移动或变焦移动(参看图2和3)。于是，连接在压电元件20上的接合销22在透镜支架17的支撑孔19a内滑动。

压电元件20相对于固定部件21在基本均匀的曲率半径的状态下发生变形。然而，如果透镜支架17的凸块19接触到其中一个限制部件23，从而可移动部件10沿光轴方向的进一步移动被限制部件23限制，那么随压电元件20出现的变形量会突然增大。变形量的这种突然增大是由于作为可移动部件10的移动受到限制部件23的限制的结果，压电元件20的变形受到限制而引起的。

图4示出压电元件20的位移量与检测元件(应变仪)24检测到的压电元件20的变形量之间的关系。

如图4所示，当压电元件20的变形受到任何一个限制部件23的限制时，出现拐点P。从而，可以将出现拐点P的位置判定为是可移动部件10沿光轴方向在可移动范围内的移动的极限位置。在图像拾取装置1中，基于拐点P确定作为可移动部件10在可移动范围内的移动的极限位置的初始位置。在检测出初始位置之后，建立可移动部件10的可移动范围内的不同位置与用于第一驱动器13的控制的地址之间的关系。将位置与地址之间的关系例如作为映射信息存储在闪速ROM 28内，并且被读出并用于第一驱动器13对压电元件20的驱动控制。

另外，当执行初始位置的检测时，为了允许进行使可移动部件10仅在预定范围内移动的控制，对可移动范围进行设定。对可移动范围进行设定，使得，例如，“相对于初始位置×× mm的范围被确定为可移动部件10的可移动范围”，并将设定条件存储在例如闪速ROM 28内。

应当注意的是，由于如图2和3所示，限制部件23被设置为邻近于压电元件20的自由端，因此，与限制部件23被设置为邻近于压电元件20的固定部件21的替代结构相比，在固定部件21侧比在压电元件20的自由端侧出现更大的力矩，从而当可移动部件10的移动受到限制部件23的限制时，随压电元件20出现更大的变形量。因此，限制部件23被设置为邻近于压电元件20的自由端的结构方便了检测元件24对任何拐点P的检测。

尽管前面的描述涉及的是为了可以执行初始位置的检测和可移动范围的设定，将随压电元件20出现的变形量用作关于要检测的压电元件20的预定量的情况，但是，也可以将例如压电元件20内聚积的电荷量(如下所述)用作要检测的压电元件20的预定量。

具体地说，尽管压电元件20如上所述相对于固定部件21以基本均匀的曲率半径发生变形，当透镜支架17的凸块19接触到其中一个限制部件23，从而限制了可移动部件10沿光轴方向的进一步移动时，除了由通电引起的电荷聚积外，作用在压电元件20上的外力也使电荷聚积。因此，在压电元件20内聚积的电荷量突然增加。例如将可以组装入检测电路的电荷量传感器用作检测电荷量的检测元件24A。

图5示出压电元件20的位移量与检测元件(电荷量传感器)24A检测到的压电元件20的电荷量之间的关系。

从图5可看出，当压电元件20的变形受到任何一个限制部件23的限制时，出现拐点Q。相应地，基于任何一个拐点Q来检测可移动部件10的初始位置，以便对可移动范围进行设定。

应当注意的是，可以提前在制造图像拾取装置1时的调整步骤中执行初始位置的检测和可移动范围的设定，还可以将图像拾取装置1设定为在用户使用图像拾取装置1的任何时间执行上述操作。当图像拾取装置1被设定为在用户使用的任何时间执行检测和设定时，即使例如作为长期性变化的结果，各个部分的相对位置发生改变，初始位置的检测和可移动范围的设定也可以由此重新进行，从而，对可移动部件10的移动的控制地可靠性得以增强。

同时，还可以通过在可移动部件10的移动受到其中一个限制部件23的限制时检测拐点P或拐点Q，以及在可移动部件10的移动受到另一个限制部件23的限制时检测拐点P或拐点Q，来执行可移动范围的设定。在这种情形下，参考基于两个拐点P或两个拐点Q而设定的初始位置来确定可移动部件10的可移动范围。当例如作为长期性变化的结果，两个限制部件23的相对位置发生改变时，这种可移动范围的确定方法特别有效。

在检测两个拐点P或两个拐点Q时，还可以例如参考检测到两个拐点P或两个拐点Q的两个位置之间的中央位置来确定可移动部件10的可移动范围。当以这种方式参考中央位置来确定可移动范围时，可以将该可移动范围确定为可移动部件10不会接触到任何一个限制部件23的范围。这可以增强可移动部件10的移动控制中的可靠性。

如上所述，图像拾取装置1采用压电元件20作为移动可移动部件10的驱动部分。

从而，可以减轻可移动部件10的重量，简化透镜驱动机构32，简化布线线路的布线操作，并通过减少驱动部分的布置空间而实现小型化。

另外，由于即使在断电状态下压电元件20仍保持其变形状态，因此，可移动部件10可以被保持在可移动范围内的任何位置处，而不需要使压电元件20保持通电状态。从而，同样可以实现节能。

此外，由于可移动部件10的初始位置的设定是基于预定量的拐点P或Q而进行的，而该预定量是在压电元件20变形后当可移动部件10受到任何一个限制部件23的限制时、由检测元件24检测到的，因此可以很容易地对初始位置进行设定，并且可以提高初始位置的准确性。

另外，由于可移动部件10的可移动范围的设定是参考初始位置执行的，而该初始位置是基于检测元件24或24A检测到的预定量设定的，因此可以提高可移动部件10的操作控制中的便利性和可移动部件10的操作中的可靠性。

另外，由于与压电元件20有关的预定量是由检测元件24或24A检测到的，而该检测元件24或24A是广泛用作检测器件的应变仪或电荷量传感器，因此可以很容易地进行检测，而不会增加制造成本。

应当注意的是，虽然前面的描述涉及的是可移动部件10在透镜驱动机构32的作用下沿光轴方向移动以执行对焦移动或变焦移动的情形，但是透镜驱动机构32并不限于用作沿光轴方向移动可移动部件10的机构，还可以用作例如在垂直于光轴的平面内移动可移动部件10以对所拾取的图像的模糊进行校正的机构。当透镜驱动机构32用作校正模糊的机构时，应当设置相关的部件以使压电元件20沿着垂直于光轴的方向变形。

应当注意的是，在前面的描述中提及的向上和向下的方向仅仅是为了说明的方便，本发明的应用并不限于这些方向。

虽然采用特定的术语描述了本发明的优选实施例，但是这种描述仅仅是为了解释的目的。应当理解的是，只要不脱离所附权利要求的精神或范围，可以对本发明做出各种改变和变形。

Claims (7)

1.一种透镜驱动机构，用于沿预定方向移动包括可移动透镜的可移动部件，所述透镜驱动机构包括：

当通电时发生变形的压电元件，用作向所述可移动部件施加驱动力的驱动部分；

限制部分，限制所述可移动部件沿所述预定方向的移动；以及

检测部分，检测与所述压电元件有关的预定量，

其中，基于当由于所述压电元件的变形而移动的所述可移动部件受到所述限制部分的限制时、由所述检测部分检测出的所述预定量的拐点，将所述可移动部件的初始位置设定为所述可移动部件在可移动范围内的移动的极限位置。

2.根据权利要求1所述的透镜驱动机构，其中所述可移动部件的可移动范围是基于所述可移动部件的所述被设定的初始位置设定的。

3.根据权利要求1所述的透镜驱动机构，其中所述检测部分包括用于检测随所述压电元件出现的变形量的应变仪。

4.根据权利要求1所述的透镜驱动机构，其中所述检测部分包括用于检测所述压电元件内聚积的电荷量的电荷传感器。

5.根据权利要求1所述的透镜驱动机构，还包括沿所述可移动部件的移动方向与所述限制部分成隔开关系设置的另一个限制部分，其中所述可移动部件的可移动范围是基于两个初始位置来设定的，所述两个初始位置是当由于所述压电元件的变形而移动的所述可移动部件受到所述两个限制部分的限制时分别设定的。

6.一种镜头单元，包括：

包括可移动透镜的可移动部件；和

透镜驱动机构，用于沿预定方向移动所述可移动部件，

其中，所述透镜驱动机构包括：当通电时发生变形的压电元件，该压电元件用作向所述可移动部件施加驱动力的驱动部分；限制部分，该限制部分限制所述可移动部件沿所述预定方向的移动；以及检测部分，该检测部分检测与所述压电元件有关的预定量；

基于当由于所述压电元件的变形而移动的所述可移动部件受到所述限制部分的限制时、由所述检测部分检测出的所述预定量的拐点，将所述可移动部件的初始位置设定为所述可移动部件在可移动范围内的移动的极限位置。

7.一种图像拾取装置，包括：

包括可移动透镜的可移动部件；

透镜驱动机构，用于沿预定方向移动所述可移动部件；

图像拾取光学系统；以及

图像拾取元件，用于将由所述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：当通电时发生变形的压电元件，该压电元件用作向所述可移动部件施加驱动力的驱动部分；限制部分，该限制部分限制所述可移动部件沿所述预定方向的移动；以及检测部分，该检测部分检测与所述压电元件有关的预定量；

基于当由于所述压电元件的变形而移动的所述可移动部件受到所述限制部分的限制时、由所述检测部分检测出的所述预定量的拐点，将所述可移动部件的初始位置设定为所述可移动部件在可移动范围内的移动的极限位置。

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