專利名稱：數碼相機光學系統的壓電致動器的制作方法
技術領域：
本發明整體涉及一種用于移動電子相機透鏡元件的機構。
背景技術：
電子相機的元件要求低的功耗、重量輕和成本效率。這些設計準則受到需要提供自動聚焦、變焦矩光學系統、或者兩者的各種光學可調相機的挑戰。這些特性要求各光學元件的相對運動以便提供調節。所要求的運動一般是線性的但可以使用轉動馬達結合運動轉換機構，如絲杠。運動范圍常常是毫米級的。這個發明的目的是提供一種用于調節電子相機中光學元件位置的機構。
在多種應用中已經廣泛采用的一種部件是雙壓電晶片元件，這樣的元件是由多層壓電材料構成，其中每一層連接到獨立的激勵。在美國專利4,291,958號中，使用雙壓電晶片懸臂梁結合放大桿用于相機聚焦。但是，這樣的聚焦裝置所必需的行程造成該裝置穩定性很差。在電子相機的各種應用中，空間是關鍵的因素。因而需要簡單的驅動元件，它可以在狹窄的空間內操作并僅有有限的機械支撐。這個發明的目的是采用雙壓電晶片元件來調節數碼相機的光學系統中透鏡的位置。

發明內容
構造的小型數碼相機是用于運動的通訊裝置或其他緊湊的設備。這樣的相機光學系統可以包括有單個或多個透鏡部件組成的小型透鏡裝配體。該光學系統將從外部光源接受的圖像傳送給傳感器系列，該系列將光學信號轉換成數字信號進行處理。在多個透鏡的構造中，光學系統中各個透鏡互相相對移動以便提供自動聚焦和變焦矩的能力。
在最簡單的應用中可以使單個主透鏡有足夠的移動以便按照檢測到的目標位置提供自動聚焦。為了簡明軛要首先參照單個可調透鏡的應用描述本發明，盡管如這個申請中公開的那樣采用多個驅動機構可以構造多個透鏡的結構。
按照這個發明，將透鏡元件安裝在相機內管形組件上。依次將透鏡管安裝在支撐管上以便沿著管形組件的縱軸移動。通過多個雙壓電晶片元件，例如用3個元件圍繞支撐管的圓周對稱間隔地設置來提供可調節的移動。將壓電元件連接到和安裝在可彎曲的印刷電路板上，該電路板可以包含與透鏡驅動系統相關聯的其他電子部件。將可彎曲印刷電路板安裝在支撐管上并依次連接到電壓源如電池。印刷電路板的可彎曲性允許它可形成支撐管的形狀和將壓電元件定位到與透鏡管接觸。
在主題機構中應用的雙壓電晶片元件是由至少二層壓電材料構造而成，二層材料獨立供電以便產生二層之間的相對變形。在這個發明的一個實施例的系統中應用的壓電元件是形成梁的形狀，有接觸墊從它的中點對元件的平面橫向伸展。將梁固定在電路板接近終端或結點位置。接觸墊的外端可自由移動，與可移動的透鏡管可操作地相連。在優選的實施例中，該梁包括伸展在該接觸墊兩側的一對雙壓電晶片元件。每個雙壓電晶片有兩個活性層。通過僅對二層中一層供電產生的不同變形將造成壓電元件彎曲，使接觸墊的外端移動進入與可移動透鏡管的接觸。通過改變壓電元件的激勵，造成接觸墊在軸向移動，從而調節透鏡的位置。設計激勵的模式以便產生離散步驟的移動。
將處理器連接到印刷電路板以便給數碼相機提供主要的控制和構造的處理器是按照透鏡所需的運動產生驅動電壓波形。
由壓電元件產生的移動提供很高的分辨率，但為了獲得精確的可重復性沒有結構部件提供參考標記。可按操作和環境的條件改變由壓電元件提供的步長。為了獲得某些光學設計中所需的精度，應用位置傳感器來監測可動管的位置。應用光學傳感器來觀察安裝在可動管上的反射表面。反射表面包括摻入到可動管表面處理中的灰度色標。這種結構將提供可動管精確的位置監測。
在這個發明的第二個實施例中采用一對透鏡以便提供變焦距的功能。在這個實施例中將可動管分成前透鏡支撐段和后透鏡支撐段和由壓電元件以與上述相似的方法分別驅動每個段。既然該應用已經證明，可以裝設光學傳感器來監測兩段的位置。
還可以構造組合自動聚焦和變焦矩功能的各個實施例。
以這種方式裝設小型的驅動系統來移動相機內的透鏡同時使電力的消耗和占用的空間最小化。


下面將參考附圖詳細描述本發明，附圖有圖1是按照這個發明的優選實施例應用在數碼相機中簡單光學系統的示意圖；圖2是沿著剖面線a-a取的表示在圖1中這個發明的光學系統的剖面圖；圖3是按照這個發明優選實施例的數碼相機控制系統的方塊圖；圖4a-4e是在各種激勵條件下表示在圖1和2中壓電元件的放大圖；圖5是這個發明的光學系統各部件的分解透視圖；圖6是這個發明光學系統另一個實施例的示意圖；圖7是表示在圖6中這個發明光學系統的端視圖；和圖8是在圖6和7的實施例中采用的壓電元件另一個實施例的示意說明圖；圖9a和9b是有可移動透鏡模塊以便提供自動聚焦和變焦矩兩種功能的潛在的光學系統的示意圖；圖10是驅動雙壓電晶片元件的電路的示意圖；圖11是按照這個發明表示采用位置傳感器的光學系統另一個實施例的示意剖面圖；圖12a是圖11的另一個實施例的基本元件的分解圖；圖12b是圖12a的裝配好的實施例沿著軸剖面線取的剖面圖；圖12c是圖12a的裝配好的實施例沿著橫切該裝置軸線的剖面線取的剖面圖；圖13是這個發明的光學系統還有一個實施例的示意剖面圖；圖14(a)是圖13的實施例的彈簧支撐和可彎曲的印刷電路板的示意透視圖；圖14(b)是圖13的實施例的彈簧和可彎曲的印刷電路板裝配體的示意端視圖；圖15是圖13的實施例的可移動管的示意透視圖；和圖16是這個發明有位置監測器的光學系統支撐管的示意透視圖。
具體實施例方式
在圖1中示意地描述了有自動聚焦能力相機的一般光學透鏡系統1。通常它將包括主透鏡2，它操作將物體8的聚焦圖像投射到圖像平面5上。如圖所示，主透鏡2在X-Y區域內是可調的。如在圖3中所示，在數碼相機系統6中使用透鏡系統1。將透鏡系統1固定在殼體(未表示)內，以便將圖像投射在定位于相機系統6的圖像平面5的圖像傳感器7上。主透鏡2是可調的以便獲得自動聚焦功能。為了說明方便選擇單個可調的透鏡結構。應該認識到可以獲得多個透鏡可調以便提供變焦距的能力。在圖9a和9b中表示這樣系統的例子。在后者的情況下，可以組建多個壓電驅動組以便提供自動聚焦和變焦矩透鏡的獨立調節運動。
如在圖1中所示的透鏡裝配體1包括支撐管9和透鏡管10。透鏡管10夾持透鏡2并被同軸安裝在支撐管9內。透鏡管10是可調的以便提供相機系統6的自動聚焦能力。為了提供必要的調節，將透鏡管10支撐在支撐管9內進行軸向的運動。如在圖1和2中所示，通過多個雙壓電晶片元件11、12和13提供透鏡管10的支撐和運動。如果不需要很大的軸向力那么可以通過兩個或者甚至一個元件來驅動透鏡管。
用于壓電驅動的電路板是可彎曲的印刷電路板14，它圍繞支撐管9的外圓柱表面設置。將壓電元件11-13和它們相關的部件直接連接和支撐在可彎曲的電路板14上。如在圖3中所示，由不同的印刷電路板支撐和連接在相機系統6的圖像處理和相關元件上，如在圖12中參考數字73表示的那樣元件。電源供應22如電池將以眾所周知的方法連接到印刷電路板14和73。圍繞可彎曲的電路板14包裹彈性的絕緣片15。通過裂開的圈形彈簧16將可彎曲的電路板和絕緣片15的裝配體夾持在支撐管9的位置上。通過將這些功能結合到可彎曲電路板14的結構中可以取消阻尼片15和彈簧16。在可彎曲的電路板14上形成觸點20以便提供連接可彎曲電路板14和電源供應22的通路。片15在裝配體內對壓電變形產生彈性的阻尼同時又允許必需的彎曲和衰減聽覺的噪音。
如在圖1和2中所示，將壓電元件安裝在支撐管9外周邊上的可彎曲電路板14。元件11-13是相同的，每個都是用一對元件31和30構成，如圖4e中所示。元件11是由雙壓電晶片段30和31組成，由在梁中點的被動部件32將它們連接在一起構成梁。接觸墊33從被動部件32橫切梁的級向軸線向外伸出。雙壓電晶片段30是由兩個壓電體30A和30B構成，兩個壓電體都是活性的并通過觸點34連接到可彎曲的電路板14。每個壓電體可包括互相連接和極化的幾層以便其作用如一個壓電層。這樣可減小必需的驅動電壓。如果相應的變形足夠的話還可以在每個雙壓電晶片段中僅使用一個壓電體。相同的段31是由兩個壓電層31A和31B構成，它們通過觸點35連接到可彎曲的電路板14。接觸墊33在裝配狀態下與支撐管9中的開口18對齊以便能使墊33的外接觸端36與透鏡支撐管9接觸。
按照預定的模式激勵壓電元件11-13以便使元件11-13的連桿33與透鏡管10接觸并調節它的軸向位置。這個調節的量將按照從自動聚焦傳感器23來的信號確定，該傳感器檢測物體8的距離。使用合適的算法，有可能直接從圖像傳感器獲得自動聚焦的給定數據，從而不再需要分離的傳感器元件。在提供多個透鏡運動以便有變焦矩功能的情況下，裝設手動變焦矩控制24，以便給相機控制處理器送出信號引起變焦透鏡的運動，如在圖9a中所示。相機系統6包括主控制處理器21，它從電源供給22接受電力以便驅動系統6的部件。由檢測物體與光學系統1之間距離d的自動聚焦傳感器23提供調節信號。
相機控制處理器21產生信號并將它送到致動器控制處理器25。致動器控制處理器25產生預定的控制電壓模式，以便使壓電元件響應從相機控制處理器21來的信號而變形。設計電壓模式使可調透鏡管10在軸向的移動量按照自動聚焦傳感器23的指令。光學元件將物體8的圖像投射到位于相機系統6聚焦平面5的圖像傳感器7上。圖像傳感器7產生指示被投射圖像的信號。在圖像處理器26中將圖像信號轉換成數字信號。將數字圖像信號存儲在相機控制處理器21的存儲段。
在圖10的電路圖中表示致動器控制處理器25的一個例子。設計所示的電路去控制兩個壓電體元件201和202。通過驅動包括晶體管211、212、213、214的輸出電橋210，來控制壓電元件201和通過驅動包括晶體管221、222、223、224的另一個分離的電橋220，來控制另一個壓電元件202。電橋210和220的晶體管可以是或者雙極的或者場效應(FET)的裝置；或者它們的組合。通過電橋控制信號231、232、233、234來控制電橋210和通過信號241、242、243、244來控制電橋220。電橋210和220的晶體管可以或者是離散的或者集成在控制電路中。0指示電路的接地和+指示供給線。在操作中由電橋控制信號231、232可以控制包括晶體管211和212的半個電橋以便輸出在0和+之間的任何電壓，和由電橋控制信號233、234可以控制包括晶體管213、214的另半個電橋210以便輸出互補的電壓。
因此可以用任一種方式將整個供給線的電壓加在元件201。還可以很容易地設置控制信號231、232、233、234來完全關掉在電橋210中的所有晶體管。以相同的方式控制器25可以控制電橋220以任一種方式來輸出電壓到元件202上或者使元件202斷開。應用控制器25通過同時分別控制兩個或多個元件可以實現所有所需壓電體元件的運動。
圖4a-4e表示雙層雙壓電晶片元件11，它的構造是與透鏡管10接觸以便調節透鏡管10的軸向位置。如前面描述那樣，元件11和它的相關元件12和13每個是以相同的方法構造的。在每個元件11中，一對雙壓電晶片元件30和31是通過被動部分32機械地連接在一起構成梁4。每一段的構造是相同的，所以只描述一個。雙壓電晶片段30包括兩個活性體30A和30B，它們被中間的電極34A分離。以單層的形式表示上活性體30A，但是可以有多層的結構。類似地，下活性體30B可以包含許多壓電層，但為了簡單僅表示一層。在一個實施例中將活性體30B的底電極(34C)連接到GND(接地)。在另一個實施例中所有的電極(34A-C，35A-C)都可以單獨控制。如果使用軟的壓電材料，即一種容易極化的材料，那么使連接到活性體30A上電極的電壓高于加到信號電極34A的峰值電壓。如果使用硬的壓電材料，可以應用與電場相反的極化并可將上電極接地。
通過在所選擇的電極之間加上電壓，可以分別激勵活性體30A和30B。通過在活性體30A上加上電壓，壓電層在電場方向上膨脹，即每層變厚，但是如果電場和極化同時有相同的方向，那么活性體30A將在縱向上收縮。這種收縮和膨脹與所選的壓電材料的特征系數有關。如果在激勵活性體30B時活性體30A不變，活性體30B的長度減小將造成雙壓電晶片段30變形和向上彎曲，如在圖4a中所示。通過在段31中顛倒這個激勵，得到相反的變形，這將造成梁4如在圖4a中所示的變形。如在圖4a-d中所示，獲得一種激勵和變形的模式以便提供運動的各個步驟。通過合適的信號可以重復激發這些步驟。
如在圖4e中所示，雙壓電晶片元件11包括由被動部分或部件32分開的兩個相鄰的壓電梁或段30和31。元件11有3個接觸點，在組合梁的兩端各有一個而另一個在墊33的接觸端36。為了允許各梁段和包含元件11的整個梁有所需的變形，應該將梁的終端可彎曲地安裝在可彎曲的電路板14上，以便在相應的接觸點提供一定程度的轉動。
所以，有4個獨立的活性體30A、30B、31A和31B組成梁4。4個活性體中1到4個動態的激勵使接觸墊33在Z和X兩個方向產生運動。通過活性體激勵的配合，獲得在圖4a-4d中說明的運動。注意在圖中所有壓電元件的運動都是夸大的，僅為了說明運動的原理。在超聲頻率下這提供接觸墊33橢圓型的運動，這將使透鏡支撐管在X方向上運動。
在2000年12月20日申請的，共同待審的美國專利申請序列號09/739,906中描述了這類壓電驅動元件。將這個申請的公開內容全部包含在這里作為參考。
在圖6-8中所示的另一個實施例中，壓電元件11A包括被動部分42支撐的兩個活性體40A和40B組成的懸臂梁，被動部分被安裝在可彎曲的電路板14上。壓電元件11A有至少兩個平行的活性體40A和40B。每個活性體40A和40B包括至少一層壓電層。由與活性體40A和40B平行設置的電極43(在圖中僅表示一個)可以分別激活活性體40A和40B。在壓電元件11A可動的尖端45是接觸表面48，在相機系統6自動聚焦功能的操作中使接觸表面與可調的管子10接觸。可彎曲的電路板14在被動部分32支撐元件11A，并通過合適的機構(未表示)連接到電極43。在這個實施例中，將可彎曲的電路板14固定在支撐管9的內表面15。將支撐管9固定在相機系統6的主體內(未表示)。
通過在兩個活性體40A和40B上施加相同的電壓，可以使元件11A在軸向收縮。通過在各個活性體40A和40B上施加組合的不同電壓，可以在兩維空間(X和Z)內移動驅動表面48，如在圖8中所示的橢圓路徑說明的那樣。為了移動可調管10，迫使元件11A彎曲壓向它進行摩擦接觸。可以實行活性體40A和40B不同的激勵以便使元件11A膨脹，這將造成可調管10在相反的軸向移動。
在任一個實施例中，通過推導出要加到壓電元件11電極上的電壓信號的模式，可以獲得與所需功能一致的運動的所需模式。所執行的特定運動是響應從相機控制處理器20來的信號。
為了得到在某些光學設計中所需的精度，如在圖11和12a-c中所示，使用位置傳感器70來監測可動管的位置。這個實施例的光學系統包括如前所述的支撐管17和可移動的透鏡管10。這些部件通過夾持器74(見圖11)被直接安裝在印刷電路板73上。印刷電路板73包含圖像傳感器7、圖像處理器26和相關的部件(未表示)。將光學傳感器71安裝和連接在可彎曲的電路板14和使用該傳感器來觀察安裝在可動管10上的反射表面76。光學傳感器71可以是商業上銷售的、次小型的、反射型的、光斬波器、如型號GP2S60，從美國Camas，WA的Sharp Micxoelectronics公司有售。光學監測器70包括如在圖15的實施例中所示的反射表面76，它包括摻入到可動管表面處理中的灰度色標。在圖15中在可動管110的后段120中表示反射表面76。這個實施例的裝配體還包括圍繞支撐管17包裹的和被彈簧元件16夾持在位置上的可彎曲電路板14。將壓電元件1-13安裝在可彎曲的電路板14上的一個位置，以便使這些元件的接觸墊能通過支撐管17中的開口76-78與透鏡管10接觸。通過支撐管17中的口79提供目視位置傳感器71的通道。這種結構在各種各樣的實施例中將提供可動管精確的監測。在光學系統1的插入組件中必須提供合適的開口，以便使光學傳感器51能有目視可動管10或110(在圖13中)的通道。
上述的壓電驅動系統可以很容易地適合去移動多個透鏡，或者通過對單個驅動的合適連接系統或者通過獨立的多個驅動以便為自動聚焦和變焦矩兩種能力提供所需的可調節性。圖9a和9b表示兩種提供自動聚焦和變焦矩功能的可能的透鏡結構。在圖9a的系統中，將主透鏡51安裝在支撐管上用于相對聚焦平面5的運動，裝設包括一對透鏡52和53的變焦裝配體。安裝變焦矩透鏡用于相對主透鏡51和聚焦平面5移動。還安裝變焦矩對用于與主透鏡一起移動進行聚焦調節。設計這個系統以便應用壓電驅動來進行主透鏡支撐的運動，它可以包括變焦矩部件和第二個驅動以便提供變焦矩透鏡相對主透鏡支撐的運動。
在圖96中表示的變焦矩系統應用一對透鏡61和62。這種結構還可適合如上述的一對驅動進行如在圖96中所示的在區域63和64內的運動。在這些結構中可以裝設第二可動支撐管，安裝它用于在主透鏡支撐管10內的移動。一般來說，要提供變焦矩功能，至少裝設兩組透鏡，一組用于調節變焦矩比例和另一組用于補償聚焦的變化。在圖13-15中表示提供變焦矩功能的壓電驅動光學系統。依照特定應用的需要，有無數的透鏡系統的結構可以適合這個發明的系統。這里描述的各個系統是設計用于其尺寸、重量、和消耗能量都需要達到最小的各種應用。
在圖13-16中表示的實施例的多個透鏡系統中，將光學系統101直接安裝在包括圖像傳感器(未表示)的主印刷電路板122。在圖13-15中所示的光學系統101包括第1透鏡元件102和帶紅外濾光器104的第1透鏡元件103。將光學系統101安裝在可動管110上。在這種結構中，將可動管110分成兩段，安裝第1透鏡元件103的前段121和安裝第2透鏡元件的后段120。可動管110的各段互相可以移動。例如，如在圖15中所示，前段121可在后段120上移動。還可將前段121連接到波紋管105為光學系統101提供密封。
如在圖14b中所示，可動管110的每段是通過一對壓電元件獨立驅動的，壓電元件112和113可以驅動后段120和壓電元件111和131可以驅動前段121。為了增加與壓電驅動的接觸效率，在前段121和后段120上分別構造驅動墊的接觸表面125和126。通過在合適位置改變表面光潔度可以形成各接觸墊。
在這個實施例中為每段120和121可以裝設光學傳感器，如123，將它直接安裝在可彎曲的印刷電路板114上。在支撐管117中構造開口127，以便為后管段120上的反射表面76提供光學暴露口。
以這種方式提供一種通用的驅動機構，它滿足對空間、電力消耗和重量的各項設計要求。對本發明所屬技術領域的普通技術人員來說將能理解，對上述的各實施例可以進行各種修改和改變而不會背離由權利要求書所定義的本發明的范疇。
權利要求
1.一種數碼相機光學系統用的可調支撐，包括有縱軸的固定的管形支撐，所述的固定管形支撐被固定在所述相機內；安裝的可動的管形支撐用于在固定的管形支撐上相對同軸移動；透鏡，安裝在可動管形支撐上與所述光學系統可操作相關聯；安裝在固定管形支撐上的可彎曲的印刷電路板；和有至少兩個可獨立激勵的活性體的至少一個壓電元件，所述至少一個壓電元件安裝和連接在所述可彎曲的印刷電路板上，所述壓電元件響應施加的電壓是可變形的以便接觸可動支撐并沿著所述縱軸移動所述的支撐。
2.如權利要求1所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于是以梁的形狀構造所述壓電元件；所述的梁有縱軸和還包括第1和第2壓電段，每個結構有至少兩個活性體；在所述第1和第2壓電段之間構成固定連接的被動部分，所述壓電段在所述被動段的兩側朝相反的兩端縱向向外伸展；從所述被動部分橫切所述的縱軸向外伸展的接觸墊，以便提供用于與所述可動管形支撐接觸的表面；和其特征在于將所述梁安裝在固定的管形支撐上和所述接觸表面是與所述可動管形支撐可操作接觸。
3.如權利要求2所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于所述活性體包括至少兩層平行的壓電材料層由電極連接到電源，所述電極連接到所述施加電壓以便提供對所述活性體的獨立激勵。
4.如權利要求1所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于將所述可動支撐管安裝在固定支撐管內用于在其中同軸移動。
5.如權利要求1所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于所述透鏡為數碼相機提供自動聚焦功能。
6.如權利要求2所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于改變所述的施加電壓，以便使所述在電梁變形從而進入與所述可動管形支撐的接觸，和還造成所述壓電梁的變形以便提供軸向移動。
7.如權利要求6所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于按照預定的模式改變所述的電壓。
8.如權利要求1所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于所述的可彎曲印刷電路板是包裹在所述的固定管形支撐上和假定其管形與所述的固定的管形支撐一致。
9.如權利要求1所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于所述至少一個壓電元件包括對稱定位在該固定管形支撐上的許多壓電元件。
10.如權利要求1所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于所述至少一個壓電元件包括對稱定位在該固定管形支撐外表面上的許多壓電元件和其特征在于所述壓電元件通過在所述固定管形支撐中的通道開口與所述可動管形支撐接觸。
11.如權利要求8所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于將所述的可彎曲印刷電路板包裹在所述的固定管形支撐的外表面上和還包括圍繞所述的可彎曲印刷電路板將可彎曲的彈性阻尼帶包裹在所述的固定管形支撐上；和定位在所述阻尼帶上的裂開的帶形彈簧元件以便將所述阻尼帶和印刷電路板夾持在位置中。
12.如權利要求1所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于將所述壓電元件構造成梁的形狀并將其安裝在固定支撐上，所述梁以懸臂的形式平行于所述軸從所述固定支撐朝可動端伸出。
13.如權利要求12所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于所述活性體包括至少兩層被電極分開的平行的壓電材料層和從固定端伸展到所述的可動端，所述電極連接到所述的施加電壓以便對所述活性體提供獨立的激勵。
14.如權利要求12所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于改變所述的施加電壓以便使所述壓電元件徑向彎曲進入與所述可動支撐的接觸和還造成所述壓電元件的膨脹或收縮以便提供軸向移動。
15.如權利要求12所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于按照預定的模式改變所述的電壓。
16.如權利要求15所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于設計電壓的預定模式以便用橢圓的模式移動所述壓電元件的所述可動端。
17.如權利要求12所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于所述至少一個壓電元件包括對稱定位在該支撐管上的許多壓電元件。
18.一種數碼相機光學系統用的可調支撐，包括有縱軸的固定的管形支撐，所述的固定管形支撐被固定在所述相機內；安裝的可動的管形支撐用于在固定的管形支撐上相對同軸移動；透鏡，安裝在可動管形支撐上與所述光學系統可操作相關聯；至少一個壓電元件構造成梁的形狀；所述梁有縱軸，和第1和第2端，所述梁固定在該固定管形支撐靠近所述的第1和第2端，所述梁還包括第1和第2壓電段，構造的每個所述段每個有至少一個活性體，響應施加的電壓所述壓電段可選擇地可以變形以便與可動支撐接觸和沿著所述縱軸移動所述支撐；構成在所述第1和第2壓電段之間固定連接的被動部分，所述壓電段在所述被動段的兩側朝相反的兩端縱向向外伸展；從所述被動部分橫切所述縱軸向外伸展的接觸墊，以便提供用于與所述可動管形支撐接觸的表面；和其特征在于以一種方式將所述梁連接到該固定的管形支撐，使其允許所述接觸表面可與所述可動的管形支撐可操作接觸。
19.如權利要求18所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，還包括安裝在固定的管形支撐上的可彎曲印刷電路板，其特征在于將所述至少一個壓電元件直接安裝在和連接到所述的可彎曲印刷電路板。
20.如權利要求19所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于將所述的活性體由通過所述可彎曲的印刷電路板連接的電極連接到電壓源。
21.如權利要求18所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于所述至少一個壓電元件包括對稱定位在該支撐管上的許多壓電元件。
22.如權利要求18所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于改變所述的施加電壓以便使所述壓電梁變形進入與所述可動管形支撐的接觸和還造成所述壓電梁的變形以便提供軸向移動。
23.如權利要求22所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于按照預定的模式改變所述的電壓。
24.如權利要求18所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于所述可彎曲的印刷電路板是包裹在所述固定的管形支撐的外表面上和假定其管形與所述固定的管形支撐一致。
25.如權利要求19所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，還包括圍繞所述的可彎曲印刷電路板包裹在所述的固定管形支撐上的可彎曲彈性阻尼帶；和定位在所述阻尼帶上的裂開的帶形彈簧元件以便將所述阻尼帶和印刷電路板夾持在位置上。
26.如權利要求18所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于所述至少一個壓電元件包括對稱定位在該支撐管上的許多壓電元件。
27.如權利要求18所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于所述至少一個壓電元件包括對稱定位在該固定的管形支撐外表面上的許多壓電元件和其特征在于所述的許多壓電元件通過在所述固定管形支撐中的通道開口與所述可動管形支撐接觸。
28.一種數碼相機系統，包括安裝在所述相機中的主相機控制電路板；安裝在所述主印刷電路板上的光學系統以便接受和處理圖像；所述光學系統用的可調支撐還包括有縱軸的固定的管形支撐，所述的固定管形支撐被安裝在所述主印刷電路板上；安裝的可動管形支撐用于在固定的管形支撐上相對同軸移動；透鏡，安裝在可動管形支撐上與所述光學系統可操作相關聯；安裝在固定管形支撐上的可彎曲的印刷電路板；和有至少兩個可獨立激勵的活性體的至少一個壓電元件，所述至少一個壓電元件安裝和連接在所述可彎曲的印刷電路板上，所述壓電元件響應施加的電壓是可變形的以便接觸可動支撐并沿著所述縱軸移動所述的支撐。
29.如權利要求28所述的數碼相機系統，其特征在于將所述的至少一個壓電元件構造成梁的形狀；所述的梁有縱軸和還包括第1和第2壓電段，構造每段有至少一個活性體；在所述第1和第2壓電段之間構成固定連接的被動部分，所述的壓電段在所述被動段的兩側朝相反的兩端縱向向外伸展；從所述被動部分橫切所述的縱軸向外伸展的接觸墊，以便提供用于與所述可動管形支撐接觸的表面；和其特征在于將所述的梁安裝在固定的管形支撐上和所述接觸表面是與所述可動管形支撐可操作接觸。
30.如權利要求29所述的數碼相機系統，其特征在于所述活性體包括至少兩層平行的壓電材料層由電極連接到所述的施加電壓以便提供所述活性體的獨立激勵。
31.如權利要求28所述的數碼相機系統，其特征在于將所述可動支撐管安裝在固定支撐管內用于在其中同軸移動。
32.如權利要求28所述的數碼相機系統，其特征在于所述透鏡為數碼相機提供自動聚焦功能。
33.如權利要求29所述的數碼相機系統，其特征在于改變所述的施加電壓，以便造成所述壓電梁的變形從而進入與所述可動管形支撐的接觸，和還造成所述壓電梁的變形以便提供軸向移動。
34.如權利要求33所述的數碼相機系統，其特征在于按照預定的模式改變所述的電壓。
35.如權利要求29所述的數碼相機系統還包括安裝在固定的管形支撐上的可彎曲印刷電路板，其特征在于將所述的至少一個壓電元件直接安裝在和連接到所述的印刷電路板。
36.如權利要求35所述的數碼相機系統，其特征在于所述的可彎曲印刷電路板是包裹在所述的固定管形支撐上和假定其管形與所述的固定管形支撐一致。
37.如權利要求36所述的數碼相機系統，其特征在于將所述的可彎曲印刷電路板包裹在所述的固定管形支撐的外表面上和還包括圍繞所述的可彎曲印刷電路板包裹在所述的固定管形支撐上的可彎曲彈性阻尼帶；和定位在所述阻尼帶上的裂開的帶形彈簧元件以便將所述阻尼帶和印刷電路板夾持在位置上。
38.如權利要求28所述的數碼相機系統，其特征在于所述的至少一個壓電元件包括對稱定位在該固定管形支撐上的許多壓電元件。
39.如權利要求28所述的數碼相機系統，其特征在于所述至少一個壓電元件包括對稱定位在固定的管形支撐的外表面上的許多壓電元件，和其特征在于所述至少一個壓電元件通過在所述固定管形支撐中的通道開口與所述可動管形支撐接觸。
40.如權利要求28所述的數碼相機系統，其特征在于將所述壓電元件構造成梁的形狀并將其安裝在固定支撐上，所述梁以懸臂的形式平行于所述軸從所述固定支撐朝可動端伸出。
41.如權利要求40所述的數碼相機系統，其特征在于所述活性體包括至少兩層被電極分開的平行的壓電材料層和從固定端伸展到所述的可動端，所述電極連接到所述的施加電壓以便對所述活性體提供獨立的激勵。
42.如權利要求40所述的數碼相機系統，其特征在于改變所述的施加電壓以便使所述壓電元件徑向彎曲進入與所述可動支撐的接觸和還造成所述壓電元件的膨脹或收縮以便提供軸向移動。
43.如權利要求40所述的數碼相機系統，其特征在于按照預定的模式改變所述的電壓。
44.如權利要求43所述的數碼相機系統，其特征在于設計電壓的預定模式以便用橢圓的模式移動所述壓電元個的所述可動端。
45.如權利要求40所述的數碼相機系統，其特征在于所述至少一個壓電元件包括對稱定位在該支撐管的內表面上的許多壓電元件。
46.如權利要求1所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，還包括安裝的第2可動管形支撐用于在所述可動管形支撐上移動；安裝在所述的第2管形支撐上的第二透鏡與所述光學系統可操作相關聯以便提供變焦矩能力；和有至少兩個可獨立激勵的活性體的至少一個輔助壓電元件，所述的至少一個輔助壓電元件固定在該可動管形支撐并在所述可動管形支撐和所述第2可動管形支撐之間伸展，所述輔助壓電元件響應施加的電壓是可變形的以便接觸第2可動支撐和在所述可動支撐上移動所述的第2可動支撐。
47.如權利要求28所述的數碼相機系統，還包括安裝的第2可動管形支撐用于在所述可動管形支撐上移動；安裝在所述的第2管形支撐上的第二透鏡與所述光學系統可操作相關聯以便提供變焦矩能力；和有至少兩個可獨立激勵的活性體的至少一個輔助壓電元件，所述的至少一個輔助壓電元件固定在該可動管形支撐并且所述可動管形支撐和所述第2可動管形支撐之間伸展，所述輔助壓電元件響應施加的電壓是可變形的以便接觸第2可動支撐和在所述可動支撐上移動所述的第2可動支撐。
48.一種數碼相機系統，包括裝配在可彎曲電路板上的主相機控制電路，包含在所述相機中的光學系統以便接受和處理圖像；所述光學系統用的可調支撐還包括有縱軸的固定的管形支撐，所述的固定管形支撐被固定在所述相機內，和其特征在于所述的可彎曲印刷電路板被安裝在其上；安裝的可動管形支撐用于在固定的管形支撐上相對同軸移動；透鏡，安裝在可動管形支撐上與所述光學系統可操作相關聯；至少一個壓電元件構造成梁的形狀；所述的梁有縱軸，所述的梁通過所述的可彎曲印刷電路板固定在該固定的管形支撐并在所述的固定管形支撐和所述的可動管形支撐之間伸展，所述的梁還包括第1和第2壓電段，構造每個所述的段有至少兩個可獨立激勵的活性體，所述壓電段響應施加的電壓是可選擇地變形的以便與可動支撐接觸和沿著所述的縱軸移動所述的支撐；在所述的第1和第2壓電段之間構成固定連接的被動部分，所述的壓電段在所述被動段的兩側朝相反的兩端縱向向外伸展；從所述被動部分橫切所述的縱軸向外伸展的致動桿，以便提供與所述可動管形支撐接觸的表面；和其特征在于以某種方式將所述的梁安裝在固定的管形支撐上從而允許所述接觸表面與所述可動管形支撐可操作接觸。
49.如權利要求48所述的數碼相機系統，其特征在于通過所述的可彎曲印刷電路板連接的電極將所述的活性體連接到電壓源。
50.如權利要求48所述的數碼相機系統，其特征在于所述至少一個壓電元件包括對稱定位在該支撐管內表面上的許多壓電元件。
51.如權利要求48所述的數碼相機系統，其特征在于改變所述的施加電壓，以便使所述壓電梁變形從而進入與所述可動管形支撐的接觸，和還造成所述壓電梁的變形以便提供軸向移動。
52.如權利要求51所述的數碼相機系統，其特征在于按照預定的模式改變所述的電壓。
53.如權利要求48所述的數碼相機系統，其特征在于所述的可彎曲印刷電路板是包裹在所述的固定管形支撐上和假定其管形與所述的固定管形支撐一致。
54.如權利要求48所述的數碼相機系統，其特征在于所述至少一個壓電元件包括對稱定位在該固定管形支撐的外表面上的許多壓電元件和其特征在于所述至少一個壓電元件通過在所述的固定管形支撐中的通道開口與所述可動管形支撐接觸。
55.如權利要求53所述的數碼相機系統，其特征在于將所述的可彎曲印刷電路板包裹在所述的固定管形支撐的外表面上和還包括圍繞所述的可彎曲印刷電路板將可彎曲的彈性阻尼帶包裹在所述的固定管形支撐上；和定位在所述阻尼帶上的裂開的帶形彈簧元件以便將所述阻尼帶和印刷電路板夾持在位置中。
56.如權利要求48所述的數碼相機系統，還包括安裝的第2可動管形支撐用于在所述可動管形支撐上移動；安裝在所述的第2管形支撐上的第二透鏡與所述光學系統可操作相關聯以便提供變焦矩能力；和有至少兩個可獨立激勵的活性體的至少一個輔助壓電元件，所述的至少一個輔助壓電元件固定在該可動管形支撐并在所述可動管形支撐和所述第2可動管形支撐之間伸展，所述輔助壓電元件響應施加的電壓是可變形的以便接觸第2可動支撐和在所述可動支撐上移動所述的第2可動支撐。
57.如權利要求1所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，還包括為了提供位置參考以便控制所述可動管的移動安裝在該可彎曲印刷電路板上的位置傳感器用于檢測所述可動管的位置。
58.如權利要求57所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于該位置傳感器包括光學傳感器，它檢測從在所述可動管上光學刻度來的反射光。
59.一種數碼相機光學系統用的可調支撐，包括有縱軸的固定的管形支撐，所述的固定管形支撐被固定在所述相機內；安裝的可動的管形支撐用于在固定的管形支撐上相對同軸移動；安裝在固定的管形支撐上的可彎曲的印刷電路板；其特征在于所述的可動管形支撐還包括安裝在所述的固定管形支撐上的前段和后段用于在所述各段之間兩者的相對移動和在串級連接中的移動；安裝在所述的前段上至少一個第1透鏡用于與其一起移動；安裝在所述的后段上至少一個第2透鏡用于與其一起移動；和其特征在于所述至少一個第1和第2透鏡光學配合以便提供一種光學功能；和有至少兩個可獨立激勵的活性體的至少一個第1壓電元件，所述至少一個第1壓電元件安裝和連接在所述可彎曲的印刷電路板上，所述至少一個第1壓電元件響應施加的電壓是可變形的以便接觸所述的前段和沿著所述的縱軸移動所述的前段；和有至少兩個可獨立激勵的活性體的至少一個第2壓電元件，所述至少一個第2壓電元件安裝和連接在所述可彎曲的印刷電路板上，所述至少一個第2壓電元件響應施加的電壓是可變形的以便接觸所述的后段和沿著所述的縱軸移動所述的后段。
60.如權利要求59所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于所述至少一個第1和第2透鏡協作以便提供變焦矩功能。
61.如權利要求59所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，其特征在于所述至少一個第1透鏡是變焦矩透鏡和所述至少一個第2透鏡是聚焦透鏡。
62.如權利要求59所述的數碼相機光學系統用的可調支撐，還包括安裝和連接在所述的可彎曲印刷電路板上的第1光學傳感器，定位的所述第1光學傳感器用于檢測從所述的前段表面反射的光，和安裝和連接在所述的可彎曲印刷電路板上的第2光學傳感器，定位的所述第2光學傳感器用于檢測從所述的后段表面反射的光。
全文摘要
構造一種數碼相機光學系統(1)用的支撐，它響應從相機控制處理器來的信號可調節地定位透鏡元件。該支撐包括支撐透鏡元件(2)的多個管子(9，10)，安裝用于相對同軸移動。至少一個管子相對主支撐管(9)的位置是可調節的。該可調管(10)與壓電元件(11－13)是可接觸的。將每個壓電元件安裝在可彎曲的印刷電路板(14)，該電路板包含相機操作系統和被安裝在該支撐管(9)上。
文檔編號G02B7/02GK1659466SQ03813097
公開日2005年8月24日 申請日期2003年6月4日 優先權日2002年6月5日
發明者J·魯維寧, I·考哈尼米, P·阿爾格倫, S·約翰松, C·馬特松 申請人:諾基亞有限公司