專利名稱：利用電敏裝置對(duì)鏡頭進(jìn)行定位的照相機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用電敏裝置來(lái)定位鏡頭的照相機(jī)。
背景技術(shù)：
需要移動(dòng)照相機(jī)鏡頭來(lái)進(jìn)行聚焦和變焦。否則，照相機(jī)就被限制到通過(guò)具有小孔鏡頭來(lái)獲得足夠的聚焦范圍。雖然可手工調(diào)節(jié)鏡頭的位置，但人們還是希望實(shí)現(xiàn)電動(dòng)調(diào)節(jié)。
為了驅(qū)動(dòng)照相機(jī)鏡頭，人們所熟知的是采用電線圈馬達(dá)。但是，這種馬達(dá)較為昂貴，并且普遍只在高檔照相機(jī)中使用。而且，電線圈馬達(dá)相對(duì)較笨重，因此使用電線圈馬達(dá)限制了照相機(jī)的小型化。
最近，CCD和CMOS成像技術(shù)的進(jìn)步使人們可開(kāi)發(fā)出體積小且價(jià)格低廉的數(shù)字照相機(jī)。但是，由于現(xiàn)行的小型鏡頭定位系統(tǒng)相對(duì)于照相機(jī)的價(jià)格過(guò)于昂貴，因此，這些照相機(jī)極少設(shè)有自動(dòng)聚焦系統(tǒng)。
壓電馬達(dá)可用于使照相機(jī)鏡頭定位，但其價(jià)格昂貴。其它已知的壓電致動(dòng)器不能以適當(dāng)?shù)木o湊方式提供足夠的位移。
電敏材料是在通電情況下就可產(chǎn)生變形的材料，或者反之，在發(fā)生變形時(shí)其電性能就發(fā)生變化的材料。人們最熟悉和最普遍使用的電敏材料是壓電材料，但其它類型的電敏材料包括電致伸縮材料和壓阻材料。很多利用電敏性能的裝置已為人所知。
最簡(jiǎn)單的壓電裝置是壓電材料塊，通過(guò)沿電極方向施加激勵(lì)電壓，就可以膨脹-收縮的方式對(duì)壓電材料塊進(jìn)行激勵(lì)。但是，由于壓電效應(yīng)很小，只有10-10m/V的數(shù)量級(jí)，因此，尺寸變化較小，通常小于1微米。因此，人們開(kāi)發(fā)了更為復(fù)雜的電敏結(jié)構(gòu)以便獲得較大的位移。
已知的電敏結(jié)構(gòu)是一種彎曲的結(jié)構(gòu)，例如雙層彎曲結(jié)構(gòu)。對(duì)于這種彎曲結(jié)構(gòu)，電敏結(jié)構(gòu)包括多個(gè)層，其中至少一個(gè)層是電敏材料層。當(dāng)受到激勵(lì)時(shí)，層就發(fā)生變形，且各層之間沿長(zhǎng)度的變化是不同的，例如，一個(gè)層膨脹，而另一個(gè)層則收縮。由于各層相互連接而彼此受到約束，因此，長(zhǎng)度變化的不同使彎曲結(jié)構(gòu)垂直于層而發(fā)生彎曲。從而使結(jié)構(gòu)端部發(fā)生相對(duì)位移。但是，相對(duì)位移在空間并不是沿直線軌跡。由于結(jié)構(gòu)彎曲且彎曲度增大，因此端部的相對(duì)位移在空間沿著一條曲線。由于是非直線的位移，因此這種裝置不便用于對(duì)照相機(jī)鏡頭進(jìn)行定位。
另外，為了獲得相對(duì)較大的位移，必須增大結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，由此而帶來(lái)了不便。例如，為了通過(guò)雙層彎曲結(jié)構(gòu)來(lái)獲得0.1mm數(shù)量級(jí)的位移量，通常需要結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度大約為5cm。因此，這種裝置不能作得足夠精巧以便用于照相機(jī)鏡頭定位。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種照相機(jī)，該照相機(jī)具有一個(gè)與電敏裝置相連的活動(dòng)鏡頭，以便于使鏡頭定位，該電敏裝置包括一個(gè)沿彎曲短軸延伸的電敏結(jié)構(gòu)，并布置成當(dāng)受到激勵(lì)時(shí)，結(jié)構(gòu)圍繞短軸扭轉(zhuǎn)且結(jié)構(gòu)端部產(chǎn)生相對(duì)位移，結(jié)構(gòu)的端部連接成可使鏡頭定位。
首先，考慮電敏裝置的激勵(lì)。由于裝置沿彎曲短軸延伸，因此，當(dāng)受到激勵(lì)時(shí)，裝置端部之間就發(fā)生相對(duì)位移，同時(shí)結(jié)構(gòu)隨之圍繞短軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)。電敏裝置所遵循的物理原理是，彎曲目標(biāo)物扭轉(zhuǎn)使得垂直于局部曲線產(chǎn)生位移，反之，彎曲目標(biāo)物端部的位移使得沿其長(zhǎng)度發(fā)生扭轉(zhuǎn)。位移等于結(jié)構(gòu)短軸方位相對(duì)于其原始方位的變化量。
裝置使用在受到激勵(lì)時(shí)就發(fā)生扭轉(zhuǎn)的電敏結(jié)構(gòu)。對(duì)于結(jié)構(gòu)沿彎曲短軸的任意給定小的部分，由于短軸是彎曲的，相鄰部分以一定的角度延伸到給定部分，因此就很容易觀察到該給定部分的扭轉(zhuǎn)是如何使相鄰部分轉(zhuǎn)動(dòng)并因此而使它們沿垂直于給定部分局部曲線的相反方向進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)。因此，給定部分扭轉(zhuǎn)就伴隨著相鄰部分垂直于曲線平面發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。相對(duì)位移量與給定部分的彎曲度和扭轉(zhuǎn)量成正比。裝置的總位移是每個(gè)部分位移之和。因此，受到激勵(lì)時(shí)的總位移是結(jié)構(gòu)端部的相對(duì)位移。
對(duì)于圍繞長(zhǎng)軸沿規(guī)則曲線例如圓弧或螺旋線延伸的短軸，受到激勵(lì)時(shí)，每個(gè)部分就平行于長(zhǎng)軸產(chǎn)生同方向的位移。因此，結(jié)構(gòu)端部的總相對(duì)位移是平行于長(zhǎng)軸的直線位移。因此，本發(fā)明的電敏裝置可在空間產(chǎn)生直線位移，從而使其適合用于對(duì)照相機(jī)鏡頭進(jìn)行定位。
位移量與結(jié)構(gòu)沿短軸的長(zhǎng)度成正比，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的每個(gè)部分都對(duì)總位移有影響。因此，可通過(guò)對(duì)裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，特別是通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)沿短軸的長(zhǎng)度和用于控制扭轉(zhuǎn)區(qū)域響應(yīng)量的結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行選擇來(lái)獲得任何所需的位移度。由于結(jié)構(gòu)沿彎曲短軸延伸，因此，就可制造出相對(duì)精巧的裝置?？傊?，短軸延伸所沿的曲線是可提供直線位移的任何形狀。
一種可能是短軸延伸所沿的曲線是平面曲線，例如是圓弧或平面螺線。在此情況下，受到激勵(lì)時(shí)將產(chǎn)生垂直于曲線平面的位移。裝置沿發(fā)生相對(duì)位移的方向的厚度僅僅是電敏結(jié)構(gòu)的厚度，因此，就可制造出相對(duì)較薄的裝置。
另一種可能是短軸延伸所沿的曲線是螺旋線。在此情況下，結(jié)構(gòu)的每個(gè)螺旋圈都對(duì)沿形成螺旋線所圍繞的幾何長(zhǎng)軸方向的位移產(chǎn)生影響。因此，就可獲得與螺旋圈數(shù)成正比的較大位移量，從而使較為精巧的裝置可產(chǎn)生較大的位移。
電敏裝置本來(lái)就較精巧。這就意味著它很容易用在照相機(jī)中，通過(guò)結(jié)構(gòu)端部的移動(dòng)驅(qū)使鏡頭定位。通常，照相機(jī)包括一個(gè)外殼，鏡頭可相對(duì)于外殼運(yùn)動(dòng)，電敏結(jié)構(gòu)的端部分別與鏡頭和外殼相連。
在一個(gè)特別簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)中，電敏結(jié)構(gòu)圍繞鏡頭光軸彎曲。這就提供了一個(gè)特別緊湊的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗拗屏穗娒粞b置結(jié)構(gòu)離開(kāi)鏡頭光軸延伸的范圍。而結(jié)構(gòu)短軸延伸所沿的曲線是內(nèi)在固有的，以便于裝置可適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行工作，其可方便地安裝到鏡頭外側(cè)周圍，而不會(huì)顯著地增加照相機(jī)的整體體積。
因此，利用上述電敏裝置就可通過(guò)一個(gè)相對(duì)較為緊湊的結(jié)構(gòu)沿直線驅(qū)動(dòng)鏡頭進(jìn)行定位。另外，與其它鏡頭定位系統(tǒng)例如基于電磁線圈馬達(dá)的鏡頭定位系統(tǒng)相比，特別是與已知的小型鏡頭定位系統(tǒng)相比，電敏裝置制造成本較低。另外，本發(fā)明的電敏裝置本身可提供一種相對(duì)較高的位置控制方案，其主要的限制因素是施加激勵(lì)電壓的方案。
本發(fā)明可用于通過(guò)移動(dòng)的方式來(lái)對(duì)照相機(jī)進(jìn)行聚焦或變焦的鏡頭系統(tǒng)，其通常是一個(gè)較大的鏡頭結(jié)構(gòu)部件。本發(fā)明通常用于具有電成像傳感器例如電荷偶合器件(CCD)或CMOS傳感器的照相機(jī)中，鏡頭可引入光線從而形成數(shù)字圖像。在此情況下，采用電敏裝置所獲得的優(yōu)點(diǎn)與使用電成像傳感器所獲得的優(yōu)點(diǎn)相互補(bǔ)充。成像傳感器的輸出信號(hào)可用于控制鏡頭進(jìn)行定位。但是，本發(fā)明也可同樣地應(yīng)用于在照相膠卷上形成圖像的照相機(jī)中。
最好，電敏裝置的電敏結(jié)構(gòu)包括圍繞短軸連續(xù)布置的電敏部分，所述電敏部分布置成在受到激勵(lì)時(shí)圍繞短軸進(jìn)行彎曲。
電敏結(jié)構(gòu)布置成具有受到激勵(lì)時(shí)圍繞短軸進(jìn)行彎曲同時(shí)伴隨著結(jié)構(gòu)圍繞短軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)的部分。因此，電敏部分可具有在受到激勵(lì)時(shí)進(jìn)行彎曲的任何結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是包括多個(gè)層的已知彎曲結(jié)構(gòu)，且最好是具有兩個(gè)層的雙層彎曲結(jié)構(gòu)，所述的層包括至少一個(gè)電敏材料層。這種結(jié)構(gòu)是公知的并可應(yīng)用于直線彎曲層且特別容易進(jìn)行制造。當(dāng)彎曲結(jié)構(gòu)應(yīng)用于本發(fā)明的部分上時(shí)，可獲得相同的優(yōu)點(diǎn)。但是，也可采用其它任何在受到激勵(lì)時(shí)進(jìn)行彎曲的結(jié)構(gòu)。
最好，電敏結(jié)構(gòu)包括圍繞短軸彎曲的連續(xù)電敏元件，所述電敏部分為連續(xù)元件的相鄰有限部分。
該結(jié)構(gòu)特別易于制造，例如通過(guò)將可變形的連續(xù)電敏元件卷繞成型。
最好，其中，連續(xù)電敏元件圍繞短軸彎曲成螺旋線。
通過(guò)采用圍繞短軸彎曲成螺旋線的連續(xù)電敏元件，可獲得很多的優(yōu)點(diǎn)。首先，便于提供一個(gè)沿短軸長(zhǎng)度方向規(guī)則的結(jié)構(gòu)，并因此而沿短軸的整個(gè)長(zhǎng)度具有相同的扭轉(zhuǎn)度。其次，螺旋結(jié)構(gòu)便于進(jìn)行制造，例如通過(guò)將可變形的連續(xù)元件卷繞成型或通過(guò)將一個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)切割成管狀電敏元件。再者，由于元件圍繞短軸的螺旋圈可緊密地壓緊在一起，因此裝置非常緊湊。
但是，電敏結(jié)構(gòu)還可包括具有不同形狀的連續(xù)電敏元件，這些形狀可使其圍繞短軸進(jìn)行彎曲同時(shí)伴隨著圍繞短軸進(jìn)行的扭轉(zhuǎn)。例如，它可包括具有圍繞短軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)的平元件形狀的連續(xù)元件。另外，電敏結(jié)構(gòu)可包括多個(gè)相互連接在一起的電敏部分，而不是包括連續(xù)的電敏元件。


為了更好地理解本發(fā)明，下面將結(jié)合附圖通過(guò)非限制性的例子對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，其中圖1是第一電敏裝置的平面圖；圖2是第二電敏裝置的側(cè)視圖；圖3是圖1所示第一裝置或圖2所示第二裝置中的一部分的透視圖；圖4是本發(fā)明的第一照相機(jī)的透視圖；圖5是圖4所示第一照相機(jī)沿V-V的橫截面圖；
圖6是第一照相機(jī)和第二照相機(jī)中的電路圖；圖7是本發(fā)明的第二照相機(jī)的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明，具有移動(dòng)鏡頭的照相機(jī)設(shè)有用于使鏡頭定位的電敏裝置。為清楚起見(jiàn)，首先對(duì)電敏裝置進(jìn)行描述，然后再作為一個(gè)整體對(duì)照相機(jī)進(jìn)行描述。
在以下的說(shuō)明書(shū)中，以假想的短軸和長(zhǎng)軸為基準(zhǔn)對(duì)電敏裝置進(jìn)行描述，但短軸和長(zhǎng)軸仍然對(duì)觀測(cè)和確定裝置是有用的。
圖1示出了本發(fā)明的第一電敏裝置1。裝置1包括由連續(xù)的電敏元件2構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，電敏元件2圍繞短軸3彎曲成螺旋形，整個(gè)結(jié)構(gòu)沿短軸3延伸。短軸3是彎曲的，并沿著圍繞垂直于短軸3平面也就是圖1中紙面向外方向的幾何長(zhǎng)軸4的圓弧曲線延伸。當(dāng)短軸3的曲線是平面曲線時(shí)，平行于長(zhǎng)軸4的裝置厚度僅僅是電敏元件2的螺旋結(jié)構(gòu)的厚度。
圖2示出了本發(fā)明的第二電敏裝置11。裝置2包括由連續(xù)的電敏元件12構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，電敏元件12圍繞短軸13彎曲成螺旋形，整個(gè)結(jié)構(gòu)沿短軸13延伸。短軸13是彎曲的，并沿著圍繞幾何長(zhǎng)軸14的螺旋曲線延伸。圖2所示的電敏裝置11的短軸沿僅圖示了三圈的螺旋線延伸，但也可以是其它任意數(shù)目的圈數(shù)。
圖3示出了圖1所示第一裝置的連續(xù)元件2或圖2所示第二裝置11的連續(xù)元件12中的一部分20。第一裝置1和第二裝置2的這一部分20的結(jié)構(gòu)是相同的，電敏部分20是連續(xù)元件2或12的一個(gè)有限的部分，因此電敏元件2或12可被認(rèn)為是沿短軸3或13連續(xù)布置的圖3所示的多個(gè)相鄰的部分20。因此，部分20如圖3所示沿圍繞短軸3或13的一部分螺旋曲線延伸。
圖3示出了電敏部分20的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)最好沿短軸3或13的整個(gè)長(zhǎng)度是均勻的，以便可獲得均勻的敏感性能。另外，裝置1或11可在沿短軸3或13的長(zhǎng)度以及在連續(xù)元件2或20的結(jié)構(gòu)或者連續(xù)元件2或20圍繞短軸3或13的彎曲形狀方面形成一些變化。
電敏部分20具有雙層彎曲結(jié)構(gòu)，其包括兩個(gè)沿部分20的長(zhǎng)度延伸的電敏材料層21和22。電敏材料層21和22都面向短軸3或13。電敏層21或22最好延伸橫穿部分20的平行于短軸3或13的寬度，但出于圍繞短軸3或13的曲線的性能的原因，連續(xù)元件2或12的電敏部分20存在一些扭曲變形。另外，層21或22可以傾斜于短軸3或13的方式延伸橫穿部分20的寬度，從而一條沿電敏部分20的邊緣比另一相對(duì)的邊緣更靠近短軸3或13。
電敏層21或22的材料最好是壓電材料。壓電材料可以是任何適當(dāng)?shù)牟牧希玮佀徜喫徙U(PZT)這樣的壓電陶瓷或聚偏氟乙烯(PVDF)這樣的壓電聚合物。但是，電敏材料層21或22可以是其它任何種類的電敏材料，例如當(dāng)材料發(fā)生變形或產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)電阻就發(fā)生變化的壓敏電阻材料或在作用有電場(chǎng)時(shí)就產(chǎn)生收縮的電致伸縮材料。
電敏部分20還包括平行于壓電材料層21和22延伸的電極23-25。外電極23和24設(shè)置在位于電敏部分20的相對(duì)兩側(cè)的電敏層21和22的外側(cè)。中間電極25設(shè)置在電敏層21和22之間。電極23-25用于施加極電壓和在彎曲狀態(tài)下操縱電敏部分20。在進(jìn)行電激勵(lì)時(shí)，激勵(lì)電壓作用于電極23-25。在受到激勵(lì)時(shí)，由于電敏層21和22在由中間電極25形成的界面處相互連接約束在一起，因此，在部分20進(jìn)行彎曲時(shí)，它們的長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生不同的變化。對(duì)于最大位移的情況，當(dāng)受到激勵(lì)時(shí)，其中一個(gè)電敏層21或22膨脹，而另一個(gè)電敏層收縮?？梢园凑张c已知的具有彎曲結(jié)構(gòu)的線性電敏裝置相同的方式來(lái)選擇激勵(lì)和極電壓的相對(duì)方向和量。例如，可通過(guò)使中間電極25接地并將相同極性的極電壓作用于兩個(gè)外電極23和24，從而將以足夠量來(lái)極化電敏層21和22的極電壓以相反的方向穿過(guò)電敏層21和22進(jìn)行作用。在此情況下，通過(guò)將相反極性的電壓作用在兩個(gè)外電極23和24上，以使激勵(lì)電壓沿相同的方向作用穿過(guò)電敏層21和22，從而對(duì)電敏部分20進(jìn)行電激勵(lì)。
在激勵(lì)時(shí)，根據(jù)激勵(lì)電壓的極性，電敏部分20圍繞短軸3或13朝著或離開(kāi)短軸3或13進(jìn)行彎曲。在電激勵(lì)時(shí)，激勵(lì)電壓從電路26經(jīng)外接線端27進(jìn)行作用，外接線端27以具有彎曲結(jié)構(gòu)的已知直線壓電裝置的公知方式與電極23-25電連接。
一般地，在沿由部分20構(gòu)成部件的裝置長(zhǎng)度方向的任何點(diǎn)處，但最好是在端部位置處，可以與具有彎曲結(jié)構(gòu)的已知直線裝置相同的方式來(lái)與電極23-25進(jìn)行電連接。優(yōu)選的技術(shù)是，象具有彎曲結(jié)構(gòu)的直線裝置那樣，在裝置端部的不同橫向位置處，電極具有橫跨裝置的寬度而延伸的臂(未示出)。
可以理解，另外的彎曲結(jié)構(gòu)可等效地應(yīng)用于部分20，例如，一個(gè)包括一個(gè)電敏材料層和一個(gè)不活潑層的單層彎曲結(jié)構(gòu)或一個(gè)包括多個(gè)電敏材料層的多層彎曲結(jié)構(gòu)。
雖然為簡(jiǎn)單起見(jiàn)和便于進(jìn)行制造優(yōu)選圖3所示的彎曲結(jié)構(gòu)，但可以理解，連續(xù)元件2或12事實(shí)上可具有在受到激勵(lì)時(shí)圍繞短軸3或13進(jìn)行彎曲的任何結(jié)構(gòu)。例如，連續(xù)元件可以是與本申請(qǐng)同時(shí)申請(qǐng)的題為“Electro-Active Elements and Devices”的申請(qǐng)中所描述的那種電敏元件，其中，元件具有兩對(duì)沿元件長(zhǎng)度方向延伸的電極，在受到激勵(lì)時(shí)，元件橫跨其寬度進(jìn)行彎曲。
在受到激勵(lì)時(shí)，連續(xù)元件2或12的電敏部分20圍繞短軸3或13彎曲。由于連續(xù)電敏元件2或12圍繞短軸3或13進(jìn)行彎曲，特別是彎曲成螺旋形，因此，這種彎曲同時(shí)還伴隨有連續(xù)元件2或12圍繞短軸3或13的扭轉(zhuǎn)。當(dāng)彎曲收緊或松開(kāi)使元件2或12的結(jié)構(gòu)沿短軸3或13扭轉(zhuǎn)時(shí)，這可看作是連續(xù)元件2或12的彎曲。連續(xù)元件2或12沿短軸3或13的整個(gè)長(zhǎng)度發(fā)生扭轉(zhuǎn)使圖1所示第一裝置1中的結(jié)構(gòu)5和6以及圖2所示第二裝置11中的結(jié)構(gòu)15和16的端部發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
可以理解，例如可通過(guò)具有好像是圍繞短軸扭轉(zhuǎn)一個(gè)平的元件而形成的形狀，使連續(xù)元件2或12圍繞短軸3或13彎曲成曲線而不是螺旋線就會(huì)形成這種扭轉(zhuǎn)。而且，可以理解，除了連續(xù)元件以外，還可采用其它的結(jié)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生圍繞短軸的扭轉(zhuǎn)。例如，電敏結(jié)構(gòu)可由多個(gè)電敏部分構(gòu)成，這些電敏部分沿短軸連續(xù)布置并相互連接在一起，因此，每個(gè)單獨(dú)部分彎曲就使相鄰的部分圍繞短軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，從而使結(jié)構(gòu)整體產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。另外，電敏結(jié)構(gòu)可以是與本申請(qǐng)同時(shí)申請(qǐng)的題為“Piezoelectric Devices”的申請(qǐng)中所描述的那種裝置，其包括多個(gè)電敏扭轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置，扭轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置可包括在剪切狀態(tài)下受到激勵(lì)的電敏元件。
對(duì)于圖1所示的第一裝置1，連續(xù)元件2圍繞短軸3進(jìn)行扭轉(zhuǎn)同時(shí)伴隨有裝置5和6的端部垂直于彎曲短軸3也就是平行于長(zhǎng)軸4發(fā)生相對(duì)位移。端部5和6的相對(duì)位移是由連續(xù)元件2圍繞短軸3進(jìn)行扭轉(zhuǎn)以及短軸3是彎曲的而共同形成的。不可避免的是，彎曲目標(biāo)的扭轉(zhuǎn)使目標(biāo)端部垂直于目標(biāo)本身曲線產(chǎn)生相對(duì)位移。
類似地，在圖2所示第二裝置受到激勵(lì)時(shí)，連續(xù)元件12圍繞短軸13進(jìn)行扭轉(zhuǎn)的同時(shí)伴隨有裝置的端部15和16平行于長(zhǎng)軸14產(chǎn)生位移。這種相對(duì)位移也是由連續(xù)元件12圍繞短軸13進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)以及短軸13是彎曲的而共同形成的。在此情況下，結(jié)構(gòu)的任何給定的小部分沿短軸13所產(chǎn)生的相對(duì)位移使該部分的端部垂直于短軸13的本身曲線產(chǎn)生相對(duì)位移。裝置11的端部15和16的總位移是所有部分的位移之和，其結(jié)果是平行于長(zhǎng)軸14的總相對(duì)位移。
可自由地改變?cè)?或12的準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)和尺寸以及電敏結(jié)構(gòu)的形式來(lái)形成所需的響應(yīng)。適當(dāng)?shù)脑?或12為0.5mm厚的帶，其圍繞短軸3或13纏繞成4mm直徑的局部螺旋線。當(dāng)這形成局部曲線圍繞30mm直徑的大約四分之三圓進(jìn)行延伸的第一裝置1時(shí)，所觀察到的位移大約是±6mm。類似地，如果該結(jié)構(gòu)用于構(gòu)成局部曲線沿直徑為30mm且圈數(shù)為20的螺旋線進(jìn)行延伸的第二裝置11時(shí)，將產(chǎn)生大約±120mm的位移。
總之，本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)延伸所沿的短軸可遵循任何的曲線，且結(jié)構(gòu)端部的總位移是結(jié)構(gòu)的每一個(gè)部分沿曲線所產(chǎn)生位移之和。但是，規(guī)則的曲線例如第一和第二裝置1和11的短軸曲線是優(yōu)選的，以便裝置的所有部分沿共同的方向產(chǎn)生相對(duì)位移，并因此而簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和制造。
根據(jù)本發(fā)明，第一和第二裝置1和11可受到電激勵(lì)而在端部5和6或15和16之間產(chǎn)生機(jī)械位移，然而，裝置1或11也可受到機(jī)械激勵(lì)，在此情況下，端部5和6或15和16的相對(duì)位移產(chǎn)生橫跨電極23-25的電壓。
下面將描述電敏裝置1和11的制造過(guò)程。
優(yōu)選的制造方法是，首先形成沿直線短軸延伸的電敏結(jié)構(gòu)，然后彎曲直線電敏結(jié)構(gòu)，從而使其延伸所沿的短軸變成彎曲的。
有兩種優(yōu)選的技術(shù)使連續(xù)元件2或12沿直線短軸形成電敏結(jié)構(gòu)。
第一種優(yōu)選的技術(shù)是，首先使連續(xù)元件2或12形成一個(gè)直線元件，然后使其變形而圍繞直線短軸進(jìn)行彎曲。我們已經(jīng)了解了連續(xù)元件2或12本身的彎曲結(jié)構(gòu)，且連續(xù)元件2或12可通過(guò)采用任何已知的用于制造具有彎曲結(jié)構(gòu)的裝置的技術(shù)來(lái)進(jìn)行制造。例如，連續(xù)元件12可通過(guò)對(duì)增塑材料層21和22進(jìn)行復(fù)合擠壓或通過(guò)對(duì)層21和22進(jìn)行復(fù)合壓延來(lái)進(jìn)行制造。另外，連續(xù)元件2或12可通過(guò)層疊薄層21和22來(lái)進(jìn)行制造。這些薄層可通過(guò)任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行制造，例如將陶瓷粉末、聚合物和溶劑混合物進(jìn)行高剪切混合，然后再進(jìn)行復(fù)合擠壓和壓延。另外，也可采用諸如帶澆鑄技術(shù)或者在陶瓷領(lǐng)域中熟知的被稱為Solutech過(guò)程的工藝過(guò)程。
電極可通過(guò)復(fù)合擠壓或復(fù)合壓延形成連續(xù)元件2或12的一個(gè)整體部分。其它電極可以是激勵(lì)層23-25或者可以是允許接入到電極23-25的接線端電極，其可通過(guò)印制、在烤上銀之后(through fired-onsilver past)進(jìn)行無(wú)電鍍覆或任何其它適當(dāng)?shù)募夹g(shù)進(jìn)行涂覆。
第二種優(yōu)選的技術(shù)是，首先將連續(xù)元件制成具有電敏層21和22以及電極23-25的多層彎曲結(jié)構(gòu)的圓筒形或其它的管形，然后沿螺旋線對(duì)元件進(jìn)行切割，使連續(xù)元件2或12圍繞構(gòu)成短軸的圓筒或管的軸線螺旋延伸。
然后彎曲直線結(jié)構(gòu)，從而使結(jié)構(gòu)延伸所沿的短軸彎曲。
為了使元件和結(jié)構(gòu)變形，在初始形成的元件中必須具有足夠的柔性?？蛇m當(dāng)變形的電敏材料是公知的，其通常包括可增強(qiáng)變形能力的組成聚合物。對(duì)于成型后的這種材料，通常在高達(dá)600℃的溫度下燒盡組成聚合物，然后通過(guò)另外的燒結(jié)過(guò)程在較高的溫度通常是1000-1200℃的溫度下將材料壓實(shí)致密。在此情況下，開(kāi)始形成的電敏結(jié)構(gòu)具有較大的尺寸，以便于允許其在燒結(jié)過(guò)程中線性收縮大約12-25％。
直線元件的彎曲和結(jié)構(gòu)的彎曲可圍繞模板進(jìn)行。然后采用物理的方式或通過(guò)熔融、燒毀或溶解來(lái)破壞模板的方式將模板除去。
下面將對(duì)采用上述類型電敏裝置的照相機(jī)進(jìn)行描述。這里所描述和圖示的電敏裝置與圍繞圓弧延伸的上述第一裝置1具有相同的結(jié)構(gòu)，但這僅僅是為了進(jìn)行圖示，因?yàn)殡娒粞b置可具有上述任何類型的結(jié)構(gòu)。但是，出于減小照相機(jī)30的厚度考慮，最好采用裝置結(jié)構(gòu)延伸所沿的彎曲短軸是平面曲線的電敏裝置，例如第一電敏裝置1。
圖4和5示出了本發(fā)明的第一照相機(jī)30。照相機(jī)30包括外殼31，外殼31具有固定在外殼31的后表面33上且位于外殼31內(nèi)的電成像傳感器32。成像傳感器32可以是任何類型的成像傳感器，例如電荷偶合器件(CCD)或CMOS傳感器。
在外殼31的前表面34，裝有一個(gè)鏡頭系統(tǒng)35，其包括固定在圓筒形支架37內(nèi)的鏡頭36。鏡頭36使光沿其光軸38射入，從而在成像傳感器32上形成圖像。支架37可滑動(dòng)地安裝在外殼31的前表面34上，以允許鏡頭36平行于其光軸38運(yùn)動(dòng)。鏡頭36的這種運(yùn)動(dòng)使其定位到一定的位置，以便將鏡頭36所形成的圖像聚焦到成像傳感器32上。
為了驅(qū)使鏡頭36運(yùn)動(dòng)，上述類型的電敏裝置40連接在外殼31和鏡頭36之間。將電敏裝置40布置成使電敏裝置40的結(jié)構(gòu)延伸所沿的短軸圍繞鏡頭36的光軸38彎曲，并最好位于垂直于光軸38的平面內(nèi)。因此，在受到激勵(lì)時(shí)，裝置40的端部41和42平行于光軸38產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。電敏裝置40的一個(gè)端部41與外殼31相連，而另一個(gè)端部42與鏡頭系統(tǒng)35的支架37相連，從而間接地與鏡頭36相連。因此，電敏裝置40受到激勵(lì)時(shí)就驅(qū)使鏡頭36平行于其光軸38運(yùn)動(dòng)，從而可調(diào)節(jié)照相機(jī)的焦距。
圖6示出了第一照相機(jī)30的電路圖。該電路圖包括通過(guò)電池46進(jìn)行供電的控制電路45?？刂齐娐?5接收并處理成像傳感器32的輸出信號(hào)?？刂齐娐?5還以普通的方式控制照相機(jī)30的工作過(guò)程，為此，其可具有任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，通常是一個(gè)微處理器。除了這些功能以外，控制電路45與電敏裝置40的電極23、24相連，并提供激勵(lì)電壓來(lái)對(duì)電敏裝置進(jìn)行激勵(lì)。作用的激勵(lì)電壓量決定了裝置40的端部41和42的運(yùn)動(dòng)量，因此，就可控制鏡頭36沿光軸38的位置并對(duì)照相機(jī)進(jìn)行調(diào)焦。
控制電路45可根據(jù)設(shè)置在照相機(jī)30的外殼31上的手動(dòng)控制扭47來(lái)控制鏡頭36的位置，以允許使用者指明其所需的聚焦度。另外，控制電路45可根據(jù)成像傳感器32的輸出信號(hào)來(lái)控制鏡頭36的位置。在此情況下，控制電路45由輸出的圖像信號(hào)來(lái)檢測(cè)聚焦度，并控制鏡頭的位置來(lái)自動(dòng)地對(duì)圖像進(jìn)行聚焦。為此，控制電路45可采用任何已知的自動(dòng)聚焦方法，例如通過(guò)使成像傳感器32的輸出圖像對(duì)比度最大。
圖7示出了本發(fā)明的第二照相機(jī)。除了下述的不同以外，第二照相機(jī)50與第一照相機(jī)30是相同的，因此，相同的元件就采用相同的標(biāo)號(hào)，并不再重復(fù)進(jìn)行描述。
第二照相機(jī)50與第一照相機(jī)30的不同之處在于具有復(fù)合鏡頭系統(tǒng)。具體地說(shuō)，第二照相機(jī)50還具有一個(gè)第二鏡頭系統(tǒng)51，其包括固定在第二支架53內(nèi)的第二鏡頭52，第二支架53可滑動(dòng)地安裝在第一鏡頭系統(tǒng)35的第一支架37內(nèi)。因此，第二鏡頭52可與第一鏡頭36同軸地沿光軸38運(yùn)動(dòng)。第二鏡頭52相對(duì)于第一鏡頭36的相對(duì)位置可改變由兩個(gè)鏡頭36和52一起構(gòu)成的鏡頭系統(tǒng)的倍率，從而可對(duì)變焦進(jìn)行控制。為了驅(qū)使第二鏡頭52相對(duì)于第一鏡頭36運(yùn)動(dòng)，將上述類型的第二電敏裝置54連接在第一和第二鏡頭系統(tǒng)35和51之間，從而間接地連接到第一和第二鏡頭36和52上。對(duì)第二電敏裝置54進(jìn)行激勵(lì)，從而控制第二鏡頭52相對(duì)于第一鏡頭36的位置，并因此而對(duì)照相機(jī)50的變焦進(jìn)行控制。
圖6所示電路還可用于第二照相機(jī)50中。以與第一照相機(jī)30相同的方式，根據(jù)使用者的手動(dòng)控制或利用成像傳感器32輸出信號(hào)的光反饋信號(hào)，控制電路45將激勵(lì)電壓作用于第二電敏裝置54的電極23和24上。
總之，上述類型的電敏元件可移動(dòng)照相機(jī)的任何鏡頭，無(wú)論是第一照相機(jī)30的單鏡頭還是第二照相機(jī)50的復(fù)合鏡頭系統(tǒng)。該元件可使鏡頭相對(duì)于照相機(jī)的外殼或相對(duì)于復(fù)合鏡頭系統(tǒng)的其它鏡頭或其兩者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種照相機(jī)，該照相機(jī)具有與電敏裝置相連的活動(dòng)鏡頭，以便于使鏡頭定位，該電敏裝置包括沿彎曲短軸延伸的電敏結(jié)構(gòu)，并布置成當(dāng)受到激勵(lì)時(shí)，結(jié)構(gòu)圍繞短軸扭轉(zhuǎn)且同時(shí)結(jié)構(gòu)端部產(chǎn)生相對(duì)位移，結(jié)構(gòu)的端部連接成可使鏡頭定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照相機(jī)，其特征在于，電敏結(jié)構(gòu)包括沿短軸連續(xù)布置的電敏部分，且電敏部分布置成在受到激勵(lì)時(shí)圍繞短軸進(jìn)行彎曲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照相機(jī)，其特征在于，電敏結(jié)構(gòu)包括圍繞短軸彎曲的連續(xù)電敏元件，所述電敏部分為連續(xù)元件的相鄰有限部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的照相機(jī)，其特征在于，連續(xù)電敏元件圍繞短軸彎曲成螺旋線。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4之一所述的照相機(jī)，其特征在于，連續(xù)電敏部分具有由多個(gè)層構(gòu)成的彎曲結(jié)構(gòu)，所述的層包括至少一個(gè)電敏材料層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的照相機(jī)，其特征在于，電敏部分具有由兩層電敏材料構(gòu)成的雙層彎曲結(jié)構(gòu)或由兩個(gè)以上的電敏材料層構(gòu)成的多層彎曲結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的照相機(jī)，其特征在于，電敏結(jié)構(gòu)包括用于施加電場(chǎng)以便對(duì)電敏結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵(lì)的電極。
8.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的照相機(jī)，其特征在于，短軸沿螺旋曲線延伸。
9.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的照相機(jī)，其特征在于，短軸沿平面曲線延伸。
10.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的照相機(jī)，其特征在于，電敏結(jié)構(gòu)包括壓電材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的照相機(jī)，其特征在于，壓電材料是壓電陶瓷或壓電聚合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的照相機(jī)，其特征在于，壓電材料是鈦酸鋯酸鉛(PZT)或聚偏氟乙烯(PVDF)。
13.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的照相機(jī)，其特征在于，照相機(jī)包括外殼，鏡頭可相對(duì)于外殼移動(dòng)，電敏結(jié)構(gòu)的端部分別與鏡頭和外殼相連。
14.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的照相機(jī)，其特征在于，鏡頭是移動(dòng)的，用于對(duì)照相機(jī)進(jìn)行聚焦。
15.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的照相機(jī)，其特征在于，鏡頭是移動(dòng)的，用于進(jìn)行變焦。
16.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的照相機(jī)，其特征在于，鏡頭是復(fù)合鏡頭系統(tǒng)的一部分。
17.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的照相機(jī)，其還包括用于啟動(dòng)電敏裝置來(lái)使鏡頭定位的控制電路。
18.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的照相機(jī)，其特征在于，照相機(jī)還包括電成像傳感器，鏡頭將光線引導(dǎo)到電成像傳感器上。
19.根據(jù)從屬于權(quán)利要求17的權(quán)利要求18所述的照相機(jī)，其特征在于，控制電路根據(jù)成像傳感器的輸出信號(hào)來(lái)控制鏡頭進(jìn)行定位。
20.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的照相機(jī)，其特征在于，電敏結(jié)構(gòu)沿圍繞鏡頭光軸彎曲的短軸延伸。
全文摘要
照相機(jī)(30)利用電敏裝置(11)來(lái)使活動(dòng)鏡頭進(jìn)行定位。電敏裝置(11)包括圍繞短軸(13)彎曲成螺旋線的連續(xù)電敏元件(12)形式的電敏結(jié)構(gòu)，所述短軸(13)本身是彎曲的，例如圍繞長(zhǎng)軸(14)彎曲成螺旋線。連續(xù)元件(12)具有由多個(gè)層(21和22)構(gòu)成的彎曲結(jié)構(gòu)，所述的層包括至少一個(gè)電敏材料層，從而在受到激勵(lì)時(shí)可圍繞短軸(13)進(jìn)行彎曲。在彎曲的同時(shí)，電敏結(jié)構(gòu)圍繞短軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)。由于是圍繞短軸(13)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)且短軸(13)是彎曲的，因此，在扭轉(zhuǎn)的同時(shí)，裝置(11)的端部(16)產(chǎn)生相對(duì)位移。電敏裝置(11)結(jié)構(gòu)緊湊并可進(jìn)行直線移動(dòng)，因此，適合于對(duì)照相機(jī)(30)的鏡頭進(jìn)行定位。
文檔編號(hào)G03B13/34GK1545638SQ02816269
公開(kāi)日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2002年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月20日
發(fā)明者G·麥科維特, A·胡利, J·阿倫, D·H·皮爾斯, U·R·勒內(nèi)爾, G 麥科維特, 勒內(nèi)爾, 皮爾斯 申請(qǐng)人:1...有限公司