一种压电定子式透镜驱动装置的制作方法

1.本发明涉及相机透镜驱动装置，具体涉及一种采用定子驱动的压电定子式透镜驱动装置。


背景技术：

2.目前市面上相机使用较多的透镜驱动装置为音圈马达，音圈马达 (voice coil actuator/ voice coil motor)，是一种将电能转化为机械能的装置，并实现直线型及有限摆角的运动。利用来自永久磁钢的磁场与通电线圈导体产生的磁场中磁极间的相互作用产生有规律的运动的装置，无论是在工业领域，还是在医用内领域，呼吸机以及摄像头调焦等方面都有广泛的应用。
3.随着照相画质的提高，相机里面的透镜从8m到108m重量会从0.08克到1克，甚至更重，使用音圈电机以磁推力来说会有渐渐推不动的状况，而且音圈电机更适用于微小行程的运动，对于长行程的驱动装置还没有公开的技术方案。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种反应速度快、驱动稳定性高与长行程的压电定子式透镜驱动装置。
5.一种压电定子式透镜驱动装置，包括底座、镜架和盖设在所述底座上的外盖，所述外盖和底座之间形成容置空间，所述容置空间内设有镜架，所述底座上设有固定组件，所述固定组件上设有预压弹簧片、滚珠片组件和定子组件，所述滚珠片组件的数量为两组，由第一滚珠片组件和第二滚珠片组件构成，每组滚珠片组件均包含两个滚珠片，所述定子组件包括定子、增高垫和压电片，所述定子一侧设有增高垫，所述增高垫与固定组件连接，所述定子由弹性金属材质制成，所述定子前后两侧各设有一片压电片，在给予交流电与特定频率点到前后两片压电片时，在压电效应下，压电片与定子产生共振产生第一模态，处于第一模态下的定子与镜架接触后，会推动镜架沿垂直方向移动。上述方案中，所述定子的两片压电片黏合在定子之上下或者前后两侧，所述定子为弹性金属材质在一定条件下能够进行形变，该装置的驱动方式为给予交流电与特定频率点到上下两片压电片，此时因压电效应下，压电片与定子产生共振并产生特殊模态，此称为第一模态，其中预压弹簧片与滚珠片可使定子与镜架之间保持一定的接触关系，所述预压弹簧片与第一滚珠片组件连接用于调节镜架在底座上一个方向的移动，第二滚珠片用于固定镜架在底座上另一个方向的移动，两个方向相互垂直。驱动方式和第一模态相同的情况下，在第二模态给予交流电与频率点下，定子会让镜架产生与第一模态相反的移动方向。
6.进一步地，所述定子包括弹性体，所述弹性体的一侧设有主梁，另一侧设有固定件，所述主梁的一端设有副梁，所述副梁的端部为触角。在上述方案中，由两片压电片产生的压电效应，与弹性体产生共振，透过p波与s波先后的变化，经主梁再传递到副梁此时会造成触角产生模态变化，施加上升电压使压电片升长，弹性体的触角产生的外力会大于镜架
的最大静摩擦力，镜架和弹性体的触角之间处于接触状态，当施加电压快速下降会使弹性体的触角快速收缩，产生的外力会大于最大静摩擦力，使得镜架和定子之间出现滑动现象，之后定子恢复初始状态，重复上述步骤可以实现长行程运动。
7.进一步地，所述定子的副梁与主梁呈90度夹角设置或锐角设置。在上述方案中，所述副梁与主梁的夹角呈90度或者锐角所占的空间不同，空间较大时选用的副梁与主梁呈90度夹角设置的定子，空间较小时选用副梁与主梁呈锐角设置的定子。
8.进一步地，所述固定件由上固定座和下固定座构成，所述上固定座位于弹性体的上侧部，所述下固定座位于弹性体的下侧部；或者所述固定件位于弹性体的下侧部。在上述方案中，所述固定件分布方式不同适用于不同的透镜驱动装置结构，当压电定子驱动作用后，镜架垂直方向位移，反应速度快且驱动稳定性高，还能实现长行程驱动。
9.进一步地，所述弹性体的固定件上设有增高垫，所述增高垫与一侧的压电片固定在定子的同一个平面，所述增高垫是一个中间有圆形通孔的方块。在上述方案中，增高垫与定子的上固定座和下固定座结构相同，由于弹性体上黏合了两片有一定厚度的压电片，通过增高垫增加避空位才能将定子固定在定子固定座上，并方便压电片牵引讯号线到定子讯号线接线盘。
10.进一步地，所述固定组件包括弹簧片固定座、滚珠片固定座、定子讯号线接线盘和定子固定座，所述底座上表面一侧中间设有弹簧片固定座，所述底座上表面与弹簧片固定座相对的一侧设有定子讯号线接线盘，所述定子讯号线接线盘的左右各设有一个定子固定座，所述底座上表面与定子固定座相邻的两侧中间各设有一个滚珠片固定座。上述方案中，所述弹簧片固定座用于固定预压弹簧片，滚珠片固定座用于固定滚珠片，所述定子固定座用于固定定子组件，所述固定组件使得定子运动接触镜架时，镜架在底座x与y方向移动时较稳定。
11.进一步地，所述弹簧片定座的内侧设有预压弹簧片组件，所述预压弹簧片组件上设有第一滚珠片组件，所述预压弹簧片组件由两片预压弹簧片构成，两片预压弹簧片分别分布在弹簧片定座的内侧面两侧部，每个预压弹簧片内侧设有一片滚珠片。上述方案中，所述弹簧片定座、预压弹簧片和滚珠片为预压组件，所述预压组件安装在底座y方向上与镜架的一侧接触，当定子的触角未与镜架接触时，可以调整预压组件的位置使得镜架在y方向上移动与定子保持接触。
12.进一步地，所述第二滚珠片组件的两片滚珠片分别设于所述底座上的两个滚珠片固定座上，所述滚珠片上分布有若干个滚珠孔，所述滚珠孔内安装有贯通滚珠片的滚珠本体。在上述方案中，滚珠片固定座与两个滚珠片组成一个滑轨固定在底座的x方向，所述滚珠片与镜架接触将镜架在x方向固定不动，镜架可以在z方向即竖直方向进行移动，当镜架遇外力驱动时，镜架与滚珠为点接触，实现镜架的移动。
13.进一步地，所述底座上表面的中间设有镜架，所述镜架的一侧设有霍尔组件，所述镜架与滚珠片和定子相接触。上述方案中，所述定子驱动镜架通过与滚珠片点接触后，垂直方向进行位移，当镜架要往上或者往下移动时，一侧的压电定子驱动讯号为第一模态，另一侧的定子为第二模态，同时对压电定子驱动时，会使得镜架往上或者往下运动，或者只驱动一侧的定子41，镜架5就会以更微小的间距进行往下的运动。
14.进一步地，所述外盖安装在镜架的上方，外盖底部与底座的上表面相连接，所述外
盖、镜架和底座中间贯通。上述方案中，外盖用于保护底座上固定的固定组件、预压弹簧片、滚珠片和定子。
15.本发明的压电定子式透镜驱动装置，至少具有如下有益效果：
16.第一、反应速度快且驱动稳定性高，通过两片压电片产生压电效应，与定子的弹性体产生共振，使得定子产生模态变化驱动镜架垂直方向进行位移，固定组件与压电模块确保驱动镜架时的稳定。
17.第二、能够实现长行程驱动，施加上升交流电压与频率会使压电片升长与变形，定子弹性体的触角产生的外力会大于镜架的最大静摩擦力，镜架和弹性体的触角之间处于接触状态，当施加交流电压与频率快速下降时会使定子的触角快速收缩，产生的外力会大于最大静摩擦力，导致镜架和定子之间出现滑动现象，之后定子恢复初始状态，重复上述步骤可以实现长行程运动。
18.第三、适用范围广，可以根据不同的透镜设计不同的定子，空间较大可以选用主梁与副梁呈90度的定子，空间较窄可以选用主梁与副梁呈锐角的定子。
附图说明
19.图1为本发明实施例中的压电透镜驱动装置的爆炸示意图；
20.图2为实施例1中的定子结构示意图；
21.图3为本发明实施例中的底座及固定组件分布示意图；
22.图4（a）、4（b）、4（c）为实施例1、实施例2和实施例3中定子结构示意图；
23.图5为实施例1中定子第一模态运动示意图；
24.图6为实施例1中定子第二模态运动示意图；
25.图7为实施例2中定子第一模态运动示意图；
26.图8为实施例2中定子第二模态运动示意图；
27.图9为实施例3中定子第一模态运动示意图；
28.图10为实施例3中定子第二模态运动示意图；
29.图11为实施例中镜架位置示意图；
30.图12为不同视图下的定子示意图。
具体实施方式
31.下面将结合具体实施例及附图对本发明压电定子式透镜驱动装置作进一步详细描述。
32.实施例1
33.参照图1和图2，一较佳实施例中，本发明的压电定子式透镜驱动装置包括底座1、固定组件、电路板10、镜架5、定子组件4、滚珠片组件和盖设在底座1上的外盖6，所述外盖6和底座1之间形成容置空间，所述容置空间内设有镜架5，所述底座1上设有固定组件，所述固定组件上设有预压弹簧片2、滚珠片组件3和定子组件4，所述滚珠片组件有两组滚珠片3，所述滚珠片3每组有两个，所述定子组件4包括弹性体410、增高垫42和压电片43，所述弹性体410前后两侧各设有一个压电片43，给予交流电与特定频率点到前后两片压电片43，引起压电效应产生共振使得弹性体410产生特殊模态推动镜架5垂直方向位移。所述定子41的两
片压电片43黏合在弹性体410之上下或者左右两侧，每一压电片43具有一连设于该弹性体410上的作动端，及一连设于前后固定座上与下连接端，该装置的驱动方式为给予交流电与特定频率点到上下两片压电片43，此时因压电效应产生共振并产生特殊模态，此称为第一模态，其中预压弹簧片2与滚珠片3可使定子41与镜架5之间保持一定的接触关系，所述预压弹簧片2与第一滚珠片组件31连接用于调节镜架5在底座1上一个方向的移动，第二滚珠片组件32用于固定镜架5在底座1上另一个方向的移动，两个方向相互垂直。驱动方式和第一模态相同的情况下，在第二模态特定电压频率下，定子41会让镜架5产生与第一模态相反的移动方向。
34.参照图1、图2和图5，本实施例中，所述弹性体410包括副梁411、主梁413、上固定座414和下固定座415，所述副梁411的端部为触角412，所述主梁413呈竖直方向一边与副梁411相连接，另一边与固定座相连接。由两片压电片43产生的压电效应，与弹性体410产生共振，透过p波与s波先后的变化，经主梁413再传递到副梁411，此时会造成触角412产生模态变化，在一具体实施例中，上升电压时间为a，下降电压时间为b， sin波形为一个周期时间t，施加上升电压使压电片43升长，在时间范围a内弹性体410的触角412产生的外力会大于镜架5的最大静摩擦力，镜架5和弹性体410的触角412之间处于接触状态，当施加下降电压会使弹性体410的触角412快速收缩，在时间范围b和c内，弹性体410触角412产生的外力会大于最大静摩擦力，使得镜架5和定子41之间出现滑动现象，在时间范围d内定子41恢复初始状态，以上为压电定子41让镜架5走一步的原理，重复abcd步骤可以实现长行程运动。
35.参照图4（a）、图5和图6，本实施例中，所述定子41的副梁411与主梁413垂直，形成“7”字型，主梁413的两端设有上固定座414和下固定座415，所述上固定座414和下固定座415各安装一个增高垫42。所述定子41副梁411的触角412在不同的交流电和特定频率下会出现第一模态和第二模态，所述定子41组装其他部件后称为压电镜头模块，当压电定子41驱动作用后，镜架5垂直方向进行位移，在不同模态下镜架5的移动方向相反，在一个时间周期t内可以完成镜架5走一步，重复时间周期t可以实现长行程运动，压电镜头模块的反应速度快且驱动稳定性高。
36.参照图2和图3，本实施例中，所述弹性体410的上固定座414和下固定座415上设有增高垫42，所述增高垫42与一侧的压电片43固定在定子的同一个平面，所述增高垫42是一个中间有圆形通孔的方块。增高垫42与定子41的上固定座414和下固定座415结构相同，所述增高垫42中间开通孔用于连接定子固定座9与定子41的弹性体410，由于弹性体410上黏合了两片有一定厚度的压电片43，通过增高垫42增加高度才能将定子41固定在定子固定座9上。
37.参照图1、图3和图11，本实施例中，所述固定组件包括弹簧片固定座7、滚珠片固定座8、定子讯号线接线盘11和定子固定座9，所述底座1上表面一侧中间设有弹簧片固定座7，所述底座1上表面与弹簧片固定座7相对的一侧设有定子讯号线接线盘11，所述定子讯号线接线盘11的左右各设有一个定子固定座9，所述底座1上表面与定子固定座9相邻的两侧中间各设有一个滚珠片固定座8。所述弹簧片固定座7用于固定预压弹簧片2，滚珠片固定座8用于固定滚珠片3，所述定子固定座9用于固定定子组件4，所述固定组件使得定子41驱动接触镜架5时，镜架5在底座1x与y方向移动时较稳定。
38.参照图1、图3和图11，本实施例中，所述弹簧片固定座7的内侧设有预压弹簧片2组
件，所述预压弹簧片2组件上设有第一滚珠片组件31，所述预压弹簧片2组件由两片预压弹簧片2构成，两片预压弹簧片2分别分布在弹簧片固定座7的内侧面两侧部，每个预压弹簧片2内侧设有一片滚珠片3。所述弹簧片固定座7、预压弹簧片2和滚珠片3为预压组件，所述预压组件安装在底座1的y方向上与镜架5的一侧接触，当定子41的触角412未与镜架5接触时，可以调整预压组件的位置使得镜架5在y方向上移动与定子41保持接触。
39.参照图1、图3和图11，本实施例中，第二滚珠片组件32的两片滚珠片3分别设于所述底座1上的两个滚珠片固定座8上，所述滚珠片3上分布有若干个滚珠孔，所述滚珠孔内安装有贯通滚珠片3的滚珠本体。滚珠片固定座8与两个滚珠片3组成一个滑轨固定在底座11的x方向，所述滚珠片3与镜架5接触将镜架5在x方向上固定不动，镜架5可以在z方向即竖直方向进行移动，当镜架5遇外力驱动时，镜架5与滚珠片3为点接触，实现镜架5的移动。
40.参照图11和图12，本实施例中，所述底座1上表面的中间设有镜架5，所述镜架5的一侧设有霍尔组件，所述镜架5与滚珠片3和定子41相接触。所述定子41驱动镜架5通过滚珠片3垂直方向进行位移，当镜架5要往上移动时，右侧视图的压电定子驱动讯号为第二模态，左侧视图的定子41为第一模态，同时对压电定子驱动时，会使得镜架5往上；当镜架5要往下移动时，右侧视图的压电定子驱动讯号为第一模态，左侧视图的定子41为第二模态，同时对压电定子41驱动时，使得镜架5往下，或者只驱动一侧的定子41，镜架5就会以更微小的间距进行往下的运动。
41.参照图1，本实施例中，所述外盖6安装在镜架5的上方，外盖底部与底座的上表面相连接，所述外盖6、镜架5和底座1中间贯通。外盖6用于保护底座1上固定的固定组件、预压弹簧片2、滚珠片3和定子4。
42.本发明压电定子式透镜驱动装置工作原理及过程，给予交流电与特定频率点到上下两片压电片43，定子41的触角412此时因压电效应产生共振并产生特殊模态，这个称为第一模态，其中弹簧片固定座7、预压弹簧片2和滚珠片3为预压部分，使定子41与镜架5保持接触，可以调整镜架5在y方向的移动，滚珠片固定座8与两个滚珠片3组成一个滑轨，镜架5与滚珠接触可以上下进行滑动，固定镜架5的x方向，z方向可以进行垂直方向位移，首先施加上升电压使压电片43升长，这时定子41的触角412产生的外力会大于镜架5的最大摩擦力，推动镜架5上升，当施加电压快速下降会使定子41的触角412快速收缩，这时产生的外力会大于最大静摩擦力，使得镜架5和定子之间出现滑动现象，之后定子41恢复初始状态，重复上述步骤可以达到长行程的要求，驱动方式和第一模态相同，在第二模态特定频率下，定子41的触角412会让镜架5产生与第一模态相反的移动方向。
43.实施例2
44.参照图4（b）、图7和图8，本发明一非限制实施例，本实施例与实施例的结构和原理基本相同，不一样的地方在于，所述定子41的副梁411与主梁413的夹角为0-90
°
，主梁413的两端设有上固定座414和下固定座415，所述上固定座414和下固定座415各安装一个增高垫42，不仅能够实现驱动镜架5上下垂直位移，还因为定子41整体较窄，能够适用于镜架5较大的装置，或者可以缩小底座1的原本尺寸，由于定子41空间较小，可以增添其他装置。
45.实施例3
46.参照图4（c）、图9和图10，本发明一非限制实施例，本实施例与实施例1的结构和原理基本相同，不一样的地方在于，所述副梁411与主梁413的夹角为0-90
°
，主梁413的下端设
有一个下固定座415，所述下固定座415上设有两个增高垫42，不仅能够实现驱动镜架5上下垂直位移，还因为定子41整体较窄，能够适用于镜架5较大的装置，或者可以缩小底座1的原本尺寸，由于定子41空间较小，可以增添其他装置。
47.在本发明的描述中，需要理解的是，术语诸如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
48.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
49.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
50.虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。