CN102590979A - 焦距调节装置和光学成像装置 - Google Patents

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Abstract

一种焦距调节装置以及相应的光学成像装置，采用螺纹驱动的超声波马达与音圈马达相结合的方式，分别驱动不同的光学透镜组，超声波马达在转子内设置径向固定的镜筒来将转子的螺旋运动转换为单纯的直线运动，使得结合以后的焦距调节结构能很好的保持光轴的稳定性，且不同的驱动方式的结合有利于配合不同功能的透镜组，简化了整体结构，有利于降低成本。

Description

焦距调节装置和光学成像装置
技术领域
本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种焦距调节装置以及相应的光学成像装置。
背景技术
随着数码影像技术的推广和普及，光学成像装置被广泛应用到各种类型的设备上，例如种类繁多的便携及小型设备，小型化的光学成像装置具有广泛需求。
为使得成像装置在小型化的情况下具有精确调节焦距的能力，已经提出了采用螺纹驱动的超声波马达(USM，Ultra Sonic Motor)来进行焦距的调节(参见PCT国际申请WO2007118418)。其一种基本结构包括用作定子的外筒和用作转子的内筒，内筒中安装光学透镜组，外筒上附着有压电元件，这些压电元件能够在电信号的激励下振动外筒产生行波，从而通过外筒与内筒之间的螺纹配合驱动内筒产生旋转，以此产生内筒相对于外筒的直线位移。这种一体化的驱动方式不仅易于小型化而且能够获得很好的直线调节精度，但由于光学透镜组需要随同内筒进行旋转，导致光轴在安装中出现的偏差难以被修正，从而影响光轴与感光芯片的垂直，并且，若同时有多组独立调节的光学透镜组，也难以保证其光轴的一致性。
为解决上述问题，也有提出在转子内再增加一个筒(参见中国专利CN101425762)，该筒通过两端设置的滑动槽等方式被径向固定在定子上，并通过外表面的螺纹与转子内表面的螺纹配合，从而将转子的螺旋运动转化为单纯的直线运动，光学透镜组安装在转子内的这个筒中(因此可将这个筒称为镜筒)，避免了光轴的旋转。但是由于光学成像装置通常需要多组能够独立调节的光学透镜组，例如用于变焦的透镜组、用于对焦的透镜组等，多组上述结构的USM的使用使得结构较为复杂，也会导致成本的上升。
发明内容
本发明提供一种既能保证焦距调整中光轴的稳定性，又能降低制造难度的焦距调节装置以及相应的光学成像装置。
一种焦距调节装置，包括：第一个筒，内表面设置有螺纹；第二个筒，位于第一个筒内，外表面和内表面设置有螺纹，外表面和内表面的螺纹的螺距不同和/或螺旋方向不同，外表面的螺纹用于与第一个筒内表面的螺纹配合；第一组压电元件，附着在第一个筒的外表面，用于在电信号的激励下振动第一个筒产生行波，以驱动第二个筒产生相对于第一个筒的旋转；第三个筒，位于第二个筒内，外表面设置有螺纹，用于与第二个筒内表面的螺纹配合，第三个筒的中空部分用于设置第一组光学透镜，第三个筒在径向上相对于第一个筒固定，以使得第三个筒在第二个筒旋转时沿第二个筒的旋转轴作直线运动；以及音圈马达，所述音圈马达包括固定部分和移动部分，所述固定部分和移动部分中的一个包含磁体，另一个包含导体，所述导体用于在电信号的激励下驱动所述移动部分相对于所述固定部分作直线运动，所述固定部分相对于第一个筒固定，以使得所述移动部分的运动路径与第二个筒的旋转轴平行，所述移动部分用于固定第二组光学透镜。
以及一种光学成像装置，采用上述焦距调节装置并配以光学透镜组和感光芯片。
本发明实施例采用螺纹驱动的USM与音圈马达相结合的方式，分别驱动不同的光学透镜组，USM在转子内设置径向固定的第三个筒来将转子的螺旋运动转换为单纯的直线运动，使得结合以后的焦距调节结构能很好的保持光轴的稳定性，且不同的驱动方式的结合有利于配合不同功能的透镜组，简化了整体结构，有利于降低成本。
以下结合附图，对本发明的焦距调节装置以及光学成像装置的具体示例进行详细说明。
附图说明
图1是实施例一的纵剖结构示意图；
图2是实施例一中变焦结构的***图；
图3是实施例二的纵剖结构示意图；
图4是实施例三的纵剖结构示意图。
具体实施方式
实施例一、本发明焦距调节装置以及相应的光学成像装置的一个示例的结构可参考图1。本示例中焦距调节装置的基本结构包括两组独立控制的调焦结构，即结构20和结构60，结构20采用USM驱动，包括第一个筒22、第二个筒23、第一组压电元件21、第三个筒24，结构60采用音圈马达(VCM，VoiceCoil Motor)驱动。
第一个筒22内表面设置有螺纹。第二个筒23位于第一个筒22内，外表面和内表面设置有螺纹，外表面和内表面的螺纹的螺距不同和/或螺旋方向不同，外表面的螺纹用于与第一个筒22内表面的螺纹配合。第一组压电元件21，附着在第一个筒22的外表面，用于在电信号的激励下振动第一个筒22产生行波，以驱动第二个筒23产生相对于第一个筒22的旋转。
第一个筒22、第二个筒23、第一组压电元件21组成一个螺纹驱动的USM，其***图可参考图2，第一个筒22可称为定子，第二个筒23可称为转子。第一组压电元件21可以是如图2所示的一组压电片(例如压电陶瓷制成的一组薄片)，围合成正多边形，采用粘贴或焊接等方式附着在定子的外表面，当然，压电元件也可以是其他形状和结构，只要能振动定子产生沿圆周方向的行波即可。定子和转子相互配合的螺纹表面可以经过耐磨处理或涂覆有耐磨材料，当然，本发明中其他涉及螺纹配合的地方也可以采用相似的处理方式，不再赘述。关于螺纹驱动的USM的具体介绍，可参考PCT国际申请WO2007118418。
第三个筒24位于第二个筒23内，外表面设置有螺纹，用于与第二个筒23内表面的螺纹配合，第三个筒24在径向上相对于第一个筒22固定，以使得第三个筒24在第二个筒23旋转时沿第二个筒23的旋转轴作直线运动。第三个筒24的中空部分用于设置第一组光学透镜25，因此也可以称为镜筒。
VCM包括固定部分和移动部分，固定部分和移动部分中的一个包含磁体，另一个包含导体，导体用于在电信号的激励下驱动移动部分相对于固定部分作直线运动，以使得移动部分的运动路径与第二个筒23的旋转轴平行，VCM的移动部分用于固定第二组光学透镜61。
基于上述焦距调节装置的基本结构，配以第一组光学透镜25、第二组光学透镜61以及感光芯片15即为本发明的光学成像装置的一种基本结构。其中，第一组光学透镜25设置在第三个筒24内，其光轴与USM的转子的旋转轴平行。第二组光学透镜61固定在VCM的移动部分上，第二组光学透镜61的光轴与第一组光学透镜25的光轴相同。感光芯片15设置在第二组光学透镜61后的光路上，感光面垂直于第一组光学透镜25的光轴。由于USM具有体积小、行程大等特点，因此第一组光学透镜25可用于变焦，由于VCM工艺成熟，其行程特点也能够满足对焦应用的要求，因此第二组光学透镜61可用于对焦。
进一步的，可采用如下结构来实现镜筒在径向上相对于USM的定子的固定，具体包括至少一个杆10，杆10在径向上相对于第一个筒22固定。第三个筒24的筒壁内部设置有至少一个与第二个筒23的旋转轴平行的通孔，杆10贯穿设置在第三个筒24的通孔中，以使得第三个筒24在第二个筒23旋转时沿杆10作直线运动。当然，镜筒也可以采用其他方式进行径向固定，例如通过设置在镜筒两端的限位结构进行固定。上述优选结构由于通过贯穿设置在镜筒的筒壁中的杆来达到镜筒的径向固定，不仅定位结构简单，且与镜筒彼此独立，既保证了安装在镜筒内的光学透镜组的光轴的稳定性，也使得部件的制造和装配更加容易，能更好的达到对精度的要求。
由于杆10的作用是令镜筒无法转动，因此至少有一个即可达到该目的，若考虑更优的受力平衡以及结构的稳定性和精确性，可以相对于转子的旋转轴对称设置2个(如图1和2所示)或均匀分布多个杆，当然，需要在镜筒筒壁相应的位置上设置同样数目的通孔。
进一步的，可采用如下结构来实现杆10在径向上相对于USM的定子的固定，具体包括开有透光孔的第一个基座11和第二个基座12，第一个基座11和第二个基座12上设置有限位孔，第一个筒22固定在第一个基座11上，杆10的两端分别***或穿过第一个基座11和第二个基座12的限位孔。相应的，VCM的固定部分相对于第一个筒22的固定可采用如下结构，将VCM的固定部分固定在第三个基座14上，第三个基座14与第二个基座12固定连接，感光芯片15可容置在第三个基座14中。由于采用第一个基座11作为杆10和第一个筒22固定的基础，使得在部件的制造中更容易保证设计的精度，且装配更简单可靠。当然，杆10也可以采用其他方式和结构相对于第一个筒22进行径向固定，例如将杆10的端部弯折，***或焊接在第一个筒22的筒壁上。
更进一步的，为更好的保证装配的精度，还可以再设置第七个筒13，第一个筒22位于第七个筒13中，第七个筒13的一端与第一个基座11固定连接，另一端与第二个基座12固定连接。第七个筒13与两个基座的固定连接优选采用如下结构，分别在第七个筒13的端部与相应的基座上设置相适配的定位孔与定位突起，将定位突起卡入相应的定位孔中，这样可进一步增加装配时的精确度。
实施例二、本发明焦距调节装置以及相应的光学成像装置的另一个示例的结构可参考图3。与实施例一相比，本示例中的焦距调节装置在结构20和结构60之间增加了一组独立控制的调焦结构，即结构40，以适应更广泛的应用需求。
本示例中增加的结构40与实施例一中的结构20类似，均采用USM驱动，具体包括第四个筒42、第五个筒43、第二组压电元件41、第六个筒44。
与实施例一中对结构20的描述类似，第四个筒42、第五个筒43、第二组压电元件41组成一个螺纹驱动的USM，第四个筒42为USM的定子，第五个筒43为USM的转子，第六个筒44是中空部分用于设置光学透镜组45的镜筒。第四个筒42相对于第一个筒22固定，第五个筒43的旋转轴与第二个筒23的旋转轴相同。第四个筒42、第五个筒43、第二组压电元件41、第六个筒44之间的结构关系可参考实施例一中对第一个筒22、第二个筒23、第一组压电元件21、第三个筒24之间的结构关系的描述。需要注意的是，结构20和结构40虽然部件之间的结构关系相同，但部件尺寸以及部件之间配合所使用的螺纹曲线可以不同，以满足不同的控制精度、调整速度、行程长度等要求。
基于上述焦距调节装置，配以用于变焦的第一组光学透镜25(由结构20进行USM驱动)、用于对焦的第二组光学透镜61(由结构60进行VCM驱动)、用于变焦补偿的第三组光学透镜45(由结构40进行USM驱动)以及感光芯片15即为本发明的光学成像装置的一种示例结构。三组光学透镜的光轴相同，与USM的转子的旋转轴平行。
进一步的，在两组采用USM驱动的结构中，与实施例一类似，可采用杆10来实现镜筒在径向上相对于USM的定子的固定，结构20和结构40可共用杆10。本示例中，杆10为两个，相对于USM的转子的旋转轴对称设置。
进一步的，可采用如下结构来实现杆10在径向上相对于USM的定子的固定，具体包括开有透光孔的第一个基座11和第二个基座12，第一个基座11和第二个基座12上设置有限位孔，第一个筒22固定在第一个基座11上，第四个筒32固定在第二个基座12上，杆10的两端分别***或穿过第一个基座11和第二个基座12的限位孔。
更进一步的，为更好的保证装配的精度，还可以再设置第七个筒13，结构20和结构40均位于第七个筒13中。第七个筒13的一端与第一个基座11固定连接，另一端与第二个基座12固定连接，上述结构能更好的保证杆10与USM转子的旋转轴的平行以及两组光学透镜光轴的一致。
实施例三、本发明焦距调节装置以及相应的光学成像装置的另一个示例的结构可参考图4。与实施例一相比，本示例增加了光路调整元件，设置在第一组光学透镜25前的光路上，用于弯折入射光线的光路。例如，增加一个潜望镜结构44，使入射光弯折90度后进入后续的调焦结构，从而可以在应用于手机等设备时将整个成像装置横躺放置，使整个成像装置的高度减小，以满足手机等设备对厚度的要求。
以上对本发明实施例所提供的焦距调节装置以及相应的光学成像装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种焦距调节装置，包括：
第一个筒，内表面设置有螺纹，
第二个筒，位于第一个筒内，外表面和内表面设置有螺纹，外表面和内表面的螺纹的螺距不同和/或螺旋方向不同，外表面的螺纹用于与第一个筒内表面的螺纹配合，
第一组压电元件，附着在第一个筒的外表面，用于在电信号的激励下振动第一个筒产生行波，以驱动第二个筒产生相对于第一个筒的旋转，
第三个筒，位于第二个筒内，外表面设置有螺纹，用于与第二个筒内表面的螺纹配合，第三个筒的中空部分用于设置第一组光学透镜，第三个筒在径向上相对于第一个筒固定，以使得第三个筒在第二个筒旋转时沿第二个筒的旋转轴作直线运动，
其特征在于：
还包括音圈马达，所述音圈马达包括固定部分和移动部分，所述固定部分和移动部分中的一个包含磁体，另一个包含导体，所述导体用于在电信号的激励下驱动所述移动部分相对于所述固定部分作直线运动，所述固定部分相对于第一个筒固定，以使得所述移动部分的运动路径与第二个筒的旋转轴平行，所述移动部分用于固定第二组光学透镜。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
还包括至少一个杆，所述杆在径向上相对于第一个筒固定，
所述第三个筒在径向上相对于第一个筒固定具体包括：第三个筒的筒壁内部设置有至少一个与第二个筒的旋转轴平行的通孔，所述杆贯穿设置在所述通孔中，以使得第三个筒在第二个筒旋转时沿所述杆作直线运动。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
第四个筒，相对于第一个筒固定，内表面设置有螺纹，
第五个筒，位于第四个筒内，外表面和内表面设置有螺纹，外表面和内表面的螺纹的螺距不同和/或螺旋方向不同，外表面的螺纹用于与第四个筒内表面的螺纹配合，
第二组压电元件，附着在第四个筒的外表面，用于在电信号的激励下振动第四个筒产生行波，以驱动第五个筒产生相对于第四个筒的旋转，第五个筒的旋转轴与第二个筒的旋转轴相同，
第六个筒，位于第五个筒内，外表面设置有螺纹，用于与第五个筒内表面的螺纹配合，第六个筒的中空部分用于设置第三组光学透镜，第六个筒在径向上相对于第四个筒固定，以使得第六个筒在第五个筒旋转时沿第五个筒的旋转轴作直线运动。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：
还包括至少一个杆，所述杆在径向上相对于第一个筒固定，
所述第三个筒在径向上相对于第一个筒固定具体包括：第三个筒的筒壁内部设置有至少一个与第二个筒的旋转轴平行的通孔，所述杆贯穿设置在第三个筒的通孔中，以使得第三个筒在第二个筒旋转时沿所述杆作直线运动，
所述第六个筒在径向上相对于第四个筒固定具体包括：第六个筒的筒壁内部设置有至少一个与第二个筒的旋转轴平行的通孔，所述杆贯穿设置在第六个筒的通孔中，以使得第六个筒在第五个筒旋转时沿所述杆作直线运动。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：还包括第一个基座、第二个基座和第七个筒，
第一个基座和第二个基座上分别设置有限位孔，
第七个筒的一端与第一个基座固定连接，另一端与第二个基座固定连接，
第一个筒和第四个筒位于第七个筒中，第一个筒固定在第一个基座上，
所述第四个筒相对于第一个筒固定，具体包括：第四个筒固定在第二个基座上，
所述杆在径向上相对于第一个筒固定，具体包括：所述杆的两端分别***或穿过第一个基座和第二个基座的限位孔。
6.根据权利要求2或4所述的装置，其特征在于：所述杆为两个，相对于第二个筒的旋转轴对称设置。
7.一种光学成像装置，包括：
第一个筒，内表面设置有螺纹，
第二个筒，位于第一个筒内，外表面和内表面设置有螺纹，外表面和内表面的螺纹的螺距不同和/或螺旋方向不同，外表面的螺纹用于与第一个筒内表面的螺纹配合，
第一组压电元件，附着在第一个筒的外表面，用于在电信号的激励下振动第一个筒产生行波，以驱动第二个筒产生相对于第一个筒的旋转，
第三个筒，位于第二个筒内，外表面设置有螺纹，用于与第二个筒内表面的螺纹配合，第三个筒在径向上相对于第一个筒固定，以使得第三个筒在第二个筒旋转时沿第二个筒的旋转轴作直线运动，
第一组光学透镜，设置在第三个筒内，第一组光学透镜的光轴与第二个筒的旋转轴平行，
感光芯片，感光面垂直于所述光轴，
其特征在于：还包括音圈马达和第二组光学透镜，
所述音圈马达设置在第一组光学透镜后的光路上，包括固定部分和移动部分，所述固定部分和移动部分中的一个包含磁体，另一个包含导体，所述导体用于在电信号的激励下驱动所述移动部分相对于所述固定部分作直线运动，所述固定部分相对于第一个筒固定，以使得所述移动部分的运动路径与第二个筒的旋转轴平行，
第二组光学透镜固定在所述音圈马达的移动部分上，第二组光学透镜的光轴与第一组光学透镜的光轴相同，第一组光学透镜用于变焦，第二组光学透镜用于对焦，
所述感光芯片设置在第二组光学透镜后的光路上。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：
还包括至少一个杆，所述杆在径向上相对于第一个筒固定，
所述第三个筒在径向上相对于第一个筒固定具体包括：第三个筒的筒壁内部设置有至少一个与第二个筒的旋转轴平行的通孔，所述杆贯穿设置在所述通孔中，以使得第三个筒在第二个筒旋转时沿所述杆作直线运动。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：
第四个筒，设置在第一组光学透镜后的光路上，相对于第一个筒固定，内表面设置有螺纹，
第五个筒，位于第四个筒内，外表面和内表面设置有螺纹，外表面和内表面的螺纹的螺距不同和/或螺旋方向不同，外表面的螺纹用于与第四个筒内表面的螺纹配合，
第二组压电元件，附着在第四个筒的外表面，用于在电信号的激励下振动第四个筒产生行波，以驱动第五个筒产生相对于第四个筒的旋转，第五个筒的旋转轴与第二个筒的旋转轴相同，
第六个筒，位于第五个筒内，外表面设置有螺纹，用于与第五个筒内表面的螺纹配合，第六个筒在径向上相对于第四个筒固定，以使得第六个筒在第五个筒旋转时沿第五个筒的旋转轴作直线运动，
第三组光学透镜，设置在第六个筒内，第三组光学透镜的光轴与第一组光学透镜的光轴相同，第三组光学透镜用于变焦补偿。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：
还包括至少一个杆，所述杆在径向上相对于第一个筒固定，
所述第三个筒在径向上相对于第一个筒固定具体包括：第三个筒的筒壁内部设置有至少一个与第二个筒的旋转轴平行的通孔，所述杆贯穿设置在第三个筒的通孔中，以使得第三个筒在第二个筒旋转时沿所述杆作直线运动，
所述第六个筒在径向上相对于第四个筒固定具体包括：第六个筒的筒壁内部设置有至少一个与第二个筒的旋转轴平行的通孔，所述杆贯穿设置在第六个筒的通孔中，以使得第六个筒在第五个筒旋转时沿所述杆作直线运动。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：还包括第一个基座、第二个基座和第七个筒，
第一个基座和第二个基座上分别设置有限位孔，
第七个筒的一端与第一个基座固定连接，另一端与第二个基座固定连接，
第一个筒和第四个筒位于第七个筒中，第一个筒固定在第一个基座上，
所述第四个筒相对于第一个筒固定，具体包括：第四个筒固定在第二个基座上，
所述杆在径向上相对于第一个筒固定，具体包括：所述杆的两端分别***或穿过第一个基座和第二个基座的限位孔。
12.根据权利要求7至11任意一项所述的装置，其特征在于：还包括光路调整元件，设置在第一组光学透镜前的光路上，用于弯折入射光线的光路。
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