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CN101300525A - 自动对焦和缩放模块 - Google Patents

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CN101300525A
CN101300525A CNA2006800413830A CN200680041383A CN101300525A CN 101300525 A CN101300525 A CN 101300525A CN A2006800413830 A CNA2006800413830 A CN A2006800413830A CN 200680041383 A CN200680041383 A CN 200680041383A CN 101300525 A CN101300525 A CN 101300525A
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W·格日瓦
R·L·穆尔
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Flextronics International USA Inc
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Abstract

一种光学器件模块包括第一光学器件组、第二光学器件组和图像传感器,其中第一光学器件组和第二光学器件组构造成将具有聚焦和放大的图像提供给图像传感器。光学器件组件包括连接到导螺杆的螺纹部分上的第一和第二光学器件组,使得导螺杆的转动造成光学器件组沿着导螺杆的轴线平移,用于转动导螺杆的致动器;以及构造成能够检测导螺杆转动的感测目标。

Description

自动对焦和缩放模块
技术领域
本发明要求2005年9月8日提交的题为“微型3X缩放模块”的共同未决的美国临时申请NO.60/715,533的35U.S.C.119(e)的优先权,该申请结合于此作为参考。
本发明涉及照相机光学器件,特别是自动对焦和缩放模块。
背景技术
近年来,在数字照相机领域具有多种改进。一种这样的改进是光学器件和机械部件的进一步微型化到毫米或亚毫米的尺寸。照相机运动部件的缩小使得现代数字照相机和光学技术应用更加广泛的器件中。这些器件同样通常设计并构造成越来越小的形状因数实施例。例如,例如蜂窝电话、个人数字助手(PDA)以及手表和/怀表的可在商业上得到的个人电子装置包括小型的数字照相机。此外,较大形状因数装置同样具有另外的特征。例如,典型的视频摄像-录像机通常使得用于“静止”图形的整个数字照相机以及用于活动视频记录的机构或电路一起内置于摄像-录像机。
但是,通常,现代数字照相机应用具有多种局限性。某些局限性包括成本、尺寸、特征和复杂性。例如,随着尺寸减小通常造成成本增加、特征减少和/或复杂性增加。
发明内容
本发明用于光学模块。光学模块具有第一光学器件组、第二光学器件组以及图像传感器。第一光学器件组和第二光学器件组构造成将具有聚焦和放大的图像提供给图像传感器。
在本发明的某些实施例中,光学模块包括连接到第一导螺杆的螺纹部分上的第一光学器件组。第一导螺杆的转动造成第一光学器件组沿着第一导螺杆的轴线平移。第一致动器转动第一导螺杆。第一感测目标构造成使得第一导螺杆的转动得到检测。在本发明的某些实施例中,光学模块还包括连接到第二导螺杆的螺纹部分上的第二光学器件组。第二导螺杆的转动造成第二光学器件组沿着第二导螺杆的轴线平移。第二致动器转动第二导螺杆。用于感测的第二装置构造成检测第二导螺杆的转动。
还可包括壳体。第一光学器件组件、第二光学器件组件安装在壳体内。
第一感测目标可包括具有以围绕第一导螺杆的转动轴线对称的交替形式配置的不同光学性能的相邻区域的闭合表面。第二感测目标可包括具有以围绕第二导螺杆的转动轴线对称的交替形式配置的不同光学性能的相邻区域的闭合表面。优选的是,第二感测目标构造成使得第二光学器件组沿着第二导螺杆的平移得以测量。第一感测目标构造成使得第一光学器件组沿着第一导螺杆的平移得以测量。更优选的是,第一感测目标可以小于10微米的分辨率在至少10mm的范围上测量。第二感测目标可以小于10微米的分辨率在至少2mm的范围上测量。
在某些实施例中,第一导螺杆包括具有第一外部螺纹直径的螺纹部分、具有第一外部直径的非螺纹区域以及第一致动器对准结构。第一光学器件组连接到第一导螺杆的螺纹部分上,使得第一导螺杆的转动造成第一光学器件组件沿着第一导螺杆的轴线平移。第一齿隙防止弹簧构造成朝着第一导螺杆的非螺纹区域偏压第一光学器件组。第一圆柱形振动致动器转动第一导螺杆。通过来自于邻靠壳体和第一致动器的第一预加载弹簧的弹簧力,第一圆柱形振动致动器保持在非螺纹区域之上并贴靠第一导螺杆的致动器对准结构。第一圆柱形振动致动器通过与壳体的柔性连接器局限于节点处。用于感测的第一装置检测第一导螺杆的转动。
在某些实施例中,第一外部螺纹直径大于第一外部直径。在其它实施例中,第一外部螺纹直径小于第一外部直径。在又一实施例中,第一外部螺纹直径和第一外部直径相等。
在某些实施例中,第二导螺杆包括具有第二外部螺纹直径的螺纹部分、具有第二外部直径的非螺纹区域以及第二致动器对准结构。第二光学器件组连接到第二导螺杆的螺纹部分上,使得第二导螺杆的转动造成第二光学器件组件沿着第二导螺杆的轴线平移。第二齿隙防止弹簧构造成朝着第二导螺杆的非螺纹区域偏压第二光学器件组。第二圆柱形振动致动器转动第二导螺杆。通过来自于邻靠壳体和第二致动器的第二预加载弹簧的弹簧力,第二圆柱形振动致动器保持在非螺纹区域之上并贴靠第二导螺杆的致动器对准结构。第二圆柱形振动致动器通过与壳体的柔性连接器局限于节点处。用于感测的第二装置检测第二导螺杆的转动。
最好是,第一致动器对准结构布置在第一导螺杆的螺纹部分和非螺纹区域之间。同样优选的是,第二致动器对准结构布置在第二导螺杆的螺纹部分和非螺纹区域之间。
在某些实施例中,第二外部螺纹直径大于第二外部直径。在其它实施例中,第二外部螺纹直径小于第二外部直径。在又一实施例中,第二外部螺纹直径和第二外部直径相等。
本发明的某些实施例涉及一种自动聚焦和缩放模块,该模块包括以驻波形式(pattern)振荡以便驱动放置其中的轴转动的圆柱形振动致动器。按照这些实施例的自动聚焦和缩放模块包括壳体、光学器件组件以及图像传感器,其中光学器件组构造成将具有聚焦和放大的图像提供给图像传感器。光学器件组件包括具有外部螺纹直径的螺纹部分以及具有外部直径的非螺纹区域的导螺杆以及致动器对准结构。光学器件组连接到导螺杆的螺纹部分上,使得导螺杆的转动造成光学器件组沿着导螺杆的轴线平移。圆柱形振动致动器转动导螺杆,导螺杆通过邻靠壳体和致动器的预加载弹簧保持在非螺纹区域之上并贴靠导螺杆的致动器对准结构,并且通过与壳体的柔性连接器局限于其优选驻波形式的节点处。用于感测的装置检测导螺杆的转动。最好是,致动器对准结构布置在螺纹部分和非螺纹区域之间。
在本发明的某些实施例中,自动聚焦和缩放模块包括第一引导销、第二引导销、第一光学器件组件、第二光学器件组件以及图像传感器,其中第一光学器件组和第二光学器件组构造成将具有聚焦和放大的图像提供给图像传感器。
在某些实施例中,第一光学器件组件包括具有第一外部螺纹直径的螺纹部分和具有第一外部直径的非螺纹区域的第一导螺杆以及致动器对准结构,其中致动器对准结构布置在螺纹部分和非螺纹区域之间。第一光学器件组包括具有相对配置的两个螺纹连接臂并构造成与第一导螺杆的螺纹部分连接的第一弹簧铰接组件。因此,第一导螺杆的转动造成第一光学器件组沿着第一导螺杆平移。弹簧铰接组件连接到第一引导销和第二引导销上。第一致动器转动第一导螺杆。用于感测的第一装置检测第一导螺杆的转动。
在某些实施例中,第一外部螺纹直径大于第一外部直径。在其它实施例中,第一外部螺纹直径小于第一外部直径。在又一实施例中,第一外部螺纹直径和第一外部直径相等。
本发明的某些实施例涉及使用作为驱动元件的螺纹导螺杆来防止系统中的间隙的方法。该方法包括提供导螺杆的步骤,导螺杆具有轴线和具有螺纹深度和螺纹节距的螺纹区域。多个带齿连接臂的弹簧铰接组件相对配置,并且构造成与导螺杆的螺纹部分连接。导螺杆的转动造成第二光学器件组沿着第二导螺杆的轴线平移,其中带齿连接臂的齿具有齿深度和齿节距,其中齿深度大致小于螺纹深度,并且齿节距大于螺纹节距。
按照本发明,光学模块最好包括连接到光学器件组上的棱镜元件,其中棱镜相对于模块平面以一个角度将图像引导到光学器件组。
附图说明
本发明的新颖特征在所附权利要求中提出。但是为了说明目的,在以下附图中提出本发明的多个实施例。
图1是按照本发明的某些实施例的自动聚焦和缩放模块的透视图;
图2是按照本发明的某些实施例的自动聚焦和缩放模块的透视图;
图3是按照本发明的某些实施例的自动聚焦和缩放模块的导螺杆组件的侧视图;
图4是按照本发明的某些实施例的自动聚焦和缩放模块的截面图;
图5A是按照本发明的某些实施例的自动聚焦和缩放模块的截面透视图;
图5B是按照本发明的某些实施例的自动聚焦和缩放模块的截面透视图;
图5C是按照本发明的某些实施例的自动聚焦和缩放模块的截面透视图;
图6是按照本发明的某些实施例的自动聚焦和缩放模块的侧视图;
图7A是按照本发明的某些实施例用于自动聚焦和缩放模块的连接机构的截面示意图;
图7B表示按照本发明的某些实施例使用不同节距的螺纹的连接器;
图8A是按照本发明的某些实施例的距离传感器的示意图;
图8B是按照本发明的某些实施例在距离检测过程中出现的光束分布的示意图;
图8C是按照本发明的某些实施例在距离检测过程中出现的光束分布的示意图;
图9A是按照本发明的某些实施例在距离检测过程中出现的光束分布的示意图中的用于距离检测的直接成像方案的示意图;
图9B是按照本发明的某些实施例用于距离检测的基于透镜成像方案的示意图;
图9C是按照本发明的某些实施例用于距离检测的基于针孔成像方案的示意图;
图10按照本发明的某些实施例用于位置感测的组件的分解透视图;
图11按照本发明的某些实施例用于位置感测的组件的分解透视图;
图12A是组件一部分的截面图,表示按照本发明的某些实施例安装的致动器;
图12B是组件一部分的截面图,表示按照本发明的某些实施例安装的致动器;
图12C是组件一部分的截面图,表示按照本发明的某些实施例安装的致动器;以及
图12D是组件一部分的截面图,表示按照本发明的某些实施例安装的致动器。
具体实施方式
在以下说明中,出于说明的目的提出多种细节和可选择例。但是,本领域普通技术人员将理解到本发明可以不使用这些特定细节来实施。在其它情况下,公知的结构和装置以方框图形式表示,以便不以不需要的细节来混淆本发明的描述。
A.结构
图1表示按照本发明的某些实施例的自动聚焦和缩放模块1000。如附图所示,模块1000包括前部光学器件组400、后部光学器件组500以及图像传感器1010。前部光学器件组400和后部光学器件组500通常包括例如透镜的一个或多个光学元件。例如,图4所示的模块1000在前部光学器件组400和后部光学器件组500内包括多个光学透镜。但是本领域普通技术人员将理解到用于光学器件组的更加复杂和更加简单的配置。
B.组件细节
图1和2表示模块1000的另一细节。某些实施例的模块包括相互连接并通过引导销对准的前部和后部壳体。引导销还用来引导圆筒的运动。图5A表示包括后部部件1050和前部部件1060的壳体,提供用于模块1000的不同组件的结构框架。导螺杆200和300以及引导销600和700连接到壳体上。这种连接相互之间以及相对于图像传感器1010的目标区域1012定位和固定部件,提供用于能够将具有放大和缩放的图像提供给目标区域1012的自动聚焦和缩放模块的底盘。
连接到前部壳体上的是前部圆筒以及任选的棱镜。模块的壳体最好包括外罩和覆盖机构。覆盖机构最好防止光线泄漏以及灰尘污染图像模块的特别是透镜组和图像传感器的内部部件。连接到后部壳体上的是图像传感器以及任选的红外线(IR)过滤器和/或低通过滤器。
图像传感器
如附图所示,图像传感器1010最好限定一个平面。在图1中,此平面平行于x-y平面。通常,模块1000构造成沿着平行于z轴的图像矢量将图像提供给图像传感器1010。
引导销
图1表示按照某些实施例的自动聚焦和缩放模块的引导销配置。某些实施例包括一对引导销,而某些实施例采用不同数量的引导销。不管其数量,引导销600和700通常沿着模块1000的线性轴线安装,使得后部圆筒530和前部圆筒430相对于图像传感器1010运动。在模块1000中,主要引导销600和次要引导销700对准,使其轴线大致相互平行,并且平行于z轴。另外,导螺杆组件200和300也对准,使其轴线大致相互平行,并平行于z轴和引导销600和700。
通常,引导销600和700在图像传感器1010的图像矢量的相对侧上连接到壳体的前部部件1050和后部部件1060上。但是,本领域的普通技术人员将理解到其它构造也是可以的。导螺杆200和300通常在图像传感器1010的相同侧上连接到壳体的前部部件1050和后部部件1060上。
在某些实施例中,通过引导销600和700提供给后部圆筒530的运动范围大致是7毫米。在某些实施例中,通过引导销600和700提供给前部圆筒430的运动范围大致是2毫米。但是由于此运动范围,某些实施例的引导销600和700通常影响模块1000的形状因数。因此,某些实施例还包括用于调节和/或隐藏模块1000的形状因数的装置。
棱镜结构
还可包括任选的光学棱镜结构。此结构使得自动聚焦和缩放模块以多种取向布置和/或安装。例如,特别应用的水平宽度通常受到限制,使得模块最好纵向布置在封壳的垂直平面内。此取向使得前部和后部圆筒沿着引导销的运动范围如上所述用于具有小宽度和/或深度形状因数的装置。
图1和5B表示某些实施例的棱镜结构。图1包括具有安装在前部圆筒430上的棱镜100的模块1000。棱镜100将来自于图像的光线相对于前部圆筒430以一个角度重新指向。如上所述,前部圆筒430通常容纳前部透镜组。前部透镜组容纳例如前部透镜440的一个或多个前部光学元件,如图5B所示。因此,棱镜100使得模块1000以多种取向布置在通常相对于被观看和/或拍照的物体以一个角度保持的装置内。
图5B表示按照某些实施例安装在模块1000上的棱镜100的小形状因数。在这些实施例中,棱镜保持器和棱镜支架的组合有利地将棱镜靠近模块1000的前部透镜440安装。如上所述,棱镜1000通常将来自于相对于模块1000的前部透镜440位于一个角度上图像的光线重新指向。
透镜系统
如附图所示,后部光学器件组500和前部光学器件组400具有预定构造。后部光学器件组500还包括后部圆筒530、后部引导套筒510以及后部引导细槽520。后部圆筒通常容纳一个或多个透镜或其它光学元件。如所示,后部圆筒530容纳后部透镜540。后部圆筒530是具有中心轴线的大致圆柱形主体。后部透镜540构造成沿着后部圆筒530的中心轴线引导光线。后部引导套筒510是连接到后部圆筒530上的细长的、大致圆柱形的主体,使得后部圆筒530的中心轴线和后部引导套筒510的轴线大致平行。后部引导细槽520是构造成与圆筒接合的带细槽结构。
前部光学器件组400还包括前部圆筒430、前部引导套筒410以及前部引导细槽420。前部圆筒通常容纳前部透镜440(例如图5所示)。前部圆筒430是具有中心轴线的大致圆柱形主体。前部透镜440构造成沿着前部圆筒430的中心轴线引导光线。前部引导套筒410是连接到前部圆筒430上的细长的、大致圆柱形的主体,使得前部圆筒430的中心轴线和前部引导套筒410的轴线大致平行。前部引导细槽420是构造成与圆筒接合的带细槽结构。
透镜-引导销接合
现在参考图5B,前部光学器件组400包括与主要引导销600连接的前部引导套筒410。如所示,前部引导套筒410相对于前部套筒430大致细长。另外,前部引导套筒410刚性连接到前部圆筒430上。假设引导销600沿着z轴定位,此构造防止前部光学器件组400在y-z平面或x-z平面内相对于主要引导销600转动,但是可以在x-y平面内转动。后部光学器件组500包括与主要引导销600连接的后部引导套筒510。如所示,后部引导套筒510相对于后部套筒530大致细长。另外,后部引导套筒510刚性连接到后部圆筒530上。假设引导销600沿着z轴定位,此构造防止后部光学器件组500在y-z平面或x-z平面内相对于主要引导销600转动,但是可以在x-y平面内转动。
现在参考图1,前部光学器件组400还包括构造成与次要引导销700连接的前部引导细槽420。引导细槽420和次要引导销700之间的连接防止前部光学器件组400在x-y平面内相对于任何的引导销600和700转动。前部光学器件组400和引导销600和700之间的连接使得前部光学器件组400沿着通过两个引导销限定的轴线(图1的z轴)平移,但是不在垂直于该轴线的轴线(这里是x和y轴)上运动。
后部光学器件组500还包括构造成与次要引导销700连接的后部引导细槽520。引导细槽520和次要引导销700之间的连接防止后部光学器件组500在x-y平面内相对于任何的引导销600和700转动。后部光学器件组500和引导销600和700之间的连接使得后部光学器件组500沿着通过两个引导销限定的轴线(图1的z轴)平移,但是不在垂直于该轴线的轴线(这里是x和y轴)上运动。
导螺杆组件
现在参考图3,示例性导螺杆组件300’表示成与包括后部部件1050’和前部部件1060’的分段壳体连接。导螺杆组件300’围绕导螺杆1构造。组件包括致动器10、连接螺母35和感测目标50。另外,组件包括预加载弹簧20和消齿隙弹簧40。导螺杆1包括螺纹区域5和两个非螺纹区域。致动器20与第一非螺纹区域连接,而感测目标50与第二非螺纹区域连接。在连接到壳体上时,导螺杆组件300’接触后部部件1050’和前部部件1060’的特殊结构。这些结构包括导螺杆保持凹井1051和1065以及齿隙弹簧参考结构1063。最好是,这些结构包括构造成有助于导螺杆转动的轴承。
图5C表示图3所示类型的与包括前部部件1060和后部部件1050的分段壳体连接的导螺杆组件300。如所示,导螺杆300的轴线与穿过后部光学器件组500和前部光学器件组400的透镜组形成的光学路径平行。
感测目标
按照本发明某些实施例的导螺杆组件包括感测目标。图3的导螺杆组件300’包括布置在导螺杆保持凹井1065和齿隙弹簧参考结构1063之间的感测目标50。通常,感测目标包括与导螺杆的第二非螺纹区域的对准结构接合的结构。例如,如图5A所示的局部截面图看到,导螺杆260包括位于其非螺纹区域内的对准结构。如所示,导螺杆260的第二非螺纹区域包括传感器目标对准结构261。对准结构261构造成与感测目标250的相应结构接合。
致动器
致动器20定位在第一非螺纹区域的一部分之上。通常,致动器20包括与导螺杆1的第一非螺纹区域的对准结构接合。例如,如图5A所示,导螺杆260包括位于其第一非螺纹区域内的致动器对准结构263。致动器对准结构263和致动器220的相应的结构构造成相互接合。
另外,致动器20经由多个装置通常连接到壳体上。在导螺杆组件300’中,预加载弹簧10将致动器20连接在壳体的后部部件1050上,贴靠导螺杆1的参考结构压迫致动器20。在另一实例中,图5A的导螺杆组件200包括预加载弹簧210,该弹簧将弹簧力施加在壳体的后部部件1050和致动器220上,以便贴靠导螺杆260的致动器对准结构220压迫致动器的结构。致动器、预加载弹簧和对准结构的其它配置下面参考图12A-12D描述。
另一连接装置是相对于壳体将致动器的多个部分保持在固定位置的致动器接触垫(例如图1的1023、1022),使得致动器以转动模式驱动导螺杆。例如,致动器接触垫1020防止致动器20相对于壳体转动。
除了将致动器20连接到导螺杆上之外,预加载弹簧10为轴承提供预应力,由此导螺杆转动。通常轴承连接到壳体上,并且定位在导螺杆凹井(well)1051和1065处。在某些实施例中,另外的轴承定位在齿隙弹簧参考结构1063处。为了适当操作,许多轴承结构需要供应某种最小的限制力,以便将轴承的多个部分保持在一起。此力通常称为“预加载”。在本发明的某些实施例中,预加载弹簧在定位在导螺杆保持凹井1051和1065内的轴承上施加力。
本发明考虑到用于致动器和导螺杆之间的接合的多种装置。例如,图12A表示按照本发明的优选接合,在这种情况下致动器20和导螺杆60之间的接合。致动器20与导螺杆60的非螺纹区域连接。致动器20的结构通过贴靠壳体1和致动器20施加力的预加载弹簧10压迫导螺杆60的致动器对准结构63。在此实例中,致动器对准结构63布置在导螺杆60的非螺纹区域和螺纹区域之间,其中非螺纹区域具有比螺纹区域小的外部直径,第二相对短的非螺纹区域布置在致动器对准结构63和螺纹区域之间。
在另一实例中,图12B表示按照本发明的接合,在这种情况下在致动器20’和导螺杆60’之间的接合。致动器20’与导螺杆60’的非螺纹区域连接。致动器20’的结构通过贴靠壳体1和致动器20’施加力的预加载弹簧10压迫导螺杆60’的致动器对准结构63’。在此实例中致动器对准结构63’布置在导螺杆60的非螺纹区域和螺纹区域之间,其中非螺纹区域和螺纹区域具有大致相同的外直径。
在另一实例中,图12C表示按照本发明的接合,在这种情况下在致动器20”和导螺杆60”之间的接合。致动器20”与导螺杆60”的非螺纹区域连接。致动器20”的结构通过贴靠壳体1和致动器20”施加力的预加载弹簧10压迫导螺杆60”的致动器对准结构63”。在此实例中致动器对准结构63”布置在导螺杆60的非螺纹区域和螺纹区域之间,其中非螺纹区域具有比螺纹区域小的外直径,并且第二相对长的非螺纹区域布置在致动器对准结构63和螺纹区域之间。
在另一实例中,图12D表示按照本发明的接合,在这种情况下在致动器20”’和导螺杆60”’之间的接合。致动器20”’与导螺杆60”’的非螺纹区域连接。致动器20”’的结构通过贴靠壳体1和致动器20”’施加力的预加载弹簧10”’压迫导螺杆60”’的致动器对准结构63”’。在此实例中致动器对准结构63”’布置在导螺杆60的非螺纹区域和螺纹区域之间,其中非螺纹区域具有比螺纹区域大的外直径。同样,预加载弹簧10”’和壳体部分2布置在非螺纹区域和螺纹区域之间。
连接螺母
导螺杆组件通常包括连接螺母。最好是,连接螺母包括构造成与导螺杆的螺纹区域接合的齿。连接螺母的齿进行如下所述的多种功能。在典型构造中,该齿构造成使得导螺杆的转动造成连接螺母沿着导螺杆的长轴线平移。例如,在图1中,在导螺杆200转动时,连接螺母230沿着导螺杆的z轴平移。平移方向与转动方向相关,其中根据导螺杆的螺纹方向准确相关。
连接螺母同样通常经由构造成相对于导螺杆螺纹偏压连接螺母的齿的至少一个弹簧连接到壳体上。例如图3的导螺杆组件300’包括消齿隙弹簧40。消齿隙弹簧最好与致动器预加载弹簧分开。现在参考图5A,导螺杆组件200包括布置在每个连接螺母230和壳体的前部部件1060的齿隙弹簧参考结构1063之间并在其上施加弹簧力的消齿隙弹簧240。同样,预加载弹簧210布置在致动器220和靠近导螺杆保持凹井1051的后部部件1050的表面之间并在其上施加弹簧力。
另外,消齿隙弹簧与预加载弹簧分开地连接到壳体上,使得两个弹簧的弹簧力相互机械隔离。导螺杆组件构造的多种结构有助于隔离弹簧力:1)后部部件1050和前部部件1060的刚性连接以便形成壳体;2)导螺杆260的刚性;3)导螺杆260的螺纹区域205限制连接螺母230的轴向运动;以及4)致动器对准结构263限制致动器220的轴向运动。
透镜-连接螺母接合
现在参考图6,前部光学器件组400和后部光学器件组500的主要引导套筒410和510(例如图2所示)各自经由连接螺母230和330与导螺杆连接。两个主要引导套筒410和510与主要引导销600连接。后部主要引导套筒510包括与连接螺母330的带细槽结构接合的伸出结构512。伸出结构512和连接螺母330的带细槽结构之间的接合的透视图表示在图5B中。带细槽结构通过臂335形成,并且包括参考表面336。参考表面336伸入连接螺母330的带细槽结构中,以便形成间隙,该间隙设置尺寸以便接收伸出结构512。最好是,间隙和伸出结构512设置尺寸以便以两个部件之间的大致“零”游隙来配合一起。
类似地,前部主要引导套筒410包括与连接螺母230的带细槽结构接合的伸出结构412。带细槽结构通过臂235形成,并且包括参考表面236。参考表面236伸入连接螺母230的带细槽结构中,以便形成间隙,该间隙设置尺寸以便接收伸出结构412。最好是,间隙和伸出结构412设置尺寸以便以两个部件之间的大致“零”游隙来配合一起。
在此优选构造中,连接螺母沿着导螺杆轴线的运动造成其相应的引导套筒沿着引导销平移。由于引导套筒各自是光学器件组的刚性连接部件,连接螺母的平移造成其相应的光学器件组平移。但是,连接螺母和引导套筒之间的简单刚性连接可实现这种功能。通过将引导套筒与连接螺母的非平移运动隔离,所示的构造提供另外的优点。参考表面和引导套筒的伸出结构之间的小接触面积用来减小摩擦,使得连接螺母相对于引导套筒在垂直于导螺杆的轴线的轴线上运动。这种构造将连接螺母的大多数机械振动或干扰与光学器件组隔离。另外,隔离意味着只有连接螺母的平移自由度需要控制,以便实现定位光学器件组所需的精度。
包括在典型导螺杆组件中的弹簧用于多种目的。例如消齿隙弹簧将导螺杆参考结构连接到连接螺母上。这种连接在每个元件上施加弹簧力,将连接螺母偏压离开参考结构。
C.功能
前部光学器件组400是包括第一导螺杆组件200的第一光学器件组件的一部分。后部光学器件组500是包括第二导螺杆组件300的第二光学器件组的一部分。与模块1000的其它元件一起,第一和第二光学器件组件提供光学器件组400和500相对于图像传感器1010的受控运动和定位。
导螺杆组件200包括螺纹区域205。连接螺母230提供光学器件组400和螺纹区域205之间的接合,将导螺杆260的转动转换成光学器件组400的平移。连接螺母230与导螺杆组件200的组合没有粘连地平移,使得光学器件组400对于外部参考来说硬性停止。
导螺杆组件200还包括构造成通过转动导螺杆260驱动光学器件组400的运动的致动器220。致动器220的构造与导螺杆组件200的多种弹簧元件的组合以避免连接螺母230上的高摩擦负载,使得能量从致动器有效传递到导螺杆260。
导螺杆组件300包括螺纹区域305。连接螺母330提供光学器件组500和螺纹区域305之间的接合,将导螺杆360的转动转换成光学器件组500的平移。连接螺母330与导螺杆组件300的组合没有粘连地平移,使得光学器件组500对于外部参考来说硬性停止。
导螺杆组件300还包括构造成通过转动导螺杆360来驱动光学器件组500的运动的致动器320。致动器320的构造与导螺杆组件300的多种弹簧元件的组合避免连接螺母330上的高摩擦负载,使得能量从致动器有效传递到导螺杆360。
主要引导销600和次要引导销700与光学器件组400和500以及连接螺母230和330相结合保持光学器件组的光学元件在其运动范围上保持对准,而没有粘连。
将位置感测目标250和350包括在导螺杆组件200和300内与模块1000的位置传感器1030相结合可以使用非线性致动器,例如220、320,以便驱动导螺杆260、360。
D.操作细节
引导销配置
现在参考图5B,前部光学器件组的前部引导套筒410相对于前部圆筒430是细长的(图5A)。类似地,后部光学器件组500包括与主要引导销600连接的细长的后部引导套筒510。假设引导销600沿着z轴定位,此构造防止光学器件组400和500在y-z平面或x-z平面内相对于主要引导销600转动,但是可以在x-y平面内转动。另外,引导套筒刚性连接到圆筒上。假设引导销600沿着z轴定位,此构造防止后部光学器件组在y-z平面或x-z平面内相对于主要引导销600转动,但是可以在x-y平面内转动。
现在参考图1,前部光学器件组400还包括构造成与次要引导销700连接的前部引导细槽420。类似地,后部光学器件组500包括后部引导细槽520。引导细槽和次要引导销700之间的连接防止前部和后部光学器件组在x-y平面内相对于任何的引导销600和700转动。前部和后部光学器件组和引导销600和700之间的连接使得光学器件组沿着通过两个引导销限定的轴线(图1的z轴)平移,但不能在任何垂直于该轴线的轴线(这里是x和y轴)上运动。
螺纹-透镜连接
图4、7A和7B表示按照本发明的某些实施例的连接螺母和导螺杆之间的接合的进一步细节。在某些实施例中,如图4所示,导螺杆260的阳螺纹与连接螺母230的齿螺纹互锁。但是,在某些实施例中,使用其它构造。例如如图7A所示,连接螺母2230最好包括第一连接臂2231和第二连接臂2232,每个连接臂通过弹簧2233压迫导螺杆2260。另外,连接螺母2230与引导套筒2510接合。最好是,引导套筒2510和连接螺母2230是“软”连接,使得只有与引导螺旋/引导销轴线对准的运动在两者之间平移。
图7B表示连接臂2231和2232的连接齿2231’和2232’和导螺杆2260的螺纹2261之间的接合。连接齿2231’和2232’具有比螺纹2261平的螺纹角度。换言之,螺纹2261的(径向测量)高度超过连接齿2231’和2232’的高度。此配置需要齿和螺纹具有不同节距。如所示,连接齿2231’和2232’的节距最好超过螺纹2261的螺纹节距。螺纹2261的节距最好沿着导螺杆2260保持恒定。因此,虽然连接螺母2230沿着导螺杆2260运动,在连接齿2231’和2232’的节距以及与其连接的螺纹之间保持恒定比例。
连接齿2231’和2232’与螺纹2261之间的螺纹角度的梯度与通过弹簧2233压迫连接臂2231和2232相结合使得经由连接螺母2230的机械硬性停止来参照光学器件组。在阳螺纹-阴螺纹连接器中,在导螺杆转动同时,连接螺母的机械硬性停止可造成粘连以及螺纹损坏。相比之下,在所示系统中,如果导螺杆2260在连接螺母2230的机械硬性停止的过程中驱动,深螺纹2261用作贴靠平连接螺母齿2231’和2232’的楔形件,延伸弹簧2233,并且驱动连接臂2231和2232分开。因此,连接螺母2230在转动过程中的机械硬性停止将连接齿2231’和2232’从螺纹齿2261脱离,防止粘连。这可经由硬性机械停止位置来参照连接到连接螺母上的光学器件组,而不在参照过程中准确转换导螺杆致动器。
另外,梯度和弹簧力提供每个连接齿在与其相互作用的两个螺纹部分之间自然对中。只要弹簧将力均匀地施加在每个连接齿上,齿自然地相对于螺纹部分静置在限定位置上。这种对中减小了螺母和具有配合节距和角度的螺纹的螺栓之间出现的“齿隙”。在具有螺母螺纹在螺栓螺纹的凹槽内运动的空间时,齿隙造成螺母相对于螺栓跳动。
现在参考图3,消齿隙弹簧40同样有助于防止齿隙。弹簧40产生压迫连接螺母30离开齿隙弹簧参考结构1063的弹簧力。连接螺母30的齿通常与导螺杆的螺纹部分5接合,因此弹簧力朝着靠近齿隙弹簧参考结构1063的螺纹面推动连接螺母30的齿。
致动器构造
现在参考图4,本发明的某些实施例包括构造成具有导螺杆260的致动器220,使得导螺杆260通过致动器220转动。最好是,本发明的实施例包括适用于确保致动器有效操作的结构。
例如,本发明的某些实施例采用可构造成驱动非螺纹轴转动的圆柱形振动致动器。此类型的示例性致动器是与经由摩擦非螺纹轴接合的压电超声波马达。最好是在以振动的共振模式激励时,圆柱形致动器造成定位其中的轴转动。这种致动器以大致恒定地作用其上的力在限定空间内有利地操作。
图4和6表示按照本发明的致动器220和320的优选构造。如上所述,振动致动器220和320在它们通过大致的恒力装置连接在限定空间内时以更大效率操作。例如,如图4所示,预加载弹簧210贴靠导螺杆的致动器对准结构263压迫致动器220。这种连接在致动器220和致动器对准结构263之间形成法向力,增加了致动器220和导螺杆260之间的任何潜在摩擦力。由于致动器220经由摩擦驱动导螺杆260转动,预加载弹簧210增加了致动器220的潜在驱动力。但是,致动器220和导螺杆260之间的过高摩擦力可减小导螺杆转动的所得速度。最好是,预加载弹簧210的强度被选择成使得效率最佳,同时使得转动速度充分高。
另外,在所示实施例中,致动器对准结构263和致动器220之间的法向力通过预加载弹簧210唯一确定。虽然消齿隙弹簧205沿着导螺杆组件200将力施加在别处,这些力与致动器200隔离。致动器200不沿着导螺杆260平移,使得致动器220和壳体1050之间的间距保持恒定。因此,由于预加载弹簧210施加在致动器220和壳体1050上的力与其中的间距成正比,力在致动器220的操作过程中大致保持恒定。
如图6所示,预加载弹簧310为导螺杆组件300中的致动器320提供类似功能。另外,图6表示经由致动器接触垫1023将致动器320上的所选点连接到壳体1050上。
如上所述,致动器320可以在限定空间内操作。预加载弹簧310用来将致动器320保持在导螺杆360的纵向区域内。但是,用于所述实施例的优选类型的致动器需要另外的稳定性以便将转动力施加在导螺杆上。致动器和导螺杆之间的相互作用造成两者相对转动。由于模块100需要导螺杆360相对于壳体1050转动,致动器320通过致动器接触垫1023可转动地固定在壳体1050上。
接触垫1023的定位和构造的多个方面适用于减小对于致动器320的效率造成任何不利影响。致动器接触垫1023定位在致动器320上的称为节点的多个位置上,这些位置在致动器320在优选共振下操作过程中大致保持固定。另外,接触垫1023最好由弹性材料构成,该弹性材料构造成拉伸和反弹,使得节点受限地运动离开其静置位置。
虽然在图6中描述两个致动器接触垫1023,某些实施例具有更多数量,而其它实施例具有较少数量。另外,致动器接触垫1022在将致动器220连接到壳体1050的过程中进行类似操作,使得导螺杆260转动。
最好是,本发明的实施例采用来自于位置感测系统的反馈以便控制致动器。采用这种反馈系统可以在本发明的实施例中使用非线性致动器,并有助于重复性。
参照
有利的是,本发明的某些实施例包括适用于使得透镜组硬性机械停止,而系统没有机械粘连。这种机械停止最好用于在控制透镜组的定位过程中进行参照。
现在参考图7A和7B,连接齿2231’和2232’和螺纹2261之间的螺纹角度的梯度与连接臂2231和2232通过弹簧2233压迫相结合可以经由连接螺母2230的机械硬性停止来对光学器件组参照。在阳-阴螺纹连接器中,在导螺杆转动的同时连接螺母的机械硬性停止可造成粘连和螺纹损坏。相比之下,在所示系统中,如果导螺杆2260在连接螺母2230的机械硬性停止的过程中驱动,深螺纹2261用作贴靠平连接螺母齿2231’和2232’的楔形件,延伸弹簧2233,并且驱动连接臂2231和2232分开。因此,连接螺母2230在转动过程中的机械硬性停止将连接齿2231’和2232’从螺纹齿2261脱离,防止粘连。这可经由硬性机械停止位置参照连接到连接螺母上的光学器件组,而不在参照过程中准确转换导螺杆致动器。
位置感测
如其它地方提到那样,本发明的某些实施例包括构造成将反馈提供给致动器控制系统从而准确定位而不使用非线性致动器马达的位置感测结构。示例性的位置感测系统包括图1的模块1000的位置传感器1030和位置感测目标250和350。
位置感测系统提供用于透镜组在其运动范围上的位置数据。在本发明的某些实施例中,位置感测系统追踪光学器件组10的相对位置,使其在10mm的范围上位于10微米内。
在某些实施例中,与圆柱形感测目标连接的反射编码传感器用来测量导螺杆的转动。由于光学器件组与具有公知的螺纹节距的导螺杆连接,导螺杆的转动与光学器件组沿着导螺杆轴线的平移成正比。
用于本发明某些实施例的位置感测系统的更加详细的视图在图10中表示。发射器/检测器3030包括第一传感器3034A、第二传感器3034B和发射器3032。掩模结构3030’包括发射器窗口3032’和四个传感器窗口3034’、3034A”、3034B’和3034B”。在某些实施例中,发射器/检测器3030是光学反射器。在某些实施例中,发射器是LED。
感测目标3350的暗带吸收从发射器发射的辐射,而感测目标的明带反射从发射器发射的辐射。在带相对于传感器窗口运动时,传感器检测吸收和反射中的转变。第一传感器3034A和第二传感器3034B检测转变。最好是,第二传感器3034B检测与第一传感器3034A异相的转变。因此,通过将来自于两个传感器的异相数据,控制系统检测运动方向及其大小。虽然检测系统表示成具有圆柱形扫描目标,本发明的某些实施例包括使用线性目标的类似系统。
在传统反射编码中,所使用的辐射不能在它达到感测目标时极度扩散。图8B表示用于朝着一系列吸收和反射带(右手侧)发射光的一系列光源(左手侧上的白方块)的最佳最大光束分布。图8C所示的细节表示20微米宽的光源。在这种情况下,最大最佳分布是10微米。在正常情况下,这意味着间隙“d”应该小于56.7微米。因此,对于图10设备中所示的相对窄小特征来说,所需允差将非常小。
但是,本发明的实施例包括适用于放宽这些允差或减少反射编码过程中使用的辐射扩散造成的问题的多种结构和构造。
某些技术涉及可以使用低分辨率目标的硬件或软件方法。某些实施例采用另外的硬件和/或固件(例如用于定时和分析的时钟),以便进行被检测转变之间的线性内插。但是,如果致动器非常非线性,内插可引入定位误差。
某些实施例采用具有重复图案的低分辨率目标,但是使用传感器数据的另外处理,以便提供较为有效的分辨率。多个实例包括经由模拟电路在传感器数据中记录的转变过程中检测多个阈值并将输出转换成数字。但是,这种实施例需要包括模拟电路以及在检测过程中的模拟/数字转换器的另外校正。在某些的这些实施例中,校正在接通过程中自动实现。
某些实施例采用线性内插和模拟-数字转换电路的组合,从而可以使用较低分辨率目标。通过采用这些和其它技术,本发明的实施例可使用较低分辨率目标。
最好是,使用较低分辨率感测目标允许其中在给定时刻只有少量目标结构位于传感器的视野内的构造。此类型的系统在图8A中表示。如截面图所示,位置感测系统包括离开发射器/检测器3030一个距离定位的圆柱形目标3350。发射器/检测器3030的视野对着包括两个转变中最大转变的目标3350的区域。在某些实施例中,发射器/检测器是光学反射器。最好是,单个结构(例如条带)占据该视野。因此,转变检测中的人工效应或误差的电位最小。通常,目标的结构尺寸根据视野来选择。但是,所需分辨率可以是确定结构尺寸中的因素。
图11是用于本发明的包括优选实施例的某些实施例的位置感测系统的更加详细的视图。发射器/检测器4030包括传感器4034、发射器4032。掩模结构4030’包括发射器窗口4032’和两个传感器窗口4034’和4034”。在某些实施例中发射器是LED。
感测目标4350的暗带吸收从发射器发射的辐射,而感测目标的明带反射从发射器发射的辐射。在带相对于传感器窗口运动时,传感器检测吸收和反射中的转变。最好是,传感器4034分开地检测传感器窗口4032’和4034”内的转变。在某些实施例中,发射器/检测器4030是光学反射器。
在某些实施例中,传感器4034能够检测两个窗口之间的异相转变。在这些实施例中,通过组合来自于两个传感器的异相数据,控制系统可检测运动方向及其大小。虽然检测系统表示成具有圆柱形扫描目标,本发明的某些实施例包括使用线性目标的类似系统。
在某些实施例中,每个结构覆盖圆柱形目标的周边的60度。因此,在一个实施例中,具有12mm周长的圆柱形目标包括交替反射/吸收形式的六个2mm条带。但是,如果需要感测目标的每转大于六个计数的分辨率,最好采用所示的另外处理步骤。
另外,某些实施例在将其提供给感测目标之前在从LED发射的辐射上进行另外的处理步骤。图10所示的方法称为直接成像。直接成像的另一实例在图9A中表示。来自于发射器(白方块)的辐射从目标反射到检测器(阴影方块)。直接成像需要目标和传感器非常靠近。
图9B表示其中使用透镜来校准来自于检测器的辐射的系统。校准使得目标-传感器的距离增加。最大距离和允差通过辐射的分布来确定。
图9C表示其中使用针孔来防止从相邻区域“泄漏”从而无法检测转变的系统。在这种情况下,被反射的辐射必须在达到检测器之前,经过靠近目标表面放置的对中针孔。由于可经过针孔得到相对少的光线,此系统可要较高密度LED。
E.优点
如所述实例所示,某些实施例的模块通过机电控制器按照不同光学位置设置。这些不同的光学位置有利地提供多种照片拍摄模式。按照用于模块的固定焦距构造,经由可重复定位和软件控制,可最佳地预先设置多种位置和/或照片拍摄模式。因此,所述的某些实施例以小形状因数提供多种固定焦距。这些实施例有利地使得通常对于多焦光学器件和/或照相机机构来说具有有限能力的小型装置能够更加复杂地应用。例如,某些实施例有利地在简单和紧凑装置中包括多个聚焦和缩放位置。由于所示的实施例需要有限的运动范围,并且具有最小空间要求,这些实施例在例如移动电话和其它消费电子产品的超级紧凑的便携式装置中具有多种应用。某些特殊的医疗装置应用包括[_____]。
另外,虽然实现了多焦距功能的优点,所述的实施例需要小空间,并且只需要有限的运动范围,同时具有低成本。
如上所述,某些实施例的光学元件分成两组,一组容纳在前部圆筒内,另一组容纳在后部圆筒内。例如如图4所示,前部组包括透镜440、442、444和446,而后部组包括透镜540、542、544和546。通常,这些光学器件组在有限空间内的准确运动通过使用所述的机构来实现。
某些实施例的自动聚焦和缩放模块的形状因数是不包括棱镜的大约10×14×22mm或包括棱镜的大约10×14×30mm。
虽然参考多个特定细节描述了本发明,本领域普通技术人员之一将理解到本发明可以其它特定形式实施,而不偏离本发明的精神。因此,本领域普通技术人员之一将理解到本发明不局限于所述的细节,而是通过所附权利要求来限定。

Claims (42)

1.一种光学模块,包括:
a)连接到第一导螺杆的螺纹部分上的第一光学器件组,使得第一导螺杆的转动造成第一光学器件组沿着第一导螺杆的轴线平移;
b)用于转动第一导螺杆的第一致动器;
c)构造成能够检测第一导螺杆的转动的第一感测目标;
d)连接到第二导螺杆的螺纹部分上的第二光学器件组,使得第二导螺杆的转动造成第二光学器件组沿着第二导螺杆的轴线平移;
e)用于转动第二导螺杆的第二致动器;
f)构造成能够检测第二导螺杆的转动的第二感测目标;
g)图像传感器。
2.如权利要求1所述的模块,其特征在于,第一光学器件组和第二光学器件组构造成将具有聚焦和放大的图像提供给图像传感器。
3.如权利要求1所述的模块,其特征在于,图像传感器选自包括互补金属氧化物半导体(CMOS)、电荷耦合器件(CCD)的组。
4.如权利要求1所述的模块,其特征在于,还包括连接到第一光学器件组上的棱镜元件,其中棱镜将相对于模块平面以一个角度的图像引导到第一光学器件组。
5.如权利要求1所述的模块,其特征在于,至少一个第一感测目标和第二感测目标包括闭合表面,该闭合表面具有以围绕第二导螺杆的转动轴线对称的交替形式配置的不同光学性能的相邻区域。
6.如权利要求5所述的模块,其特征在于,还包括有源(active)检测阵列,该有源检测阵列构造成发射信号,并根据发射信号的反射中的变化,检测至少一个第一感测目标和第二感测目标的运动。
7.如权利要求6所述的模块,其特征在于,有源检测阵列具有视野。
8.如权利要求7所述的模块,其特征在于,感测目标的区域各自设置尺寸,并且感测目标相对于有源检测阵列构造,使得该区域对着大致所有的视野。
9.如权利要求5所述的模块,其特征在于,第一感测目标构造成能够检测第一光学器件组沿着第一导螺杆的平移。
10.如权利要求9所述的模块,其特征在于,第一感测目标能够测量第一光学器件组在至少10毫米的范围上以10微米或更小的分辨率平移。
11.如权利要求5所述的模块,其特征在于,第二感测目标构造成能够测量第二光学器件组沿着第二导螺杆的平移。
12.如权利要求11所述的模块,其特征在于,第二感测目标能够测量第二光学器件组在至少2毫米的范围上以10微米或更小的分辨率平移。
13.一种自动聚焦和缩放模块,包括:
a)壳体;
b)第一光学器件组件,包括:
i)第一导螺杆,包括具有第一外部螺纹直径的螺纹部分和具有第一外部直径的非螺纹部分,以及第一致动器对准结构;
ii)连接到第一导螺杆的螺纹部分上的第一光学器件组,使得第一导螺杆的转动造成第一光学器件组沿着第一导螺杆的轴线平移;
iii)第一弹簧,构造成朝着第一导螺杆的非螺纹部分偏压第一光学器件组;
iv)第一致动器,用于转动第一导螺杆,第一导螺杆保持在非螺纹部分上,并且通过来自于第一预加载弹簧的弹簧力贴靠第一导螺杆的致动器对准结构;
v)用于感测的第一装置,构造成检测第一导螺杆的转动;
c)第二光学器件组件,包括:
i)第二导螺杆,包括具有第二外部螺纹直径的螺纹部分和具有第二外部直径的非螺纹部分,以及第二致动器对准结构;
ii)连接到第二导螺杆的螺纹部分上的第二光学器件组,使得第二导螺杆的转动造成第二光学器件组沿着第二导螺杆的轴线平移;
iii)第二弹簧,构造成朝着第二导螺杆的非螺纹部分偏压第二光学器件组;
iv)第二致动器,用于转动第二导螺杆,第二导螺杆保持在非螺纹部分上,并且通过来自于第二预加载弹簧的弹簧力贴靠第二导螺杆的致动器对准结构;
v)用于感测的第二装置,构造成检测第二导螺杆的转动;以及
d)图像传感器。
14.如权利要求13所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,至少一个第一弹簧和第二弹簧防止齿隙。
15.如权利要求13所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第一弹簧具有大致比第一预加载弹簧小的弹簧常数。
16.如权利要求13所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第二弹簧具有大致比第二预加载弹簧小的弹簧常数。
17.如权利要求13所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,至少一个第一致动器和第二致动器是圆柱形振动致动器。
18.如权利要求13所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第一预加载弹簧邻靠壳体和第一致动器。
19.如权利要求13所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第二预加载弹簧邻靠壳体和第二致动器。
20.如权利要求13所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,至少一个第一致动器和第二致动器通过与壳体的柔性连接器局限于节点处。
21.如权利要求13所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第一光学器件组和第二光学器件组构造成将具有聚焦和放大的图像提供给图像传感器。
22.如权利要求13所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,图像传感器选自包括互补金属氧化物半导体(CMOS)、电荷耦合器件(CCD)的组。
23.如权利要求13所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第一外部螺纹直径大于第一外部直径。
24.如权利要求13所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第一致动器对准结构布置在第一导螺杆的螺纹部分和非螺纹部分之间。
25.如权利要求13所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第二致动器对准结构布置在第二导螺杆的螺纹部分和非螺纹部分之间。
26.如权利要求13所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第二导螺杆的非螺纹部分布置在第二致动器对准结构和螺纹部分之间。
27.如权利要求13所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第一导螺杆的非螺纹部分布置在第二致动器对准结构和螺纹部分之间。
28.一种自动聚焦和缩放模块,包括:
a)第一引导销;
b)第二引导销;
c)第一光学器件组件,包括:
i)第一导螺杆,包括具有第一外部螺纹直径的螺纹部分和具有第一外部直径的非螺纹部分;
ii)第一光学器件组,包括第一弹簧铰接组件,第一弹簧铰接组件具有相对配置的两个带齿连接臂,并构造成与第一导螺杆的螺纹部分连接,使得第一导螺杆的转动造成第一光学器件组沿着第一导螺杆的轴线平移,并且连接到第一引导销和第二引导销上;
iii)第一致动器,用于转动第一导螺杆;以及
iv)用于感测的第一装置,构造成检测第一导螺杆的转动;
d)第二光学器件组件,包括:
i)第二导螺杆,包括具有第二外部螺纹直径的螺纹部分和具有第二外部直径的非螺纹部分;
ii)第二光学器件组,包括第二弹簧铰接组件,第二弹簧铰接组件具有相对配置的两个带齿连接臂,并构造成与第二导螺杆的螺纹部分连接,使得第二导螺杆的转动造成第二光学器件组沿着第一导螺杆的轴线平移,并且连接到第一引导销和第二引导销上;
iii)第二致动器,用于转动第二导螺杆;以及
iv)用于感测的第二装置,构造成检测第二导螺杆的转动;
e)图像传感器。
29.如权利要求28所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第一光学器件组和第二光学器件组构造成将具有聚焦和放大的图像提供给图像传感器。
30.如权利要求28所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第一带齿连接臂的齿构造成具有大致比第一导螺杆的螺纹部分的螺纹浅的螺纹深度。
31.如权利要求28所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第二带齿连接臂的齿构造成具有大致比第二导螺杆的螺纹部分的螺纹浅的螺纹深度。
32.如权利要求28所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,图像传感器选自包括互补金属氧化物半导体(CMOS)、电荷耦合器件(CCD)的组。
33.如权利要求28所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第一外部螺纹直径大于第一外部直径。
34.如权利要求28所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第二外部螺纹直径大于第二外部直径。
35.如权利要求28所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第一致动器对准结构布置在第一导螺杆的螺纹部分和非螺纹部分之间。
36.如权利要求28所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第二致动器对准结构布置在第二导螺杆的螺纹部分和非螺纹部分之间。
37.如权利要求28所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第二导螺杆的非螺纹部分布置在第二致动器对准结构和螺纹部分之间。
38.如权利要求28所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第一导螺杆的非螺纹部分布置在第二致动器对准结构和螺纹部分之间。
39.一种自动聚焦和缩放模块,包括:
a)壳体;
b)光学器件组件,包括:
i)导螺杆,包括具有外部螺纹直径的螺纹部分和具有外部直径的非螺纹部分,以及致动器对准结构;
ii)连接到导螺杆的螺纹部分上的光学器件组,使得导螺杆的转动造成光学器件组沿着导螺杆的轴线平移;
iii)圆柱形振动致动器,以驻波形式振荡,以便驱动放置其中的轴转动,从而转动导螺杆,导螺杆保持在非螺纹部分上,并通过邻靠壳体和致动器的预加载弹簧贴靠致动器对准结构,并且通过与壳体的柔性连接器局限于其优选驻波形式的节点处;以及
iv)图像传感器,其中光学器件组构造成将具有聚焦和放大的图像提供给图像传感器。
40.如权利要求39所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,第一外部螺纹直径大于第一外部直径。
41.如权利要求39所述的自动聚焦和缩放模块,其特征在于,致动器对准结构布置在螺纹部分和非螺纹部分之间。
42.一种使用螺纹导螺杆作为驱动装置来防止系统中齿隙的方法,包括以下步骤:
a)提供具有轴线和具有螺纹深度和螺纹节距的螺纹区域的导螺杆;以及
b)提供具有相对配置并构造成与导螺杆的螺纹部分连接的多个带齿连接臂的弹簧铰接组件,使得导螺杆的转动造成第二光学器件组沿着第二导螺杆的轴线平移,其中带齿连接臂的齿具有齿深度和齿节距,其中齿深度大致小于螺纹深度,齿节距大于螺纹节距。
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