变焦镜头驱动装置和变焦镜头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种变焦镜头驱动装置和变焦镜头。
【背景技术】
[0002]随着数码影像技术的推广和普及，光学成像装置被广泛应用到各种类型的设备上，例如种类繁多的便携及小型设备，小型化的光学成像装置，例如小型变焦镜头，具有广泛需求。
[0003]变焦镜头一般具有两个独立的运动过程，一个是变焦(Zoom)运动过程，一个是对焦(Auto Focus)运动过程。通常，这两个运动过程分别由两个独立的电机来实现。
[0004]为使得成像装置在小型化的情况下具有精确调节焦距的能力，已经提出了采用螺纹驱动的超声电机(USM，Ultra Sonic Motor)来进行焦距的调节(参见公布号为W02007118418的PCT国际申请)和变焦(参见公布号为CN102590979A的中国专利)。但是，如果变焦和对焦均采用超声电机，加工难度较高，需要很多精密的加工设备，且一致性和良率较低。
[0005]目前，在手机用微型镜头领域，最为广泛使用的对焦电机是音圈电机(VCM，VoiceCoil Motor)，其成本低，结构简单且对焦速度快，但是功耗大且行程短，因此难以用于变焦。而在变焦运动方面，目前尚无主流的电机驱动方案。
【发明内容】
[0006]依据本发明提供一种变焦镜头驱动装置，包括对焦电机和变焦电机，分别用于驱动第一对焦镜头组和第一变焦镜头组轴向移动，其中，对焦电机和变焦电机中至少一者为盘式电磁电机，所称盘式电磁电机的定子和动子具有中空结构，盘式电磁电机的动子的转轴与第一对焦镜头组和第一变焦镜头组的光轴一致。
[0007]依据本发明的另一方面提供一种变焦镜头，包括上述变焦镜头驱动装置，以及用于安装在相应的镜头支撑件上的需要移动的镜头组。
[0008]依据本发明的变焦镜头，使用具有中空结构的盘式电磁电机作为镜头驱动电机尤其是作为变焦电机，不仅易于加工，且易于与另一组电机配合形成紧凑的结构，能够满足微型至大型变焦镜头的需求。
[0009]以下结合附图，对依据本发明的具体示例进行详细说明。本文中的“第一”、“第二”等标记仅为相互区别的目的而使用，不具有顺序或附加的技术含义。
【附图说明】
[0010]图1是本发明所使用的一种盘式电磁电机的结构示意图；
图2是本发明所使用的一种音圈电机的结构示意图；
图3是本发明所使用的一种4层印刷电路的绕线方式示意图；
图4是本发明所使用的另一种4层印刷电路的绕线方式示意图； 图5是本发明所使用的一种超声电机的结构示意图；
图6是本发明所使用的一种动子的传动结构的示意图；
图7是本发明所使用的另一种动子的传动结构的示意图；
图8是实施例1的变焦镜头的结构示意图；
图9是实施例1中两种优选的定子绕组的实现方式示意图；
图10是实施例2的变焦镜头的结构示意图；
图11是实施例3的变焦镜头的结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]依据本发明的变焦镜头驱动装置包括用于驱动第一对焦镜头组轴向移动的对焦电机和用于驱动第一变焦镜头组轴向移动的变焦电机。本文中，将电机中运动的部件称为动子(例如直线式电机中的动子或旋转式电机中的转子)，将电机中相对固定的部件称为定子。上述对焦电机和变焦电机中至少一者为盘式电磁电机。
[0012]本发明所使用的盘式电磁电机可采用申请号为CN201310677074.4，名称为“电磁电机”的中国专利申请中所描述的原理和结构，其一种结构示意图可参考图1，包括定子101和动子102，其定子和动子具有中空结构，动子的转轴与第一对焦镜头组和第一变焦镜头组的光轴一致。具体地，定子表现为中空的定位套筒，相对于基板104固定，基板上设置有至少两个定子绕组105 (图1中示例性地画出了 4个，其中一个被定子套筒遮挡)，至少一对磁极107安装在动子的底部。图1中，动子套设在定子之外，能够绕定子旋转，在其他实施方式中，动子也可以套设在定子之内，使得两组电机共用一个定子成为可能。
[0013]盘式电磁电机的动子可以是一个纯铁芯，这种情况下，动子的磁极可以简单地嵌在铁芯中；动子也可以由塑胶等非磁性材料制成，动子的磁极安装在非磁性材料表面或嵌入其中；动子也可以由两部分组成，底部为磁极环(嵌有磁极的由磁性或非磁性材料制成的环)，上部为磁性材料或受磁材料制作的套筒；磁极不必突出端面，可通过增加一个罩壳使得磁极与罩壳的端面齐平甚至略微凹陷。当按一定规律向定子绕组供给交流或直流电时，在定子绕组与动子磁极之间将产生一个旋转磁场，该磁场通过磁极带着动子一起转动。这种盘式电磁电机，由于中空，使得可以用于镜头的安装，以实现优秀的调焦和变焦结构。本发明所使用的盘式电磁电机优选采用步进控制方式，使得不必测量动子的移动即可实现精确的位移控制。
[0014]上述盘式电磁电机优选用作变焦电机，相应搭配的对焦电机可以是另一个盘式电磁电机或音圈电机或超声电机。变焦电机优选套设于对焦电机外部，这种结构使得变焦镜头可以具有更大的口径，一方面适合于安装广角镜头，另一方面由内至外逐渐增大的镜头结构也更便于安装，降低安装难度。
[0015]本发明所使用的音圈电机可采用申请号为CN201310748592.0，名称为“驱动装置及器件制作方法”的中国专利申请中所描述的原理和结构，其一种结构示意图可参考图2，包括具有中空结构的定子201和动子202，定子和动子通过弹性件208连接。具体地，定子表现为中空的定位套筒，相对于基板204固定，基板上设置有定子绕组205，动子设置有永磁体。定子绕组通电后，动子在定子的电磁场作用下直线移动，反向的运动可以通过加反向电流或者利用弹性件的复原力来实现。不失一般性地，图2中示出的弹性件为立体螺旋状弹簧，在具体实施时，可根据实际需要采用各种不同形式的弹性件，例如采用金属蚀刻工艺制作的平面弹簧片等。若弹性件采用弹簧，可以同时将弹簧用作驱动线圈，从而省去定子绕组，当然也可以同时使用弹簧和定子绕组来充当驱动线圈，在这种情况下，弹簧需要具有良好的导电能力，例如可采用表面镀铜并包覆有绝缘材料的钢簧。
[0016]为有效降低功耗，图2所示的音圈电机采用一种优选的设计，即，在不通电的情况下，音圈电机的弹性件208在自身的弹力Fl与方向相反的预先存在的磁力F2的作用下平衡于受力平衡位置x0。若用X表示以弹性件的形变量为O的位置作为原点的位置变量(显然，X同时也表示形变量)，则Fl和F2可简记为Fl = kl*x，F2 = FO + k2*x，其中，H)为弹性件在形变量为O的位置所受的F2的大小，kl和k2分别表示弹力和磁力的变化系数，符号相同而方向相反，可以是常数或变量。由于在位置xO，Fl = F2，可推出xO = FO / (kl 一k2)，由此可知，当音圈电机工作在受力平衡位置xO附近时，线圈驱动力所需要克服的弹性件的等效变化系数仅为(kl - k2)，小于未施加F2时的变化系数kl，因此可以降低能耗。
[0017]优选地，受力平衡位置xO位于弹性件的工作区间的两个端点之一或之间，即可实现相应工作状态的零功耗保持。
[0018]F2可由两个磁体来提供，例如，第一磁体为设置于动子的永磁体，第二磁体为由永磁或受磁材料制成的定位套筒。为简化结构，也可以令钢质弹簧充当第二磁体，在最精简的情况下，表面镀铜并包覆有绝缘材料的钢簧可同时充当弹性件、驱动线圈和第二磁体。
[0019]本发明所使用的对焦电机和/或变焦电机的定子绕组的一种优选实现方式为由印刷电路制成，例如上述盘式电磁电机和音圈电机的定子绕组可采用印刷电路。印刷电路可制作