专利名称：数码相机光学系统的压电致动器的制作方法
技术领域：
本发明整体涉及一种用于移动电子相机透镜元件的机构。
背景技术：
电子相机的元件要求低的功耗、重量轻和成本效率。这些设计准则受到需要提供自动聚焦、变焦矩光学系统、或者两者的各种光学可调相机的挑战。这些特性要求各光学元件的相对运动以便提供调节。所要求的运动一般是线性的但可以使用转动马达结合运动转换机构，如丝杠。运动范围常常是毫米级的。这个发明的目的是提供一种用于调节电子相机中光学元件位置的机构。
在多种应用中已经广泛采用的一种部件是双压电晶片元件，这样的元件是由多层压电材料构成，其中每一层连接到独立的激励。在美国专利4,291,958号中，使用双压电晶片悬臂梁结合放大杆用于相机聚焦。但是，这样的聚焦装置所必需的行程造成该装置稳定性很差。在电子相机的各种应用中，空间是关键的因素。因而需要简单的驱动元件，它可以在狭窄的空间内操作并仅有有限的机械支撑。这个发明的目的是采用双压电晶片元件来调节数码相机的光学系统中透镜的位置。
发明内容
构造的小型数码相机是用于运动的通讯装置或其他紧凑的设备。这样的相机光学系统可以包括有单个或多个透镜部件组成的小型透镜装配体。该光学系统将从外部光源接受的图像传送给传感器系列，该系列将光学信号转换成数字信号进行处理。在多个透镜的构造中，光学系统中各个透镜互相相对移动以便提供自动聚焦和变焦矩的能力。
在最简单的应用中可以使单个主透镜有足够的移动以便按照检测到的目标位置提供自动聚焦。为了简明轭要首先参照单个可调透镜的应用描述本发明，尽管如这个申请中公开的那样采用多个驱动机构可以构造多个透镜的结构。
按照这个发明，将透镜元件安装在相机内管形组件上。依次将透镜管安装在支撑管上以便沿着管形组件的纵轴移动。通过多个双压电晶片元件，例如用3个元件围绕支撑管的圆周对称间隔地设置来提供可调节的移动。将压电元件连接到和安装在可弯曲的印刷电路板上，该电路板可以包含与透镜驱动系统相关联的其他电子部件。将可弯曲印刷电路板安装在支撑管上并依次连接到电压源如电池。印刷电路板的可弯曲性允许它可形成支撑管的形状和将压电元件定位到与透镜管接触。
在主题机构中应用的双压电晶片元件是由至少二层压电材料构造而成，二层材料独立供电以便产生二层之间的相对变形。在这个发明的一个实施例的系统中应用的压电元件是形成梁的形状，有接触垫从它的中点对元件的平面横向伸展。将梁固定在电路板接近终端或结点位置。接触垫的外端可自由移动，与可移动的透镜管可操作地相连。在优选的实施例中，该梁包括伸展在该接触垫两侧的一对双压电晶片元件。每个双压电晶片有两个活性层。通过仅对二层中一层供电产生的不同变形将造成压电元件弯曲，使接触垫的外端移动进入与可移动透镜管的接触。通过改变压电元件的激励，造成接触垫在轴向移动，从而调节透镜的位置。设计激励的模式以便产生离散步骤的移动。
将处理器连接到印刷电路板以便给数码相机提供主要的控制和构造的处理器是按照透镜所需的运动产生驱动电压波形。
由压电元件产生的移动提供很高的分辨率，但为了获得精确的可重复性没有结构部件提供参考标记。可按操作和环境的条件改变由压电元件提供的步长。为了获得某些光学设计中所需的精度，应用位置传感器来监测可动管的位置。应用光学传感器来观察安装在可动管上的反射表面。反射表面包括掺入到可动管表面处理中的灰度色标。这种结构将提供可动管精确的位置监测。
在这个发明的第二个实施例中采用一对透镜以便提供变焦距的功能。在这个实施例中将可动管分成前透镜支撑段和后透镜支撑段和由压电元件以与上述相似的方法分别驱动每个段。既然该应用已经证明，可以装设光学传感器来监测两段的位置。
还可以构造组合自动聚焦和变焦矩功能的各个实施例。
以这种方式装设小型的驱动系统来移动相机内的透镜同时使电力的消耗和占用的空间最小化。
下面将参考附图详细描述本发明，附图有图1是按照这个发明的优选实施例应用在数码相机中简单光学系统的示意图；图2是沿着剖面线a-a取的表示在图1中这个发明的光学系统的剖面图；图3是按照这个发明优选实施例的数码相机控制系统的方块图；图4a-4e是在各种激励条件下表示在图1和2中压电元件的放大图；图5是这个发明的光学系统各部件的分解透视图；图6是这个发明光学系统另一个实施例的示意图；图7是表示在图6中这个发明光学系统的端视图；和图8是在图6和7的实施例中采用的压电元件另一个实施例的示意说明图；图9a和9b是有可移动透镜模块以便提供自动聚焦和变焦矩两种功能的潜在的光学系统的示意图；图10是驱动双压电晶片元件的电路的示意图；图11是按照这个发明表示采用位置传感器的光学系统另一个实施例的示意剖面图；图12a是图11的另一个实施例的基本元件的分解图；图12b是图12a的装配好的实施例沿着轴剖面线取的剖面图；图12c是图12a的装配好的实施例沿着横切该装置轴线的剖面线取的剖面图；图13是这个发明的光学系统还有一个实施例的示意剖面图；图14(a)是图13的实施例的弹簧支撑和可弯曲的印刷电路板的示意透视图；图14(b)是图13的实施例的弹簧和可弯曲的印刷电路板装配体的示意端视图；图15是图13的实施例的可移动管的示意透视图；和图16是这个发明有位置监测器的光学系统支撑管的示意透视图。
具体实施例方式
在图1中示意地描述了有自动聚焦能力相机的一般光学透镜系统1。通常它将包括主透镜2，它操作将物体8的聚焦图像投射到图像平面5上。如图所示，主透镜2在X-Y区域内是可调的。如在图3中所示，在数码相机系统6中使用透镜系统1。将透镜系统1固定在壳体(未表示)内，以便将图像投射在定位于相机系统6的图像平面5的图像传感器7上。主透镜2是可调的以便获得自动聚焦功能。为了说明方便选择单个可调的透镜结构。应该认识到可以获得多个透镜可调以便提供变焦距的能力。在图9a和9b中表示这样系统的例子。在后者的情况下，可以组建多个压电驱动组以便提供自动聚焦和变焦矩透镜的独立调节运动。
如在图1中所示的透镜装配体1包括支撑管9和透镜管10。透镜管10夹持透镜2并被同轴安装在支撑管9内。透镜管10是可调的以便提供相机系统6的自动聚焦能力。为了提供必要的调节，将透镜管10支撑在支撑管9内进行轴向的运动。如在图1和2中所示，通过多个双压电晶片元件11、12和13提供透镜管10的支撑和运动。如果不需要很大的轴向力那么可以通过两个或者甚至一个元件来驱动透镜管。
用于压电驱动的电路板是可弯曲的印刷电路板14，它围绕支撑管9的外圆柱表面设置。将压电元件11-13和它们相关的部件直接连接和支撑在可弯曲的电路板14上。如在图3中所示，由不同的印刷电路板支撑和连接在相机系统6的图像处理和相关元件上，如在图12中参考数字73表示的那样元件。电源供应22如电池将以众所周知的方法连接到印刷电路板14和73。围绕可弯曲的电路板14包裹弹性的绝缘片15。通过裂开的圈形弹簧16将可弯曲的电路板和绝缘片15的装配体夹持在支撑管9的位置上。通过将这些功能结合到可弯曲电路板14的结构中可以取消阻尼片15和弹簧16。在可弯曲的电路板14上形成触点20以便提供连接可弯曲电路板14和电源供应22的通路。片15在装配体内对压电变形产生弹性的阻尼同时又允许必需的弯曲和衰减听觉的噪音。
如在图1和2中所示，将压电元件安装在支撑管9外周边上的可弯曲电路板14。元件11-13是相同的，每个都是用一对元件31和30构成，如图4e中所示。元件11是由双压电晶片段30和31组成，由在梁中点的被动部件32将它们连接在一起构成梁。接触垫33从被动部件32横切梁的级向轴线向外伸出。双压电晶片段30是由两个压电体30A和30B构成，两个压电体都是活性的并通过触点34连接到可弯曲的电路板14。每个压电体可包括互相连接和极化的几层以便其作用如一个压电层。这样可减小必需的驱动电压。如果相应的变形足够的话还可以在每个双压电晶片段中仅使用一个压电体。相同的段31是由两个压电层31A和31B构成，它们通过触点35连接到可弯曲的电路板14。接触垫33在装配状态下与支撑管9中的开口18对齐以便能使垫33的外接触端36与透镜支撑管9接触。
按照预定的模式激励压电元件11-13以便使元件11-13的连杆33与透镜管10接触并调节它的轴向位置。这个调节的量将按照从自动聚焦传感器23来的信号确定，该传感器检测物体8的距离。使用合适的算法，有可能直接从图像传感器获得自动聚焦的给定数据，从而不再需要分离的传感器元件。在提供多个透镜运动以便有变焦矩功能的情况下，装设手动变焦矩控制24，以便给相机控制处理器送出信号引起变焦透镜的运动，如在图9a中所示。相机系统6包括主控制处理器21，它从电源供给22接受电力以便驱动系统6的部件。由检测物体与光学系统1之间距离d的自动聚焦传感器23提供调节信号。
相机控制处理器21产生信号并将它送到致动器控制处理器25。致动器控制处理器25产生预定的控制电压模式，以便使压电元件响应从相机控制处理器21来的信号而变形。设计电压模式使可调透镜管10在轴向的移动量按照自动聚焦传感器23的指令。光学元件将物体8的图像投射到位于相机系统6聚焦平面5的图像传感器7上。图像传感器7产生指示被投射图像的信号。在图像处理器26中将图像信号转换成数字信号。将数字图像信号存储在相机控制处理器21的存储段。
在图10的电路图中表示致动器控制处理器25的一个例子。设计所示的电路去控制两个压电体元件201和202。通过驱动包括晶体管211、212、213、214的输出电桥210，来控制压电元件201和通过驱动包括晶体管221、222、223、224的另一个分离的电桥220，来控制另一个压电元件202。电桥210和220的晶体管可以是或者双极的或者场效应(FET)的装置；或者它们的组合。通过电桥控制信号231、232、233、234来控制电桥210和通过信号241、242、243、244来控制电桥220。电桥210和220的晶体管可以或者是离散的或者集成在控制电路中。0指示电路的接地和+指示供给线。在操作中由电桥控制信号231、232可以控制包括晶体管211和212的半个电桥以便输出在0和+之间的任何电压，和由电桥控制信号233、234可以控制包括晶体管213、214的另半个电桥210以便输出互补的电压。
因此可以用任一种方式将整个供给线的电压加在元件201。还可以很容易地设置控制信号231、232、233、234来完全关掉在电桥210中的所有晶体管。以相同的方式控制器25可以控制电桥220以任一种方式来输出电压到元件202上或者使元件202断开。应用控制器25通过同时分别控制两个或多个元件可以实现所有所需压电体元件的运动。
图4a-4e表示双层双压电晶片元件11，它的构造是与透镜管10接触以便调节透镜管10的轴向位置。如前面描述那样，元件11和它的相关元件12和13每个是以相同的方法构造的。在每个元件11中，一对双压电晶片元件30和31是通过被动部分32机械地连接在一起构成梁4。每一段的构造是相同的，所以只描述一个。双压电晶片段30包括两个活性体30A和30B，它们被中间的电极34A分离。以单层的形式表示上活性体30A，但是可以有多层的结构。类似地，下活性体30B可以包含许多压电层，但为了简单仅表示一层。在一个实施例中将活性体30B的底电极(34C)连接到GND(接地)。在另一个实施例中所有的电极(34A-C，35A-C)都可以单独控制。如果使用软的压电材料，即一种容易极化的材料，那么使连接到活性体30A上电极的电压高于加到信号电极34A的峰值电压。如果使用硬的压电材料，可以应用与电场相反的极化并可将上电极接地。
通过在所选择的电极之间加上电压，可以分别激励活性体30A和30B。通过在活性体30A上加上电压，压电层在电场方向上膨胀，即每层变厚，但是如果电场和极化同时有相同的方向，那么活性体30A将在纵向上收缩。这种收缩和膨胀与所选的压电材料的特征系数有关。如果在激励活性体30B时活性体30A不变，活性体30B的长度减小将造成双压电晶片段30变形和向上弯曲，如在图4a中所示。通过在段31中颠倒这个激励，得到相反的变形，这将造成梁4如在图4a中所示的变形。如在图4a-d中所示，获得一种激励和变形的模式以便提供运动的各个步骤。通过合适的信号可以重复激发这些步骤。
如在图4e中所示，双压电晶片元件11包括由被动部分或部件32分开的两个相邻的压电梁或段30和31。元件11有3个接触点，在组合梁的两端各有一个而另一个在垫33的接触端36。为了允许各梁段和包含元件11的整个梁有所需的变形，应该将梁的终端可弯曲地安装在可弯曲的电路板14上，以便在相应的接触点提供一定程度的转动。
所以，有4个独立的活性体30A、30B、31A和31B组成梁4。4个活性体中1到4个动态的激励使接触垫33在Z和X两个方向产生运动。通过活性体激励的配合，获得在图4a-4d中说明的运动。注意在图中所有压电元件的运动都是夸大的，仅为了说明运动的原理。在超声频率下这提供接触垫33椭圆型的运动，这将使透镜支撑管在X方向上运动。
在2000年12月20日申请的，共同待审的美国专利申请序列号09/739,906中描述了这类压电驱动元件。将这个申请的公开内容全部包含在这里作为参考。
在图6-8中所示的另一个实施例中，压电元件11A包括被动部分42支撑的两个活性体40A和40B组成的悬臂梁，被动部分被安装在可弯曲的电路板14上。压电元件11A有至少两个平行的活性体40A和40B。每个活性体40A和40B包括至少一层压电层。由与活性体40A和40B平行设置的电极43(在图中仅表示一个)可以分别激活活性体40A和40B。在压电元件11A可动的尖端45是接触表面48，在相机系统6自动聚焦功能的操作中使接触表面与可调的管子10接触。可弯曲的电路板14在被动部分32支撑元件11A，并通过合适的机构(未表示)连接到电极43。在这个实施例中，将可弯曲的电路板14固定在支撑管9的内表面15。将支撑管9固定在相机系统6的主体内(未表示)。
通过在两个活性体40A和40B上施加相同的电压，可以使元件11A在轴向收缩。通过在各个活性体40A和40B上施加组合的不同电压，可以在两维空间(X和Z)内移动驱动表面48，如在图8中所示的椭圆路径说明的那样。为了移动可调管10，迫使元件11A弯曲压向它进行摩擦接触。可以实行活性体40A和40B不同的激励以便使元件11A膨胀，这将造成可调管10在相反的轴向移动。
在任一个实施例中，通过推导出要加到压电元件11电极上的电压信号的模式，可以获得与所需功能一致的运动的所需模式。所执行的特定运动是响应从相机控制处理器20来的信号。
为了得到在某些光学设计中所需的精度，如在图11和12a-c中所示，使用位置传感器70来监测可动管的位置。这个实施例的光学系统包括如前所述的支撑管17和可移动的透镜管10。这些部件通过夹持器74(见图11)被直接安装在印刷电路板73上。印刷电路板73包含图像传感器7、图像处理器26和相关的部件(未表示)。将光学传感器71安装和连接在可弯曲的电路板14和使用该传感器来观察安装在可动管10上的反射表面76。光学传感器71可以是商业上销售的、次小型的、反射型的、光斩波器、如型号GP2S60，从美国Camas，WA的Sharp Micxoelectronics公司有售。光学监测器70包括如在图15的实施例中所示的反射表面76，它包括掺入到可动管表面处理中的灰度色标。在图15中在可动管110的后段120中表示反射表面76。这个实施例的装配体还包括围绕支撑管17包裹的和被弹簧元件16夹持在位置上的可弯曲电路板14。将压电元件1-13安装在可弯曲的电路板14上的一个位置，以便使这些元件的接触垫能通过支撑管17中的开口76-78与透镜管10接触。通过支撑管17中的口79提供目视位置传感器71的通道。这种结构在各种各样的实施例中将提供可动管精确的监测。在光学系统1的插入组件中必须提供合适的开口，以便使光学传感器51能有目视可动管10或110(在图13中)的通道。
上述的压电驱动系统可以很容易地适合去移动多个透镜，或者通过对单个驱动的合适连接系统或者通过独立的多个驱动以便为自动聚焦和变焦矩两种能力提供所需的可调节性。图9a和9b表示两种提供自动聚焦和变焦矩功能的可能的透镜结构。在图9a的系统中，将主透镜51安装在支撑管上用于相对聚焦平面5的运动，装设包括一对透镜52和53的变焦装配体。安装变焦矩透镜用于相对主透镜51和聚焦平面5移动。还安装变焦矩对用于与主透镜一起移动进行聚焦调节。设计这个系统以便应用压电驱动来进行主透镜支撑的运动，它可以包括变焦矩部件和第二个驱动以便提供变焦矩透镜相对主透镜支撑的运动。
在图96中表示的变焦矩系统应用一对透镜61和62。这种结构还可适合如上述的一对驱动进行如在图96中所示的在区域63和64内的运动。在这些结构中可以装设第二可动支撑管，安装它用于在主透镜支撑管10内的移动。一般来说，要提供变焦矩功能，至少装设两组透镜，一组用于调节变焦矩比例和另一组用于补偿聚焦的变化。在图13-15中表示提供变焦矩功能的压电驱动光学系统。依照特定应用的需要，有无数的透镜系统的结构可以适合这个发明的系统。这里描述的各个系统是设计用于其尺寸、重量、和消耗能量都需要达到最小的各种应用。
在图13-16中表示的实施例的多个透镜系统中，将光学系统101直接安装在包括图像传感器(未表示)的主印刷电路板122。在图13-15中所示的光学系统101包括第1透镜元件102和带红外滤光器104的第1透镜元件103。将光学系统101安装在可动管110上。在这种结构中，将可动管110分成两段，安装第1透镜元件103的前段121和安装第2透镜元件的后段120。可动管110的各段互相可以移动。例如，如在图15中所示，前段121可在后段120上移动。还可将前段121连接到波纹管105为光学系统101提供密封。
如在图14b中所示，可动管110的每段是通过一对压电元件独立驱动的，压电元件112和113可以驱动后段120和压电元件111和131可以驱动前段121。为了增加与压电驱动的接触效率，在前段121和后段120上分别构造驱动垫的接触表面125和126。通过在合适位置改变表面光洁度可以形成各接触垫。
在这个实施例中为每段120和121可以装设光学传感器，如123，将它直接安装在可弯曲的印刷电路板114上。在支撑管117中构造开口127，以便为后管段120上的反射表面76提供光学暴露口。
以这种方式提供一种通用的驱动机构，它满足对空间、电力消耗和重量的各项设计要求。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说将能理解，对上述的各实施例可以进行各种修改和改变而不会背离由权利要求书所定义的本发明的范畴。
权利要求
1.一种数码相机光学系统用的可调支撑，包括有纵轴的固定的管形支撑，所述的固定管形支撑被固定在所述相机内；安装的可动的管形支撑用于在固定的管形支撑上相对同轴移动；透镜，安装在可动管形支撑上与所述光学系统可操作相关联；安装在固定管形支撑上的可弯曲的印刷电路板；和有至少两个可独立激励的活性体的至少一个压电元件，所述至少一个压电元件安装和连接在所述可弯曲的印刷电路板上，所述压电元件响应施加的电压是可变形的以便接触可动支撑并沿着所述纵轴移动所述的支撑。
2.如权利要求1所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于是以梁的形状构造所述压电元件；所述的梁有纵轴和还包括第1和第2压电段，每个结构有至少两个活性体；在所述第1和第2压电段之间构成固定连接的被动部分，所述压电段在所述被动段的两侧朝相反的两端纵向向外伸展；从所述被动部分横切所述的纵轴向外伸展的接触垫，以便提供用于与所述可动管形支撑接触的表面；和其特征在于将所述梁安装在固定的管形支撑上和所述接触表面是与所述可动管形支撑可操作接触。
3.如权利要求2所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于所述活性体包括至少两层平行的压电材料层由电极连接到电源，所述电极连接到所述施加电压以便提供对所述活性体的独立激励。
4.如权利要求1所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于将所述可动支撑管安装在固定支撑管内用于在其中同轴移动。
5.如权利要求1所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于所述透镜为数码相机提供自动聚焦功能。
6.如权利要求2所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于改变所述的施加电压，以便使所述在电梁变形从而进入与所述可动管形支撑的接触，和还造成所述压电梁的变形以便提供轴向移动。
7.如权利要求6所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于按照预定的模式改变所述的电压。
8.如权利要求1所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于所述的可弯曲印刷电路板是包裹在所述的固定管形支撑上和假定其管形与所述的固定的管形支撑一致。
9.如权利要求1所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于所述至少一个压电元件包括对称定位在该固定管形支撑上的许多压电元件。
10.如权利要求1所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于所述至少一个压电元件包括对称定位在该固定管形支撑外表面上的许多压电元件和其特征在于所述压电元件通过在所述固定管形支撑中的通道开口与所述可动管形支撑接触。
11.如权利要求8所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于将所述的可弯曲印刷电路板包裹在所述的固定管形支撑的外表面上和还包括围绕所述的可弯曲印刷电路板将可弯曲的弹性阻尼带包裹在所述的固定管形支撑上；和定位在所述阻尼带上的裂开的带形弹簧元件以便将所述阻尼带和印刷电路板夹持在位置中。
12.如权利要求1所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于将所述压电元件构造成梁的形状并将其安装在固定支撑上，所述梁以悬臂的形式平行于所述轴从所述固定支撑朝可动端伸出。
13.如权利要求12所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于所述活性体包括至少两层被电极分开的平行的压电材料层和从固定端伸展到所述的可动端，所述电极连接到所述的施加电压以便对所述活性体提供独立的激励。
14.如权利要求12所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于改变所述的施加电压以便使所述压电元件径向弯曲进入与所述可动支撑的接触和还造成所述压电元件的膨胀或收缩以便提供轴向移动。
15.如权利要求12所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于按照预定的模式改变所述的电压。
16.如权利要求15所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于设计电压的预定模式以便用椭圆的模式移动所述压电元件的所述可动端。
17.如权利要求12所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于所述至少一个压电元件包括对称定位在该支撑管上的许多压电元件。
18.一种数码相机光学系统用的可调支撑，包括有纵轴的固定的管形支撑，所述的固定管形支撑被固定在所述相机内；安装的可动的管形支撑用于在固定的管形支撑上相对同轴移动；透镜，安装在可动管形支撑上与所述光学系统可操作相关联；至少一个压电元件构造成梁的形状；所述梁有纵轴，和第1和第2端，所述梁固定在该固定管形支撑靠近所述的第1和第2端，所述梁还包括第1和第2压电段，构造的每个所述段每个有至少一个活性体，响应施加的电压所述压电段可选择地可以变形以便与可动支撑接触和沿着所述纵轴移动所述支撑；构成在所述第1和第2压电段之间固定连接的被动部分，所述压电段在所述被动段的两侧朝相反的两端纵向向外伸展；从所述被动部分横切所述纵轴向外伸展的接触垫，以便提供用于与所述可动管形支撑接触的表面；和其特征在于以一种方式将所述梁连接到该固定的管形支撑，使其允许所述接触表面可与所述可动的管形支撑可操作接触。
19.如权利要求18所述的数码相机光学系统用的可调支撑，还包括安装在固定的管形支撑上的可弯曲印刷电路板，其特征在于将所述至少一个压电元件直接安装在和连接到所述的可弯曲印刷电路板。
20.如权利要求19所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于将所述的活性体由通过所述可弯曲的印刷电路板连接的电极连接到电压源。
21.如权利要求18所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于所述至少一个压电元件包括对称定位在该支撑管上的许多压电元件。
22.如权利要求18所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于改变所述的施加电压以便使所述压电梁变形进入与所述可动管形支撑的接触和还造成所述压电梁的变形以便提供轴向移动。
23.如权利要求22所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于按照预定的模式改变所述的电压。
24.如权利要求18所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于所述可弯曲的印刷电路板是包裹在所述固定的管形支撑的外表面上和假定其管形与所述固定的管形支撑一致。
25.如权利要求19所述的数码相机光学系统用的可调支撑，还包括围绕所述的可弯曲印刷电路板包裹在所述的固定管形支撑上的可弯曲弹性阻尼带；和定位在所述阻尼带上的裂开的带形弹簧元件以便将所述阻尼带和印刷电路板夹持在位置上。
26.如权利要求18所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于所述至少一个压电元件包括对称定位在该支撑管上的许多压电元件。
27.如权利要求18所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于所述至少一个压电元件包括对称定位在该固定的管形支撑外表面上的许多压电元件和其特征在于所述的许多压电元件通过在所述固定管形支撑中的通道开口与所述可动管形支撑接触。
28.一种数码相机系统，包括安装在所述相机中的主相机控制电路板；安装在所述主印刷电路板上的光学系统以便接受和处理图像；所述光学系统用的可调支撑还包括有纵轴的固定的管形支撑，所述的固定管形支撑被安装在所述主印刷电路板上；安装的可动管形支撑用于在固定的管形支撑上相对同轴移动；透镜，安装在可动管形支撑上与所述光学系统可操作相关联；安装在固定管形支撑上的可弯曲的印刷电路板；和有至少两个可独立激励的活性体的至少一个压电元件，所述至少一个压电元件安装和连接在所述可弯曲的印刷电路板上，所述压电元件响应施加的电压是可变形的以便接触可动支撑并沿着所述纵轴移动所述的支撑。
29.如权利要求28所述的数码相机系统，其特征在于将所述的至少一个压电元件构造成梁的形状；所述的梁有纵轴和还包括第1和第2压电段，构造每段有至少一个活性体；在所述第1和第2压电段之间构成固定连接的被动部分，所述的压电段在所述被动段的两侧朝相反的两端纵向向外伸展；从所述被动部分横切所述的纵轴向外伸展的接触垫，以便提供用于与所述可动管形支撑接触的表面；和其特征在于将所述的梁安装在固定的管形支撑上和所述接触表面是与所述可动管形支撑可操作接触。
30.如权利要求29所述的数码相机系统，其特征在于所述活性体包括至少两层平行的压电材料层由电极连接到所述的施加电压以便提供所述活性体的独立激励。
31.如权利要求28所述的数码相机系统，其特征在于将所述可动支撑管安装在固定支撑管内用于在其中同轴移动。
32.如权利要求28所述的数码相机系统，其特征在于所述透镜为数码相机提供自动聚焦功能。
33.如权利要求29所述的数码相机系统，其特征在于改变所述的施加电压，以便造成所述压电梁的变形从而进入与所述可动管形支撑的接触，和还造成所述压电梁的变形以便提供轴向移动。
34.如权利要求33所述的数码相机系统，其特征在于按照预定的模式改变所述的电压。
35.如权利要求29所述的数码相机系统还包括安装在固定的管形支撑上的可弯曲印刷电路板，其特征在于将所述的至少一个压电元件直接安装在和连接到所述的印刷电路板。
36.如权利要求35所述的数码相机系统，其特征在于所述的可弯曲印刷电路板是包裹在所述的固定管形支撑上和假定其管形与所述的固定管形支撑一致。
37.如权利要求36所述的数码相机系统，其特征在于将所述的可弯曲印刷电路板包裹在所述的固定管形支撑的外表面上和还包括围绕所述的可弯曲印刷电路板包裹在所述的固定管形支撑上的可弯曲弹性阻尼带；和定位在所述阻尼带上的裂开的带形弹簧元件以便将所述阻尼带和印刷电路板夹持在位置上。
38.如权利要求28所述的数码相机系统，其特征在于所述的至少一个压电元件包括对称定位在该固定管形支撑上的许多压电元件。
39.如权利要求28所述的数码相机系统，其特征在于所述至少一个压电元件包括对称定位在固定的管形支撑的外表面上的许多压电元件，和其特征在于所述至少一个压电元件通过在所述固定管形支撑中的通道开口与所述可动管形支撑接触。
40.如权利要求28所述的数码相机系统，其特征在于将所述压电元件构造成梁的形状并将其安装在固定支撑上，所述梁以悬臂的形式平行于所述轴从所述固定支撑朝可动端伸出。
41.如权利要求40所述的数码相机系统，其特征在于所述活性体包括至少两层被电极分开的平行的压电材料层和从固定端伸展到所述的可动端，所述电极连接到所述的施加电压以便对所述活性体提供独立的激励。
42.如权利要求40所述的数码相机系统，其特征在于改变所述的施加电压以便使所述压电元件径向弯曲进入与所述可动支撑的接触和还造成所述压电元件的膨胀或收缩以便提供轴向移动。
43.如权利要求40所述的数码相机系统，其特征在于按照预定的模式改变所述的电压。
44.如权利要求43所述的数码相机系统，其特征在于设计电压的预定模式以便用椭圆的模式移动所述压电元个的所述可动端。
45.如权利要求40所述的数码相机系统，其特征在于所述至少一个压电元件包括对称定位在该支撑管的内表面上的许多压电元件。
46.如权利要求1所述的数码相机光学系统用的可调支撑，还包括安装的第2可动管形支撑用于在所述可动管形支撑上移动；安装在所述的第2管形支撑上的第二透镜与所述光学系统可操作相关联以便提供变焦矩能力；和有至少两个可独立激励的活性体的至少一个辅助压电元件，所述的至少一个辅助压电元件固定在该可动管形支撑并在所述可动管形支撑和所述第2可动管形支撑之间伸展，所述辅助压电元件响应施加的电压是可变形的以便接触第2可动支撑和在所述可动支撑上移动所述的第2可动支撑。
47.如权利要求28所述的数码相机系统，还包括安装的第2可动管形支撑用于在所述可动管形支撑上移动；安装在所述的第2管形支撑上的第二透镜与所述光学系统可操作相关联以便提供变焦矩能力；和有至少两个可独立激励的活性体的至少一个辅助压电元件，所述的至少一个辅助压电元件固定在该可动管形支撑并且所述可动管形支撑和所述第2可动管形支撑之间伸展，所述辅助压电元件响应施加的电压是可变形的以便接触第2可动支撑和在所述可动支撑上移动所述的第2可动支撑。
48.一种数码相机系统，包括装配在可弯曲电路板上的主相机控制电路，包含在所述相机中的光学系统以便接受和处理图像；所述光学系统用的可调支撑还包括有纵轴的固定的管形支撑，所述的固定管形支撑被固定在所述相机内，和其特征在于所述的可弯曲印刷电路板被安装在其上；安装的可动管形支撑用于在固定的管形支撑上相对同轴移动；透镜，安装在可动管形支撑上与所述光学系统可操作相关联；至少一个压电元件构造成梁的形状；所述的梁有纵轴，所述的梁通过所述的可弯曲印刷电路板固定在该固定的管形支撑并在所述的固定管形支撑和所述的可动管形支撑之间伸展，所述的梁还包括第1和第2压电段，构造每个所述的段有至少两个可独立激励的活性体，所述压电段响应施加的电压是可选择地变形的以便与可动支撑接触和沿着所述的纵轴移动所述的支撑；在所述的第1和第2压电段之间构成固定连接的被动部分，所述的压电段在所述被动段的两侧朝相反的两端纵向向外伸展；从所述被动部分横切所述的纵轴向外伸展的致动杆，以便提供与所述可动管形支撑接触的表面；和其特征在于以某种方式将所述的梁安装在固定的管形支撑上从而允许所述接触表面与所述可动管形支撑可操作接触。
49.如权利要求48所述的数码相机系统，其特征在于通过所述的可弯曲印刷电路板连接的电极将所述的活性体连接到电压源。
50.如权利要求48所述的数码相机系统，其特征在于所述至少一个压电元件包括对称定位在该支撑管内表面上的许多压电元件。
51.如权利要求48所述的数码相机系统，其特征在于改变所述的施加电压，以便使所述压电梁变形从而进入与所述可动管形支撑的接触，和还造成所述压电梁的变形以便提供轴向移动。
52.如权利要求51所述的数码相机系统，其特征在于按照预定的模式改变所述的电压。
53.如权利要求48所述的数码相机系统，其特征在于所述的可弯曲印刷电路板是包裹在所述的固定管形支撑上和假定其管形与所述的固定管形支撑一致。
54.如权利要求48所述的数码相机系统，其特征在于所述至少一个压电元件包括对称定位在该固定管形支撑的外表面上的许多压电元件和其特征在于所述至少一个压电元件通过在所述的固定管形支撑中的通道开口与所述可动管形支撑接触。
55.如权利要求53所述的数码相机系统，其特征在于将所述的可弯曲印刷电路板包裹在所述的固定管形支撑的外表面上和还包括围绕所述的可弯曲印刷电路板将可弯曲的弹性阻尼带包裹在所述的固定管形支撑上；和定位在所述阻尼带上的裂开的带形弹簧元件以便将所述阻尼带和印刷电路板夹持在位置中。
56.如权利要求48所述的数码相机系统，还包括安装的第2可动管形支撑用于在所述可动管形支撑上移动；安装在所述的第2管形支撑上的第二透镜与所述光学系统可操作相关联以便提供变焦矩能力；和有至少两个可独立激励的活性体的至少一个辅助压电元件，所述的至少一个辅助压电元件固定在该可动管形支撑并在所述可动管形支撑和所述第2可动管形支撑之间伸展，所述辅助压电元件响应施加的电压是可变形的以便接触第2可动支撑和在所述可动支撑上移动所述的第2可动支撑。
57.如权利要求1所述的数码相机光学系统用的可调支撑，还包括为了提供位置参考以便控制所述可动管的移动安装在该可弯曲印刷电路板上的位置传感器用于检测所述可动管的位置。
58.如权利要求57所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于该位置传感器包括光学传感器，它检测从在所述可动管上光学刻度来的反射光。
59.一种数码相机光学系统用的可调支撑，包括有纵轴的固定的管形支撑，所述的固定管形支撑被固定在所述相机内；安装的可动的管形支撑用于在固定的管形支撑上相对同轴移动；安装在固定的管形支撑上的可弯曲的印刷电路板；其特征在于所述的可动管形支撑还包括安装在所述的固定管形支撑上的前段和后段用于在所述各段之间两者的相对移动和在串级连接中的移动；安装在所述的前段上至少一个第1透镜用于与其一起移动；安装在所述的后段上至少一个第2透镜用于与其一起移动；和其特征在于所述至少一个第1和第2透镜光学配合以便提供一种光学功能；和有至少两个可独立激励的活性体的至少一个第1压电元件，所述至少一个第1压电元件安装和连接在所述可弯曲的印刷电路板上，所述至少一个第1压电元件响应施加的电压是可变形的以便接触所述的前段和沿着所述的纵轴移动所述的前段；和有至少两个可独立激励的活性体的至少一个第2压电元件，所述至少一个第2压电元件安装和连接在所述可弯曲的印刷电路板上，所述至少一个第2压电元件响应施加的电压是可变形的以便接触所述的后段和沿着所述的纵轴移动所述的后段。
60.如权利要求59所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于所述至少一个第1和第2透镜协作以便提供变焦矩功能。
61.如权利要求59所述的数码相机光学系统用的可调支撑，其特征在于所述至少一个第1透镜是变焦矩透镜和所述至少一个第2透镜是聚焦透镜。
62.如权利要求59所述的数码相机光学系统用的可调支撑，还包括安装和连接在所述的可弯曲印刷电路板上的第1光学传感器，定位的所述第1光学传感器用于检测从所述的前段表面反射的光，和安装和连接在所述的可弯曲印刷电路板上的第2光学传感器，定位的所述第2光学传感器用于检测从所述的后段表面反射的光。
全文摘要
构造一种数码相机光学系统(1)用的支撑，它响应从相机控制处理器来的信号可调节地定位透镜元件。该支撑包括支撑透镜元件(2)的多个管子(9，10)，安装用于相对同轴移动。至少一个管子相对主支撑管(9)的位置是可调节的。该可调管(10)与压电元件(11－13)是可接触的。将每个压电元件安装在可弯曲的印刷电路板(14)，该电路板包含相机操作系统和被安装在该支撑管(9)上。
文档编号G02B7/02GK1659466SQ03813097
公开日2005年8月24日 申请日期2003年6月4日 优先权日2002年6月5日
发明者J·鲁维宁, I·考哈尼米, P·阿尔格伦, S·约翰松, C·马特松 申请人:诺基亚有限公司