DE102007059082A1

DE102007059082A1 - Linsenantriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE102007059082A1
Application number: DE102007059082A
Authority: DE
Inventors: Burhanettin Koc; Jung Wook Hwang; Byung Hoon Kang; Hyun Phill Ko
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2027-12-08
Also published as: DE102007059082B4; KR20080057117A; GB0724386D0; JP2008152265A; KR100843403B1; JP4339910B2; US20080144201A1; GB2445082A; GB2445082B; US7706089B2

Abstract

Linsenantriebsvorrichtung, welche aufweist: einen Linsentubus, in dem wenigstens eine Linse vorgesehen ist und der mit einem Reibungselement ausgestattet ist; ein Gehäuse, um darin den Linsentubus unterzubringen; ein Betätigungselement mit einem piezoelektrischen Körper, das an einer Kante des Gehäuses angeordnet ist, um eine Antriebskraft auszuüben, wobei der piezoelektrische Körper wenigstens ein Ausgangselement aufweist, das an dessen einer Seite vorgesehen ist, um mit dem Reibungselement in Kontakt zu sein; ein Vorspannelement, das zwischen der Kante des Gehäuses und dem Betätigungselement angeordnet ist, um eine Federkraft zum Linsentubus auszuüben; und ein Führungsteil, das zwischen dem Gehäuse und dem Linsentubus vorgesehen ist, um den Linsentubus zu einer Bewegung in Richtung einer optischen Achse zu führen. Die Linsenantriebsvorrichtung weist einen vereinfachten Antriebsmechanismus auf und kann somit in der Größe reduziert sein, wobei ein minimaler Verlust von Antriebsenergie auftritt und eine genauere und stabilere Bewegung der Linse gewährleistet werden kann.

Description

Für diese Anmeldung wird die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 2006-130488 , angemeldet am 19. Dezember 2006 beim koreanischen Patentamt, beansprucht, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Linsenantriebsvorrichtung, die in einem optischen Gerät verwendet wird, und insbesondere eine Linsenantriebsvorrichtung, welche in einem Antriebsmechanismus vereinfacht ist, um eine geringere Größe sowie einen minimalen Verlust von Antriebskraft zum Antreiben einer Linse zu erzielen und eine genauere und stabilere Bewegung der Linse zu gewährleisten.
Beschreibung des Standes der Technik
Im Allgemeinen weist ein optisches Gerät eine Linsenantriebsvorrichtung zum Antreiben einer Linse unter Verwendung einer Nockenstruktur, einer Schraube oder eines piezoelektrischen Elementes auf. Für die Linsenantriebsvorrichtung wird ein Motor oder das piezoelektrische Element verwendet, um eine Antriebskraft zu erzeugen, wobei die Nockenstruktur oder die Schraube verwendet wird, um die Antriebskraft zu übertragen.
Somit treibt die Linsenantriebsvorrichtung die Linse an, um einen relativen Abstand der Linse zu ändern, wodurch gezoomt oder fokussiert wird.
In dem U.S. Patent Nr. 5,768,038 wird eine Einrichtung zum Bewegen einer Linse beschrieben, welche einen Linsenrahmen, einen Signalgenerator, einen piezoelektrischen Vibrator, einen Träger, eine Druckfläche und ein Druckelement aufweist. Das Führungselement führt einen Linsenrahmen. Der Signalgenerator erzeugt ein elektrisches Signal. Der piezoelektrische Vibrator bewegt durch Vibration gemäß dem elektrischen Signal den Linsenrahmen entlang des Führungselements. Der Träger trägt den piezoelektrischen Vibrator. Die Druckfläche ist mit dem piezoelektrischen Vibrator in Druckkontakt. Das Druckelement bringt den piezoelektrischen Vibrator mit der Druckfläche in Druckkontakt.
Jedoch ist es bei dieser herkömmlichen Einrichtung erforderlich, dass das Führungselement zusätzlich montiert wird, so dass der Linsenrahmen in Richtung einer optischen Achse bewegt wird. Dadurch ist der Aufbau und das Herstellungsverfahren kompliziert und eine Miniaturisierung des Produkts wird behindert.
Des Weiteren wird in dem U.S. Patent Nr. 6,215,605 eine Antriebseinrichtung offenbart. Bei der Antriebseinrichtung sind piezoelektrische Einrichtungen an einem Grundblock befestigt, und eine Antriebskraft wird auf Antriebsstangen übertragen. Dann wird eine Linse durch Druck, der von einem Gleitteil erzeugt wird, der Trägheitskraft eines Linsenrahmens und Beschleunigungseffekten bewegt. Der Linsenrahmen wird zusammen mit den Antriebsstangen entsprechend einer Wellenform einer Eingangsspannung verschoben oder führt eine relative Gleitbewegung aus, wodurch ermöglicht wird, dass die Antriebseinrichtung die Linse reziprok bewegt.
Jedoch sind bei dieser herkömmlichen Einrichtung die Antriebsstangen feststehend, so dass die Länge eines Linsentubus nicht verändert werden kann. Dadurch wird eine Verringerung der Größe verhindert. Darüber hinaus ist das Antriebssignal der Einrichtung ein asymmetrisches Wellensignal und kein Sinuswellensignal, wodurch die Antriebsschaltung kompliziert ist.
Somit besteht Bedarf an einer Linsenantriebsvorrichtung, die einen geringen Platzbedarf aufweist, aufgrund einer hohen Antriebsauflösung genau gesteuert werden kann, wobei ein Betrieb mit geringer Antriebsenergie möglich ist und eine ausreichende Antriebsdistanz erzielt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Linsenantriebsvorrichtung zu schaffen, deren Struktur vereinfacht ist, um die Vorrichtung zu miniaturisieren.
Mit der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Linsenantriebsvorrichtung vorgesehen, mit welcher eine große Antriebsdistanz bei einer geringen Eingangsspannung erhalten wird, wodurch eine hohe Antriebsauflösung und ein minimaler Verlust von Antriebskraft gewährleistet werden.
Mit der vorliegenden Erfindung wird darüber hinaus eine Linsenantriebsvorrichtung vorgesehen, deren Führungsmechanismus zum Führen der Bewegung einer Linse vereinfacht ist und die Linse genauer und stabiler bewegt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Linsenantriebsvorrichtung vorgesehen, welche aufweist: einen Linsentubus, in dem wenigstens eine Linse vorgesehen ist und der mit einem Reibungselement ausgestattet ist; ein Gehäuse, um den Linsentubus aufzunehmen; ein Betätigungselement mit einem piezoelektrischen Körper, das an einer Kante des Gehäuses angeordnet ist, um eine Antriebskraft auszuüben, wobei der piezoelektrische Körper wenigstens ein Ausgangselement aufweist, das an dessen einer Seite vorgesehen ist, um mit dem Reibungselement in Kontakt zu sein; ein Vorspannelement, das zwischen der Kante des Gehäuses und dem Betätigungselement angeordnet ist, um eine Federkraft auf den Linsentubus auszuüben; und ein Führungsteil, das zwischen dem Gehäuse und dem Linsentubus vorgesehen ist, um den Linsentubus entlang der optischen Achse zu bewegen.
In einer Außenfläche des Linsentubus kann eine Nut vorgesehen sein, die dem Ausgangselement entspricht, um das Reibungselement darin aufzunehmen.
Das Gehäuse kann ein Einsetzteil aufweisen, das an einer Kante entsprechend dem Reibungselement des Linsentubus gebildet ist, um darin das Betätigungselement und das Vorspannelement einzusetzen.
Das Vorspannelement kann wenigstens eine Blattfeder aufweisen, deren oberes und unteres Ende mit der Kante des Gehäuses in Kontakt sind, und einen Mittelabschnitt, der gebogen ist und das Betätigungselement berührt.
An dem Mittelabschnitt des Vorspannelements kann ein Vorsprung gebildet sein, der mit dem Betätigungselement in Punktkontakt ist.
Das Vorspannelement kann wenigstens eine Spiralfeder aufweisen, deren eines Ende mit der Kante des Gehäuses in Kontakt ist und deren anderes Ende mit dem Betätigungselement in Kontakt ist.
Ein Ende des Vorspannelements kann entweder an dem Gehäuse oder an dem Betätigungselement befestigt sein.
Das Vorspannelement kann mit einer Außenfläche des Betätigungselements entsprechend dessen Mittelpunkt in Längsrichtung in Kontakt sein.
Das Führungsteil kann aufweisen: ein Paar Tubusführungen, die sich von der Außenfläche des Linsentubus zu dem Gehäuse erstrecken; ein Paar Gehäuseführungen, die sich von der Innenfläche des Gehäuses zum Linsentubus erstrecken; und ein Paar Lagerelemente, die jeweils zwischen den Tubusführungen und den Gehäuseführungen angeordnet sind.
Jedes der Lagerelemente kann aufweisen: wenigstens ein Kugelelement, das mit der Außenfläche einer entsprechenden Tubusführung und der Außenfläche der entsprechenden Gehäuseführung in Punktkontakt ist; und einen Käfig mit einer Kugelaufnahmenut, wobei das Kugelelement drehbar darin angeordnet ist.
Die Tubusführung, die mit dem Kugelelement in Kontakt ist, kann eine vertikale Fläche aufweisen.
Die Gehäuseführung, die mit dem Kugelelement in Kontakt ist, kann eine vertikale Fläche aufweisen.
Ein Kontaktpunkt auf einer optischen Achse des Linsentubus, dem Reibungselement und dem Ausgangselement und ein Kontaktpunkt zwischen dem Vorspannelement und dem Betätigungselement können entlang einer virtuellen Linie angeordnet sein.
Das Reibungselement und die Lagerelemente, die an dessen beiden Seiten angeordnet sind, können entlang einer virtuellen Linie angeordnet sein.
Das Gehäuse kann einen Positionssensor aufweisen, der an der Innenfläche angeordnet ist, um die vertikale Bewegung eines an der Außenfläche des Linsentubus vorgesehenen Sensorteils zu erkennen.
Die Oberseite des Gehäuses kann mit einer Abdeckung versehen sein, die eine Öffnung aufweist, um die Linse nach außen freizulegen.
Die Unterseite des Gehäuses kann mit einer Platine versehen sein, auf der ein Bildsensor angebracht ist.
Das Führungselement kann aufweisen: ein Paar Tubusführungen, die sich von einer Außenfläche des Linsentubus jeweils zu gegenüberliegenden Kanten des Gehäuses erstrecken; ein Paar Gehäuseführungen, die sich jeweils von den gegenüberliegenden Kanten des Gehäuses zu dem Linsentubus erstrecken; und ein Paar Lagerelemente, die jeweils zwischen den Tubusführungen und den Gehäuseführungen angeordnet sind.
Jedes der Lagerelemente kann aufweisen: wenigstens ein Kugelelement, das mit der Außenfläche einer entsprechenden Tubusführung und einer Außenfläche der entsprechenden Gehäuseführung in Punktkontakt ist; und einen Käfig mit einer Kugelaufnahmenut, wobei das Kugelelement drehbar darin angeordnet ist.
Jede der den Lagerelementen gegenüberliegenden Tubusführungen kann mit einer Nut versehen sein, in der der Käfig angeordnet ist.
Die Tubusführung, die mit dem Kugelelement in Kontakt ist, kann eine vertikale Fläche aufweisen.
Die Gehäuseführung, die mit dem Kugelelement in Kontakt ist, kann eine vertikale Fläche aufweisen.
Das Reibungselement und die an dessen beiden Seiten angeordneten Lagerelemente können an entsprechenden Spitzen eines virtuellen Dreiecks angeordnet sein.
Das Führungsteil kann aufweisen: eine rohrförmige Tubusführung, die an der Außenfläche des Linsentubus angeordnet ist; eine Gehäuseführung, die sich von einer Kante des Gehäuses zu dem Linsentubus erstreckt; und ein Lagerelement, das zwischen der rohrförmigen Tubusführung und der Gehäuseführung angeordnet ist.
Das Lagerelement kann aufweisen: wenigstens ein Paar Kugelelemente, die jeweils mit der Außenfläche der rohrförmigen Tubusführung und der Außenfläche der Gehäuseführung in Punktkontakt sind; und einen Käfig mit einer Kugelaufnahmenut, wobei das Kugelelement drehbar darin angeordnet ist.
Die Gehäuseführung kann eine Nut aufweisen, in der die Kugelelemente angeordnet sind, und die Nut weist eine vertikale Fläche auf.
Das Betätigungselement, das Ausgangselement und das Führungsteil können entlang einer virtuellen Linie angeordnet sein.
Der piezoelektrische Körper kann eine vibrierende Einrichtung aufweisen mit einer Mehrzahl piezoelektrischer keramischer Lagen, die gestapelt sind, um beim Anlegen von elektrischer Energie in Längsrichtung eine Biegeschwingung und in Dickenrichtung eine Wölbschwingung zu erzeugen.
Das Ausgangselement kann an einer Außenfläche einer längeren Seite des piezoelektrischen Körpers, die dem Linsentubus gegenüberliegt, befestigt sein.
Das Ausgangselement kann an einer Aussparung, die an einer längeren Seite des piezoelektrischen Körpers gebildet ist, die dem Linsentubus gegenüberliegt, befestigt sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich anhand der folgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen:
1 eine perspektivische Explosionsansicht ist, in der eine Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;
2 eine Gesamtansicht ist, in welcher eine Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;
3 eine Draufsicht ist, in welcher eine Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;
4 eine perspektivische Explosionsansicht ist, in welcher eine Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;
5 eine Gesamtansicht ist, in welcher eine Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;
6 eine Draufsicht ist, in welcher eine Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;
7 eine perspektivische Explosionsansicht ist, in welcher eine Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;
8 eine Außenansicht ist, in welcher eine Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;
9 eine perspektivische Ansicht ist, in welcher von oben gesehen ein Linsenantrieb gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;
10 eine perspektivische Ansicht ist, in welcher von unten gesehen eine Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;
11 eine Draufsicht ist, in welcher eine Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;
12 eine Querschnittansicht in Längsrichtung ist, in welcher ein Betätigungselement dargestellt ist, das in einer Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
13A eine perspektivische Explosionsansicht ist, in welcher ein Betätigungselement dargestellt ist, das in einer Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
13B eine Außenansicht ist, in welcher ein Betätigungselement dargestellt ist, das in einer Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
14 eine Außenansicht ist, in welcher ein Betätigungselement anderer Art dargestellt ist, das in einer Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
15A ein Diagramm ist, in welchem die Änderung der Admittanz im Hinblick auf die Frequenz in einem Betätigungselement, das in einer Linsenantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dargestellt ist;
15B ein Diagramm ist, in welchem die Änderung der Phase im Hinblick auf die Frequenz in einem Betätigungselement, das in einer Linsenantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dargestellt ist;
16A und 16B eine Längsschwingung eines Betätigungselements, das in einer Linsenantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, jeweils bei einer Resonanzfrequenz und einer Antiresonanzfrequenz dargestellt ist; und
17A und 17B eine Biegeschwingung eines Betätigungselements, das in einer Linsenantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, jeweils bei einer Resonanzfrequenz und einer Antiresonanzfrequenz dargestellt ist; und
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun genauer unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, in welcher eine Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. 2 ist eine Gesamtansicht, in welcher eine Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. 3 ist eine Draufsicht, in welcher eine Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist.
Die Linsenantriebseinrichtung 100 der vorliegenden Erfindung weist einen Linsentubus 110, ein Gehäuse 120, ein Betätigungselement 130, ein Vorspannelement 140 und ein Führungsteil 150 auf.
Linsentubus
Wie in den 1 bis 3 dargestellt ist, weist der Linsentubus 110 einen Innenraum mit einer bestimmten Größe zum Unterbringen wenigstens einer Linse 111 entlang einer optischen Achse auf.
Ein Reibungselement 112 von vorbestimmter Länge ist an einer Außenfläche des Linsentubus 110 gebildet und in einer Nut 114 befestigt, die vertikal in der Außenfläche des Linsentubus 110 gebildet ist.
Hier kann das Reibungselement 112 aus Aluminiumoxid, einem keramischen oder metallischen Material hergestellt sein, wie beispielsweise einer Superlegierung und Schnellstahl mit einer hervorragenden Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und einem verhältnismäßig großen Reibungskoeffizienten. Die Form des Reibungselements 112 ist nicht auf einen Zylinder beschränkt, sondern kann ein halbkreisförmiger Zylinder oder ein Kasten sein, solange es die Form ermöglicht, auf einen entsprechenden Gegenstand eine Reibungskraft auszuüben.
Gehäuse
Wie in 1 bis 3 dargestellt ist, ist das Gehäuse 120 ein parallelepipedförmiger Kasten mit einem Innenraum von einer bestimmten Größe, um darin den Linsentubus 110 unterzubringen. Das Gehäuse ist an seiner Ober- und Unterseite geöffnet.
Das Gehäuse 120 weist vier Kanten auf, und ein Einsetzteil 125 ist an einer der Kanten entsprechend dem Reibungselement 112 des Linsentubus 110 gebildet. In das Einsetzteil 125 sind das Betätigungselement 130 und das Vorspannelement 140 eingesetzt.
Das Einsetzteil 125 erstreckt sich zum Linsentubus 110 und weist ein Paar Seiten 125a und 125b auf, die mit einer Außenfläche des Betätigungselements 130 in Kontakt sind, und eine vertikale Fläche 125c, die mit dem Vorspannelement 140 in Kontakt ist.
Hier kann der Abstand zwischen den Seiten 125a und 125b im Wesentlichen identisch zu einer Dicke des Betätigungselements 130 sein, um so eine horizontale Bewegung des Betätigungselements 130 einzuschränken und es dem Betätigungselement 130 zu ermöglichen, sich zu dem Linsentubus 110 zu bewegen.
Betätigungselement
Wie in 1 bis 3 dargestellt ist, weist das Betätigungselement 130 wenigstens ein Ausgangselement 132 auf, das in Kontakt mit dem Reibungselement 112 des Linsentubus 110 angeordnet ist, um eine Reibungskraft zu erzeugen, sowie einen piezoelektrischen Körper 131, an dessen einer Seite das Ausgangselement 132 fest verbunden gebildet ist. Das Betätigungselement ist vertikal auf einer Kante des Gehäuses 120, an der das Einsetzteil 125 gebildet ist, angeordnet. Somit übt das Betätigungselement 130 eine Antriebskraft zum Antreiben des Linsentubus 110, einem zu transportierenden Gegenstand, in Richtung der optischen Achse im Hinblick auf das Gehäuse 120, einen feststehenden Körper, bei Anlegen von Energie aus.
Hier weist der piezoelektrische Körper 131 eine Mehrzahl von Elektrodenanschlüssen auf, die an dessen Außenseite vorgesehen sind. Als Reaktion auf elektrische Energie, die über die Elektrodenanschlüsse angelegt wird, erzeugt der piezoelektrische Körper 122, der aus einer Mehrzahl gestapelter piezoelektrischer Lagen, die jeweils bestimmte interne Elektroden aufweisen, gebildet ist, eine Biegeschwingung in Längsrichtung und eine Wölbschwingung in Dickenrichtung.
Des Weiteren kann das Ausgangselement 132 an einer Außenfläche einer längeren Seite des piezoelektrischen Körpers 131, die dem Linsentubus 110 gegenüberliegt, durch ein Klebematerial befestigt sein. Alternativ kann das Ausgangselement 132 an einer Aussparung befestigt sein, die auf der Außenfläche der längeren Seite des piezoelektrischen Körpers 131, die dem Linsentubus 110 gegenüberliegt, durch ein Klebematerial befestigt ist.
Ebenso wie das Reibungselement 112 kann das Ausgangselement aus Aluminiumoxid, einem keramischen oder metallischen Material hergestellt sein, wie beispielsweise einer Superlegierung oder Schnellstahl mit einer hervorragenden Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und einem verhältnismäßig großen Reibungskoeffizienten. Die Form des Reibungselements 112 ist nicht auf einen Zylinder beschränkt, sondern kann ein halbkreisförmiger Zylinder oder ein Kasten sein, solange es die Form ermöglicht, auf einen entsprechenden Gegenstand eine Reibungskraft auszuüben.
Vorspannelement
Wie in den 1 bis 3 dargestellt ist, ist das Vorspannelement 140 zwischen der Kante des Gehäuses 120 und dem Betätigungselement angeordnet. Das Vorspannelement 140 ist ein Elastomer zum Ausüben einer Federkraft mit einer bestimmten Größe durch Zusammendrücken des Betätigungselements 130 zum Linsentubus 110, so dass das Reibungselement 112 des Linsentubus 110 und das Ausgangselement 132 des Betätigungselements 130 miteinander in Kontakt gehalten werden.
Das Vorspannelement 140 ist eine Blattfeder oder eine Spiralfeder, die eine Federkraft zum Betätigungselement 130 ausübt. Wie in den 1 bis 3 dargestellt ist, kommt das Vorspannelement 140, wenn es aus wenigstens einer Blattfeder gebildet ist, in Kontakt mit einer vertikalen Fläche 125c des Einsetzteils 125, das an der Kante des Gehäuses 120 gebildet ist, wo das obere und das untere Ende 141 und 142 des Vorspannelements 140 angeordnet sind. Des Weiteren weist das Vorspannelement 140 einen mittleren Bereich auf, der zu dem Betätigungselement 130 hin gewölbt ist und mit der Außenfläche des Betätigungselements 130 in Kontakt gebracht ist.
Hier ist das Vorspannelement 140 als Blattfeder ausgebildet, die so gewölbt ist, dass der Querschnitt die Form eines "V" aufweist. Ein Vorsprung kann auf dem mittleren Bereich 143 des Vorspannelements 140 gebildet sein, um mit der Außenfläche des Betätigungselements 130 in Punktkontakt zu sein.
Weiterhin ist das Vorspannelement so dargestellt, dass es aus einer Blattfeder gebildet ist, ist aber nicht darauf beschränkt. Das Vorspannelement 140 kann aus wenigstens einer Spiralfeder gebildet sein. In dem Fall, dass das Vorspannelement 140 aus einer Spiralfeder gebildet ist, ist ein Ende des Vorspannelements 140 mit der vertikalen Fläche 125a des Einsetzteils 125, das auf der Kante des Gehäuses 120 gebildet ist, in Kontakt, und das andere Ende ist mit der Außenfläche des Betätigungselements 130 in Kontakt.
Des Weiteren weist, wenn das Vorspannelement 140 aus der Blattfeder oder der Spiralfeder gebildet ist, das Vorspannelement 140 ein Ende auf, das an der vertikalen Fläche 125a des Einsetzteils 125 oder des piezoelektrischen Körpers 131 des Betätigungselements befestigt ist. Dementsprechend ist gewährleistet, dass sowohl das Vorspannelement 140 als auch das Betätigungselement 130 leichter in das Einsetzteil 125 des Gehäuses 120 eingesetzt werden können.
Das Vorspannelement 140 wird mit einer Außenfläche des Betätigungselements in Kontakt gebracht, die der Mitte in Längsrichtung des Betätigungselements 130 entspricht. Folglich übt das Vorspannelement eine Federkraft aus, um das Betätigungselement 130 federnd und gleichförmig zum Linsentubus 110 zu stützen, wodurch verhindert wird, dass das Betätigungselement 130, das in dem Einsetzteil 125 angeordnet ist, schlecht ausgerichtet wird.
Führungsteil
Wie in 1 bis 3 dargestellt ist, ist das Führungsteil 150 zwischen der Kante des Gehäuses 120, die dem Einsetzteil 125 entspricht, an dem das Betätigungselement 130 vorgesehen ist, und der Außenfläche des Linsentubus 110 angeordnet. Somit führt das Führungsteil 150 den Linsentubus 110, damit er sich durch eine Antriebskraft, die während des Betriebs des Betätigungselements 130 erzeugt wird, in Richtung der optischen Achse bewegt.
Das Führungsteil 150 weist ein Paar Lagerelemente 155a und 155b auf, und die Lagerelemente 155a und 155b sind jeweils zwischen einem Paar Tubusführungen 113a und 113b, die in dem Linsentubus 110 vorgesehen sind, und einem Paar Gehäuseführungen 123a und 123b, die in dem Gehäuse 120 vorgesehen sind, angeordnet.
Die Tubusführungen 113a und 113b sind Vorsprünge, die sich mit einer bestimmten Länge von der Außenfläche des Linsentubus 110 zu einer Innenfläche des Gehäuses 120 erstrecken. Die Tubusführungen 113a und 113b sind so geformt, dass sie horizontal symmetrisch um eine virtuelle Linie P1 sind, die durch die optische Achse 0 geht.
Die Gehäuseführungen 123a und 123b sind Vorsprünge, die sich von einer Innenfläche des Gehäuses 120 zu der Außenfläche des Linsentubus 110 erstrecken. Die Gehäuseführungen 123a und 123b sind so geformt, dass sie horizontal symmetrisch um eine virtuelle Linie P1 sind, die durch die optische Achse 0 geht.
Jedes der Lagerelemente 155a und 155b weist wenigstens ein Kugelelement 151 auf, das in Punktkontakt mit einer Außenfläche der Tubusführungen 113a und 113b und einer Außenfläche der Gehäuseführungen 123a und 123b ist, sowie einen Käfig 153 mit einer Kugelaufnahmenut, wobei das Kugelelement 151 drehbar darin angeordnet ist.
Hier sind die Tubusführungen 113a und 113b nicht in Kontakt mit der Innenfläche des Gehäuses 120, und die Gehäuseführungen 123a und 123b sind nicht mit der Außenfläche des Linsentubus 110 in Kontakt. Die Tubusführungen 113a und 113b und die Gehäuseführungen 123a und 123b sind miteinander über die Kugelelemente 151 der Kugellager 155a und 155b in Kontakt.
Die Tubusführungen 113a und 113b und die Gehäuseführungen 123a und 123b, die in Kontakt mit dem Kugelelement 151 stehen, sind jeweils aus einer vertikalen Fläche gebildet, wodurch der Reibungswiderstand mit den Kugelelementen 155a und 155b während der Bewegung des Linsentubus 110 minimiert wird.
Indessen können, wie in 3 dargestellt ist, ein Kontaktpunkt aus der optischen Achse 0 des Linsentubus 110, dem Reibungselement 112 und dem Ausgangselement 132 und ein Kontaktpunkt zwischen dem Vorspannelement 140 und dem Betätigungselement 130 entlang einer virtuellen Linie P1 angeordnet sein. Hier wird die Antriebskraft, die von dem Betätigungselement 130 ausgeübt wird, auf das Reibungselement 112 über das Ausgangselement 132 übertragen, um den Linsentubus 110 in Richtung einer optischen Achse vor und zurück zu bewegen, wobei ein minimaler Verlust an Antriebskraft während der hin und her gehenden Bewegung auftritt.
Der in dem Gehäuse 120 angeordnete Linsentubus 110 kann von dem vertikal auf der Kante des Gehäuses 120 angeordneten Betätigungselement 130 minimal beabstandet sein, wodurch der Platzbedarf und die Größe der Vorrichtung verringert werden.
Des Weiteren kann das Reibungselement 112, das auf dem Linsentubus 110 und den Lagerelementen 155a und 155b, die bezogen auf das Reibungselement 112 symmetrisch angeordnet sind, vorgesehen ist, in einer virtuellen Linie P2 angeordnet sein. Hier wird die Antriebskraft, die von dem Betätigungselement 130 auf das Reibungselement 112 ausgeübt wird, gleichförmig auf beide Seiten des Linsentubus 110 übertragen, wodurch seitliches Spiel des Linsentubus 110 verhindert wird.
Ein Positionssensor 126 ist an der Innenfläche des Gehäuses 120 vorgesehen, um eine reflektierende Fläche eines Sensorteils 116, das an der Außenfläche des Linsentubus 110 vorgesehen ist, mit emittiertem Licht zu bestrahlen, das reflektierte Licht zu empfangen und eine vertikale Positionsänderung des Sensorteils zu erfassen, wodurch das Ausmaß der Bewegung des Linsentubus 110 erfasst wird.
Der Positionssensor 126 ist mit einem Kabel (nicht dargestellt) zum Anlegen von Energie und Übertragen eines Sensorsignals elektrisch verbunden.
Des Weiteren ist das Gehäuse 120 an seiner Oberseite mit einer Abdeckung 169 versehen, in die eine Öffnung 167 mit einer bestimmten Größe eingestanzt ist, um eine Linse 111 des Linsentubus 110 nach außen freizulegen. Die Abdeckung 169 dient zum Schutz des Linsentubus 110, des Betätigungselements 130, des Vorspannelements 140 und des Führungsteils 150, die in dem Gehäuse 120 angeordnet sind, gegen die Außenumgebung.
Des Weiteren ist die Unterseite des Gehäuses 120 mit einer Platine 160 versehen, auf der ein Bildsensor 165 angebracht ist, um Licht abzubilden, das durch die Linse 111 des Linsentubus 110 einfällt.
Zweite Ausführungsform
4 ist eine perspektivische Explosionsansicht, in welcher eine Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. 5 ist eine Gesamtansicht, in welcher die Linsenantriebsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist, und 6 ist eine Draufsicht, in welcher die Linsenantriebsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist.
Wie in den 4 bis 6 dargestellt ist, weist die Linsenantriebsvorrichtung 200 einen Linsentubus 210, ein Gehäuse 220, ein Betätigungselement 230, ein Vorspannelement 240 und ein Führungsteil 250 auf.
Hier werden die Bestandteile der Linsenantriebsvorrichtung 200 der zweiten Ausführungsform, die identisch zu denen der vorausgegangenen Ausführungsform sind, nicht genauer beschrieben und sind mit den Bezugsziffern 20X bezeichnet.
Linsentubus
Wie in den 4 bis 6 dargestellt ist, weist der Linsentubus 210 wenigstens eine Linse 211 auf, die darin entlang der optischen Achse angeordnet ist, sowie eine Nut 214, die vertikal an einer Außenfläche gebildet ist, um daran ein Reibungselement 212 mit einer bestimmten Länge anzubringen.
Gehäuse
Wie in den 4 bis 6 dargestellt ist, ist das Gehäuse ein parallelepipedförmiger Kasten mit vier Kanten, und in seinem Innenraum ist der Linsentubus 210 angeordnet.
Ein Einsetzteil 225 ist an einer der Kanten, an der sich das Reibungselement 212 des Linsentubus 210 befindet, angeordnet. In das Einsetzteil 225 sind das Betätigungselement 230 und das Vorspannelement 240 eingesetzt. Das Einsetzteil 225 weist ein Paar Seiten 225a und 225b auf, die mit einer Außenfläche des Betätigungselements 230 in Kontakt sind, und eine vertikale Fläche 225c, die mit dem Vorspannelement 240 in Kontakt ist.
Hier kann eine vertikale Nut 225d vertikal an den Seiten 225a und 225b des Einsetzteils 225 gebildet sein, um den Kontaktbereich mit dem piezoelektrischen Körper 231 des Betätigungselements 230 zu verringern und somit den Reibungsverlust zu senken.
Des Weiteren kann ein ausgeschnittener Bereich 229 von bestimmter Größe an dem Einsetzteil 225 gebildet sein, um das Betätigungselement 230 und das Vorspannelement nach außen freizulegen.
Obwohl es in der ersten Ausführungsform nicht dargestellt ist, können dieser ausgeschnittene Bereich 229 und die vertikale Nut 225d auf dem Einsetzteil 125 und den vertikalen Flächen 125a und 125b des Gehäuses 120 der ersten Ausführungsform gebildet sein.
Betätigungselement
Wie in den 4 bis 6 dargestellt ist, weist das Betätigungselement 230 ein Ausgangselement 232 auf, das mit dem Reibungselement 212 in Kontakt ist, sowie einen piezoelektrischen Körper 231, an dessen einer Seite das Ausgangselement 232 vorgesehen ist. Das Betätigungselement 230 ist vertikal an der Kante des Gehäuses 220 angeordnet, an der das Einsetzteil 225 gebildet ist. Somit übt das Betätigungselement 230 eine Antriebskraft zum Antreiben des Linsentubus 210 als den zu bewegenden Gegenstand in Richtung der optischen Achse in Bezug auf das Gehäuse 220 aus.
Vorspannelement
Wie in den 4 bis 6 dargestellt ist, ist das Vorspannelement 240 in dem Einsetzteil 225 angeordnet, wo das Betätigungselement 230 angeordnet ist. Das Vorspannelement 240 ist ein Elastomer zum Erzeugen einer Federkraft mit einer bestimmten Größe durch Zusammendrücken des Betätigungselements 230 zum Linsentubus 210. Das Vorspannelement 240 kann auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform entweder aus einer Blattfeder oder einer Spiralfeder gebildet sein.
Führungsteil
Wie in den 4 bis 6 dargestellt ist, ist das Führungsteil 250 zwischen entsprechenden, sich gegenüberliegenden Kanten des Gehäuses 220 und der Außenfläche des Linsentubus 210 angeordnet. Somit führt das Führungsteil 250 den Linsentubus 210, um ihn in Richtung der optischen Achse durch die Antriebskraft zu bewegen, die während des Betriebs des Betätigungselements 230 erzeugt wird.
Wie oben beschrieben, weist das Führungsteil 250 ein Paar Lagerelemente 255a und 255b auf, und die Lagerelemente 255a und 255b sind jeweils zwischen einem Paar Tubusführungen 213a und 213b, die in dem Linsentubus 210 vorgesehen sind, und einem Paar Gehäuseführungen 223a und 223b, die an den gegenüberliegenden Kanten des Gehäuses 220 vorgesehen sind, angeordnet.
Die Tubusführungen 213a und 213b sind Vorsprünge, die sich jeweils mit einer bestimmten Länge von der Außenfläche des Linsentubus 210 zu den gegenüberliegenden Kanten des Gehäuses 220 erstrecken. Die Tubusführungen sind horizontal symmetrisch um die optische Achse 0 des Linsentubus 210 gebildet.
Die Gehäuseführungen 223a und 223b sind Vorsprünge, die sich jeweils von den gegenüberliegenden Kanten des Gehäuses 220 zur Außenfläche des Linsentubus 210 erstrecken. Die Gehäuseführungen 223a und 223b sind so geformt, dass sie horizontal symmetrisch um eine virtuelle Linie P3 sind, die durch die optische Achse 0 verläuft.
Jedes der Lagerelemente 255a und 255b weist wenigstens ein Kugelelement 251 auf, das in Punktkontakt mit einer Außenfläche der Tubusführungen 213a und 213b, und einer Außenfläche der Gehäuseführungen 223a und 223b gebracht wird, sowie einen Käfig 253 mit einer Kugelaufnahmenut, wobei das Kugelelement 251 drehbar darin angeordnet ist.
Die Tubusführungen 213a und 213b, die den Lagerelementen 255a und 255b gegenüberliegen, weisen in der Außenfläche gebildete Nuten 213c auf, um darin die Käfige 253 anzuordnen. Die Nuten 213c sind höher ausgebildet als die Käfige.
Hier sind die Tubusführungen 213a und 213b nicht in Kontakt mit der Innenfläche des Gehäuses 210, und die Gehäuseführungen 223a und 223b sind nicht mit der Außenfläche des Linsentubus 210 in Kontakt, sondern sind miteinander über die Kugelelemente 251 der Kugellager 255a und 255b in Kontakt.
Indessen können, wie in 6 dargestellt ist, ein Kontaktpunkt auf der optischen Achse 0 des Linsentubus 210, des Reibungselements 212 und des Ausgangselements 232, und ein Kontaktpunkt zwischen dem Vorspannelement 240 und dem Betätigungselement 230 auf einer virtuellen Linie P3 wie in 6 dargestellt angeordnet sein. Hier wird die Antriebskraft, die von dem Betätigungselement 230 ausgeübt wird, auf das Reibungselement 212 über das Ausgangselement 232 übertragen, um den Linsentubus 210 in Richtung der optischen Achse vor und zurück zu bewegen, wobei ein minimaler Verlust der Antriebskraft während der hin und her gehenden Bewegung auftritt.
Des Weiteren können das Reibungselement 212, das auf dem Linsentubus 210 vorgesehen ist, und die Lagerelemente 255a und 255b, die an gegenüberliegenden Kanten des Gehäuses 220 vorgesehen sind, an jeweiligen Ecken eines virtuellen Dreiecks angeordnet sein. Hier wird die Antriebskraft, die von dem Betätigungselement 230 auf das Reibungselement 212 ausgeübt wird, gleichförmig auf das Betätigungselement 230 übertragen, wodurch verhindert wird, dass der Linsentubus 210 bezogen auf das Reibungselement 212 schlecht ausgerichtet ist.
Ein Positionssensor 226 ist an dem Gehäuse 220 vorgesehen, um eine vertikale Positionsänderung des Sensorteils 216, das an dem Linsentubus 210 angeordnet ist, zu erfassen.
Des Weiteren ist das Gehäuse 220 an seiner Oberseite mit einer Abdeckung versehen, in die eine Öffnung mit einer bestimmten Größe eingestanzt ist. Die Unterseite des Gehäuses 220 ist mit einer Platine 260 versehen, auf der ein Bildsensor 265 angebracht ist.
Dritte Ausführungsform
7 ist eine Explosionsansicht, in welcher eine Linsenantriebsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. 8 ist eine perspektivische Ansicht, in welcher die Linsenantriebsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. 9 ist eine perspektivische Ansicht, in welcher von oben gesehen die Linsenantriebsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. 10 ist eine perspektivische Ansicht, in welcher die Linsenantriebsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. 11 ist eine Draufsicht, in welcher die Linsenantriebsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist.
Wie in den 7 bis 11 dargestellt ist, weist die Linsenantriebsvorrichtung 300 einen Linsentubus 310, ein Gehäuse 320, ein Betätigungselement 330, ein Vorspannelement 340 und ein Führungsteil 350 auf.
Hier werden die Bestandteile der Linsenantriebsvorrichtung 300 der dritten Ausführungsform, die identisch zu denen der vorausgegangenen Ausführungsform sind, nicht genauer beschrieben und sind mit den Bezugsziffern 30X bezeichnet.
Linsentubus
Wie in den 7 und 9 dargestellt ist, weist der Linsentubus 310 einen Linsenhalter 310a mit einem Innenraum von einer bestimmten Größe zum Unterbringen wenigstens einer Linse 311 entlang der optischen Achse auf, sowie ein Verlängerungsteil 310b, das sich von dem Linsenhalter 310a nach außen erstreckt.
Ein Reibungselement 312 von vorbestimmter Länge ist an dem Verlängerungsteil 310b gegenüberliegend einer Kante des Gehäuses 310 gebildet. Das Reibungselement 312 ist in einer Nut 314 angeordnet, die vertikal in dem Verlängerungsteil 310b ausgebildet ist.
Gehäuse
Wie in den 7 bis 11 dargestellt ist, ist das Gehäuse 320 ein parallelepipedförmiger Kasten mit vier Kanten, und in seinem Innenraum ist der Linsentubus 310 angeordnet. Das Gehäuse 320 ist an der Oberseite offen und an der Unterseite mit einer ersten Öffnung 320a versehen, um einen Bildsensor 365 einer Platine 360 freizulegen, wie später genauer erläutert wird, sowie einer zweiten Öffnung 320b, um einen Bereich, der dem Verlängerungsteil 310b entspricht, freizulegen.
Des Weiteren ist eine vertikale Rippe 328 an der Unterseite des Gehäuses 320 gebildet, so dass ein Betätigungselement 330 zwischen die vertikale Rippe 328 und eine Innenfläche des Gehäuses 320 eingesetzt ist.
Betätigungselement
Wie in den 7, 9 bis 11 dargestellt ist, weist das Betätigungselement 330 ein Ausgangselement auf, das mit dem Reibungselement 312 in Kontakt ist, sowie einen piezoelektrischen Körper 331, an dessen einer Seite das Ausgangselement integral gebildet ist. Das Betätigungselement 330 ist vertikal an einer der vier Kanten des Gehäuses 320 angeordnet. Somit übt das Betätigungselement 330 eine Antriebskraft zum Antreiben des Linsentubus 310 als dem entlang der optischen Achse zu bewegenden Gegenstand in Bezug auf das Gehäuse 320 bei Anlegen von elektrischer Energie aus.
Das Betätigungselement 330 ist zwischen der vertikalen Rippe 328, die an der Unterseite des Gehäuses 320 vertikal ausgebildet ist, und der Innenfläche des Gehäuses 320 eingesetzt. Hier kann ein Vorsprung 328a zum Betätigungselement 330 an einem Bereich der Innenfläche des Gehäuses 320, der der vertikalen Rippe 328 entspricht, vorstehen, so dass das Betätigungselement 330 besonders sicher zwischen der vertikalen Rippe 328 und der Innenfläche des Gehäuses 320 eingesetzt ist.
Vorspannelement
Wie in den 7, 9 bis 11 dargestellt ist, ist ein Ende des Vorspannelements 340 an einer anderen Kante des Gehäuses 320 befestigt, und das andere Ende erstreckt sich mit einer bestimmten Länge zum Betätigungselement 330, um in Kontakt mit dem Betätigungselement 330 zu sein. Das Vorspannelement 340 ist ein Elastomer zum Ausüben einer Federkraft mit einer bestimmten Größe durch Zusammendrücken des Betätigungselements 330, entsprechend dem Reibungselement 312 des Linsentubus 310, zum Reibungselement 312.
Das Vorspannelement 340 ist aus einer Blattfeder gebildet, die ein festes Ende 341, eine Federplatte 342 und ein freies Ende 343 aufweist. Das feste Ende 341 des Vorspannelements 340 ist an einer anderen Kante, die an die Kante des Gehäuses 320 angrenzt, an der das Betätigungselement 330 angeordnet ist, befestigt. Die Federplatte 342 erstreckt sich mit einer bestimmten Länge von dem festen Ende 341 zum Betätigungselement 330. Das freie Ende 343 ist mit einer Außenfläche des Betätigungselements 330 in flexiblem Kontakt.
Das feste Ende 341 des Vorspannelements 340 kann aus einer Einsetznut mit einem offenen quadratischen Querschnitt gebildet sein, um nach unten in eine Einsetzstufe 327 zu passen, die auf der anderen Kante des Gehäuses ausgebildet ist.
Des Weiteren steht wenigstens ein Vorsprung aus dem freien Ende 343 des Vorspannelements 340 über, um mit dem piezoelektrischen Körper 332 des Betätigungselements in Punktkontakt zu sein. Alternativ kann das freie Ende 343 in Oberflächenkontakt mit der Außenfläche des Betätigungselements 330, die der Gesamtlänge des piezoelektrischen Körpers 332 entspricht, gebracht werden.
Führungsteil
Wie in den 7 bis 11 dargestellt ist, ist das Führungsteil 350 zwischen einer anderen Kante des Gehäuses 320, an der das Betätigungselement 330 und das Vorspannelement 340 nicht angeordnet sind, von den Kanten, die das Gehäuse 320 begrenzen, und dem Linsentubus 310 angeordnet. Somit führt das Führungsteil 350 den Linsentubus 310, um ihn entlang der optischen Achse durch die Antriebskraft zu bewegen, die während des Betriebs des Betätigungselements 330 erzeugt wird.
Das Führungsteil 350 weist ein Lagerelement 355 auf, das zusätzlich auf der anderen Kante des Gehäuses 320 gebildet ist. Das Lagerelement 355 ist zwischen einer rohrförmigen Tubusführung 313, die an dem Verlängerungsteil 310b des Linsentubus 310 vorgesehen ist, und einer Gehäuseführung 323, die an der anderen Kante des Gehäuses 320 vorgesehen ist, angeordnet.
Die rohrförmige Tubusführung 313 ist eine rohrförmige Struktur, die vertikal an einer Seite des Verlängerungsteils 310b des Linsentubus 310 angeordnet ist. Die rohrförmige Tubusführung 313 ist höher ausgebildet als der Linsentubus 310. Indessen weist das Reibungselement 312, wenn es an einer anderen Seite des Verlängerungsteils 310b gebildet ist, um der rohrförmigen Tubusführung 313 gegenüberzuliegen, eine im Wesentlichen zur rohrförmigen Tubusführung 313 identische Höhe auf.
Somit ist die Unterseite des Gehäuses 320 mit der zweiten Öffnung 320b versehen, in welcher das untere Ende des Reibungselements 312 und das untere Ende der rohrförmigen Tubusführung 313 eingepasst sind. Des Weiteren ist eine dritte Öffnung 369a in die Abdeckung 369, welche die offene Oberseite des Gehäuses 320 abdeckt, eingestanzt. Ebenfalls sind das obere Ende des Reibungselements 312 und das obere Ende der rohrförmigen Tubusführung 313 durch die dritte Öffnung 369a eingepasst.
Das Lagerelement 355 weist ein Paar Kugelelemente 351 auf, die mit einer Außenfläche der rohrförmigen Tubusführung 313 und der Außenfläche der Gehäuseführung 323 in Punktkontakt gebracht werden, sowie einen Käfig 353 mit einer Kugelaufnahmenut, in der die Kugelelemente 351 drehbar angeordnet sind.
Die Gehäuseführung 323, die aus der entsprechenden Kante des Gehäuses vorsteht, ist mit einem Paar Nuten 323a versehen, in denen die Kugelelemente 351 angeordnet sind. Ein Trennbereich 323b ist zwischen den Nuten 323a vorgesehen, um die Kugelelemente voneinander zu trennen.
Somit ist die rohrförmige Tubusführung 313 nicht mit der Gehäuseführung 323 in direktem Kontakt, sondern sie ist mit der Gehäuseführung 323 über die Kugelelemente 351 in Kontakt.
Hier kann jede der in der Gehäuseführung 323 gebildeten Nuten 323a eine vertikale Fläche aufweisen, um den Reibungsverlust durch einen Punktkontakt mit dem Kugelelement zu minimieren.
Wie in 11 dargestellt ist, können das Betätigungselement 330, das Ausgangselement 332, das Reibungselement 312 und das Führungsteil 350 entlang einer virtuellen Linie P4 angeordnet sein. Hier wird die Antriebskraft, die von dem Betätigungselement 330 ausgeübt wird, auf das Reibungselement 312 über das Ausgangselement 332 übertragen, um den Linsentubus 310 entlang der optischen Achse vor und zurück zu bewegen, wobei ein minimaler Verlust der Antriebskraft während der hin und her gehenden Bewegung auftritt.
Ein Positionssensor 326 ist an dem Gehäuse 320 vorgesehen, um eine vertikale Positionsänderung des Sensorteils 316, das an dem Linsentubus vorgesehen ist, zu erfassen.
Des Weiteren ist das Gehäuse 320 an seiner Oberseite mit einer Abdeckung 369 versehen, die eine Öffnung 367 mit einer bestimmten Größe sowie eine dritte Öffnung 369a aufweist. Die Unterseite des Gehäuses 320 ist mit der ersten und der zweiten Öffnung 320a und 320b versehen. Die Unterseite des Gehäuses 320 ist ebenfalls mit einer Platine 360 versehen, auf der der Bildsensor 365 angebracht ist.
Bei der Linsenantriebsvorrichtung 100, 200 und 300 gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Linsentubus 110, 210 und 310 mit der wenigstens einen darin angeordneten Linse in Richtung der optischen Achse durch die Antriebskraft zum Bewegen des Linsentubus 110, 210 und 310, die durch Längs-(Biege-) und Wölbschwingungen der Vibration des piezoelektrischen Körpers 131, 231 und 331 erzeugt wird, als Reaktion auf eine angelegte externe Energie vor- und zurück bewegt.
Das heißt, dass sich, wenn der piezoelektrische Körper des Betätigungselements, das vertikal auf einer der Kanten des Gehäuses 120, 220 und 320 angeordnet ist, gleichzeitig durch die Längs- und Wölbschwingung bei einer Resonanzfrequenz von wenigstens 20 kHz im Ultraschallbereich angetrieben wird, das Ausgangselement 132, 232 und 332, das an einer vertikalen Außenfläche des piezoelektrischen Körpers 131, 231 und 331 angebracht ist, die dem Reibungselement 112, 212 und 312 des Linsentubus entspricht, entlang einer elliptischen Ortskurve oder eines solchen Weges bewegt.
Die Richtung der Bewegung der elliptischen Ortskurve wird bestimmt durch die Spannungen, die an interne und externe Elektroden des piezoelektrischen Körpers angelegt werden. Dadurch wird wiederum die Anpassung der Transportrichtung der Linse ermöglicht.
In dem Fall, wenn das Betätigungselement 130, 230 und 330 aus dreilagigen piezoelektrischen keramischen Bahnen gebildet ist, wie in 12 dargestellt ist, wird eine obere Elektrode in Kanal 1 (Ch1) und Kanal 2 (Ch2) geteilt, und eine untere Elektrode bildet einen Massekanal GRN, der mit Kanal 1 (Ch1) und Kanal 2 (Ch2) verbunden ist.
Ebenfalls ist, wie in 13A dargestellt ist, bei dem piezoelektrischen Körper 131, 231 und 331 des Betätigungselements 130, 230 und 330 eine N-Schicht durch Stapeln einer piezoelektrischen keramischen Bahn S2 gebildet, mit einer Masseelektrode P3, die als Leiterbahn zwischen eine obere und untere piezoelektrische keramische Lage S1 und S3 gedruckt ist, jeweils mit internen Elektroden P1 und P2, die als Leiterbahn darauf gedruckt sind. Dann wird wiederholt eine M-Schicht mit dieser Stapelstruktur gestapelt, um den piezoelektrischen Körper 131, 231 und 331 herzustellen, der eine Mehrzahl an piezoelektrischen Lagen aufweist, die gemäß einem MLCC-(multilayer ceramic capacitor; keramischer Vielschicht-Kondensator)Verfahren abwechselnd gestapelt sind, wie in 13B dargestellt ist.
Eine Außenfläche des piezoelektrischen Körpers 131, 231 und 331 ist mit externen Elektroden P4 und P5 versehen, die elektrisch mit den internen Elektroden P1 und P2 verbunden sind, um den Kanal 1 Ch1 und den Kanal 2 Ch2 zu bilden, und eine externe Elektrode P6 ist elektrisch mit der Masseelektrode P3 verbunden, um einen Massekanal GRN zu bilden.
Weiterhin weist der piezoelektrische Körper 131, 231 und 331 mit der oben genannten Struktur wenigstens ein Ausgangselement 132, 232 und 332 auf, das mit der Außenfläche dessen einer Seite fest verbunden ist. Das Ausgangselement 132, 232 und 332 wird mit dem Reibungselement 112, 212 und 312 des Linsentubus 110, 210 und 310 in Kontakt gebracht, um eine Reibungskraft zu erzeugen, wodurch das Betätigungselement 130, 230 und 330 hergestellt wird, das gleichzeitig die Längsschwingung und die Wölbschwingung ausführt.
Das so aufgebaute Ausgangselement 130, 230 und 330 ist eine parallelepipedförmige piezoelektrische Struktur mit einer Länge von 3 mm, einer Breite von 1,5 mm und einer Dicke von 0,75 mm. Jedoch können sich diese Abmessungen entsprechend dem piezoelektrischen Material ändern.
Das Betätigungselement 130, 230 und 330 weist das Ausgangselement 132, 232 und 332 auf, das fest eingebaut nur an der Außenfläche einer Seite des piezoelektrischen Körpers 131, 231 und 331 gebildet ist, jedoch stellt dies keine Einschränkung dar. Wie in 14 dargestellt ist, können die Ausgangselemente 132, 232 und 332 jeweils an Außenflächen von beiden Seiten des piezoelektrischen Körpers 131, 231 und 331 gebildet sein, um ein Betätigungselement 130a, 230a und 330a herzustellen.
Indessen werden durch ein elektrisches Signal, das an den Kanal 1 (Ch1) angelegt wird, eine obere linke piezoelektrische Keramik, eine mittlere rechte piezoelektrische Keramik und eine untere rechte piezoelektrische Keramik aktiviert. Ebenfalls wird durch ein elektrisches Signal, das an den Kanal 2 (Ch2) angelegt wird, eine obere rechte piezoelektrische Keramik, eine mittlere linke piezoelektrische Keramik und eine untere linke piezoelektrische Keramik aktiviert. Somit führt, wenn die Energie selektiv über Kanal 1 oder 2 angelegt wird, der piezoelektrische Körper mit piezoelektrischen keramischen Vielschicht-Bahnen eine Längsschwingung und eine Wölbschwingung aus. Somit bewegt sich das Ausgangselement, das an dem piezoelektrischen Körper vorgesehen ist, entlang eines elliptischen Wegs und führt eine Bewegung nach oben oder nach unten aus.
15A ist ein Diagramm, in welchem die Änderung der Admittanz bezogen auf die Frequenz des Betätigungselements, das in einer Linsenantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dargestellt ist. 15B ist ein Diagramm, in welchem die Änderung der Phase bezogen auf Frequenz des Betätigungselements, das in einer Linsenantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dargestellt ist.
Wie in den 15A und 15B dargestellt ist, weist für den Kanal 1 (Ch1) und den Kanal 2 (Ch2) die Längsschwingung eine Resonanzfrequenz von ungefähr 332 kHz und eine Antiresonanzfrequenz von ungefähr 338 kHz auf. Indessen weist die Wölbschwingung eine Antiresonanzfrequenz von ungefähr 335 kHz und eine Resonanzfrequenz von ungefähr 336 kHz auf.
Das heißt, dass die Wölbschwingung zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz der Längsschwingung liegt, und die Resonanzfrequenz der Längsschwingung und die Resonanzfrequenz der Wölbschwingung werden nah beieinander liegend gehalten. Somit führt der piezoelektrische Körper die Längsschwingung bei Anlegen eines elektrischen Signals durch Kanal 1 oder 2 aus, wie in den 16A und 16B dargestellt ist. Der piezoelektrische Körper führt die Wölbschwingung aus, wie in den 17A und 17B dargestellt ist.
Weiterhin bewegt sich, wenn die Längsschwingung und die Wölbschwingung gleichzeitig ausgeführt werden, das Ausgangselement 132, 232 und 332, das an dem piezoelektrischen Körper 131, 231 und 331 vorgesehen ist, entlang eines elliptischen Wegs, wobei eine Reibungskraft zum Bewegen des Reibungselements, das damit in Kontakt ist, nach oben oder nach unten erzeugt wird.
Das Betätigungselement 130, 230 und 330 ist so gestaltet, dass es sich nicht horizontal bezogen auf das Einsetzteil 125 oder 225 oder die vertikale Rippe, die an einer Kante des Gehäuses vorgesehen ist, bewegt, sondern sich nur zum Linsentubus bewegt. Das Ausgangselement führt nur eine lineare Bewegung nach oben oder nach unten aus. Die Richtung der elliptischen Ortskurven-Bewegung ändert sich nach oben oder nach unten entsprechend der Polarität der Spannung, die an den piezoelektrischen Körper angelegt wird.
Folglich wird, da das Ausgangselement die Antriebskraft über das Reibungselement, das an dem Linsentubus als zu bewegenden Gegenstand vorgesehen ist, überträgt, der Linsentubus entlang der optischen Achse von dem Lagerelement des Führungsteils gehoben oder gesenkt.
Hier ist die Reibungskraft, die zwischen dem Ausgangselement und dem Reibungselement erzeugt wird, größer als die Reibungskraft, die von dem Lagerelement erzeugt wird. Dadurch wird ermöglicht, dass sich der Linsentubus entlang der optischen Achse vor und zurück bewegt.
Weiterhin werden das Ausgangselement und das Reibungselement konstant miteinander durch die Federkraft des Vorspannelements, die den piezoelektrischen Körper zum Linsentubus zusammendrückt, in Kontakt gehalten.
Des Weiteren wird die Bewegung des Linsentubus in Richtung der optischen Achse von einem Positionssensor zum Erfassen des Sensorteils des Linsentubus erkannt. Basierend auf dem erkannten Bewegungsausmaß kann sich der Linsentubus in Richtung der optischen Achse durch eine geeignet gesteuerte Antriebskraft des piezoelektrischen Körpers bewegen.
Wie oben anhand beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, ist bei der Linsenantriebsvorrichtung ein Betätigungselement vertikal an einer Kante eines Gehäuses zum Unterbringen eines Linsentubus angeordnet, damit ein Ausgangselement mit einem Reibungselement eines Linsentubus in Kontakt ist. Ein Vorspannelement ist vorgesehen, um das Betätigungselement zum Linsentubus zusammenzudrücken, und ein Führungselement ist vorgesehen, um den Linsentubus in Richtung einer optischen Achse zu führen. Die so aufgebaute Linsenantriebsvorrichtung weist einen linearen Antriebsmechanismus zum Übertragen der Antriebskraft des Betätigungselements zum Linsentubus auf, wodurch die Struktur einfacher ist als bei einem Antriebsmechanismus beispielsweise eines Camcorders oder eines elektronischen Geräts. Somit wird ermöglicht, dass die Größe der Antriebsvorrichtung reduziert wird.
Weiterhin wird durch diesen piezoelektrischen linearen Antriebsmechanismus der Verlust von Antriebskraft, die auf einen Linsentubus, den zu transportierenden Gegenstand, übertragen wird, minimiert, sowie ebenfalls ein durch Reibung verursachter Verlust während der Bewegung, wodurch eine große Antriebskraft bei geringer Eingangsenergie erhalten wird und die Antriebseffizienz gesteigert wird.
Des Weiteren wird die Struktur des Führungsmechanismus zum Führen des Linsentubus vereinfacht und die Linse kann genauer und stabiler bewegt werden, wobei ein einfacherer Montagevorgang gewährleistet wird und Herstellungskosten eingespart werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich wie durch die beigefügten Ansprüche definiert abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- KR 2006-130488 [0001]
- US 5768038 [0005]
- US 6215605 [0007]

Claims

Linsenantriebsvorrichtung, welche aufweist: einen Linsentubus, in dem wenigstens eine Linse vorgesehen ist und der mit einem Reibungselement ausgestattet ist; ein Gehäuse, um den Linsentubus aufzunehmen; ein Betätigungselement mit einem piezoelektrischen Körper, das an einer Kante des Gehäuses angeordnet ist, um eine Antriebskraft auszuüben, wobei der piezoelektrische Körper wenigstens ein Ausgangelement aufweist, das an dessen einer Seite vorgesehen ist, um mit dem Reibungselement in Kontakt zu sein; ein Vorspannelement, das zwischen der Kante des Gehäuses und dem Betätigungselement angeordnet ist, um eine Federkraft auf den Linsentubus auszuüben; und ein Führungsteil, das zwischen dem Gehäuse und dem Linsentubus vorgesehen ist, um den Linsentubus entlang der optischen Achse zu bewegen.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Außenfläche des Linsentubus eine Nut vorgesehen ist, die dem Ausgangelement entspricht, um darin das Reibungselement unterzubringen.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein Einsetzteil aufweist, das an einer Kante entsprechend dem Reibungselement des Linsentubus gebildet ist, worin das Betätigungselement und das Vorspannelement eingesetzt sind.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement wenigstens eine Blattfeder aufweist, deren oberes und unteres Ende mit der Kante des Gehäuses in Kontakt ist, und einen Mittelabschnitt, der gebogen ist, und mit dem Betätigungselement in Kontakt ist.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Mittelabschnitt des Vorspannelements ein Vorsprung gebildet ist, der mit dem Betätigungselement in Punktkontakt ist.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement wenigstens eine Spiralfeder aufweist, deren eines Ende mit der Kante des Gehäuses in Kontakt ist und deren anderes Ende mit dem Betätigungselement in Kontakt ist.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des Vorspannelements entweder an dem Gehäuse oder dem Betätigungselement befestigt ist.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement mit einer Außenfläche des Betätigungselements entsprechend seinem Mittelpunkt in Längsrichtung in Kontakt kommt.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsteil aufweist: ein Paar Tubusführungen, die sich von einer Außenfläche des Linsentubus zu dem Gehäuse erstrecken; ein Paar Gehäuseführungen, die sich von einer Innenfläche des Gehäuses zum Linsentubus erstrecken; und ein Paar Lagerelemente, die jeweils zwischen den Tubusführungen und den Gehäuseführungen angeordnet sind.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Lagerelemente aufweist: wenigstens ein Kugelelement, das mit der entsprechenden Außenfläche einer Tubusführung und einer entsprechenden Außenfläche der Gehäuseführung in Punktkontakt ist; und einen Käfig mit einer Kugelaufnahmenut, wobei das Kugelelement drehbar darin angeordnet ist.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tubusführung, die mit dem Kugelelement in Kontakt ist, eine vertikale Fläche aufweist.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseführung, die mit dem Kugelelement in Kontakt ist, eine vertikale Fläche aufweist.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktpunkt auf der optischen Achse des Linsentubus, dem Reibungselement und dem Ausgangselement und ein Kontaktpunkt zwischen dem Vorspannelement und dem Betätigungselement entlang einer virtuellen Linie angeordnet sind.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibungselement und die Lagerelemente, die an dessen beiden Seiten angeordnet sind, entlang einer virtuellen Linie angeordnet sind.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen Positionssensor aufweist, der an dessen Innenfläche angeordnet ist, um die vertikale Bewegung eines an einer Außenfläche des Linsentubus vorgesehenen Sensorteils zu erfassen.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite des Gehäuses mit einer Abdeckung versehen ist, die eine Öffnung aufweist, um die Linse nach außen freizulegen.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite des Gehäuses mit einer Platine versehen ist, auf der ein Bildsensor angebracht ist.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement aufweist: ein Paar Tubusführungen, die sich von einer Außenfläche des Linsentubus jeweils zu gegenüberliegenden Kanten des Gehäuses erstrecken; ein Paar Gehäuseführungen, die sich jeweils von den gegenüberliegenden Kanten des Gehäuses zu dem Linsentubus erstrecken; und ein Paar Lagerelemente, die jeweils zwischen den Tubusführungen und den Gehäuseführungen angeordnet sind.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Lagerelemente aufweist: wenigstens ein Kugelelement, das mit der Außenfläche einer entsprechenden Tubusführung und einer Außenfläche der entsprechenden Gehäuseführung in Punktkontakt ist; und einen Käfig mit einer Kugelaufnahmenut, wobei das Kugelelement drehbar darin angeordnet ist.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass jede der den Lagerelementen gegenüberliegenden Tubusführungen mit einer Nut versehen ist, in der der Käfig angeordnet ist.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Tubusführung, die mit dem Kugelelement in Kontakt ist, eine vertikale Fläche aufweist.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseführung, die mit dem Kugelelement in Kontakt ist, eine vertikale Fläche aufweist.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibungselement und die an dessen beiden Seiten angeordneten Lagerelemente an entsprechenden Ecken eines virtuellen Dreiecks angeordnet sind.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsteil aufweist: eine rohrförmige Tubusführung, die an einer Außenfläche des Linsentubus angeordnet ist; eine Gehäuseführung, die sich von einer Kante des Gehäuses zu dem Linsentubus erstreckt; und ein Lagerelement, das zwischen der rohrförmigen Tubusführung und der Gehäuseführung angeordnet ist.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement aufweist: ein Paar Kugelelemente, die jeweils mit einer Außenfläche der Tubusführung und einer Außenfläche der Gehäuseführung in Punktkontakt sind; und einen Käfig mit einer Kugelaufnahmenut, wobei die Kugelelemente drehbar darin angeordnet sind.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseführung eine Nut aufweist, in der die Kugelelemente angeordnet sind, und wobei die Nut eine vertikale Fläche aufweist.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement, das Ausgangselement und das Führungsteil entlang einer virtuellen Linie angeordnet sind.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Körper eine vibrierende Einrichtung aufweist mit einer Mehrzahl piezoelektrischer keramischer Lagen, die gestapelt sind, um bei Anlegen von elektrischer Energie in Längsrichtung eine Biegeschwingung und in Dickenrichtung eine Wölbschwingung zu erzeugen.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangselement an einer Außenfläche einer längeren Seite des piezoelektrischen Körpers, die dem Linsentubus gegenüberliegt, befestigt ist.
Linsenantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangselement an einer Aussparung, die auf einer längeren Seite des piezoelektrischen Körpers gebildet ist, die dem Linsentubus gegenüberliegt, befestigt ist.