CN1924688A - 微超声波马达手机摄像头调焦结构 - Google Patents

微超声波马达手机摄像头调焦结构 Download PDF

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本发明公开了一种微超声波马达手机摄像头调焦结构。将套筒固定在手机内PCB板上，微超声波马达的环状定子与套筒外圆柱面固接；环状定子端面胶接有压电片和柔性印刷电路板，其引出线与手机内PCB板上的驱动模块连接；套筒上还装有转子、平面轴承和镜头盖，组成压紧机构，在套筒内依次装有光传感器、凹透镜和凸透镜，凹透镜固定装置和凸透镜固定装置分别插有移动销，移动销分别插在转子上相向的螺旋槽内，移动销能沿套筒上导向槽作轴向滑动。采用微超声波马达原有的低速大力矩；无须减速机构可直接驱动；断电自锁；马达形状设计有利于调焦结构；噪声小；不产生电磁干扰，还具有压电片利用率高、调节精度高和微型化，响应快等特点。

Description

微超声波马达手机摄像头调焦结构
技术领域
本发明涉及光学调焦系统，具体涉及一种微超声波马达手机摄像头调焦结构。
背景技术
超声波马达(Ultrasonic Motor)，简称USM，是一种利用超声波振动能进行驱动的新原理马达。与传统电磁式马达不同的是：USM没有磁极和绕组，不依靠电磁相互作用来传递能量，而是利用压电陶瓷的逆压电效应，将电能转变为超声波振动能(机械振动频率＞20KHz)，然后通过定、转子之间的接触和摩擦，将交变的振动转变为转子单方向的旋转或直线运动，实现机械振动能到转子动能的转换。它是一种涉及机械、力学、声学、摩擦学、材料学、电力电子以及控制理论等多学科交叉的机电一体化产品。微超声波马达是超声波马达的微型化，一般指电机直径在15mm以下的超声波马达，由于结构尺寸及加工工艺等原因，微超声波马达较其它马达较难实现。
由超声波马达的驱动原理可知该马达具有定位精度高；低速大力矩；无须减速机构，可直接驱动；断电自锁；结构简单，马达形状设计有很大自由度；噪声小；不产生电磁干扰等特点。由于超声波马达具有上述与电磁电机不相同的特点，有着特定的应用领域和场合。1987年佳能公司正式把圆环型超声波马达应用在照相机的自动调焦系统中。在以往的照相机自动调焦结构中，电磁马达被安装在照相机后侧主体中，通过减速机构等一系列传动机构驱动镜头。由于传动系统间隙及惯性等影响，响应时间通常超过100ms，位置精度较低。而圆环型超声波马达的中空结构正好适应了镜头的光学结构要求，被安装在镜头的外周部，对镜头直接驱动，无中间传递，因而响应加快(一般在10ms以内)，定位精度提高，同时满足了照相机良好的控制性及低噪性的要求。2005年6月，奥林巴斯株式会社发明一种环形超声波马达，组装后作为镜头镜筒的驱动源。其结构由定子、环状转子、一对振子及支撑振子的机构组成。以上两种结构因体积较大，均不适合于用在手机摄像头调焦结构中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用微超声波马达的手机摄像头调焦结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：套筒一端的支脚穿过手机内PCB板上的定位孔后弯曲反扣，将套筒固定在手机内PCB板上，微超声波马达的环状定子与套筒外圆柱面紧配合或胶接固定，并用套筒上的定子定位台阶定位；在套筒靠近手机内PCB板的一端的微超声波马达的环状定子端面胶接有压电片，压电片另一面胶接有柔性印刷电路板，柔性印刷电路板上的引出线与手机内PCB板上的微超声波马达专用驱动模块连接；套筒上还装有转子、平面轴承和镜头盖，转子的一端、平面轴承和镜头盖组成压紧机构，镜头盖与套筒螺纹连接，在套筒内靠近手机内PCB板的一端向外依次装有光传感器、安装在凹透镜固定装置内的凹透镜和安装在凸透镜固定装置内的凸透镜，凹透镜固定装置和凸透镜固定装置分别插有移动销，移动销分别插在转子上相向的螺旋槽内，移动销能沿套筒上导向槽轴向滑动。
所述的压紧机构为：在靠近平面轴承一端的转子开有深沟，镜头盖与套筒通过螺纹配合经平面轴承压紧在转子端面。
结合微超声波马达技术，采用合适的结构设计，将微型环状超声波马达应用于手机镜头调焦系统中，以实现手机镜头的光学调焦。
本发明具有的有益的效果是：
超声波马达在照相机自动调焦系统中镜片或镜筒驱动上已获得了成功的应用，但在手机的镜头结构中尚未应用圆环形超声波马达。其原因在于手机镜头结构较小，相对大尺寸的照相机镜头来说较难实现。本结构采用微超声波马达原有的低速大力矩；无须减速机构，可直接驱动；断电自锁；结构简单，马达形状设计有利于调焦结构；噪声小；不产生电磁干扰等特点外，还具有压电片利用率高、调节精度高和微型化，响应快等特点。
附图说明
图1是微超声波马达手机摄像头调焦结构纵剖面结构图；
图2是转子与压电杆剖面图；
图3是图2的俯视图；
图4是转子剖面图；
图5是柔性印刷电路板PCB图。
图1中：1、手机内PCB板，2、套筒，3光传感器，4凹透镜，5凹透镜固定装置，6、凸透镜，7凸透镜固定装置，8、移动销，9、定子，10、压电片，11、柔性印刷电路板，12、转子，13、压紧机构，14镜头盖，15平面轴承。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4所示，根据手机自动变焦镜头结构的要求，采用微型行波型环状超声波马达驱动镜片移动，镜头中间通过光线。在微超声波马达手机镜头变焦机构结构中，套筒2是整个机构的骨架，起固定和定位作用，其壁厚较薄(0.5mm)，需采用强度较好的材料，一次性冲压成形。套筒2一端是支脚，靠近支脚有手机内PCB板1的定位台阶和定子定位台阶，中部开有供移动销8沿轴向运动的导向槽，另一端有外螺纹。套筒2的支脚穿过手机内PCB板1上的定位孔后弯曲反扣，将手机镜头固定在手机内PCB板1上。在手机内PCB板1表面，套筒2内壁所限定范围内布置与其他相关器件连接的光传感器3。在套筒2内靠近光传感器3一端有凹透镜4，凹透镜4安装在凹透镜固定装置5内。凹透镜固定装置5上插有移动销8，可在其带动下沿套筒2内壁轴向滑动。在套筒2另一端有凸透镜6，凸透镜6安装在凸透镜固定装置7内。凸透镜固定装置7如同凹透镜固定装置5也可在移动销8带动下沿套筒内壁轴向滑动。微超声波马达的环状定子9与套筒2用紧配合或胶接固定，并用套筒2上的定子定位台阶定位；压电片10一面与微超声波马达定子9金属体用胶胶接，另一面用柔性印刷电路板11做引出线，柔性印刷电路板11与手机内PCB板1上的微超声波马达专用驱动模块连接。如图5所示，专用驱动模块两相相差90°的超声频率的交变电压通过柔性印刷电路板11的两相输入引脚11.1，11.4及地线11.2施加到压电片10，使压电片10上相对应的两相分别产生相位相差90°空间相差1/4波长的驻波振动，两驻波振动在压电片10上合成为行波振动。振动传递到定子9表面，使定子9表面质点产生椭圆运动。柔性印刷电路板的引脚11.3作为预留反馈引脚。定子9与转子12接触。镜头盖14开有内螺纹，与套筒2的外螺纹配合。旋转镜头盖，通过压紧机构13向转子12施加轴向的预紧力，使定转子间存在预压力。定子9表面质点的椭圆运动产生的周向摩擦力带动转子12做周向回转。转子12壁上开有矩形相向的螺旋槽。移动销8一端伸入螺旋槽中，当转子12周向回转时，带动移动销8沿套筒壁上的导向槽作轴向移动，进而带动光学镜片组作相应的相向轴向移动，实现了微超声波马达的调焦功能。
微超声波马达的设计参数和控制方式。根据手机摄像头调焦结构要求，超声波马达的定子9直径约为φ10mm左右，一般此情况马达的机械特性参数约为：堵转力矩几个mNm，空转转速为几百r/min。由于马达的转速较快，为防止过冲，可设手机按键每次按键时，使驱动电路上实现的电路导通一定比例时间，比实际按键接触的时间小数倍，由此控制每次按键产生的回转角度，直至对焦清晰为止。
微超声波马达的定子9由于距离手机内PCB板1较近，厚度较薄，因此对手机尺寸设计影响较小，可适当设计较大直径。这样既可以满足手机尺寸要求，又可以粘接较大直径的压电片10。既降低了小尺寸压电片制造的难度，又提高了微超声波马达的输出力矩和利用效率。微超声波马达的转子12相对轴向尺寸较长，因此除两定位端外，内壁其余部分适当掏空，减少由于相对长尺寸和机械加工，装配等原因造成的周向回转阻力矩。
微超声波马达压紧采用薄弱环节等效弹簧结构形式的压紧结构，在转子12结构上靠近平面轴承15端开深沟，镜头盖14和套筒2通过螺纹配合向平面轴承施加压力。开深沟端的转子沟槽壁在压紧后产生的形变自然起到弹簧的作用，提供定转子间的压紧力。
微行波型超声波马达的机械性能、寿命和可靠性与摩擦材料和粘接工艺直接有关。摩擦材料采用二种方法：一是定子表面喷丸、氮化或喷塑等工艺；二是采用粘涂型材料(较层压材料的摩擦系数大)，经固化后加工成形，再经车削加工调整摩擦材料的厚度。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.微超声波马达手机摄像头调焦结构，其特征在于：套筒(2)一端的支脚穿过手机内PCB板(1)上的定位孔后弯曲反扣，将套筒(2)固定在手机内PCB板(1)上，微超声波马达的环状定子(9)与套筒(2)外圆柱面紧配合或胶接固定，并用套筒(2)上的定子定位台阶定位；在套筒(2)靠近手机内PCB板(1)的一端的微超声波马达的环状定子(9)端面胶接有压电片(10)，压电片(10)另一面胶接有柔性印刷电路板(11)，柔性印刷电路板(11)上的引出线与手机内PCB板(1)上的微超声波马达专用驱动模块连接；套筒(2)上还装有转子(12)、平面轴承(15)和镜头盖(14)，转子(12)的一端、平面轴承(15)和镜头盖(14)组成压紧机构(13)，镜头盖(14)与套筒(2)螺纹连接，在套筒(2)内靠近手机内PCB板(1)的一端向外依次装有光传感器(3)、安装在凹透镜固定装置(5)内的凹透镜(4)和安装在凸透镜固定装置(7)内的凸透镜(6)，凹透镜固定装置(5)和凸透镜固定装置(7)分别插有移动销(8)，移动销分别插在转子上相向的螺旋槽内，移动销能沿套筒上导向槽作轴向滑动。
2.根据权利要求1所述的微超声波马达手机摄像头调焦结构，其特征在于：所述的压紧机构(13)为：在靠近平面轴承(15)一端的转子(12)开有深沟，镜头盖(14)与套筒(2)通过螺纹配合经平面轴承(15)压紧在转子(12)端面。
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