专利名称：微型线性马达驱动装置及具有该驱动装置的对焦镜头装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微型线性马达驱动装置及具有所述驱动装置的对焦镜头装置，特别涉及一种适用于以线性马达为动力源的对焦镜头组上，且通过驱动线圈与穿设于其中的磁性导引轨之间的电磁作用，来提供动力的一种驱动装置。
背景技术：
请参阅图1，在一般的摄影装置1中，主要是由包括一镜头组11、光感测组件12及对焦机构(图中未示)所组成。其中镜头组11可将被摄对象的反射影像光成像于光感测组件12上。由于如果镜头组11与光感测组件12间的距离是为固定(亦即定焦镜头)，则其仅能清晰呈现2-3公尺以外超焦距离(hyperfocal distance)的对象。若欲拥有近拍功能，则镜头组与光感测组件之间的距离就必须利用所述对焦机构予以适时调整。
而在现有摄影装置中所使用的机械传动式对焦机构2(如图2所示)，其使用高成本的精密驱动组件21作为驱动设有镜头组11的承载座22的动力来源(例如步进马达、超音波马达、压电致动器....等等)以及相当多的传动组件。不仅使得机械架构复杂，而具有组装步骤繁琐不易、体积大还有成本高昂的缺失，同时还有耗电量大的严重缺点。而随着科技的日益发展，传统专用摄影装置不断的提高画质并朝缩小体积以便于携带的方向不断开发新产品。另一方面，业者也针对各种不同功能产品进行整合，例如将摄影功能与行动通讯功能的手机结合、将摄影功能与个人数字助理(PDA)结合或是将摄影功能与笔记型计算机结合，令其具有更强大的视讯功能。因此，在共享同一电源供应装置的设计上，如何缩小体积以及降低成本还有如何降低电源的消耗，藉以在使用相同容量大小的电源供应装置时，可以有效提升产品的待机以及使用时间就成为业者所要研发改良的重点。
美国专利US 5150260号案曾揭露一种使用步进马达来驱动透镜群的机构设计。此种使用步进马达来当作致动器的机构设计，虽然具备开环控制(open-loop control)的优点，但其机构所占空间较大，致使模块小型化不易。同时，步进马达的响应时间较长，操作时将产生较大的震动与噪音，为此类型的致动器的最大缺点。
美国专利US 6392827号案曾揭露一种使用压电致动器来驱动透镜群的机构设计。压电致动器虽具备快速的响应时间、高分辨率、小型化容易的优点。然其高电压的操作模式，压电材料的易碎特性以及磨耗问题，着实成为摄影装置在选择驱动装置时所需面对的问题。
美国专利US 5220461以及US 5471100号案曾揭露一种线性马达致动器，在整体空间运用上优于步进马达型式的机构设计，同时亦具备较佳的响应时间。但是，耗电特性较差以及必须采用闭环控制(close-loop control)则是此类致动器亟需改进的缺点。
发明内容
本发明的第一目的是在于提供一种微型线性马达驱动装置及具有所述驱动装置的对焦镜头装置，相对于前述现有技术，本发明的驱动装置与对焦镜头装置可具有更小型化、结构更简单、且更低耗电的功效。
本发明的第二目的是在于提供一种微型线性马达驱动装置，主要是在一磁性导引轨外围以非接触的方式缠绕一驱动线圈，并将一承载座结合连动于磁性导引轨与驱动线圈的两者之一。利用电磁感应的原理，当对驱动线圈施加电流时，由磁性导引轨与驱动线圈之间的磁力作用，可致使其两者之间产生相互位移运动，进而带动承载座移动，且同时所述磁性导引轨并提供导引位移方向的功能。如此一来，所述驱动装置将可不必另外设置额外的导引轨组件，故可进一步减少组件数量、缩小体积、简化结构。并且，更因驱动线圈的磁力线可直接集中在磁性导引轨上，其驱动效率更高，也相对更省电。
本发明的第三目的是在于提供一种微型线性马达驱动装置，其可通过一磁性位置传感器来感测承载座的位置以作为承载座位移时的位置回馈，而具有组件精简、结构简单、体积较小、成本较低、与定位精确等优点。
本发明的第四目的是在于提供一种微型线性马达驱动装置，其装置有一独特的预压弹片设计。当承载座位于一起始位置时，所述预压弹片可卡入承载座以达到将其固定的目的。当承载座开始移动后，预压弹片将产生弯曲变形并提供一定预压力施加在承载座上，使承载座在移动过程中更加稳定。
为达上述的目的，本发明的微型线性马达驱动装置的一较佳实施例可适用于一对焦镜头组上，而组合成一对焦镜头装置。所述驱动装置是包括有一承载座、至少一驱动线圈、及至少一磁性导引轨。所述承载座是用来容置所述镜头组且设有至少一导孔。所述驱动线圈是缠绕于导孔周缘。所述磁性导引轨是穿设于所述导孔中，在所述磁性导引轨的两端分别形成有一第一磁极与一第二磁极，并使承载座可沿着所述磁性导引轨进行线性位移运动。通过对所述至少一驱动线圈施以电流，可产生一预定磁力并与所述磁性导引轨两端的磁极发生相互作用力，进而促使承载座连同其上的镜头组被推动而沿着所述磁性导引轨进行线性位移运动。
在一较佳实施例中，本发明的驱动装置更包括有一基座、一上盖、一永久磁铁、及一磁性位置传感器。基座与上盖可相互盖合且其两者之间设有一容置空间以供容纳所述镜头组、承载座、驱动线圈、及磁性导引轨。所述永久磁铁是定位于基座与上盖的其中之一且是朝向容置空间设置。所述磁性位置传感器是结合于承载座上且对应于所述永久磁铁。当承载座位移时，所述磁性位置传感器可感应到所述永久磁铁的磁力变化并产生对应之一电压讯号，所述电压讯号的值是对应于所述承载座的所在位置。
在一较佳实施例中，本发明的驱动装置更包括有一预压弹片以及一凹点。所述预压弹片的一端是固定在基座与上盖的其中之一且另一端是为一可摆动的自由端，在预压弹片的所述自由端并设有一凸点。所述凹点是设在承载座对应于所述凸点之处。当所述承载座位于一起始位置时，所述凸点恰卡入承载座上的凹点以达到固定承载座的目的。当承载座受驱动而位移后，预压弹片的凸点将与承载座的凹点分离，同时预压弹片产生弯曲变形，提供一定预压力施加于承载座上，使承载座在移动过程中更加稳定，且同时将消除承载座的导孔与导引轨之间的间隙。
图1为现有镜头对焦原理的示意图；图2为现有对焦镜头的立体分解示意图；图3为具有本发明微型线性马达驱动装置的对焦镜头装置的一较佳实施例，其在组合状态下的立体外观图；图4为本发明如图3所示的对焦镜头装置在第一视角下的立体分解图；图5为本发明如图3所示的对焦镜头装置在第二视角下的立体分解图；图6为本发明如图3所示的对焦镜头装置在第三视角下的立体分解图；图7为本发明如图3所示的对焦镜头装置在卸除上盖后的组合状态立体视图；图8为本发明微型线性马达驱动装置中，其磁性导引轨与驱动线圈之间的磁力作用示意图。
图9A为本发明如图3所示的本发明对焦镜头装置的A-A剖面图，其显示承载座是位于一后侧位置。
图9B为本发明如图3所示的本发明对焦镜头装置的A-A剖面图，其显示承载座被驱动而位于一前侧位置。
图10为本发明的微型线性马达驱动装置中，其磁性导引轨的另一较佳实施例。
附图标记说明1摄影装置；11镜头组；12光感测组件；2机械传动式对焦机构；21驱动组件；22承载座；30具有本发明的驱动装置的对焦镜头组；31基座；311栓孔；312、313、314凹座；315、322开孔；32上盖；321穿孔；33镜头组；34承载座；341、342导孔；343凹点；351、352、45驱动线圈；361、362、46磁性导引轨；37、471、472永久磁铁；38磁性位置传感器；39预压弹片；391自由端；392凸点；40螺栓。
具体实施例方式
本发明的微型线性马达驱动装置的主要原理，是利用电磁感应的原理，由磁性导引轨与驱动线圈之间的磁力作用，致使驱动线圈产生移动的效果。当施加电流于驱动线圈后，其所感应出的电磁力若与磁性导引轨的磁力相吸时，将顺着导引轨往其中一方向移动；反之，施加反相电流于驱动线圈后，其所感应出的电磁力将与磁性导引轨的磁力互斥，此时驱动线圈将沿着导引轨往另一方向移动。根据此一现象，由于感应线圈组装在承载座上，承载座将被感应线圈所带动，达到移动装置于承载座上的镜头组的目的。
如图3至图7所示，具有本发明微型线性马达驱动装置的对焦镜头装置30是包括有一基座31、一上盖32、一镜头组33、一承载座34、至少一驱动线圈(包括一第一驱动线圈351及一第二驱动线圈352)、至少一磁性导引轨(包括一第一磁性导引轨361及一第二磁性导引轨362)、一永久磁铁37、一磁性位置传感器38、一预压弹片39、以及一螺栓40。
所述基座31与所述上盖32是可相互盖合。在上盖32与基座31上分别设有一穿孔321及一栓孔311，可通过将所述螺栓40先穿过穿孔321后再锁合于栓孔311中而将基座31与所述上盖32固定成一体。在基座31与上盖32之间是设计有一容置空间以供容纳前述的各组件。并且，在基座31的预定位置上是设有特定形状的若干凹座312、313、314，以供分别定位所述些磁性导引轨361、362、永久磁铁37、及预压弹片39，并使得这些组件在上盖32与基座31相盖合后不会随意移动。此外，在基座31与上盖32对应于镜头组33前、后方的位置处是分别设有一开孔315、322，以供光线通过所述镜头组33。
所述镜头组33是由包括若干透镜所构成的光学镜头组，其外围设有螺牙。或者，在另一实施例中，所述镜头组33也可能是一变焦镜头组。由于此所述的光学镜头组与变焦镜头组是属现有技术且非为本发明特征所在，故以下将不予赘述其详细构成。
所述承载座34是用来容置所述镜头组33。于本较佳实施例中，所述承载座34的中央是为一设有内螺纹的贯穿孔，其内径是对应于镜头组33外径，使镜头组33可锁合并定位于承载座34的贯穿孔中。并且，在承载座34相对两侧是分别设有一导孔341、342，而所述第一与第二驱动线圈351、352则是分别缠绕于所述两导孔341、342周缘，并使导孔341、342与驱动线圈351、352的中心孔呈现相贯通的状态。
所述第一与第二磁性导引轨361、362是分别穿设于所述两导孔341、342以及所述第一与第二驱动线圈351、352之中。于本较佳实施例中，所述第一与第二磁性导引轨361、362是为杆状永久磁铁，而于各磁性导引轨的两端分别具有磁极相反之一第一磁极与一第二磁极。由于所述承载座34实质上是套设于第一与第二磁性导引轨361、362上，故可受磁性导引轨361、362的引导(限制)，而只能沿着所述磁性导引轨361、362所延伸的方向进行有限度(亦即位移距离不大于磁性导引轨361、362的长度)的线性位移运动。
所述永久磁铁37是定位于基座31上且是朝向容置空间设置。同时，所述磁性位置传感器38是结合于承载座34上且对应于所述永久磁铁37。当承载座34位移时，所述磁性位置传感器38可感应到所述永久磁铁37的磁力变化并产生对应之一电压讯号。并且，所述电压讯号的电压值是与磁性位置传感器38所感应到的磁力强度成一函数的关是。也就是说，所述电压讯号的值是对应于所述承载座34的所在位置，通过量测磁性位置传感器38所输出电压讯号的电压值，可换算出磁性位置传感器38(也就是镜头组33)的位置，以作为驱动镜头组33位移时的位置回馈。由于本发明使用体积小且不占空间的磁性位置传感器38来感测镜头组33的位置，所以几乎不须设置任何额外的精密机械组件、或是昂贵的光学式定位组件，故可具有组件精简、结构简单、体积较小、成本较低、与定位精确等等的优点。
所述预压弹片39的一端是固定于基座31上，且另一端则为一可摆动的自由端391，于预压弹片39的所述自由端391并设有一凸点392。同时，于承载座34对应于所述凸点392的位置处是设有一凹点343。当所述承载座34位于一起始位置时(例如驱动线圈351、352尚未被施加电流时)，所述凸点392是恰卡入承载座34上的凹点343以达到固定承载座34的目的。而当承载座34受驱动而位移后，预压弹片39的凸点392将与承载座34的凹点343分离。此时，预压弹片39将产生弯曲变形，并提供一定预压力施加于承载座34上，使镜头组33在移动过程中更加稳定，且将消除承载座34的导孔341、342与磁性导引轨361、362之间的间隙。
请参阅图8，其显示有本发明微型线性马达驱动装置中，其磁性导引轨361、362与驱动线圈351、352之间的磁力作用示意图。如图八所示，当施加电流于驱动线圈351、352后将会在于驱动线圈351、352产生一预定电磁力并与所述磁性导引轨361、362上下两端的S、N磁极发生相互作用力。倘若其所感应出的电磁力若与磁性导引轨361、362的磁力相吸时，将使得驱动线圈351、352顺着磁性导引轨361、362往其中一方向移动。反之，施加反相电流于驱动线圈351、352后，其所感应出的电磁力将与磁性导引轨361、362的磁力互斥，此时驱动线圈351、352将沿着磁性导引轨361、362往另一方向移动。根据此一现象，由于感应线圈351、352组装在承载座34上，承载座34连同其上的镜头组33将被感应线圈351、352所带动，而沿着所述磁性导引轨361、362延伸方向进行线性位移运动，并且，其位移的行程将受到磁性导引轨361、362的长度所限制。如此一来，所述磁性导引轨361、362即同时可提供电磁制动与位移导引的双重功能。于是，本发明的驱动装置将可不必另外设置额外的位移导引组件，故可进一步减少组件数量、缩小体积、简化结构。并且，更因驱动线圈351、352的磁力线可直接集中于磁性导引轨361、362上，其驱动效率更高，也相对更省电。
请参阅图9A及图9B，为如图3所示的本发明对焦镜头装置的A-A剖面图，其分别显示有承载座34被驱动而位移切换于一后侧位置(如图9A所示)与一前侧位置(如图9B示)的示意图。
请参阅图10，为本发明的微型线性马达驱动装置中，其磁性导引轨的另一较佳实施例。在图10所示的较佳实施例中，所述磁性导引轨是为一杆状的导磁组件46(例如，轭铁材质的导磁组件)，且在所述杆状导磁组件46的两端分别设置有一永久磁铁471、472，所述两永久磁铁471、472是诱发所述杆状导磁组件46的两端分别形成不同磁极的所述第一磁极与第二磁极。其同样可与驱动线圈45相配合来产生驱动力，且所述导磁组件46的长度可较不受限制，成本亦相对较低廉。
以上所述的实施例不应用于限制本发明的可应用范围，本发明的保护范围应以本发明的申请专利范围内容所界定技术精神及其均等变化所含括的范围为主者。即大凡依本发明申请专利范围所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围，故都应视为本发明的进一步实施状况。
权利要求
1.一种微型线性马达驱动装置，其特征在于，包括有一承载座，其设有至少一导孔；至少一驱动线圈，缠绕于所述导孔周缘；以及，至少一磁性导引轨，穿设于所述导孔中，于所述磁性导引轨的两端分别形成有一第一磁极与一第二磁极，并使承载座沿着所述磁性导引轨进行线性位移运动；其中，通过对所述至少一驱动线圈施以电流，产生一预定磁力并与所述磁性导引轨两端的磁极发生相互作用力。
2.如权利要求书1所述的微型线性马达驱动装置，其特征在于，所述磁性导引轨是为一杆状永久磁铁。
3.如权利要求书1所述的微型线性马达驱动装置，其特征在于，所述磁性导引轨是为一杆状的导磁组件，且于所述杆状导磁组件的两端分别设置有一永久磁铁，所述两永久磁铁是诱发所述杆状导磁组件的两端分别形成不同磁极的所述第一磁极与第二磁极。
4.如权利要求书3所述的微型线性马达驱动装置，其特征在于，所述导磁组件的材质是为轭铁。
5.如权利要求书1所述的微型线性马达驱动装置，其特征在于，更包括有一镜头组，容置于所述承载座中。
6.如权利要求书5所述的微型线性马达驱动装置，其特征在于，更包括有可相互盖合之一基座与一上盖，于所述基座与上盖之间设有一容置空间以供容纳所述镜头组、承载座、驱动线圈、及磁性导引轨；于基座与上盖对应于镜头组前、后方的位置处是分别设有一开孔以供光通过。
7.如权利要求书6项所述的微型线性马达驱动装置，其特征在于，更包括有一永久磁铁，定位于基座与上盖的其中之一且是朝向容置空间设置；以及，一磁性位置传感器，结合于承载座上且对应于所述永久磁铁，当承载座位移时，所述磁性位置传感器可感应到所述永久磁铁的磁力变化并产生对应之一电压讯号，所述电压讯号的值是对应于所述承载座的所在位置。
8.如权利要求书6项所述的微型线性马达驱动装置，其特征在于，更包括有一预压弹片，其一端是固定于基座与上盖的其中之一且另一端是为一可摆动的自由端，于预压弹片的所述自由端并设有一凸点；以及，一凹点，设于承载座对应于所述凸点之处；当所述承载座位于一起始位置时，所述凸点恰卡入承载座上的凹点以达到固定承载座的目的；当承载座受驱动而位移后，预压弹片的凸点将与承载座的凹点分离，同时预压弹片产生弯曲变形，提供一定预压力施加于承载座上，使镜头在移动过程中更加稳定，且将消除承载座的导孔与导引轨之间的间隙。
9.一种具有微型线性马达驱动装置的对焦镜头装置，其特征在于，包括有一磁性导引轨，其是延伸一预定长度，且于所述磁性导引轨的两端分别形成有一第一磁极与一第二磁极；一驱动线圈，缠绕于所述磁性导引轨外且是与磁性导引轨相隔一预定间隙，通过对所述驱动线圈施以电流，可产生一预定磁力并与所述磁性导引轨两端的磁极发生相互作用力，进而促使磁性导引轨与驱动线圈两者之间可以进行相互位移运动，并且，所述的相互位移运动实质上是被所述磁性导引轨的延伸方向与长度所限制；以及，一镜头组，连动于磁性导引轨与驱动线圈的其中之一，使得当磁性导引轨与驱动线圈两者的间进行相互位移运动时，所述镜头组也同时被带动。
10.如权利要求书1所述的微型线性马达驱动装置，其特征在于，更包括有一承载座，所述镜头组是容置定位于所述承载座中，于所述承载座上设有至少一导孔，所述驱动线圈是缠绕于所述导孔外且与承载座连动，并且，所述磁性导引轨是穿设于所述导孔，使承载座可沿着所述磁性导引轨进行线性位移运动；一基座；一上盖，于所述基座与上盖之间设有一容置空间以供容纳所述镜头组、承载座、驱动线圈、及磁性导引轨；一永久磁铁，定位于基座与上盖的其中之一且是朝向容置空间设置；以及，一磁性位置传感器，结合于承载座上且对应于所述永久磁铁，当承载座位移时，所述磁性位置传感器可感应到所述永久磁铁的磁力变化并产生对应的一电压讯号，所述电压讯号的值是对应于所述承载座的所在位置。
全文摘要
一种微型线性马达驱动装置，可用于驱动一镜头组以进行对焦工作。所述驱动装置包括有一承载座、至少一驱动线圈、及至少一磁性导引轨。所述承载座设有至少一导孔且可用来容置镜头组。所述驱动线圈是缠绕在导孔周缘。所述磁性导引轨是穿设在所述导孔中，在所述磁性导引轨的两端分别形成有一第一磁极与一第二磁极，并使承载座可沿着所述磁性导引轨进行线性位移运动。通过对所述至少一驱动线圈施以电流，可产生一预定磁力并与所述磁性导引轨两端的磁极发生相互作用力，进而促使承载座被推动而沿着所述磁性导引轨进行线性位移运动。
文档编号G02B7/10GK1933303SQ200510102559
公开日2007年3月21日 申请日期2005年9月12日 优先权日2005年9月12日
发明者何文仁, 张吉龙 申请人:力相光学股份有限公司