[发明专利]微型压电马达－镜头片的集成驱动机构

说明书

技术领域

本发明属于精密驱动元件技术领域，特别涉及一种通过微型压电马达-镜头片的集成驱动机构。

背景技术

压电微型马达与传统的电磁马达相比，尤其是在小尺寸(毫米～厘米)范围中，压电微型马达及压电驱动器已经显示了许多独特的优点，诸如相对高的功率密度，大的驱动力，和相对高的效率。作为精密驱动元件，压电马达及驱动器正成为一些高技术产品诸如手机，医学成像系统和其它微型医用设备的关键元件。所有这些应用需要小尺寸(从1毫米到1厘米)的微型的驱动器，所需要的驱动力在微牛米(μNm)到毫牛米(mNm)，以及小的功率消耗(小于0.1W)。许多新的驱动技术，诸如音圈马达、压电驱动器、压电超声微马达等，已被发展并瞄准照相手机中的自动聚焦和变焦。在这些微驱动技术中，压电微马达在分辨率，驱动力，和功率消耗等方面已显示出更好的可行性，并且更容易做到微型化。

因为在几个厘米尺寸范围的压电超声马达已成功的应用于传统的照相机自动聚焦和变焦，目前许多研究者已经致力于发展微型压电超声马达作为精密微致动或微驱动元件和应用于微型照相模块，因为目前的照相手机发展极快，但缺少一个有效的微型精密驱动元件用于镜头的自动聚焦和变焦。主要原因是传统的电磁马达在几个毫米量级尺寸的制造已变得很困难，而且它的效率在几个毫米尺寸只剩下百分之几(＜8％)，因为它缺少足够强的磁场。而压电马达的效率即没有尺寸效应也不存在磁场问题。即使在毫米尺寸，压电马达也能维持低速、和相对大的力矩特性。压电马达的其它优点是：快的响应，功率切断后的摩擦锁定，较少的元件和低的成本。这些特征使压电马达具备在微型照相模块和照相手机中应用的必要条件。

两个成功的压电马达应用例子是Canon Kabushiki Kaisha公司发展的环形和棒状压电行波超声马达(US Patent 5307102，US Patent5,387,835)它们目前已普遍地应用于Canon职业照相机。但这两种马达的尺寸均在几个厘米范围，而且也不容易进一步微型化到几个毫米尺寸并应用于照相手机模块。

最近Henderson发明了一种棒状型操作在“呼啦圈”(wobbling)方式的直线压电马达(US Patent 6,940,209)，该马达有一个圆管状压电定子，并利用两对压电元件在其两个端部产生“呼啦圈”运动，然后通过螺纹机理驱动一个插入其内的螺杆产生直线运动。这个螺杆再通过一个附着的小球和一个弹性片实现对镜头的驱动。虽然这种马达可以做成小直径棒状结构，但沿镜头驱动方向有一个较长的长度。这对某些需要有超薄结构的镜头模块，显然是不利的。此外，这种马达还需要较多的机械和压电元件和高的驱动电压，这也是它的不足之处。

另外一种典型的镜头驱动器是一个压电振动棒系统，由Minolta Co.，Ltd，公司发明(US Patent 6,836,057)。该振动系统由一个多层压电致动器，一个细棒和套在细棒上的镜头构成。附在细棒上的压电致动器依靠快-慢交替的振动，使作用在镜头上的惯性力沿长棒某一方向更大，从而实现镜头的驱动。这种压电驱动系统的优点是相对比较简单的结构，和低的工作电压，缺点是该振动系统在沿镜头驱动方向，也需要一个较长的细棒，而且惯性力驱动方式的效率低，振动系统本身也对外界振动敏感。另外，这种长棒结构也不利于超薄镜头模块的应用。

另外一种典型的镜头驱动器是一个矩形压电L1-B2双振动模式系统，工作在第一阶纵振动模式(L1)和第二阶弯曲振动模式(B2)，由Seiko EpsonCorporation发明(US Patent 6,909,223)。这种振动系统含有一个矩形金属板和四个压电薄板并粘接在金属板上，用于激发L1和B2模式。这两种模式的合成在金属板的端部产生一个具有椭圆运动的驻波，并通过摩擦驱动与其接触的转子旋转，再通过一组薄齿轮减速和获得大的驱动力。这个压电驱动系统的优点是低的驱动电压，缺点是复杂的系统。另外，要使一个系统同时工作并保持在L1和B2两种工作模式也是有问题的，因为这两种工作模式的谐振频率可能会因外界因素导致不同步变化，从而进一步导致压电产生的合成椭圆运动紊乱，并使驱动失效。

因此，有必要发明一种新的压电驱动系统或压电马达与驱动器，和新的镜头(或镜片)驱动方法用于微型镜头的精密驱动，并实现镜头模块的超薄化。

发明内容

本发明的目的在于：针对压电马达在实际使用中存在的各种弊端，提供一种新的微型压电马达-镜头片的集成驱动机构。