[发明专利]半共振驱动系统及其方法

说明书

技术领域

该申请要求2008年8月18日提交的美国专利申请序列No.12/228,943的权益，其全文通过引用的方式并入本文中。

本发明通常涉及驱动系统及其方法，更特别地涉及半共振驱动系统及其方法。

背景技术

使用压电技术的换能器用于以纳米规格精确定位。典型地，压电装置包括形成到电容器中的陶瓷，所述电容器在充电和放电时改变形状。由于它们的形状改变性能(即，振动)，这些压电装置可用作位置致动器。当这种压电装置用作位置致动器时，形状改变大致成比例于施加的电压。

超声驱动器使用这些压电产生的振动来产生高速、高转矩、小尺寸、和安静的运行的连续运动。一种示例性现有技术超声驱动系统包括缸体，所述缸体支撑有螺纹的螺母。所述缸体包括四个对称定位的压电换能器，以同时激励在第一弯曲模式共振频率的缸体的正交弯曲模式处于加或减90度相移的超声范围内，以产生圆形轨道。有螺纹的螺母在第一弯曲模式共振频率绕有螺纹的杆成轨道，这产生旋转有螺纹的杆的转矩，从而使有螺纹的杆线性移动。

多种超声驱动器典型地以100mm/s至甚至1000mm/s的范围内的速度运行。然而，该速度对于图像传感器和光学照相系统的精确位置控制太快了。图像传感器和传感器的算法不能捕获具有足够质量的图像，因为运动是不稳定的，并且步进分辨率(step resolution)较差。

发明内容

依照本发明的实施方案的驱动系统包括结构和振动系统。结构具有至少一个点以摩擦地耦合并沿至少两个方向中的一个驱动可移动元件。结构还具有至少两种弯曲模式，其各自具有不同共振频率。振动系统施加在振动频率的两个或多个振动信号至结构的弯曲模式中的各种。振动频率基本上等于共振频率中的一种。在振动频率，结构的弯曲模式中的一种基本上以共振振动，并且结构的弯曲模式中的另一种以部分共振振动。振动系统调节两个或多个施加的振动信号之间的相移，以控制可移动元件沿至少两个方向中的哪个来移动。

依照本发明的其他实施方案的制造驱动系统的方法包括提供结构，所述结构具有至少一个点以摩擦地耦合并沿至少两个方向中的一个驱动可移动元件。所述结构具有至少两种弯曲模式，所述弯曲模式各自具有不同共振频率。使振动系统耦合所述结构的所述弯曲模式中的各种，所述振动系统施加在振动频率的两个或多个振动信号。所述振动频率基本上等于所述共振频率中的一种。在所述振动频率，所述结构的所述弯曲模式中的一种基本上以共振振动，并且所述结构的所述弯曲模式中的另一种以部分共振振动。所述振动系统调节所述两个或多个施加的振动信号之间的相移，以控制所述可移动元件沿所述至少两个方向中的哪个来移动。

依照本发明的其他实施方案的光学系统包括至少一个光学组件和至少一个驱动系统。驱动系统包括振动系统和结构，所述结构摩擦地耦合以沿一个或多个方向移动光学组件。所述结构具有至少两种弯曲模式，所述弯曲模式各自具有不同共振频率。所述振动系统施加在振动频率的两个或多个振动信号至所述结构的所述弯曲模式中的各种。振动频率基本上等于共振频率中的一种。在所述振动频率，所述结构的所述弯曲模式中的一种基本上以共振振动，并且所述结构的所述弯曲模式中的另一种以部分共振振动。所述振动系统调节所述两个或多个施加的振动信号之间的相移，以控制所述可移动元件沿所述至少两个方向中的哪个来移动。

本发明提供多个优点，包括提供更有效和高效的半共振驱动系统。半共振驱动系统可用于在多种不同应用中移动多种不同负荷，例如仅通过例子的方式在相机中的自动调焦系统和自动变焦系统。

附图说明

图1A是用于依照本发明的实施方案的半共振驱动系统的致动器系统的部分透视图和振动系统的部分示意图；

图1B是图1A中所示的致动器系统的端视图；

图2A是在图1B中沿2A-2A线的致动器系统的剖视俯视图；

图2B是在图1B中沿2B-2B线的致动器系统的剖视俯视图；

图2C是在图1B中沿2C-2C线的致动器系统的剖视俯视图；

图2D是在图1B中沿2D-2D线的致动器系统的剖视俯视图；

图3是由振动系统施加至图1A中示出的致动器系统的信号的例子的图；

图4A-4C是运行中图1A中示出的半共振驱动系统的致动器系统的前视图；

图5A-5C是运行中图1A中示出的半共振驱动系统的致动器系统的俯视图；

图6是示出图1A中示出的致动器系统的示例性椭圆轨道的图；

图7A是使用图1A中示出的半共振驱动系统的线性运动系统的侧视图；