專利名稱：可用于手機(jī)光學(xué)聚焦與變焦的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種可用于手機(jī)光學(xué)聚焦與變 焦的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)的發(fā)展，在光學(xué)調(diào)焦、精密驅(qū)動(dòng)和微系統(tǒng)領(lǐng)域迫切需要微型直線驅(qū)動(dòng)器。 原有的電磁驅(qū)動(dòng)器在微小尺度下效率急劇降低，并且制造難度大。而壓電驅(qū)動(dòng)器是一種新 型的驅(qū)動(dòng)器，利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將小幅度的振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧倪\(yùn) 動(dòng)，并且具有結(jié)構(gòu)簡單，易于微型化，斷電自鎖等優(yōu)點(diǎn)，在上述領(lǐng)域內(nèi)具有廣闊的應(yīng)用前景。 尤其在手機(jī)光學(xué)聚焦、筆記本電腦內(nèi)置視頻鏡頭、醫(yī)用光學(xué)聚焦等領(lǐng)域中，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器 的小型化設(shè)計(jì)技術(shù)成為與傳統(tǒng)技術(shù)有力的競爭者，本發(fā)明是追求產(chǎn)品小型化、光學(xué)部件移 動(dòng)大行程和推動(dòng)高像素鏡頭應(yīng)用的非常理想的一種技術(shù)方案，其產(chǎn)品商業(yè)前景可觀。圖la)是美國6，940，209B2發(fā)明專利公開的一種螺紋桿超聲電機(jī)。整個(gè)超聲電機(jī) 的外形是沿其輸出軸方向呈現(xiàn)細(xì)長棒狀結(jié)構(gòu)，它包括一帶有中心孔的多面管體121，一螺紋 桿122，四片矩形壓電陶瓷片131 134粘貼在多面管體121的四個(gè)側(cè)面。對壓電陶瓷片 131 134施加特定的電壓信號可激發(fā)多面管體121產(chǎn)生彎曲行波，從而推動(dòng)螺紋桿122 旋轉(zhuǎn)并沿軸向直線運(yùn)動(dòng)。圖lb)是該超聲電機(jī)工作原理的示意圖。多面管體121變形前是 100普通狀態(tài)，變形后是200彎曲狀態(tài)。電壓信號在激發(fā)多面管體121產(chǎn)生彎曲變形時(shí)，會(huì) 在多面管體121上的兩點(diǎn)111和112處形成節(jié)點(diǎn)，即加電后多面管體121振動(dòng)振幅為0或者 接近于0的部分。由于該超聲電機(jī)是利用多面管體121的微觀振動(dòng)實(shí)現(xiàn)螺紋桿122的直線 運(yùn)動(dòng)，為減小其它結(jié)構(gòu)或外界因素對該振動(dòng)的約束和限制，一般在產(chǎn)品生產(chǎn)中，為不影響多 面管體121的自身振動(dòng)，會(huì)在節(jié)點(diǎn)111和112處焊接電引出線141 144，或者在節(jié)點(diǎn)111 或112處固定該超聲電機(jī)。該發(fā)明專利提出了一種有效的實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的壓電驅(qū)動(dòng)方案， 有希望用于微機(jī)械，光學(xué)調(diào)焦領(lǐng)域。但該發(fā)明專利在實(shí)際應(yīng)用中由于其結(jié)構(gòu)與工作原理，可能存在如下不足和欠缺之 處a)為實(shí)現(xiàn)多面管體121連續(xù)的彎曲振動(dòng)，需要在多面管體121的外側(cè)面粘接至少四片 壓電陶瓷131 134，其主體結(jié)構(gòu)加工工藝復(fù)雜，粘接工藝復(fù)雜，更重要的是難以保障多片 壓電陶瓷131 134粘接后其電學(xué)性能和機(jī)械性能的一致性。粘接的陶瓷片越多，其產(chǎn)品 的一致性越難以保證。也就是說，利用該工作原理最終形成的產(chǎn)品，要求生產(chǎn)工藝自動(dòng)化程 度要高，以此來保證產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性；b)該發(fā)明超聲電機(jī)整體外形是沿其輸出軸方 向呈現(xiàn)細(xì)長棒狀結(jié)構(gòu)，多面管體1的徑向尺寸可以收縮，但軸向方向由于工作原理的限制， 必須在多面管體121上形成兩處節(jié)點(diǎn)111和112，壓電陶瓷片的長寬比需要在3倍以上，因 此多面管體121長度方向的尺寸不能太短。也就是說，其結(jié)構(gòu)厚度方向不易薄型化，與集成 電路工藝不兼容，在產(chǎn)品薄形化設(shè)計(jì)上存在不足；c)該發(fā)明超聲電機(jī)多面管體121的結(jié)構(gòu) 是非軸對稱結(jié)構(gòu)，不宜于產(chǎn)生理想的和穩(wěn)定的彎曲行波。且產(chǎn)生穩(wěn)定超聲振動(dòng)的前提是四 片陶瓷自身特性要一致，且粘接后特性也要一致。d)節(jié)點(diǎn)111或者112的固定會(huì)約束該發(fā)明超聲電機(jī)多面管體121的彎曲變形，且約束力大小的不同也會(huì)產(chǎn)生該超聲電機(jī)輸出特性 的變化，如輸出推力和速度的變化。所以制造中也是把節(jié)點(diǎn)111或者112被嚴(yán)格作為外界 固定點(diǎn)或電引出線141 144的焊接點(diǎn)處理。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于已有技術(shù)的不足，本發(fā)明有針對性地提出一種采用全新的驅(qū)動(dòng)機(jī)理、使用單 一壓電陶瓷片、結(jié)構(gòu)對稱、性能穩(wěn)定、制備工藝簡單、外形不受陶瓷長寬比限制、易薄型化與 小型化的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種可用于手機(jī)光學(xué)聚焦與變焦的 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，其結(jié)構(gòu)包括中心位置帶有內(nèi)螺紋的圓盤狀定子、粘結(jié)在所述圓盤狀定子 上表面或下表面的壓電陶瓷片、與所述圓盤狀定子內(nèi)螺紋緊密配合的有外螺紋特征的移動(dòng) 體，其特征在于所述壓電陶瓷片為薄的圓環(huán)形，該圓環(huán)形壓電陶瓷片上下表面電極采用扇 形的四等分形狀，每部分扇形電極沿壓電陶瓷片的厚度方向極化；所述定子、移動(dòng)體和壓電 陶瓷片具有一共同的中心軸線；將電信號引入到所述壓電陶瓷片的四個(gè)扇形電極表面，會(huì) 在所述圓盤狀定子表面形成有一條節(jié)徑和一條節(jié)圓的(1，1)振動(dòng)模式，進(jìn)而在所述定子的 內(nèi)螺紋上形成連續(xù)的驅(qū)動(dòng)力，推動(dòng)所述移動(dòng)體相對于所述定子進(jìn)行螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)移 動(dòng)體的軸向直線運(yùn)動(dòng)。所述圓盤狀定子的內(nèi)螺紋與所述移動(dòng)體的外螺紋配合使用，彼此螺紋升角和螺距 相等。所述圓盤狀定子的內(nèi)螺紋與所述移動(dòng)體的外螺紋采用相同的梯形螺紋，或者三角 形螺紋，或者矩形螺紋，或者鋸齒形螺紋等形狀。所述圓盤狀定子的內(nèi)螺紋附近的厚度較所述定子其它部分的厚度要大，形成短的 凸臺特征。所述圓盤狀定子的凸臺的外表面加工有外螺紋，形成螺紋桿，所述移動(dòng)體的軸向 中心位置設(shè)置有與所述凸臺外螺紋配合的內(nèi)螺紋。所述圓環(huán)形壓電陶瓷片粘貼在所述圓盤狀定子的上表面或者下表面的任一側(cè)，或 者對稱地粘貼在所述圓盤狀定子的上下表面兩側(cè)。所述環(huán)形壓電陶瓷片為表面電極均勻分為相互絕緣的四個(gè)扇區(qū)，沿著壓電陶瓷片 的厚度方向極化，其中兩個(gè)相鄰扇區(qū)的極化方向一致并與另兩個(gè)扇區(qū)的極化方向相反。所述環(huán)形壓電陶瓷片為表面電極均勻分為相互絕緣的四個(gè)扇區(qū)，沿著壓電陶瓷片 的厚度方向極化，四個(gè)扇區(qū)的極化方向一致。所述環(huán)形壓電陶瓷片為采用軋制工藝或流延工藝獲得的單層結(jié)構(gòu)；或者為采用疊 層流延工藝制成的多層壓電陶瓷結(jié)構(gòu)，每層厚度控制在5微米到30微米。所述移動(dòng)體采用中空結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部內(nèi)嵌聚焦或者變焦用光學(xué)鏡頭。所述圓盤狀定子在所述壓電陶瓷片的激勵(lì)下，在所述定子的表面形成一個(gè)節(jié)徑和 一個(gè)節(jié)圓的振動(dòng)模態(tài)，即驅(qū)動(dòng)器的工作模態(tài)，且節(jié)徑和節(jié)圓兩側(cè)的定子表面振動(dòng)方向相反。所述的振動(dòng)模態(tài)的工作頻率大于20kHz。所述的圓盤狀定子采用金屬材質(zhì)、包括塑料在內(nèi)的非金屬材質(zhì)或適于半導(dǎo)體加工 的硅材質(zhì)；所述的壓電陶瓷片可以采用包括磁致伸縮材料、電致伸縮材料、人工肌肉、形狀記憶合金在內(nèi)的其他材質(zhì)代替。所述的壓電陶瓷片的厚度在100微米以內(nèi)，所述圓盤狀定子的厚度在5mm以內(nèi)。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)或有益效果1、本發(fā)明將定子設(shè)置成一薄得圓盤狀，可以方便地與環(huán)形壓電陶瓷配合，是目前 所有壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)類鏡頭模組中結(jié)構(gòu)最簡單、零部件數(shù)量最少的設(shè)計(jì)，比現(xiàn)有技術(shù)的螺紋 驅(qū)動(dòng)多面體超聲電機(jī)更為簡單，包括鏡頭、光傳感器等在內(nèi)最多7 8個(gè)部件，驅(qū)動(dòng)器本身 3 4個(gè)部件，結(jié)構(gòu)緊湊，成本低于同類采用壓電陶瓷的光學(xué)模組產(chǎn)品。2、本發(fā)明將壓電陶瓷片設(shè)置為整體結(jié)構(gòu)的圓環(huán)狀或圍成圓環(huán)狀的扇形，因此與圓 板粘貼容易，易于薄型化，與集成電路工藝兼容，適合批量生產(chǎn)。3、不同規(guī)格商用鏡頭對本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響有限，本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，一款結(jié)構(gòu)可 驅(qū)動(dòng)不同規(guī)格鏡頭。也可以根據(jù)用戶需要驅(qū)動(dòng)非標(biāo)超小型鏡頭，這是其它產(chǎn)品達(dá)不到的。4、作為精密微動(dòng)控制技術(shù)的核心部件，不存在不加電結(jié)構(gòu)震顫等問題，在不加電 情況下螺紋結(jié)構(gòu)有一定鎖緊力，且螺紋初始位置可手調(diào)也可電子調(diào)整，方便便捷。5、由于本發(fā)明結(jié)構(gòu)中的多螺紋扣嚙合驅(qū)動(dòng)，承載力均勻分布，穩(wěn)定性和可靠性好。6、本發(fā)明中定子上的凸臺在驅(qū)動(dòng)機(jī)理上有放大圓盤狀定子上振動(dòng)幅度的作用，而 驅(qū)動(dòng)器的性能是與凸臺端部的振動(dòng)幅度直接相關(guān)的，因此提高了驅(qū)動(dòng)器的位移、速度等輸 出性能，其光學(xué)聚焦響應(yīng)時(shí)間在亞毫秒范圍。7、本發(fā)明定子的結(jié)構(gòu)為軸對稱結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生理想的彎曲行波，因此提高了驅(qū)動(dòng) 器的輸出穩(wěn)定性。8、利用該發(fā)明制備的聚焦鏡頭厚度方向可薄形化，所制備的聚焦用鏡頭的整體外 形尺寸可控制在5X5X2mm以內(nèi)，所制備的聚焦和變焦用鏡頭的整體外形尺寸可控制在 5 X 5 X 5mm以內(nèi)，如果螺紋距0. 1mm、非標(biāo)鏡頭尺寸進(jìn)一步微型化，則光學(xué)聚焦鏡頭的厚度 可達(dá)到Imm以下，這是采用已公開的壓電陶瓷光學(xué)聚焦方案中厚度最小的。9、特性參數(shù)優(yōu)異響應(yīng)時(shí)間小于1ms，分辨率1 μ m，最大行程超過螺紋長度的一 半，例如5mm螺紋則運(yùn)動(dòng)行程接近3mm。10、全新結(jié)構(gòu)，抗跌落能力強(qiáng)，樣品達(dá)到了 TINY RA POT ASSY產(chǎn)品跌落標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的 最高等級。這是其它同類壓電產(chǎn)品無法比擬的。綜上所述，本發(fā)明制造工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)，與已有技術(shù)相比，易于微型化， 在光學(xué)調(diào)焦、精密驅(qū)動(dòng)和微系統(tǒng)領(lǐng)域具廣闊有應(yīng)用前景。


圖la)為現(xiàn)有技術(shù)中的一種螺紋桿超聲電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖lb)為該螺紋桿超聲電機(jī)的振動(dòng)模態(tài)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a)為本發(fā)明實(shí)施例1的爆炸圖(從左往右看)；圖3b)為本發(fā)明實(shí)施例1的爆炸圖(從右往左看)；圖4a)為壓電陶瓷片的第一種分區(qū)、極化與加電示意圖；圖4b)為壓電陶瓷片的第二種分區(qū)、極化與加電示意圖；圖5a)為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)器的圓盤狀定子的第一種振動(dòng)模態(tài)示意圖恥)為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)器的圓盤狀定子的第二種振動(dòng)模態(tài)示意圖；圖5c)為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)器諧振時(shí)圓盤狀定子上凸臺的擺動(dòng)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例2的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例2的爆炸圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例3的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例3的爆炸圖；圖10為本發(fā)明實(shí)施例1用于手機(jī)聚焦鏡頭中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為圖10的爆炸圖；圖12為本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例3用于手機(jī)聚焦與變焦鏡頭中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13為圖12的爆炸圖；圖中標(biāo)號1-壓電陶瓷片；2-圓盤狀定子；21-圓盤狀定子的表面；3-移動(dòng)體；4-表面電 極；41-第一扇形電極分區(qū)；42-第二扇形電極分區(qū)；43-第三扇形電極分區(qū)；44-第四扇形 電極分區(qū)；5-凸臺；53-端部；501-節(jié)徑；502-節(jié)圓；61-內(nèi)螺紋；62-外螺紋；71-第一引 線；72-第二引線；73-第三引線；74-第四引線；8-光學(xué)鏡頭；9-螺紋桿；400-中間隔離 環(huán)；防塵外殼；a2_底座；b-軟電連接片；bl-第一軟電連接片；b2_第二軟電連接片； 101-第一壓電陶瓷片；102-第二壓電陶瓷片；201-第一圓盤狀定子；202-第二圓盤狀定 子；301-第一移動(dòng)體；302-第二移動(dòng)體；801-第一光學(xué)鏡頭；802-第二光學(xué)鏡頭；A-第一 部分結(jié)構(gòu)；B-第二部分結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種可用于手機(jī)光學(xué)聚焦與變焦的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，下面結(jié)合附圖 說明和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 如圖2、圖3a)和圖3b)所示，本發(fā)明包括中心位置帶有內(nèi)螺紋的圓盤狀定子2、粘 結(jié)在所述圓盤狀定子上表面或下表面的壓電陶瓷片1、與所述圓盤狀定子的內(nèi)螺紋61緊密 配合的有外螺紋62特征的移動(dòng)體3。在壓電陶瓷片1的表面涂有銀層或銀-鈀合金導(dǎo)電 材料的表面電極4，圓盤狀定子2的中心處與其同軸分布有凸臺5，在凸臺5上同軸分布有 內(nèi)螺紋61，螺紋孔穿透凸臺5。本實(shí)施例的凸臺5與圓盤狀定子2是一體結(jié)構(gòu)，同軸同心分 布。凸臺5的外形根據(jù)需求，可制成圓柱形或者多面體形狀，但為降低制備工藝難度，通常 會(huì)選擇圓柱形外形。具體應(yīng)用時(shí)，把光學(xué)鏡頭8內(nèi)嵌到移動(dòng)體3內(nèi)部，隨移動(dòng)體3 —起前后 移動(dòng)，且凸臺5的內(nèi)螺紋61的直徑尺寸大于所用光學(xué)鏡頭8的外徑尺寸。凸臺5的軸線垂 直于圓盤狀定子的表面21，凸臺5的內(nèi)螺紋61與移動(dòng)體3的外螺紋62配接。壓電陶瓷片1的極化和加電方式有兩種，圖中的“ + ”、“_”符號代表沿陶瓷厚度的 極化方向。方式一如圖如)壓電陶瓷片1的表面電極均勻分為四個(gè)扇形區(qū)間，分別為第一扇 形電極分區(qū)41、第二扇形電極分區(qū)42、第三扇形電極分區(qū)43、第四扇形電極分區(qū)44，其中第 一扇形電極分區(qū)41和第二扇形電極分區(qū)42沿厚度方向一致極化，第三扇形電極分區(qū)43和 第四扇形電極分區(qū)44的極化方向一致，并與第一扇形電極分區(qū)41和第二扇形電極分區(qū)42的極化方向相反。四個(gè)扇形區(qū)間的表面電極分別用第一引線71、第二引線72、第三引線73、 第四引線74引出，第一引線71、第三引線73接入電壓信號Vsin，第二引線72、第四引線74 接入電壓信號Vcos。為獲得本發(fā)明執(zhí)行器所需要的振動(dòng)模式，使用時(shí)電壓信號Vsin和Vcos 選擇電壓幅值相同、相位差為90度的電信號，如正弦信號和余弦信號。方式二如圖4b)壓電陶瓷片1的表面電極均勻分為四個(gè)扇形區(qū)間，分別為第一扇 形電極分區(qū)41、第二扇形電極分區(qū)42、第三扇形電極分區(qū)43、第四扇形電極分區(qū)44，其中四 個(gè)扇形電極分區(qū)沿厚度方向一致極化。四個(gè)扇形電極分區(qū)的表面分別用第一引線71、第二 引線72、第三引線73、第四引線74引出，第一引線71接入電壓信號Vsin，第二引線72接入 電壓信號Vcos，第三引線73接入電壓信號-Vsin，第四引線74接入電壓信號-Vcos。為獲 得本發(fā)明執(zhí)行器所需要的振動(dòng)模式，使用時(shí)電壓信號Vsin和Vcos選擇電壓幅值相同、頻率 相同、相位差為90度的電信號，如正弦信號和余弦信號。圖5a)和圖5b)是本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器所采用的振動(dòng)模式和原理。對于圖4a)所示極 化和加電方式，當(dāng)?shù)谝灰€71、第三引線73接入電壓信號Vsin時(shí)，圓盤狀定子的表面21產(chǎn) 生B(l，l)模態(tài)下的彎曲行波，即形成一條節(jié)徑501和一條節(jié)圓502，振動(dòng)模態(tài)的頻率大于 20kHz。節(jié)徑501與節(jié)圓502是定子表面21上振動(dòng)為O或者接近于O的點(diǎn)，而節(jié)徑501和 節(jié)圓502兩側(cè)的圓盤狀定子的表面21振動(dòng)方向或稱為振動(dòng)相位相反，用“ + ”、“_”符號表 示。凸臺5位于節(jié)徑501的中心位置0，中心位置0兩側(cè)的圓盤狀定子的表面21的振動(dòng)方 向相反，即“ + ”和“-”，直接導(dǎo)致凸臺5繞節(jié)徑501產(chǎn)生周期性的擺動(dòng)，但凸臺5本身不發(fā)生 變形。當(dāng)?shù)诙€72、第四引線74接入電壓信號Vcos時(shí)，可以直接導(dǎo)致凸臺5繞節(jié)徑501 產(chǎn)生周期性的擺動(dòng)。當(dāng)?shù)诙€72、第四引線74接入電壓信號Vcos時(shí)，圓盤狀定子的表面21產(chǎn)生 B(Ll)模態(tài)下的彎曲行波，即形成一條節(jié)徑501和一條節(jié)圓502，振動(dòng)模態(tài)的頻率大于 20kHz。節(jié)徑501與節(jié)圓502是圓盤狀定子的表面21上振動(dòng)為0或者接近于0的點(diǎn)，而節(jié) 徑501和節(jié)圓502兩側(cè)的圓盤狀定子的表面21振動(dòng)方向或稱為振動(dòng)相位相反，用“ + ”、“_” 符號表示。凸臺5位于節(jié)徑501的中心位置0，中心位置0兩側(cè)的圓盤狀定子的表面21的 振動(dòng)方向相反，直接導(dǎo)致凸臺5繞節(jié)徑501產(chǎn)生周期性的擺動(dòng)，但凸臺5本身不發(fā)生變形。節(jié)圓502與504在圓盤狀定子的表面21上的同一位置，而由于第一扇形電極分區(qū) 41-第三扇形電極分區(qū)43、第二扇形電極分區(qū)42-第四扇形電極分區(qū)44在空間上正交，所 以節(jié)徑501和503在空間上正交。當(dāng)?shù)谝灰€71、第二引線72、第三引線73、第四引線74 同時(shí)加電，則凸臺5會(huì)以中心位置0為定點(diǎn)，以一定的擺角繞凸臺5的軸線周向連續(xù)運(yùn)動(dòng)， 如圖5c)中的箭頭方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)。凸臺5除了整體的剛性擺動(dòng)，自身不發(fā)生任何變形， 凸臺5的端部53運(yùn)動(dòng)軌跡類似于搖頭運(yùn)動(dòng)，上述運(yùn)動(dòng)直接導(dǎo)致內(nèi)螺紋61和外螺紋62之間 產(chǎn)生摩擦推動(dòng)力，推動(dòng)移動(dòng)體3旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)沿中心軸線的直線運(yùn)動(dòng)。將電壓信號Vsin和Vcos 對調(diào)，則可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)體3的反向旋轉(zhuǎn)和反向直線運(yùn)動(dòng)?？梢?，本發(fā)明執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng) 機(jī)理與圖1的結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)原理完全不同。實(shí)施例2:如圖6、圖7所示，本實(shí)施例中圓環(huán)形的壓電陶瓷片1可以設(shè)置為環(huán)形的上壓電陶 瓷片11和下壓電陶瓷片12，上壓電陶瓷片11和下壓電陶瓷片12分別粘貼在圓盤形定子2 的上表面和下表面處，上壓電陶瓷片11和下壓電陶瓷片12的四個(gè)扇形電極分區(qū)在周向位置一致，移動(dòng)體3的外螺紋62與凸臺5的內(nèi)螺紋61配合接觸，上壓電陶瓷片11、下壓電陶 瓷片12、圓盤狀定子2、凸臺5和移動(dòng)體3具有共同的中心軸線。本實(shí)施例采用兩片壓電陶 瓷片的目的，是提高本發(fā)明執(zhí)行器的推力。聚焦用光學(xué)鏡頭8內(nèi)嵌在移動(dòng)體3的內(nèi)部，隨移 動(dòng)體3 —起前后移動(dòng)。實(shí)施例3 如圖8、圖9所示，本實(shí)施例中，包括中心位置帶有螺紋桿9的圓盤狀定子2、粘結(jié) 在所述圓盤狀定子2上表面或下表面的壓電陶瓷片1、與所述螺紋桿9配合的有內(nèi)螺紋61 特征的移動(dòng)體3。在壓電陶瓷片1的表面涂有銀層或銀-鈀合金等導(dǎo)電材料的表面電極4， 螺紋桿9為中空結(jié)構(gòu)，與圓盤狀定子2可采用一體結(jié)構(gòu)，同軸同心分布，且中心軸線與圓盤 狀定子的表面21垂直。具體應(yīng)用時(shí)，需要把光學(xué)鏡頭8放置在移動(dòng)體3的表面處，通過膠 將光學(xué)鏡頭8和移動(dòng)體3連接在一起，光學(xué)鏡頭8隨移動(dòng)體3 —起前后移動(dòng)，所用光學(xué)鏡頭 8的外徑尺寸大于螺紋桿直徑尺寸。實(shí)施例4 圖10為本發(fā)明實(shí)施例1用于手機(jī)聚焦鏡頭中的結(jié)構(gòu)示意圖，圖11為圖10的爆炸 圖。本實(shí)施例中，包括本發(fā)明驅(qū)動(dòng)器的圓盤狀定子2、粘結(jié)在所述圓盤狀定子2下表面的壓 電陶瓷片1、凸臺5位于圓盤狀定子2的中心位置，設(shè)有內(nèi)螺紋61，具有外螺紋62的移動(dòng)體 3與凸臺5的內(nèi)螺紋61配合，可在凸臺5內(nèi)上下移動(dòng)。移動(dòng)體3為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部嵌有光學(xué) 鏡頭8，工作時(shí)兩者之間固定不動(dòng)。使用時(shí)光學(xué)薄膜圖像傳感器位于軟電連接片b與底座 a2之間的位置，正好處于圓盤狀定子2的螺紋通孔6a下方，接收光學(xué)鏡頭8透射過來的圖 像信息。在壓電陶瓷片1的表面涂有銀層或銀-鈀合金等導(dǎo)電材料的表面電極4，圓盤狀 定子2、壓電陶瓷片1、凸臺5、內(nèi)螺紋61、外螺紋62、移動(dòng)體3、光學(xué)鏡頭8、光學(xué)傳感器同軸 分布。以上整體結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌在防塵外殼al和底座a2之中。此結(jié)構(gòu)僅具有聚焦單一功能，但 元件數(shù)量少，抗跌落能力極強(qiáng)，且聚焦速度快，優(yōu)于國內(nèi)外已有壓電類型的聚焦鏡頭設(shè)計(jì)方 案。實(shí)施例5 圖12為本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例3用于手機(jī)聚焦與變焦鏡頭中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖 13為圖12的爆炸圖。本實(shí)施例中，包括實(shí)施例1和實(shí)施例3中所提到的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)， 即在防塵外殼al和底座a2之中封有兩套驅(qū)動(dòng)器，且兩套結(jié)構(gòu)光軸同心。第一軟電連接片 bl、第一壓電陶瓷片101、第一圓盤狀定子201、第一移動(dòng)體301和第一光學(xué)鏡頭801，構(gòu)成如 實(shí)施例3所示的第一部分結(jié)構(gòu)A。第二軟電連接片b2、第二壓電陶瓷片102、第二圓盤狀定 子202、第二移動(dòng)體302和第二光學(xué)鏡頭802，構(gòu)成如實(shí)施例1所示的第二部分結(jié)構(gòu)B。第二 部分結(jié)構(gòu)B中的第二移動(dòng)體302和第二光學(xué)鏡頭802，內(nèi)置于第一部分結(jié)構(gòu)A中的第一圓盤 狀定子301內(nèi)部。即第二部分結(jié)構(gòu)B的部分結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌在第一部分結(jié)構(gòu)A的內(nèi)部，使光學(xué)系 統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小。第一部分結(jié)構(gòu)A和第二部分結(jié)構(gòu)B之間設(shè)置中間隔離環(huán)400，將 兩部分隔開。此光學(xué)系統(tǒng)具有聚焦和變焦兩種功能，是目前國內(nèi)外結(jié)構(gòu)最簡單的聚焦和變 焦功能可同時(shí)實(shí)現(xiàn)的光學(xué)系統(tǒng)，且抗跌落能力強(qiáng)，聚焦和變焦速度快，優(yōu)于國內(nèi)外已有壓電 類型的聚焦和變焦鏡頭設(shè)計(jì)方案。上述各實(shí)施例中，激勵(lì)元件除采用壓電陶瓷材料外，還還可以采用磁致伸縮材料、 電致伸縮材料、人工肌肉、形狀記憶合金等。
以上所述的實(shí)施例，只是本發(fā)明的幾個(gè)較佳的具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域的技術(shù)人員 可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種可用于手機(jī)光學(xué)聚焦與變焦的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，其結(jié)構(gòu)包括中心位置帶有內(nèi)螺 紋的圓盤狀定子、粘結(jié)在所述圓盤狀定子上表面或下表面的壓電陶瓷片、與所述圓盤狀定 子內(nèi)螺紋緊密配合的有外螺紋特征的移動(dòng)體，其特征在于所述壓電陶瓷片為薄的圓環(huán)形，該圓環(huán)形壓電陶瓷片上下表面電極采用扇形的四等分 形狀，每部分扇形電極沿壓電陶瓷片的厚度方向極化；所述定子、移動(dòng)體和壓電陶瓷片具有一共同的中心軸線；所述移動(dòng)體為中空或非中空結(jié)構(gòu)，采用中空結(jié)構(gòu)時(shí)，將聚焦或變焦用光學(xué)元件內(nèi)嵌在 內(nèi)部；將電信號引入到所述壓電陶瓷片的四個(gè)扇形電極表面，會(huì)在所述圓盤狀定子表面形 成有一條節(jié)徑和一條節(jié)圓的(1，1)振動(dòng)模式，進(jìn)而在所述定子的內(nèi)螺紋上形成連續(xù)的驅(qū)動(dòng) 力，推動(dòng)所述移動(dòng)體相對于所述定子進(jìn)行螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)體的軸向直線運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的可用于手機(jī)光學(xué)聚焦與變焦的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，其特征在于 所述圓盤狀定子的內(nèi)螺紋與所述移動(dòng)體的外螺紋配合使用，彼此螺紋升角和螺距相等；所 述圓盤狀定子的內(nèi)螺紋與所述移動(dòng)體的外螺紋采用相同的梯形螺紋，或者三角形螺紋，或 者矩形螺紋，或者鋸齒形螺紋。
3.如權(quán)利要求1所述的可用于手機(jī)光學(xué)聚焦與變焦的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，其特征在于 所述圓盤狀定子的內(nèi)螺紋附近的厚度較所述定子其它部分的厚度要大，形成短的凸臺特 征；該凸臺的外表面加工有外螺紋，形成螺紋桿，所述移動(dòng)體的軸向中心位置設(shè)置有與所述 凸臺外螺紋配合的內(nèi)螺紋。
4.如權(quán)利要求1所述的可用于手機(jī)光學(xué)聚焦與變焦的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，其特征在于 所述圓環(huán)形壓電陶瓷片粘貼在所述圓盤狀定子的上表面或者下表面的任一側(cè)，或者對稱地 粘貼在所述圓盤狀定子的上下表面兩側(cè)。
5.如權(quán)利要求1或4所述的可用于手機(jī)光學(xué)聚焦與變焦的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，其特征在 于所述環(huán)形壓電陶瓷片為表面電極均勻分為相互絕緣的四個(gè)扇區(qū)，沿著壓電陶瓷片的厚 度方向極化，其中兩個(gè)相鄰扇區(qū)的極化方向一致并與另兩個(gè)扇區(qū)的極化方向相反；或者所 述環(huán)形壓電陶瓷片為表面電極均勻分為相互絕緣的四個(gè)扇區(qū)，沿著壓電陶瓷片的厚度方向 極化，四個(gè)扇區(qū)的極化方向一致。
6.如權(quán)利要求1、4或5所述的可用于手機(jī)光學(xué)聚焦與變焦的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，其特征 在于所述環(huán)形壓電陶瓷片為采用軋制工藝或流延工藝獲得的單層結(jié)構(gòu)；或者為采用疊層 流延工藝制成的多層壓電陶瓷結(jié)構(gòu)，每層厚度控制在5微米到30微米。
7.如權(quán)利要求1所述的可用于手機(jī)光學(xué)聚焦與變焦的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，其特征在于 所述圓盤狀定子在所述壓電陶瓷片的激勵(lì)下，在所述定子的表面形成一個(gè)節(jié)徑和一個(gè)節(jié)圓 的振動(dòng)模態(tài)，即驅(qū)動(dòng)器的工作模態(tài)，且節(jié)徑和節(jié)圓兩側(cè)的定子表面振動(dòng)方向相反。
8.如權(quán)利要求7所述的可用于手機(jī)光學(xué)聚焦與變焦的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，其特征在于 所述的振動(dòng)模態(tài)的工作頻率大于20kHz。
9.如權(quán)利要求1所述的可用于手機(jī)光學(xué)聚焦與變焦的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，其特征在于 所述的圓盤狀定子采用金屬材質(zhì)、包括塑料在內(nèi)的非金屬材質(zhì)或適于半導(dǎo)體加工的硅材 質(zhì)；所述的壓電陶瓷片可以采用包括磁致伸縮材料、電致伸縮材料、人工肌肉、形狀記憶合 金在內(nèi)的其他材質(zhì)代替。
10.如權(quán)利要求1所述的可用于手機(jī)光學(xué)聚焦與變焦的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，其特征在于 所述的壓電陶瓷片的厚度在100微米以內(nèi)，所述圓盤狀定子的厚度在5mm以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種可用于手機(jī)光學(xué)聚焦與變焦的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器。其結(jié)構(gòu)包括中心位置的圓盤狀定子、粘結(jié)在定子表面的壓電陶瓷片、與定子螺紋配合的移動(dòng)體，其中，所述壓電陶瓷片為薄的圓環(huán)形，環(huán)形陶瓷上下表面電極采用扇形的四等分形狀；將電信號引入到所述壓電陶瓷的四個(gè)扇形區(qū)表面，會(huì)在所述圓盤狀定子的內(nèi)螺紋上形成連續(xù)的驅(qū)動(dòng)力，推動(dòng)移動(dòng)體相對于定子進(jìn)行螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)軸向直線運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明制造工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)，與已有技術(shù)相比，易于微型化，執(zhí)行器的輸出性能更為穩(wěn)定，在光學(xué)調(diào)焦、精密驅(qū)動(dòng)和微系統(tǒng)領(lǐng)域具廣闊有應(yīng)用前景。特別是在手機(jī)或筆記本電腦的內(nèi)嵌鏡頭中，可實(shí)現(xiàn)聚焦與變焦雙重效果。
文檔編號H02N2/02GK102097971SQ20091024241
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者袁世明 申請人:精拓麗音科技(北京)有限公司