CN100445792C - 透镜驱动器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种透镜驱动器件，本发明更特别地涉及一种可以调节由具有变焦功能的光学器件内的各透镜的相对距离确定的有效焦距的透镜驱动器件。在该透镜驱动器件中，镜筒单元具有：内部空间，用于在其内容纳透镜；以及导槽，用于通过转动镜筒单元使透镜前、后移动。环形压电致动器单元设置在镜筒单元的附近，用于响应外部输入信号，在径向收缩或膨胀。驱动部件安装在压电致动器单元上，而且具有多个向着镜筒单元凸出以接触该镜筒单元的分段。
Description
优先权
本专利申请要求基于2003年7月9日提交到韩国知识产权局的第2003-046496号韩国专利申请的优先权，在此引用该公开供参考。
技术领域
本发明涉及一种透镜驱动器件，本发明更具体地涉及一种可以调节由具有变焦功能的光学器件内的各透镜的相对距离确定的有效焦距的透镜驱动器件。
背景技术
诸如摄影机、可携式摄像机(camcorder)、变焦距摄影机、观察摄影机以及微型航空飞行器(MAV)的各种光学仪器均具有用于使用于变焦距的透镜前、后移动的驱动结构。已经开发出几种用于移动用于这种变焦距的透镜的结构。
基于凸轮结构的传统驱动技术已经用于进行变焦距以调节焦距。通过沿透镜镜筒改变各透镜的相对间隔，基于凸轮结构的驱动技术进行变焦距，它是由电磁马达启动的，而且在透镜镜筒的横向部分设置凸轮形凹槽。
图1示出标题为“Zoom Lens Barrel”的第6,268,970号美国专利公开的传统透镜驱动机构。在图1中，机架支承透镜组120、130和140，而机架又被凸轮管160和170支承。插杆110驱动凸轮管以在轴向偏移透镜。
基于凸轮结构的变焦距技术根据凸轮的结构确定每个透镜的相对位置。因此，其缺点是，这种技术还需要用于将焦距设置在特定放大率的驱动单元和聚焦透镜，从而使得包括减速驱动齿轮和沿凸轮移动的透镜保持结构的驱动机构复杂化。
图2示出第2000-55180号韩国未决专利公开披露的传统摄影机变焦距透镜机构。该变焦距透镜机构包括摄影机主体200和包括多个透镜的固定透镜组。在摄影机主体200内，设置容纳变焦马达203的空间。变焦马达203的轴与推动螺杆205相连，推动螺杆205具有成型在其***的螺丝和凹槽。用于传达功率的卡箍207与推动螺杆205的***相连。还在其与推动螺杆205相连的部分，对卡箍207设置螺丝和凹槽，其中将其螺丝和凹槽成型为与推动螺杆205的螺丝和凹槽相同以便与推动螺杆205的螺丝和凹槽紧密配合。卡箍207还与变焦镜筒209相连，而变焦镜筒209又与可动透镜组202相连。变焦镜筒209与导轴211可滑动地相连，导轴211沿光轴取向，因此，透镜镜筒209可以在光轴方向沿导轴211移动。
在上述摄影机的变焦距透镜机构中，马达203的转动还使推动螺杆250随马达203转动。这样，通过卡箍207，推动螺杆205的转动被变换为直线运动，因此卡箍207沿光轴直线运动。由于卡箍207直线运动，所以变焦镜筒209也沿光轴运动。在变焦镜筒209沿光轴运动时，变焦镜筒209接触导轴211的部分滑动，因此变焦镜筒209可以在预定范围内沿光轴前、后运动。
然而，传统变焦距透镜机构存在电磁波的问题，因为电磁力驱动马达。因此，该机构只能应用于小型通信设备。此外，该电磁马达采用细小减速齿轮，从而使得机械结构复杂。此外，为了聚焦，必须分别移动变焦距透镜和聚焦透镜。
最近，为了克服上述缺点而且为了对微型光学仪器设置变焦功能，开发了一种微型光变焦机构。根据当前的趋势，微型光学仪器采用诸如压电元件的智能器件，而不采用使用电磁马达的传统驱动技术。利用压电元件代替传统马达驱动技术的优点在于，可以简化驱动结构，而且因为采用直接驱动机构，所以可以实现高效。
图3示出标题为“Driving Device”的第6,215,605号美国专利公开的采用这种压电元件的变焦距透镜驱动机构的例子。图3所示的透镜驱动器件具有安装在基座321和322上的压电致动器311和312，它将位移传递到驱动杆316和317以在凸块331a和332a的预加载以及透镜保持器331和332的惯性和加速度的作用下移动透镜L2和L4。通过使透镜保持器与驱动杆一起移动或者滑动并停留在适当位置，压电致动器312根据激励输入的波形移动透镜。压电致动器312还可以在前、后方向移动透镜。
在使用时，如图4所示设置图3所示的透镜驱动器件，在图4中，互相相邻设置压电致动器311a和311b。因此，在基座313承受压电致动器311a和311b之一传递的膨胀和收缩时，该膨胀和收缩也传递到压电致动器之另一，并从而传递到相应透镜。因此，为了阻挡在压电致动器之间传递膨胀/收缩，对基座313设置凹槽313g。然而，该凹槽使得驱动器件的结构复杂化，同时使得难以制造这种驱动器件。此外，该凹槽不能完全在压电致动器之间阻挡膨胀/收缩的影响。
此外，为了移动透镜，压电致动器使驱动杆316和316往复运动，根据压电致动器的大小，明显限制了驱动杆316和316的长度。驱动杆长度的限制对透镜的可移动距离产生了限制，因此对***透镜驱动器件的产品的质量产生不利影响。
因为驱动杆基本是固定的，所以传统透镜驱动器件存在以下问题：不能改变在其内部安装了透镜的透镜镜筒的长度。除了用于移动透镜的空间之外，还需要用于设置驱动元件的附加空间。因此，很难减小驱动器件的总体尺寸。不仅如此，透镜部分地由驱动杆支承，因此在致动期间，在透镜中可能产生不对称的膨胀/收缩，从而可能导致透镜驱动过程不稳定。
发明内容
为了解决上述问题，提出本发明，因此，本发明的一个目的是提供一种可以简化透镜驱动单元的结构并因此而减小变焦距透镜单元的大小的透镜驱动器件。
本发明的另一个目的是提供一种透镜驱动器件，该透镜驱动器件使用压电致动器转动变焦距透镜镜筒，从而省略了机械齿轮装置、消除了噪声和电磁波、驱动效率高而且将功率损耗降低到最小。
本发明的又一个目的是提供一种***了透镜支承机构的透镜驱动器件，该透镜支承机构确保透镜进给长度不受其他部件的影响。
本发明的又一个目的是提供一种可以对透镜的位置进行超高精度控制以微调焦距和放大率并获得高分辨力的透镜驱动器件。
此外，本发明的又一个目的是提供一种可以应用于摄影机、可携式摄像机、观察摄影机以及微型航空飞行器(MAV)的超小型变焦距单元的各种形式的驱动器件的透镜驱动器件。
根据本发明的一个方面，为了实现该目的，提供了一种透镜驱动器件，该透镜驱动器件包括：镜筒单元，具有内部空间，用于在其内容纳透镜；以及导槽，用于通过转动镜筒单元使透镜前、后移动；环形压电致动器单元，设置在镜筒单元的附近，用于响应外部输入信号，在径向收缩或膨胀；以及驱动部件，安装在压电致动器单元上，而且具有多个向着镜筒单元凸出以接触该镜筒单元的分段。
镜筒单元优选地包括：固定镜筒，具有以向前和向后方向直线成型的导槽；以及旋转镜筒，具有凸轮曲线形式的导槽。
压电致动器单元优选地转动旋转镜筒。压电致动器单元优选地包括用于顺时针方向转动旋转镜筒的第一压电致动器和用于逆时针方向转动旋转镜筒的第二压电致动器。
本发明的驱动器件可以进一步包括安装在旋转镜筒上用于对旋转镜筒传递单向转动的单向离合器，其中分段接触单向离合器轴承。
安装在第一压电致动器上的驱动部件的各分段优选地取顺时针方向以接触单向离合器轴承，而安装在第二压电致动器上的驱动部件的各分段优选地取逆时针方向以接触单向离合器轴承。
安装在第一压电致动器上的驱动部件的各分段优选地取顺时针方向以接触旋转镜筒，而安装在第二压电致动器上的驱动部件的各分段优选地取逆时针方向以接触旋转镜筒。
第一和第二压电致动器优选地设置在旋转镜筒的外部。作为一种选择，第一压电致动器可以设置在旋转镜筒的外部，而第二压电致动器可以设置在旋转镜筒的内部。
压电致动器优选地具有叠层结构或单板结构。该透镜驱动器件可以进一步包括安装在镜筒单元附近、用于对单板结构的压电致动器施加放大电压的环形变压器。
透镜优选地具有固定到透镜的外表面部分上的凸起，该凸起***镜筒单元的导槽以将透镜可移动地设置在镜筒单元内。
根据本发明的另一个方面，为了实现该目的，提供了一种透镜驱动器件，该透镜驱动器件包括：固定镜筒，具有内部空间，用于在其内容纳透镜；以及直线导槽，以前、后方向成型，用于使透镜前、后移动；旋转镜筒，环绕固定镜筒设置，而且具有凸轮形导槽；一对环形压电致动器，环绕旋转镜筒的外表面部分设置，用于响应外部输入信号，在径向收缩和膨胀；一对单向离合器轴承，安装在旋转镜筒的外表面部分，用于在一个方向传递转动；以及一对环形驱动部件，分别安装在各压电致动器的内表面部分上，该对环形驱动部件中的一个部件具有顺时针方向分段，而该对环形驱动部件中的另一个部件具有向内凸出以接触单向离合器轴承的逆时针方向分段。
压电致动器优选地具有叠层结构或单板结构。该透镜驱动器件可以进一步包括安装在镜筒单元附近、用于对单板结构的压电致动器施加放大电压的环形变压器。
透镜优选地具有固定到透镜的外表面部分上的凸起，该凸起***镜筒的导槽内以将透镜可移动地设置在镜筒内。该驱动器件可以进一步包括透镜架，该透镜架具有从该透镜架的外表面部分凸出的凸起，其中该凸起***镜筒单元的导槽内以将透镜可移动地设置在镜筒内。
根据本发明的又一个方面，为了实现该目的，提供了一种透镜驱动器件，该透镜驱动器件包括：固定镜筒，具有内部空间，用于在其内容纳透镜；以及直线导槽，以前、后方向成型，用于使透镜前、后移动；旋转镜筒，环绕固定镜筒设置，而且具有凸轮形导槽；一对环形压电致动器，设置在旋转镜筒的内部，用于响应外部输入信号，在径向膨胀和收缩；一对单向离合器轴承，安装在旋转镜筒的内表面部分上，用于在一个方向传递转动；以及一对环形驱动部件，分别安装在各压电致动器的外表面部分上，该对环形驱动部件中的一个部件具有顺时针方向分段，而该对环形驱动部件中的另一个部件具有向内凸出以接触单向离合器轴承的逆时针方向分段。
压电致动器优选地具有叠层结构或单板结构。本发明的驱动器件可以进一步包括安装在镜筒单元附近、用于对单板结构的压电致动器施加放大电压的环形变压器。
透镜优选地具有固定到透镜的外表面部分上的凸起，该凸起***镜筒的导槽内以将透镜可移动地设置在镜筒内。本发明的驱动器件进一步包括透镜架，该透镜架具有从该透镜架的外表面部分凸出的凸起，其中该凸起***镜筒单元的导槽内以将透镜可移动地设置在镜筒内。
根据本发明的又一个方面，为了实现该目的，提供了一种透镜驱动器件，该透镜驱动器件包括：固定镜筒，具有内部空间，用于在其内容纳透镜；以及直线导槽，以前、后方向成型，用于使透镜前、后移动；旋转镜筒，环绕固定镜筒设置，而且具有凸轮形导槽；环形压电致动器，设置在旋转镜筒的内部，用于响应外部输入信号，在径向膨胀并恢复初始位置；环形压电致动器，环绕旋转镜筒的外表面部分设置，用于响应外部输入信号，在径向收缩并恢复初始位置；一对单向离合器轴承，安装在旋转镜筒的外表面部分和内表面部分上，用于在一个方向传递转动；以及一对环形驱动部件，分别安装在各压电致动器的外表面部分上，该对环形驱动部件中的一个部件具有顺时针方向分段，而该对环形驱动部件中的另一个部件具有向内凸出以接触单向离合器轴承的逆时针方向分段。
压电致动器优选地具有叠层结构或单板结构。本发明的驱动器件可以进一步包括安装在镜筒单元附近、用于对单板结构的压电致动器施加放大电压的环形变压器。
透镜优选地具有固定到透镜的外表面部分上的凸起，该凸起***镜筒的导槽内以将透镜可移动地设置在镜筒内。本发明的驱动器件可以进一步包括透镜架，该透镜架具有从该透镜架的外表面部分凸出的凸起，其中该凸起***镜筒单元的导槽内以将透镜可移动地设置在镜筒内。
附图说明
根据以下结合附图所做的详细说明，可以更清楚地理解本发明的上述以及其他目的、特征以及其他优点，附图包括：
图1是现有技术的透镜驱动器件的剖视图；
图2是另一种现有技术的透镜驱动器件的剖视图；
图3是又一种现有技术的透镜驱动器件的剖视图；
图4是图3所示透镜驱动器件的分解图；
图5是具有变焦功能的透镜镜筒结构的剖视图；
图6是本发明的透镜驱动器件的透视图；
图7是图6所示透镜驱动器件的部分剖开透视图；
图8是图6所示透镜驱动器件的纵向剖视图；
图9是图6所示透镜驱动器件的平面图；
图10是图6所示透镜驱动器件的分解剖视图；
图11是图5所示透镜驱动器件的压电致动器的剖视图；
图12是用于本发明的透镜驱动器件的压电变压器的透视图；
图13是根据本发明第二实施例的透镜驱动器件的透视图；
图14示出根据本发明第三实施例的透镜驱动器件；
图15是图14所示透镜驱动器件的镜筒的透视图；以及
图16a至16d示出本发明的驱动部件分段的各种配置。
具体实施方式
现在，将参考附图详细说明本发明的优选实施例。
变焦功能
本发明涉及一种用于对诸如摄影机的光学器件设置变焦功能的结构。利用这种变焦功能，光学器件可以拍摄远距离对象，就象它位于附近一样。即，变焦功能使光学器件可以拍摄物体的放大图像。变焦功能通常包括镜头移近功能和镜头移远功能。镜头移近功能对要拍摄的远距离物体进行放大，就象它位于附近一样，而镜头移远功能是扩大相邻物体周围的拍摄范围，以便就象该物***于远方那样拍摄该物体。
还可以将变焦功能划分为光学变焦功能和数字变焦功能。根据各透镜之间间隔的变化实现的光学变焦功能具有优点，因为它可以附加低分辨力的图像传感器，而不降低通信质量。然而，数字变焦功能可以有利地对图像上的特定区域给予强曝光，但是通信质量或多或少会降低。数字变焦功能是基于软件的技术，例如对利用图像器件检测的图像信号进行放大。
图5是实现变焦功能的典型变焦机构的剖视图。在图5中，变焦机构包括聚焦透镜1和变焦距透镜2，它们以可前、后移动的方式设置在圆柱形镜筒6内。该变焦机构还包括固定在镜筒6的后端的伪透镜3、滤光器4以及诸如电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)的图像器件5。在该变焦机构中，使聚焦透镜1和变焦距透镜2均移位固定距离或可变距离，以对图像器件5提供放大图像或缩小图像。
本发明涉及一种用于在这种变焦机构中前、后驱动各透镜的改进型结构。
透镜位移结构
图6是本发明的透镜驱动器件的透视图，图7是图6所示透镜驱动器件的部分剖开透视图，图8是图6所示透镜驱动器件的纵向剖视图，图9是图6所示透镜驱动器件的平面图，图10是图6所示透镜驱动器件的分解剖视图。
在图6至图10中，聚焦透镜1和变焦距透镜2可移动地设置在镜筒6和7内。可以这样成型这两个透镜，以致它们自身的一部分向外凸出以形成凸起11。作为一种选择，凸起11可以是分别嵌入各透镜内的插头形式。透镜驱动器件可以进一步包括透镜1和2分别***其内的透镜架3。透镜架3也具有从其上凸出的集成凸起11。作为一种选择，凸起11可以是分别***透镜架3的形式。
具有上述凸起的各透镜容纳在圆柱形镜筒内。在镜筒6和7内，固定镜筒7被旋转镜筒6包围。固定镜筒7固定安装在光学器件的主体或底座35上，它具有沿透镜的往复方向、在镜筒7的主体上成型的细长导槽7a。导槽7a容纳透镜1和2的凸起11，因此透镜1和2可以沿导槽7a前、后移动。
旋转镜筒6设置在固定镜筒7的外部(或内部)，并可旋转地安装在光学器件的主体和底座35上。旋转镜筒6具有凸轮形曲线导槽6a，用于使透镜1和2位移到预定位置。导槽6a还容纳透镜1和2的凸起11以推/拉透镜凸起11，因此，透镜1和2沿固定镜筒7的导槽7a前、后移动。
尽管固定镜筒7通常设置在旋转镜筒6的内部，但是相反，旋转镜筒6也可以设置在固定镜筒7的外部。
压电致动器
本发明的透镜驱动器件采用由压电器件构成的压电致动器。压电器件包括诸如PZT的复合氧化物材料，PZT是最具代表性的压电材料。术语PZT是取Pb、Zr和Ti的字头。受压的压电材料瞬间产生电流，相反，在施加电流时，受压的压电材料发生变形。
这种效应被称为压电效应。即，在对结晶体施加机械应力时，在结晶体的表面之间产生负电荷或正电荷。该电荷与应力的大小成正比，而且在以相反方向施加应力时，电荷的极性发生变化。在在压电体的特定表面之间施加电压时，该压电体产生机械变形。变形与电压的大小成正比，在以相反方向施加电压时，变形的方向发生变化。这种压电效应是由与应力、电场、电位移、极化等有关的电耦合产生的，而且广泛用于实现传感器、电学器件、声学器件以及各种电路。
本发明的压电致动器基于这种压电效应。作为一种选择，本发明的压电致动器也可以基于电致伸缩效应实现。这种电致伸缩效应是压电效应的一个阶段，它与电场的平方成正比。电致伸缩效应与压电效应的不同之处在于，变形的方向不根据电场的方向发生变化。因此，如果在电致伸缩体的两个表面上安装电极，则对该电极施加电压来极化电致伸缩体会在其内产生永久剩余内应变，这样，即使不对电致伸缩体连续施加DC电场，仍可能产生电场感应形变。
本发明采用环形压电致动器，它具有根据电信号在径向膨胀和收缩的物理特性。压电致动器设置在镜筒6和7的内部或外部以环绕该镜筒。
第一实施例
将结合图6至11说明根据本发明的透镜驱动器件的第一实施例。
图11是图5所示透镜驱动器件的压电致动器的剖视图。
圆柱形固定镜筒7安装在光学器件的基座35上。聚焦透镜1和变焦距透镜2可移动地安装在固定镜筒7的内部。利用向外凸出的凸起11，聚焦透镜1和变焦距透镜2安装在透镜架3上。对镜筒6和7设置用于容纳凸起11的直线导槽6a和7a，因此，透镜1和2可以沿导槽6a和7a前、后位移。
转动旋转镜筒6驱动透镜前、后移动，并设置压电致动器10和20以转动旋转镜筒6。以环绕旋转镜筒6的环形形式设置压电致动器10和20。图6示出压电致动器10和20的设置，图7示出部分剖开的透镜驱动器件。响应从外部输入的输入信号，压电致动器10和20收缩或膨胀。在该实施例中，压电致动器10和20重复进行向着镜筒收缩并从镜筒复原。
分别对压电致动器10和20的每一个安装驱动部件30，该驱动部件30具有多个向着镜筒6凸出并接触镜筒6的分段。驱动部件30是分别接触压电致动器10或20的内表面部分的环形。分别响应压电致动器10和20的径向收缩，驱动部件30重复收缩和复原。驱动部件30由诸如Ti、不锈钢和黄铜的弹性金属制造。
成型在驱动部件30内的各分段31被成型为梳齿形并向着镜筒6凸出。如图6和7所示，分段31取转动镜筒6的方向或在转动镜筒6的方向倾斜。分段31基本排列在镜筒6的附近，因此在驱动部件30收缩时，甚或在驱动部件不收缩时，各分段接触该镜筒。
确定分段31以图9所示的逆时针方向倾斜，而将顺时针方向确定为图9所示方向的反向。在图16a至16d中，图16b示出以图9所示逆时针方向取向的分段31，其中分段31内的镜筒6以逆时针转动。相反，在图16a中，分段31取顺时针方向。在图16c中，分段31取向外的逆时针方向，而设置在分段31的外部的镜筒6以逆时针方向转动。图16d示出取向外的顺时针方向的分段31，设置在分段31的外部的镜筒6以顺时针方向转动。
响应压电致动器的收缩，驱动部件30收缩，向外推动倾斜的分段31，因此沿分段31的倾斜方向，转动旋转镜筒6。这种收缩每秒重复几千次至几万次，并对这种收缩进行控制，以使旋转镜筒以要求的转速旋转。图11是安装在压电器件10上的这种驱动器件30。
为了使旋转镜筒6双向旋转，成对设置压电致动器10和20。即，环绕镜筒6，互相相邻设置第一和第二压电致动器10和20。
为了根据分别安装在驱动器10或20内的驱动部件30的分段31的配置顺时针方向或逆时针方向转动镜筒，响应外部输入信号，第一和第二压电致动器10和20的每一个分别在径向或该镜筒的方向收缩。在图6和图7中，上部第一压电致动器10包括以顺时针方向倾斜的分段31以以顺时针方向转动镜筒6。下部第二压电致动器20包括以逆时针方向倾斜的分段31′，以以逆时针方向转动镜筒6。
尽管分段31直接接触镜筒以将转动传递到该镜筒，但是可以在分段31与镜筒6之间设置轴承。图8和9示出轴承50。轴承50采用单向离合器轴承，这样配置它，以便仅在一个方向传递转动，而在相反方向不传递转动。这种轴承可以包括几种已知的轴承结构。在应用单向离合器轴承50时，驱动部件30的分段31接触安装在旋转镜筒6上的轴承50。在图8中，参考编号5表示诸如CCD和CMOS的图像器件。
应用该轴承有助于双向转动镜筒。即，与第一压电致动器10相连的轴承在顺时针方向或在与和第二压电致动器20相连的轴承的方向相反的逆时针方向传递转动，因此一个压电致动器可以转动镜筒，而不对另一个压电致动器的各分段产生摩擦。
压电致动器10和20每一个均可以是其中多个具有预定厚度的环形压电元件一个层叠在另一个上面形成一个压电致动器的叠层结构。在该压电致动器中，由于驱动电压与压电元件的各电极之间的厚度成正比，所以优选地采用该叠层结构，以便以低驱动电压驱动该压电致动器。
作为一种选择，压电致动器可以取一块板的形式，而不取叠层结构的形式。其优点在于，与叠层压电致动器相比，该单板型压电致动器比较容易制造，而且容易处理。然而，由于如果采用谐振频率，以约50至100V的驱动电压对该单板型压电致动器供电，为了对供电电压进行放大，需要附加变压器。因此，单板型压电致动器优选地需要环形压电变压器。压电变压器被设置在压电致动器之上，位于镜筒的外部，如图8所示。
如图12所示，作为电磁变压器，压电变压器通常包括输入端和输出端。尽管该电磁变压器根据输入端与输出端之间的匝数比调节升压比或降压比，但是压电变压器也可以根据诸如变压器的长度L、厚度H和极性取向P的配置变化调节升压比或降压比。根据压电变压器的原理，根据反压电效应，对输入端61施加电压产生振动(即，电信号被变换为机械形变)。根据正压电效应，产生的振动又输出端62产生机械应力，因此通过对输入单元进行升压或降压，输出端62可以获得要求的输出电压(即，将机械应力变换为电信号)。
再如图10所示，绝缘环15安装在第一压电致动器10与第二压电致动器20之间，而绝缘环25安装在第二压电致动器20与底座35之间。
第二实施例
在根据本发明的透镜驱动器件的第二实施例中，与上述第一实施例不同，对压电致动器设置镜筒。以下将结合图13上面第二实施例。
图13示出根据本发明第二实施例的透镜驱动器件。在图13中，旋转镜筒66可旋转地安装在固定镜筒67的内部，固定镜筒67固定在底座35上。与在第一实施例中相同，对旋转镜筒66设置凸轮形式的弯曲导槽，而对固定镜筒67设置用于进行前、后移动的直线导槽。
正如在第一实施例中那样，在凸起***导槽内从而允许透镜1和2前、后移动的情况下，将聚焦透镜1和变焦距透镜2安装在镜筒的内部。透镜1和2分别***透镜架3内。作为一种选择，通过成型直接从各透镜凸出的凸起，可以排除使用透镜架3。
在旋转镜筒66内设置一对压电致动器70和75。与第一实施例不同，压电致动器70和75重复进行向着镜筒膨胀和从膨胀位置复原的运动。成对设置压电致动器70和75以使旋转镜筒66双向旋转。各环形驱动部件72分别安装在压电致动器70和75的外表面部分上。与在第一实施例中相同，各环形驱动部件72分别包括多个向着镜筒凸出并取顺时针方向或逆时针方向的分段。即，与在第一实施例中相同，在该实施例中，第一驱动部件各分段的取向与第二驱动部件各分段的取向相反。
单向离合器轴承77分别安装在分段73与旋转镜筒66之间，其中分段73优选地接触单向离合器轴承以将转动传递到镜筒66。
根据与第一实施例中相同的技术，驱动上述构造的第二实施例以转动镜筒。即，响应外部致动信号或电压，每个致动器发生膨胀以使环形驱动部件向外运动。由于驱动部件向外运动，集成成型在驱动部件上的各分段推动轴承以使旋转镜筒顺时针方向或逆时针方向旋转。
因为第二实施例具有压电致动器，所以与第一实施例不同，将驱动部件和轴承设置在旋转镜筒内，其优点在于，可以减小驱动机构的尺寸，而且可以省略外部机构。该压电致动器是环形的，因此，可以使外部图像从该透镜通过环形压电致动器的内部空间传送到安装在底座35上的图像器件5。
第二实施例的压电致动器可以是叠层结构或单板结构。对于单板型压电致动器，可以优选地设置压电变压器。
第三实施例
与第一和第二实施例不同，本发明的第三实施例包括设置在镜筒的内部和外部的压电致动器。将结合图14上面本发明的第三实施例。
图14示出根据本发明第三实施例的透镜驱动器件。在图14中，旋转镜筒86可旋转地安装在固定镜筒87上，固定镜筒87固定在底座35上。与在第一实施例中相同，对旋转镜筒86设置凸轮形弯曲导槽，而对固定镜筒87设置用于进行前、后运动的直线导槽。
正如在第一实施例中那样，在凸起11***导槽内从而允许透镜1和2前、后移动的情况下，将聚焦透镜1和变焦距透镜2安装在镜筒的内部。透镜1和2分别***透镜架3内。作为一种选择，通过成型直接从各透镜凸出的凸起，可以排除使用透镜架3。
在旋转镜筒66的内部和外部分别设置一对压电致动器80和85。与第一和第二实施例不同，压电致动器80和85重复进行向着镜筒膨胀和收缩并从膨胀位置和收缩位置复原的运动。
即，在施加电压时，设置在旋转镜筒86外部的压电致动器85向着镜筒86收缩，因此驱动部件88的各分段89可以将转动传递到镜筒86。
此外，在施加电压时，设置在旋转镜筒86内部的压电致动器80向着镜筒86向外膨胀，以通过分段89′将转动传递到镜筒86。设置在旋转镜筒86内的固定镜筒87利用支柱91固定在其上，因此压电致动器80的各分段89′不接触旋转镜筒86，因此不影响固定镜筒87。支柱91成型在部分固定镜筒87上，因此它们不影响各分段的运动。图15具体示出各支柱91。即，与分段89′交替排序支柱91，同时支承固定镜筒87，以便对分段89′保留足够空间，以根据压电致动器的膨胀移动并接触旋转镜筒86。尽管为了说明问题，对这种结构进行了披露，但是为了使内部压电致动器80接触旋转镜筒，本发明的透镜驱动器件可以采用任何结构。
成对设置压电致动器80和85以使旋转镜筒86双向旋转。各环形驱动部件88分别安装在压电致动器80和85的内表面部分和外表面部分上。与在第一实施例中相同，各环形驱动部件72包括多个分别向着镜筒凸出并取顺时针方向或逆时针方向的分段89、89′。通过将图16b和16d或者将图16a和16c组合在一起可以确定分段的配置。
单向离合器轴承84分别安装在分段89和89′与旋转镜筒86之间，其中分段89和89′优选地接触单向离合器轴承84以将转动传递到镜筒66。
根据与第一和第二实施例中相同的技术，驱动上述构造的第三实施例以转动镜筒。即，响应外部致动信号或电压，每个致动器发生收缩或膨胀以使外部或内部环形驱动部件向内或向外运动。由于对驱动部件施加力，所以集成成型在驱动部件上的各分段推动轴承以使旋转镜筒以顺时针方向或逆时针方向旋转。
第三实施例具有压电致动器，与第一和第二实施例不同，驱动部件和轴承设置在旋转镜筒的内部和外部。因此，其优点在于，可以减小驱动机构的厚度，因此也可以减小其尺寸。该压电致动器是环形的，因此，可以使外部图像从该透镜通过环形压电致动器的内部空间传送到安装在底座35上的图像器件5。第三实施例的压电致动器可以是叠层结构或单板结构。对于单板型压电致动器，优选地设置压电变压器。
本发明的上述透镜驱动器件采用基于被称为智能器件的压电器件的直接驱动机构，从而简化了镜筒的旋转结构，减小了尺寸并获得了高功率传输效率。
本发明的透镜驱动器件还采用压电致动器，因此在提供AC电压时，可以有利地使用AC电压。即，为了移动透镜，图3和4所示的、使用压电致动器的传统透镜驱动器件必须产生具有单位波形或梯度完全不同波形的电压。然而，本发明的优点在于，可以利用典型AC电压驱动透镜，因为本发明的压电致动器机构在不迅速收缩和/或膨胀的情况下位移透镜。
此外，还可以将本发明的透镜驱动器件开发成用于摄影机、可携式摄像机、变焦距摄影机、观察摄影机以及微型航空飞行器(MAV)的超小型变焦距单元的各种形式的驱动器件。
此外，本发明的透镜驱动器件提供了一种可以不受其他部件的制约调节透镜的进给长度、而且通过精确控制透镜，可以对光学器件确保精确聚焦、精确放大控制以及实现高分辨力的新颖结构。
此外，本发明的透镜驱动器件排除了使用电磁马达，从而防止产生电磁波，并因此可以安装在诸如移动终端的移动器材上。
尽管在说明本发明的过程中，结合优选实施例对本发明进行了说明，但是，我们还明白，在本发明实质范围内，可以对其进行各种修改和变更，本发明范围并不局限于上述优选实施例，而由所附权利要求及其等效物确定本发明范围。
Claims (32)
1.一种透镜驱动器件，该透镜驱动器件包括：
镜筒单元，具有内部空间，用于在其内容纳透镜；以及导槽，用于通过转动镜筒单元使透镜前、后移动；
环形压电致动器单元，设置在镜筒单元的附近，用于响应外部输入信号，在径向收缩或膨胀；以及
驱动部件，安装在压电致动器单元上，而且具有多个向着镜筒单元凸出以接触该镜筒单元的顺时针方向或者逆时针方向分段。
2.根据权利要求1所述的透镜驱动器件，其中镜筒单元包括：固定镜筒，具有以向前和向后方向直线成型的导槽；以及旋转镜筒，具有凸轮曲线形式的导槽。
3.根据权利要求2所述的透镜驱动器件，其中压电致动器单元转动旋转镜筒。
4.根据权利要求3所述的透镜驱动器件，其中压电致动器单元包括用于顺时针方向转动旋转镜筒的第一压电致动器和用于逆时针方向转动旋转镜筒的第二压电致动器。
5.根据权利要求4所述的透镜驱动器件，该透镜驱动器件进一步包括安装在旋转镜筒上用于对旋转镜筒传递单向转动的单向离合器，其中通过所述分段接触单向离合器轴承。
6.根据权利要求5所述的透镜驱动器件，其中安装在第一压电致动器上的驱动部件的各分段取顺时针方向以接触单向离合器轴承，而安装在第二压电致动器上的驱动部件的各分段取逆时针方向以接触单向离合器轴承。
7.根据权利要求4所述的透镜驱动器件，其中安装在第一压电致动器上的驱动部件的各分段取顺时针方向以接触旋转镜筒，而安装在第二压电致动器上的驱动部件的各分段取逆时针方向以接触旋转镜筒。
8.根据权利要求6所述的透镜驱动器件，其中第一和第二压电致动器设置在旋转镜筒的外部。
9.根据权利要求6所述的透镜驱动器件，其中第一和第二压电致动器设置在旋转镜筒的内部。
10.根据权利要求6所述的透镜驱动器件，其中第一压电致动器设置在旋转镜筒的外部，而第二压电致动器设置在旋转镜筒的内部。
11.根据权利要求1所述的透镜驱动器件，其中压电致动器单元具有叠层结构。
12.根据权利要求1所述的透镜驱动器件，其中压电致动器单元具有单板结构。
13.根据权利要求12所述的透镜驱动器件，该透镜驱动器件进一步包括安装在镜筒单元附近、用于对单板结构的压电致动器单元施加放大电压的环形变压器。
14.根据权利要求1所述的透镜驱动器件，其中透镜具有固定到透镜的外表面部分上的凸起，该凸起***镜筒单元的导槽以将透镜可移动地设置在镜筒单元内。
15.一种透镜驱动器件，该透镜驱动器件包括：
固定镜筒，具有内部空间，用于在其内容纳透镜；以及直线导槽，以前、后方向成型，用于使透镜前、后移动；
旋转镜筒，环绕固定镜筒设置，而且具有凸轮形导槽；
一对环形压电致动器，环绕旋转镜筒的外表面部分设置，用于响应外部输入信号，在径向收缩和膨胀；
一对单向离合器轴承，安装在旋转镜筒的外表面部分，用于在一个方向传递转动；以及
一对环形驱动部件，分别安装在各压电致动器的内表面部分上，该对环形驱动部件中的一个部件具有顺时针方向分段，而该对环形驱动部件中的另一个部件具有向内凸出以接触单向离合器轴承的逆时针方向分段。
16.根据权利要求15所述的透镜驱动器件，其中压电致动器具有叠层结构。
17.根据权利要求15所述的透镜驱动器件，其中压电致动器具有单板结构。
18.根据权利要求17所述的透镜驱动器件，该透镜驱动器件进一步包括安装在旋转镜筒附近、用于对单板结构的压电致动器施加放大电压的环形变压器。
19.根据权利要求15所述的透镜驱动器件，其中透镜具有固定到透镜的外表面部分上的凸起，该凸起***固定镜筒的直线导槽和旋转镜筒的凸轮形导槽内以将透镜可移动地设置在镜筒内。
20.根据权利要求15所述的透镜驱动器件，该透镜驱动单元进一步包括透镜架，该透镜架具有从该透镜架的外表面部分凸出的凸起，其中该凸起***固定镜筒的直线导槽和旋转镜筒的凸轮形导槽内以将透镜可移动地设置在镜筒内。
21.一种透镜驱动器件，该透镜驱动器件包括：
固定镜筒，具有内部空间，用于在其内容纳透镜；以及直线导槽，以前、后方向成型，用于使透镜前、后移动；
旋转镜筒，环绕固定镜筒设置，而且具有凸轮形导槽；
一对环形压电致动器，设置在旋转镜筒的内部，用于响应外部输入信号，在径向膨胀和收缩；
一对单向离合器轴承，安装在旋转镜筒的内表面部分上，用于在一个方向传递转动；以及
一对环形驱动部件，分别安装在各压电致动器的外表面部分上，该对环形驱动部件中的一个部件具有顺时针方向分段，而该对环形驱动部件中的另一个部件具有向内凸出以接触单向离合器轴承的逆时针方向分段。
22.根据权利要求21所述的透镜驱动器件，其中压电致动器具有叠层结构。
23.根据权利要求21所述的透镜驱动器件，其中压电致动器具有单板结构。
24.根据权利要求23所述的透镜驱动器件，该透镜驱动器件进一步包括安装在旋转镜筒附近、用于对单板结构的压电致动器施加放大电压的环形变压器。
25.根据权利要求21所述的透镜驱动器件，其中透镜具有固定到透镜的外表面部分上的凸起，该凸起***固定镜筒的直线导槽和旋转镜筒的凸轮形导槽内以将透镜可移动地设置在镜筒内。
26.根据权利要求21所述的透镜驱动器件，该透镜驱动单元进一步包括透镜架，该透镜架具有从该透镜架的外表面部分凸出的凸起，其中该凸起***固定镜筒的直线导槽和旋转镜筒的凸轮形导槽内以将透镜可移动地设置在镜筒内。
27.一种透镜驱动器件，该透镜驱动器件包括：
固定镜筒，具有内部空间，用于在其内容纳透镜；以及直线导槽，以前、后方向成型，用于使透镜前、后移动；
旋转镜筒，环绕固定镜筒设置，而且具有凸轮形导槽；
第一环形压电致动器，设置在旋转镜筒的内部，用于响应外部输入信号，在径向膨胀并恢复初始位置；
第二环形压电致动器，环绕旋转镜筒的外表面部分设置，用于响应外部输入信号，在径向收缩并恢复初始位置；
一对单向离合器轴承，安装在旋转镜筒的外表面部分和内表面部分上，用于在一个方向传递转动；以及
一对环形驱动部件，分别安装在各压电致动器的外表面部分上，该对环形驱动部件中的一个部件具有顺时针方向分段，而该对环形驱动部件中的另一个部件具有向内凸出以接触单向离合器轴承的逆时针方向分段。
28.根据权利要求27所述的透镜驱动器件，其中第一和第二环形压电致动器具有叠层结构。
29.根据权利要求27所述的透镜驱动器件，其中第一和第二环形压电致动器具有单板结构。
30.根据权利要求29所述的透镜驱动器件，该透镜驱动器件进一步包括安装在旋转镜筒附近、用于对单板结构的压电致动器施加放大电压的环形变压器。
31.根据权利要求27所述的透镜驱动器件，其中透镜具有固定到透镜的外表面部分上的凸起，该凸起***固定镜筒的直线导槽和旋转镜筒的凸轮形导槽内以将透镜可移动地设置在镜筒内。
32.根据权利要求27所述的透镜驱动器件，该透镜驱动单元进一步包括透镜架，该透镜架具有从该透镜架的外表面部分凸出的凸起，其中该凸起***固定镜筒的直线导槽和旋转镜筒的凸轮形导槽内以将透镜可移动地设置在镜筒内。
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