[發明專利]微型壓電馬達－鏡頭片的集成驅動機構

有效

• 申請號: 200710022415.9
• 申請日: 2007-05-18
• 公開（公告）號: CN101056073A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 董蜀湘
• 申請（專利權）人: 董蜀湘
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;H01L41/09;G02B7/08;G02B7/10
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司
• 代理人: 孫忠浩

技術領域

本發明屬于精密驅動元件技術領域，特別涉及一種通過微型壓電馬達-鏡頭片的集成驅動機構。

背景技術

壓電微型馬達與傳統的電磁馬達相比，尤其是在小尺寸(毫米～厘米)范圍中，壓電微型馬達及壓電驅動器已經顯示了許多獨特的優點，諸如相對高的功率密度，大的驅動力，和相對高的效率。作為精密驅動元件，壓電馬達及驅動器正成為一些高技術產品諸如手機，醫學成像系統和其它微型醫用設備的關鍵元件。所有這些應用需要小尺寸(從1毫米到1厘米)的微型的驅動器，所需要的驅動力在微牛米(μNm)到毫牛米(mNm)，以及小的功率消耗(小于0.1W)。許多新的驅動技術，諸如音圈馬達、壓電驅動器、壓電超聲微馬達等，已被發展并瞄準照相手機中的自動聚焦和變焦。在這些微驅動技術中，壓電微馬達在分辨率，驅動力，和功率消耗等方面已顯示出更好的可行性，并且更容易做到微型化。

因為在幾個厘米尺寸范圍的壓電超聲馬達已成功的應用于傳統的照相機自動聚焦和變焦，目前許多研究者已經致力于發展微型壓電超聲馬達作為精密微致動或微驅動元件和應用于微型照相模塊，因為目前的照相手機發展極快，但缺少一個有效的微型精密驅動元件用于鏡頭的自動聚焦和變焦。主要原因是傳統的電磁馬達在幾個毫米量級尺寸的制造已變得很困難，而且它的效率在幾個毫米尺寸只剩下百分之幾(＜8％)，因為它缺少足夠強的磁場。而壓電馬達的效率即沒有尺寸效應也不存在磁場問題。即使在毫米尺寸，壓電馬達也能維持低速、和相對大的力矩特性。壓電馬達的其它優點是：快的響應，功率切斷后的摩擦鎖定，較少的元件和低的成本。這些特征使壓電馬達具備在微型照相模塊和照相手機中應用的必要條件。

兩個成功的壓電馬達應用例子是Canon?Kabushiki?Kaisha公司發展的環形和棒狀壓電行波超聲馬達(US?Patent?5307102，US?Patent5,387,835)它們目前已普遍地應用于Canon職業照相機。但這兩種馬達的尺寸均在幾個厘米范圍，而且也不容易進一步微型化到幾個毫米尺寸并應用于照相手機模塊。

最近Henderson發明了一種棒狀型操作在“呼啦圈”(wobbling)方式的直線壓電馬達(US?Patent?6,940,209)，該馬達有一個圓管狀壓電定子，并利用兩對壓電元件在其兩個端部產生“呼啦圈”運動，然后通過螺紋機理驅動一個插入其內的螺桿產生直線運動。這個螺桿再通過一個附著的小球和一個彈性片實現對鏡頭的驅動。雖然這種馬達可以做成小直徑棒狀結構，但沿鏡頭驅動方向有一個較長的長度。這對某些需要有超薄結構的鏡頭模塊，顯然是不利的。此外，這種馬達還需要較多的機械和壓電元件和高的驅動電壓，這也是它的不足之處。

另外一種典型的鏡頭驅動器是一個壓電振動棒系統，由Minolta?Co.，Ltd，公司發明(US?Patent?6,836,057)。該振動系統由一個多層壓電致動器，一個細棒和套在細棒上的鏡頭構成。附在細棒上的壓電致動器依靠快-慢交替的振動，使作用在鏡頭上的慣性力沿長棒某一方向更大，從而實現鏡頭的驅動。這種壓電驅動系統的優點是相對比較簡單的結構，和低的工作電壓，缺點是該振動系統在沿鏡頭驅動方向，也需要一個較長的細棒，而且慣性力驅動方式的效率低，振動系統本身也對外界振動敏感。另外，這種長棒結構也不利于超薄鏡頭模塊的應用。

另外一種典型的鏡頭驅動器是一個矩形壓電L1-B2雙振動模式系統，工作在第一階縱振動模式(L1)和第二階彎曲振動模式(B2)，由Seiko?EpsonCorporation發明(US?Patent?6,909,223)。這種振動系統含有一個矩形金屬板和四個壓電薄板并粘接在金屬板上，用于激發L1和B2模式。這兩種模式的合成在金屬板的端部產生一個具有橢圓運動的駐波，并通過摩擦驅動與其接觸的轉子旋轉，再通過一組薄齒輪減速和獲得大的驅動力。這個壓電驅動系統的優點是低的驅動電壓，缺點是復雜的系統。另外，要使一個系統同時工作并保持在L1和B2兩種工作模式也是有問題的，因為這兩種工作模式的諧振頻率可能會因外界因素導致不同步變化，從而進一步導致壓電產生的合成橢圓運動紊亂，并使驅動失效。

因此，有必要發明一種新的壓電驅動系統或壓電馬達與驅動器，和新的鏡頭(或鏡片)驅動方法用于微型鏡頭的精密驅動，并實現鏡頭模塊的超薄化。

發明內容

本發明的目的在于：針對壓電馬達在實際使用中存在的各種弊端，提供一種新的微型壓電馬達-鏡頭片的集成驅動機構。