CN213843651U - 用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，其技术要点是，包括：基座；保护壳；压电致动器，至少为一个，用以驱动对应的镜头群组沿摄像光轴方向做直线运动，其包括固定框、压电陶瓷直线振子、预压力组件；摄像镜头单元，包含至少两个镜头群组、导杆、耐磨板，耐磨板沿摄像光轴方向布置并与压电致动器接触；位置感测单元，包含至少一个位置感测组件，位置感测组件的数量与可沿导杆滑动的镜头群组的数量相同，用于感测可沿导杆滑动的镜头群组的位置变化。本装置解决了现有摄像镜头驱动装置无法实现高倍连续光学变焦功能的问题，实现镜头的超远距离拍摄，具有体积小、位移大、无磁干扰、构件简单、易于组装的优点。

Description

用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置

技术领域

本实用新型涉及摄像镜头驱动装置，尤其涉及一种用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，适用于手持式摄像装置摄像头。

背景技术

目前，手持式摄像装置，尤其是手机的摄像驱动装置基本全部使用音圈电机(Voice Coil Motor，VCM)驱动整个镜头，虽然此种方式具有结构简单、技术成熟、成本低等优点，但仍存在如下问题：

应用场景基本上局限于中低负载、中低位移的主摄、副摄、广角、微距、中低倍长焦等，受镜头移动方式和驱动方式的限制，无法实现高倍连续光学变焦功能，以实现超远距离拍摄。随着对超远距离拍摄的迫切需求，实现摄像驱动装置的高倍连续光学变焦功能已成为当今手持式摄像装置-尤其是手机的摄像驱动装置急需解决的一大难题。

发明内容

本实用新型的目的是为了提供一种结构合理、使用可靠的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，解决现有摄像镜头驱动装置无法实现高倍连续光学变焦功能的问题，实现镜头的超远距离拍摄，具有体积小、位移大、无磁干扰、构件简单、易于组装的优点。

本实用新型的技术方案是：

一种用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，其技术要点是，包括：

基座，用于限位和支撑；

保护壳，用于与基座扣合为一体形成一空腔；

压电致动器，至少为一个，位于基座边缘且沿摄像光轴方向布置，用以驱动对应的镜头群组沿摄像光轴方向做直线运动，其包括固定框、设于固定框上的压电陶瓷直线振子、连接于固定框和基座之间的预压力组件；

摄像镜头单元，设于基座和保护壳之间，包含至少两个镜头群组、连接各个镜头群组以保持各个镜头群组的光轴重合的导杆、与可沿导杆滑动的镜头群组一一对应并固定的耐磨板，所述耐磨板沿摄像光轴方向布置并与压电致动器接触；

位置感测单元，包含至少一个位置感测组件，位置感测组件的数量与可沿导杆滑动的镜头群组的数量相同，用于感测可沿导杆滑动的镜头群组的位置变化。

上述的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，所述位置感测组件包括位置感应器件和信号接收器件，所述位置感应器件与可沿导杆滑动的镜头群组固定，所述信号接收器件与基座固定，可沿导杆滑动的镜头群组的外框侧方设有对应位置感应器件的下侧面固定槽，所述基座上设有对应信号接收器件的定位槽。

上述的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，所述导杆与镜头群组的光轴平行且数量至少为两根，摄像镜头单元中至少包含一个可沿导杆滑动的镜头群组，其余镜头群组与导杆固定连接。

上述的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，还包括至少一个组装于摄像镜头单元两端的支撑体，所述支撑体与导杆连接固定。

上述的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，可沿导杆滑动的镜头群组的外框侧方设有对应耐磨板的上侧面安装槽，所述上侧面安装槽的槽底面与耐磨板的内表面通过注塑嵌入或胶水粘接或铆接的形式固定连接。

上述的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，所述压电陶瓷直线振子包括承载软体、设于承载软体上的压电陶瓷片以及连接于压电陶瓷片电极与承载软体之间的电路导通结构，所述承载软体朝向可沿导杆滑动的镜头群组侧设有至少两个与耐磨板接触的梳齿状凸起。

上述的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，所述压电陶瓷片和承载软体均为长方形，压电陶瓷片上附着有至少两个分区电极，不同分区电极对应的压电陶瓷片区域的极化方向相同或相反，所有分区电极共分成两组，每组分区电极串联连接形成独立电路。

上述的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，所述预压力组件包括分设于固定框两端的至少两个弹性组件，所述基座对应弹性组件的位置设有预压力定位柱，所述弹性组件由与固定框连接的内框、与预压力定位柱连接的外框、连接于内框和外框之间的弦丝部组成，所述内框通过弦丝部拉动外框及固定框，使压电陶瓷直线振子与耐磨板相接触。

上述的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，所述弹性组件为金属件，采用金属平面结构或金属立体结构，所述弹性组件与压电陶瓷直线振子电连。

上述的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，所述基座为绝缘基座，绝缘基座内预先埋设有加强基座强度的金属加强件，所述金属加强件同时为导通位置感测组件、压电陶瓷直线振子与外部控制电路的元件。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型将压电陶瓷技术应用于摄像驱动装置中，即采用压电致动器驱动对应的镜头群组，使其沿光轴方向产生直线位移，多个镜头群组以协同运动的方式调节影像参数，实现高倍连续光学变焦。具有结构简单、体积小、无磁干扰、推力大、位移大、响应速度快、定位精度高、结构坚固、易于组装等优点。

首先，本装置增设了压电陶瓷直线振子及与其对应的镜头群组，可沿导杆直线运动的镜头群组相对于基座的直线位移利用了压电陶瓷直线振子的逆压电效应。当压电陶瓷直线振子加载高频交流电压后，产生随着电压变化的高频连续变形运动，从而通过摩擦带动耐磨板及与耐磨板固定的镜头群组进行直线运动，实现了大位移、高速度、高精度的功效。本实用新型应用压电陶瓷直线振子取代了传统音圈马达的磁石和线圈结构，有效避免了磁干扰，有效克服了传统音圈马达的推力不足、位移量不足、磁石干扰等缺陷。具体原理是，当压电陶瓷直线振子加载高频交流电压信号后，由于压电陶瓷片各个分区电极对应区域的极化方向有所不同或加载高频电压的相位差不同或者两者都有不同，随着压电陶瓷片各分区电极对应区域的电压值不同变化，压电陶瓷片各分区电极对应区域下压电材料有不同程度的伸长或缩短，在高频交流电压信号作用下，各分区电极对应区域下压电材料在最大伸长状态和最小缩短状态及之间产生连续快速变化，相应区域的承载软体也会跟着做相应的变形运动；在压电陶瓷直线振子多个区域相连叠加作用下，整个压电陶瓷直线振子整体做规则变形运动。本实用新型中，压电陶瓷直线振子共设有两路输入电路，当两路输入电路输入具有相应相位差的相应频率交流信号后，整个压电陶瓷直线振子沿长度方向产生朝向某一方向变化的驻波运动，此驻波运动通过压电陶瓷直线振子承载软体梳齿状凸台与负载的摩擦运动转化为负载朝相应方向的直线运动；通过改变压电陶瓷直线振子两路输入电路的高频频率交流信号的相位差来改变驻波的运动方向，从而改变负载的运动方向。

第二，由于耐磨板的设计，增加了耐磨材料的摩擦过渡，延长了摩擦寿命，同时有效降低了摩擦掉屑风险，有效避免了摄像装置内部异物的产生。

第三，由于采用了位置感测单元，感测可沿导杆滑动的镜头群组的位置变化，实现对镜头群组的闭环驱动控制，从而控制镜头群组的运动精度，实现了摄像镜头精度更高的快速对焦设计。

第四，本实用新型的摄像镜头单元、压电致动器及位置感测单元等主要构件结构简单，体积小且均有其定位或联合处,组装便捷。

综上，本实用新型解决了现有摄像镜头驱动装置无法实现高倍连续光学变焦功能的问题，具有高度的产业利用价值。

附图说明

图1是本实用新型的爆炸结构示意图，图中仅示出基座一侧的压电致动器，另一侧的压电致动器省略；

图2是本实用新型的爆炸结构示意图，其中摄像镜头单元和压电致动器分别呈组合状态；

图3是本实用新型中基座和保护壳的结构示意图；

图4是本实用新型中基座和其中一个镜头群组的示意图；

图5是本实用新型中镜头群组和导杆以及支撑体的结构示意图；

图6是本实用新型中压电陶瓷直线振子、耐磨板及其所在镜头群组的相对位置结构示意图；

图7是本实用新型中压电陶瓷直线振子的结构示意图；

图8是本实用新型中压电致动器和基座的结构示意图；

图9是本实用新型中基座、位置感测单元及其所对应的镜头群组的结构示意图。

图中：1.基座、11.基座台阶、12.预压力定位柱、13.定位槽、14.基座卡槽、15.第一输入焊盘、16.第二输入焊盘、17.公共地焊盘；2.保护壳、21.空腔、22.保护壳L型槽；3.摄像镜头单元、31.镜头群组一、311.导杆定位孔、32.镜头群组二、321.导杆滑配孔、322.下侧面固定槽、323.上侧面安装槽、33.镜头群组三、34.导杆、35.支撑体、36.耐磨板；4.压电致动器、41.压电陶瓷直线振子、411.承载软体、4111.承载软体焊盘、4112.通孔、4113.承载软体接地焊盘、4114.公共接地电极、4115.梳齿状凸台、412.压电陶瓷片、4121.分区电极、42.固定框、421.内侧定位柱、422.外侧定位柱、43预压力组件、431.第一弹性组件、432.第二弹性组件；5.位置感测单元、51.位置感应器件、52.信号接收器件。

具体实施方式

本实用新型提供一种用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，包括：基座1，用于底部限位和支撑；保护壳2，用于与基座1扣合为一体形成一空腔21；压电致动器4，至少为一个，位于基座1边缘且沿摄像光轴方向布置，用以驱动对应的镜头群组沿摄像光轴方向做直线运动，其包括固定框42、设于固定框42上的压电陶瓷直线振子41、连接于固定框42和基座1之间的预压力组件43；摄像镜头单元3，设于基座1和保护壳2之间，包含至少两个镜头群组、连接各个镜头群组以保持各个镜头群组的光轴重合的导杆34、与可沿导杆34滑动的镜头群组一一对应并固定的耐磨板36，所述耐磨板36沿摄像光轴方向布置并与压电致动器4接触；位置感测单元，包含至少一个位置感测组件5，位置感测组件5的数量与可沿导杆34滑动的镜头群组的数量相同，用于感测可沿导杆34滑动的镜头群组的位置变化。还可以包括至少一个用于支撑该导杆34的支撑体35，支撑体35组装于摄像镜头单元端部。

如图1-图9所示，本实施例中，摄像镜头单元3设有镜头群组一31、镜头群组二32、镜头群组三33和一个支撑体35。其中，镜头群组一31和支撑体35分别位于摄像镜头单元3的两端，与导杆34固定并保持静止，具体的，支撑体35和镜头群组一31分别装配于基座卡槽14内，其下面和左右两面分别与基座卡槽14固定连接，其上面由保护壳2压配固定，使整个摄像镜头单元3完全相对于基座1和保护壳2固定。而镜头群组二32和镜头群组三33与基座1和保护壳2之间预留间隙，镜头群组二32和镜头群组三33位于摄像镜头单元3的中间位置并可在外力作用下沿导杆34自由滑动。镜头群组二32和镜头群组三33分别搭配一个压电致动器4和一个位置感测组件。但是在其他实施例中可依实际光学系统的设计而适量配置,亦即根据光学系统所设计的可自由滑动的镜头群组的数量而定,非以本实施例的配置数量为限。所述导杆34与镜头群组的光轴平行且数量为两根，镜头群组一31和支撑体35通过两个导杆定位孔311与两个导杆34分别装配固定连接，镜头群组二32和镜头群组三33分别通过各自的两个导杆滑配孔321与两个导杆34间隙装配配合，可沿两个导杆上自由滑动。

本实施例中，镜头群组二32的压电致动器4和位置感测组件5配置在基座的一侧，而镜头群组三33的压电致动器4和位置感测组件5配置在基座的另一侧，镜头群组二32和镜头群组三33的压电致动器4及位置感测组件5的结构与原理均相同。因此以镜头群组二32为例，不再重复说明关于镜头群组三33以及其压电致动器4和位置感测组件5的内容。

镜头群组二32的外框侧方设有对应耐磨板36的上侧面安装槽323，所述上侧面安装槽323的槽底面与耐磨板36的内表面通过注塑嵌入或胶水粘接或铆接的形式固定连接。所述耐磨板36的材料为高分子材料、硬质氧化物、复合材料或金属材料等耐磨材料中的一种。

所述压电致动器4配置于基座台阶11边缘上方，位于保护壳L型槽22与镜头群组二32外框的上侧面安装槽323之间,前、后两端固定在基座的预压力定位柱12上。具体的，所述压电致动器4的压电陶瓷直线振子41包括承载软体411、设于承载软体411上的压电陶瓷片412以及连接于压电陶瓷片411电极与承载软体411之间的电路导通结构，所述承载软体411朝向镜头群组二32侧设有至少两个与耐磨板36接触的梳齿状凸起4115。所述压电陶瓷片412和承载软体411均为长方形，压电陶瓷片412上附着有至少两个分区电极4121，不同分区电极4121对应的压电陶瓷片区域的极化方向相同或相反，所有分区电极4121共分成两组，每组分区电极4121串联连接形成独立电路。该压电陶瓷片412与承载软件411的固定方式不限，既可以在承载软体411上直接作业压电陶瓷材料一体式成型的，也可以是两者分别制作完后通过粘接或其它方式连接一起。

承载软体411的材料为金属导体、半导体、绝缘体中的一种。承载软体411的一端分别设有两个承载软体焊盘4111及连接用通孔4112，承载软体411的另一端设有承载软体接地焊盘4113及连接用通孔4112。两个承载软体焊盘4111与压电陶瓷片412的两个独立电路一一对应并利用导线或电路板连接。也可以是直接在承载软体411上先后作业绝缘材料和导电材料的方式实现电连接（对于承载软体是绝缘材料的，可不外加绝缘材料）。在压电陶瓷片412对接承载软体411贴合面整个区域上还设有公共接地电极4114（本实施例中承载软体411为金属材料，若承载软体411为非金属材料，则公共接地电极应设置在压电陶瓷片的分区电极4121的相对面）。该公共接地电极4114通过导线或承载软体411本身与承载软体接地焊盘4113连接。

所述预压力组件43包括分设于固定框42两端的至少两个弹性组件，分别为第一弹性组件431和第二弹性组件432。所述基座1对应弹性组件的位置设有预压力定位柱12，所述第一弹性组件431和第二弹性组件432分别由与固定框42连接的内框、与预压力定位柱12连接的外框、连接于内框和外框之间的弦丝部组成，内框与外框不在同一平面，所述内框通过弦丝部拉动外框及固定框42，第一弹性组件431和第二弹性组件432均处于拉伸或压缩状态，使压电陶瓷直线振子41与耐磨板36相接触，使压电致动器4与镜头群组二32保持压力接触。所述第一弹性组件431和第二弹性组件432均为金属件，采用金属平面结构或金属立体结构，所述第一弹性组件431和第二弹性组件432与压电陶瓷直线振子41电连。固定框42上设有与承载软体411的连接用通孔4112对应的内侧定位柱421，同时，内侧定位柱421使压电陶瓷直线振子41与固定框42和预压力组件43固定连接。固定框42上另设有与第一弹性组件431或第二弹性组件432的内框连接的外侧定位柱422，外侧定位柱422仅用于与预压力组件43固定连接。

本实施例中，第一弹性组件431包含两部分，对内分别与压电致动器两个承载软体焊盘4111焊接导通连接，对外分别与基座上的第一输入焊盘15和第二输入焊盘16焊接导通连接，以与本摄像驱动装置外部对应焊盘导通连接；第二弹性组件432对内与压电致动器的承载软体接地焊盘4113焊接导通连接，对外与基座上的公共地焊盘17焊接导通连接，以与本摄像驱动装置外部对应焊盘导通连接。

通过压电陶瓷直线振子41两组分区电极形成的独立电路、承载软体焊盘4111、承载软体接地焊盘4113、第一弹性组件431、第二弹性组件432、对外焊盘导通线路及相应线路的连接，单个压电致动器4形成了共用同一接地的两个独立输入电路。由于压电陶瓷片412各个分区电极4121对应区域的极化方向有所不同或加载高频电压的相位差不同或者两者都有不同，随着压电陶瓷片412各分区电极4121对应区域的电压值不同变化，压电陶瓷片412各分区电极4121区域下压电陶瓷材料有不同程度的伸长或缩短，在高频交流电压信号作用下，各分区电极4121区域下压电材料在最大伸长状态和最小缩短状态及之间产生连续快速变化，相应区域的承载软体411也会跟着做相应的变形运动；在压电陶瓷直线振子41多个区域相连叠加作用下，整个压电陶瓷直线振子41整体做规则变形运动。当压电致动器4的两路输入电路输入具有相应相位差的相应频率交流信号后，整个压电陶瓷直线振子41沿长度方向产生超向某一方向变化的驻波运动，此驻波运动通过压电陶瓷直线振子41承载软体411的梳齿状凸台4115上表面与耐磨板36发生摩擦运动而转化为耐磨板36超相应方向的直线运动，即镜头群组二32在空腔21沿着摄像光轴相应方向做直线移动。通过改变压电陶瓷直线振子41两路输入电路的高频频率交流信号的相位差来改变驻波的运动方向，从而改变镜头群组二32在空腔21沿着摄像光轴相反方向做直线移动。

所述位置感测组件5包括位置感应器件51和信号接收器件52，所述位置感应器件51与可沿导杆34滑动的镜头群组二32固定，所述信号接收器件52与基座1固定，可沿导杆34滑动的镜头群组二32的外框侧方设有对应位置感应器件51的下侧面固定槽323，所述基座1上设有对应信号接收器件52的定位槽13。信号接收器件52位于基座1定位槽13内，并与基座1内的金属加强件或电路板连接进行信号的传输；当镜头群组二32带动位置感应器件51相对于信号接收器件52移动时，信号接收器件52通过检测感应位置感应器件51的位置信号变化，输出不同大小的感应信号传输给控制系统，经控制系统内部综合计算判断出移动误差值，并向压电致动器4相应电路发出位置补偿信号控制压电致动器4驱动镜头群组二32移动调整相应的位置精度，以实现闭环控制，反复进行，直至到达预定精度为止，以确保本摄像驱动装置输出最好的成像质量。

所述基座1为绝缘基座，绝缘基座内预先埋设有加强基座强度的金属加强件，所述金属加强件同时为导通位置感测组件5、压电陶瓷直线振子41与外部控制电路的元件。因此，金属加强件具有导通位置感测单元和压电陶瓷直线振子与外部控制电路信号的作用。金属加强件为多根不连续结构，材质为金属中的一种，例如，铁质、铜合金、不锈钢等。基座结构不局限于此，也可仅塑料结构，信号传递匹配电路板的方式。

该用于高倍连续光学变焦的压电式摄像驱动装置的另一个镜头群组三33与上述镜头群组二32的差异仅在于压电致动器4和位置感测组件5配置在上述实施例的相对侧，其余设计与原理均与上述实施例相同，因此不再重复说明相同部分，也不再重新定义组件符号，以免过于赘述。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型创造范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，其特征在于，包括：

基座，用于限位和支撑；

保护壳，用于与基座扣合为一体形成一空腔；

压电致动器，至少为一个，位于基座边缘且沿摄像光轴方向布置，用以驱动对应的镜头群组沿摄像光轴方向做直线运动，其包括固定框、设于固定框上的压电陶瓷直线振子、连接于固定框和基座之间的预压力组件；

摄像镜头单元，设于基座和保护壳之间，包含至少两个镜头群组、连接各个镜头群组以保持各个镜头群组的光轴重合的导杆、与可沿导杆滑动的镜头群组一一对应并固定的耐磨板，所述耐磨板沿摄像光轴方向布置并与压电致动器接触；

位置感测单元，包含至少一个位置感测组件，位置感测组件的数量与可沿导杆滑动的镜头群组的数量相同，用于感测可沿导杆滑动的镜头群组的位置变化。

2.根据权利要求1所述的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，其特征在于：所述位置感测组件包括位置感应器件和信号接收器件，所述位置感应器件与可沿导杆滑动的镜头群组固定，所述信号接收器件与基座固定，可沿导杆滑动的镜头群组的外框侧方设有对应位置感应器件的下侧面固定槽，所述基座上设有对应信号接收器件的定位槽。

3.根据权利要求1所述的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，其特征在于：所述导杆与镜头群组的光轴平行且数量至少为两根，摄像镜头单元中至少包含一个可沿导杆滑动的镜头群组，其余镜头群组与导杆固定连接。

4.根据权利要求1所述的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，其特征在于：还包括至少一个组装于摄像镜头单元端部的支撑体，所述支撑体与导杆连接固定。

5.根据权利要求1所述的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，其特征在于：可沿导杆滑动的镜头群组的外框侧方设有对应耐磨板的上侧面安装槽，所述上侧面安装槽的槽底面与耐磨板的内表面通过注塑嵌入或胶水粘接或铆接的形式固定连接。

6.根据权利要求1所述的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，其特征在于：所述压电陶瓷直线振子包括承载软体、设于承载软体上的压电陶瓷片以及连接于压电陶瓷片电极与承载软体之间的电路导通结构，所述承载软体朝向可沿导杆滑动的镜头群组侧设有至少两个与耐磨板接触的梳齿状凸起。

7.根据权利要求6所述的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，其特征在于：所述压电陶瓷片和承载软体均为长方形，压电陶瓷片上附着有至少两个分区电极，不同分区电极对应的压电陶瓷片区域的极化方向相同或相反，所有分区电极共分成两组，每组分区电极串联连接形成独立电路。

8.根据权利要求1所述的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，其特征在于：所述预压力组件包括分设于固定框两端的至少两个弹性组件，所述基座对应弹性组件的位置设有预压力定位柱，所述弹性组件由与固定框连接的内框、与预压力定位柱连接的外框、连接于内框和外框之间的弦丝部组成，所述内框通过弦丝部拉动外框及固定框，使压电陶瓷直线振子与耐磨板相接触。

9.根据权利要求8所述的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，其特征在于：所述弹性组件为金属件，采用金属平面结构或金属立体结构，所述弹性组件与压电陶瓷直线振子电连。

10.根据权利要求1所述的用于高倍连续变焦的压电式摄像驱动装置，其特征在于：所述基座为绝缘基座，绝缘基座内预先埋设有加强基座强度的金属加强件，所述金属加强件同时为导通位置感测组件、压电陶瓷直线振子与外部控制电路的元件。

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