透镜驱动单元以及包括该透镜驱动单元的相机模块 本申请要求于2008年10月15日提交到韩国知识产权局的第10-2008-0101128号韩国专利申请的利益，其公开完整地包含于此，以资参考。
【技术领域】
本发明涉及一种透镜驱动单元以及包括该透镜驱动单元的相机模块，更为具体地讲，涉及这样一种透镜驱动单元和包括透镜驱动单元的相机模块，该透镜驱动单元在空间有限的结构中使用弯曲振动压电电机来产生精确线性运动，从而执行自动聚焦(AF)功能或变焦功能。
背景技术
最近，便携式电子装置已日益采用具有自动聚焦(AF)功能或变焦功能的相机模块。由于相机模块越厚，移动电话越厚，所以移动电话采用小和薄的相机模块。
为了执行AF功能或变焦功能，支撑透镜的透镜镜筒沿着引导单元移动。步进电机或压电电机可被用作用于使透镜镜筒沿引导单元移动的驱动单元。步进电机由从输入脉冲变化的阶梯波形驱动，通过使用直流电源由电子电路控制和操作，在短距离中表现出对位置控制的快速响应。
但是，由于减速齿轮、连接区域和步进电机本身的尺寸，所以步进电机需要很多部件，会导致操作模块的尺寸的增加。另外，部件数量的增加可增加制造成本。
【发明内容】
在一个实施例中，本发明提供了一种透镜驱动单元和包括该透镜单元的相机模块，该透镜驱动单元使用具有新结构的弯曲振动压电电机在空间有限的结构中产生精确线性运动。在本发明的多个实施例中公开的该结构还提供用于支撑透镜并通过弯曲运动使透镜沿与透镜的面基本垂直的轴移动的装置。
根据本发明的一方面，提供了一种透镜驱动单元，所述透镜驱动单元包括：透镜架，支撑透镜，包括至少部分地暴露在外部的引导轴，该引导轴沿与透镜基本上垂直的方向延伸；和压电驱动单元，具有根据压电元件的弯曲运动与引导轴接触的中心部分，并使透镜架沿引导轴延伸的方向移动。
压电驱动单元可包括：第一压电元件和第二压电元件，沿与引导轴基本上垂直的方向延伸；弹性元件，设置在第一压电元件与第二压电元件之间，并沿与引导轴基本上垂直的方向延伸；和接触单元，设置在弹性元件的中心部分，并与引导轴接触。第一压电元件和第二压电元件可以具有基本上相同的长度，其中，弹性元件比第一压电元件长。
透镜驱动单元还可包括支撑弹性元件的两端的驱动单元支撑件。在弹性元件的弯曲运动期间，弹性元件的由驱动单元支撑件支撑的部分可以与驱动单元支撑件的支撑弹性元件的部分滑动地接触。另外，透镜驱动单元可包括形成在驱动单元支撑件上的至少一个侧面弹簧，从而弹性地保持接触单元与引导轴的接触。选择性地或另外，透镜驱动单元可包括形成在第一压电元件或第二压电元件上的下面弹簧，从而对压电元件的弯曲运动提供恢复力。
在多个实施例中，透镜驱动单元还包括：滚珠轴承，在透镜架的外表面上与引导轴间隔开，并沿引导轴延伸的方向引导透镜架；滚珠凹槽，在透镜架的外表面上与引导轴间隔开，并沿引导轴延伸的方向引导滚珠。滚珠凹槽可以关于透镜架与引导轴对称。在本发明的一些实施例中，可以有多个滚珠轴承和多个滚珠凹槽。
在多个实施例中，压电驱动单元根据压电元件的反复的弯曲运动来使透镜架移动。
为了检测透镜架相对于模块基座的位置，本发明的一些实施例包括：延伸翼，从透镜架的外表面延伸；反射板，形成在延伸翼的底表面上，并和与反射板分开形成的传感器一起检测透镜架的移动。
根据本发明的另一方面，提供了一种相机模块，所述相机模块包括：透镜架，支撑透镜，包括部分地暴露在外部的引导轴，该引导轴沿与透镜基本上垂直的方向延伸；压电驱动单元，具有根据压电元件的弯曲运动与引导轴接触的中心部分，并使透镜沿引导轴延伸地方向移动；模块基座，支撑透镜架，允许透镜架沿至少一个方向移动。
相机模块还可包括：盖，结合到模块基座，覆盖透镜架和压电驱动单元；电路基底，结合到与结合有盖的表面相对的模块基座的表面；图像拾取元件，形成在模块基座的结合到电路基底的表面上。
相机模块还可包括：延伸翼，从透镜架的外表面延伸；反射板，形成在延伸翼的底表面上；传感器，形成在模块基座的与反射板对应的位置，并检测透镜架的移动。
【附图说明】
通过参照附图对本发明的示例性实施例进行详细描述，本发明的上述和其他特点和优点将会变得清楚，其中：
图1是根据本发明的实施例的透镜驱动单元的透视图；
图2是根据本发明的实施例的在图1中示出的透镜驱动单元的分解透视图；
图3是根据本发明的实施例的在图1中示出的透镜驱动单元的压电驱动单元的透视图；
图4是根据本发明的实施例的在图1中示出的透镜驱动单元中由驱动单元支撑件支撑的压电驱动单元的示图；
图5是根据本发明的实施例的在图1中示出的透镜驱动单元中支撑压电驱动单元的驱动单元支撑件的示图；
图6是用于解释根据本发明的实施例的在图3中示出的压电驱动单元的驱动原理的示图；
图7是用于解释根据本发明的实施例的在图1中示出的透镜驱动单元中使用压电驱动单元来移动透镜架的原理的示图；
图8是根据本发明的实施例的在图1中示出的透镜驱动单元100中用于移动透镜架的压电驱动单元的驱动波形示图；
图9是根据本发明的实施例的包括图1中示出的透镜驱动单元的相机模块的透视图；
图10是根据本发明的实施例的包括图1中示出的透镜驱动单元的相机模块的分解透视图；和
图11是根据本发明的实施例的在图9中示出的相机模块的盖中形成压电驱动单元的位置的示图。
【具体实施方式】
以下，将通过参照附图对示例性实施例进行解释来详细地描述本发明。
图1是根据本发明的实施例的透镜驱动单元100的透视图。图2是根据本发明的实施例的在图1中示出的透镜驱动单元100的分解透视图。图3是根据本发明的实施例的在图1中示出的透镜驱动单元100的压电驱动单元120的透视图。
参考图1至图3，透镜驱动单元100可包括透镜架110和压电驱动单元120。
用于支撑位于其内部的透镜111的透镜架110可包括引导轴112。引导轴112可至少部分地暴露在外部，并沿与透镜111基本上垂直的方向延伸。
引导轴112可被整体附着到透镜架110或设置在透镜架110中，从而引导轴112可在透镜架110的外表面上沿透镜架110的长度方向延伸。
由于压电驱动单元120的中心部分与引导轴112接触，所以压电驱动单元120可以根据第一压电元件121和第二压电元件122的弯曲运动使引导轴112沿引导轴112延伸的方向移动。
因此，由于压电驱动单元120与引导轴112部分地接触并且第一压电元件121和第二压电元件122反复地执行弯曲运动，所以压电驱动单元120可以根据压电驱动单元120的一部分与引导轴112之间的反复的摩擦和滑动运动使透镜架110沿透镜111的轴方向移动。
在本实施例中，双压电晶片类型(bimorph type)压电致动器可被用作压电驱动单元120。在这方面，压电驱动单元120可包括两片锆钛酸铅(leadzirconate titanate)和设置在两片锆钛酸铅之间的一块金属弹性体。第一压电元件121和第二压电元件122根据两片锆钛酸铅的收缩和伸展来执行弯曲运动。压电驱动单元120可根据伴随弯曲运动的线性运动和惯性运动使透镜架110移动。
在这方面，压电驱动单元120可包括第一压电元件121、第二压电元件122、弹性元件123和接触单元124。
第一压电元件121和第二压电元件122可沿与引导轴112基本上垂直的方向延伸。接触单元124设置在弹性元件123的中心部分，并且可以与引导轴112接触。
弹性元件123可设置在第一压电元件121和第二压电元件122之间，并可沿与引导轴112基本上垂直的方向延伸。在本实施例中，第一压电元件121可设置在弹性元件123的上表面上，第二压电元件122可设置在弹性元件123的下表面上。
第一压电元件121和第二压电元件122可具有基本上相同的长度。弹性元件123可设置在第一压电元件121和第二压电元件122之间，可以比第一压电元件121或第二压电元件122更长地延伸。
第一压电元件121和第二压电元件122以及弹性元件123可具有基本上相同的宽度。压电驱动单元120可形成为双压电晶片类型薄带，并设置在图10中示出的模块基座200的内表面与具有圆柱形状的透镜架110的外表面之间。更详细地，由于双压电晶片类型压电致动器被用作透镜架110的压电驱动单元120，所以相对于设置在模块基座200中的透镜架110，压电驱动单元120可设置在透镜架110的外表面与模块基座200的内表面之间。
因此，透镜驱动单元100可在透镜架110的外表面与模块基座200的内表面之间的有限空间中包括透镜架110的压电驱动单元120，从而有效地利用透镜驱动单元100中的空间。
透镜驱动单元100还可包括用于支撑弹性元件123的两端的驱动单元支撑件130。驱动单元支撑件130可安装在支撑透镜驱动单元100的模块基座200上，用压电驱动单元120支撑透镜架110，并允许透镜驱动单元100相对于模块基座200移动。
更详细地，由驱动单元支撑件130支撑压电驱动元件120的两端，通过电源的施加来使第一压电元件121和第二压电元件122伸展或收缩。压电驱动单元120执行弯曲运动，从而其中心部分执行沿引导轴112向上或向下的直线运动。
接触单元124设置在弹性元件123的中心部分，并与引导轴112接触。因此，压电驱动单元120的弯曲运动导致接触单元124的直线运动，从而与接触单元124接触的引导轴112移动。
在这方面，透镜驱动单元100可包括两个侧面弹簧141和一个下面弹簧142，以使得压电驱动单元120可弹性地支撑透镜架110。透镜驱动单元100可被修改为仅包括一个侧面弹簧。
侧面弹簧141可设置在驱动单元支撑件130上，以使得接触单元124保持与引导轴112的接触。侧面弹簧141可设置在模块基座200的内表面与驱动单元支撑件130之间，从而压电驱动单元120可弹性地支撑透镜架110的外表面。
驱动单元支撑件130可在设置侧面弹簧141的位置包括两个第一部件131，这两个第一部件131是可插入到侧面弹簧141中的凸出单元。
下面弹簧142可设置在第一压电元件121或第二压电元件122上，从而针对压电驱动单元120的弯曲运动提供恢复力。在本实施例中，下面弹簧142可设置在第二压电元件122的下面。驱动单元支撑件130还可以在设置下面弹簧142的位置包括第二部件132，该第二部件132是插入到下面弹簧142中的凸出单元。第二部件132被形成为从设置第二压电元件122的表面凸出。
下面弹簧142可设置在驱动单元支撑件130与第二压电元件122之间，并且当压电驱动单元120执行向下弯曲运动时提供向上的恢复力。当压电驱动单元120执行向上弯曲运动时，下面弹簧142被拉伸并提供向下的恢复力。
另外，透镜驱动单元100还可包括滚珠轴承151，该滚珠轴承151在透镜架110的外表面上与引导轴112间隔开并沿引导轴112延伸的方向引导透镜架110。更详细地，当透镜架110沿透镜111的轴向移动时，可由透镜驱动单元100中与引导轴112间隔开的滚珠轴承151来引导透镜架110。
滚珠轴承151可以沿两个或多个轴移动，从而在模块基座200中稳定地支撑透镜架110并更稳定地保持透镜111的水平度。滚珠轴承151可相对于轴彼此间隔开。
透镜驱动单元100可包括多个滚珠轴承凹槽113，该滚珠轴承凹槽113在透镜架110的外表面上与引导轴112间隔开并沿引导轴112延伸的方向延伸，从而引导滚珠轴承151。
更详细地，当透镜架110相对于模块基座200移动时，透镜架110可通过沿滚珠轴承凹槽113滚动的滚珠轴承151与模块基座200点接触。多个滚珠轴承凹槽113与引导轴112间隔开并沿引导轴112延伸的方向延伸，以使得位于模块基座200中的透镜架110被稳定地支撑，并且透镜111的水平度被更稳定地保持。
如果形成单个滚珠轴承凹槽113以使模块基座200中的透镜架110被稳定地支撑并且透镜111的水平度被更稳定地保持，则单个滚珠轴承凹槽113可形成为与引导轴112相对，从而与引导轴112关于透镜架110对称。多个滚珠轴承113可关于引导轴112相互对称。滚珠轴承113可具有V形截面以有效地支撑滚珠轴承151。
滚珠轴承151可以可旋转地固定到模块基座200的内表面。在这方面，多个滚珠引导件152可设置在模块基座200与透镜架110之间，并被用于使滚珠轴承151在模块基座200的内表面上旋转。
滚珠引导件152可形成有可插入滚珠轴承151的插入孔，从而滚珠轴承151的表面的部分面向模块基座200的内表面。滚珠引导件152可设置在形成滚珠轴承凹槽113的位置。因此，滚珠引导件152的数量可以与滚珠轴承凹槽113的数量相同。
同时，必须检测透镜架110相对于模块基座200的位置。在这方面，反射板115形成在透镜架110上，并且模块基座200可包括用于识别反射板115的位置的传感器。
透镜架110包括从透镜架110的外表面延伸的延伸翼114，反射板115可形成在延伸翼114的底表面上。反射板115可用于和与反射板115分开形成的传感器一起检测透镜架110的移动。传感器可形成在模块基座200中。传感器可以是包括光发射单元和光接收单元的光反射器210。
形成在模块基座200中的光反射器210的光发射单元发射光，反射板115反射光，然后光接收单元接收光，从而识别反射板115相对于光反射器210的位置。因此，可用光反射器210识别透镜架110关于模块基座200的相对位置。
特别地，反射板115水平地设置在延伸翼114上，光反射器210可水平地设置在与反射板115相应的位置中，从而根据光反射器210的光接收单元接收的光的强度来识别反射板115相对于光反射器210的位置。
在这方面，如果透镜架110移动，并因此反射板115远离光反射器210，则光反射器210的光接收单元接收的光的强度降低，如果反射板115接近光反射器210，则光接收单元接收的光的强度增加。
在透镜驱动单元100中，由侧面弹簧141弹性地支撑透镜架110，滚珠轴承151和滚珠轴承凹槽113引导透镜架110，从而在模块基座200中稳定地支撑透镜架110并更稳定地保持透镜111的水平度。
更详细地，由压电驱动单元120驱动并位于透镜架110中的引导轴112与滚珠轴承凹槽113对称，由模块基座200支撑透镜架110，从而在线性传送期间以及停止时透镜架110与形成在模块基座200的底表面的图像拾取元件500平行。
图4是根据本发明的实施例的在图1中示出的透镜驱动单元100中的驱动单元支撑件130支撑的压电驱动单元120的示图。图5是根据本发明的实施例的在图1中示出的透镜驱动单元100中支撑压电驱动单元120的驱动单元支撑件130的示图。
参考图4和图5，驱动单元支撑件130可支撑弹性元件123的两端。当弹性元件123执行弯曲运动时，弹性元件123的由驱动单元支撑件130支撑的部分可以与驱动单元支撑件130的支撑弹性元件123的部分滑动地接触。
更详细地，弹性元件123的由驱动单元支撑件130支撑的两端没有被固定到驱动单元支撑件130，从而弹性元件123可更灵活地执行弯曲运动。
在这方面，接触部分133可包括在驱动单元支撑件130支撑弹性元件123的部分中。当弹性元件123执行弯曲运动时，弹性元件123的由驱动单元支撑件130支撑的部分可以利用接触部分133通过线接触或点接触来与驱动单元间130的支撑弹性元件123的部分滑动地接触。
图6是用于解释根据本发明的实施例的在图3中示出的压电驱动单元120的驱动原理的示图。图7是用于解释根据本发明的实施例的在图1中示出的透镜驱动单元100中使用压电驱动单元120来移动透镜架110的原理的示图。图8是根据本发明的实施例的在图1中示出的透镜驱动单元100中用于使透镜架110移动的压电驱动单元120的驱动波形图。
参考图6至图8，压电驱动单元120可形成为双压电晶片驱动单元，该双压电晶片驱动单元包括第一压电元件121、第二压电元件122和弹性元件123，其中，第一压电元件121和第二压电元件122是具有两个长轴的超薄压电元件，弹性元件123具有与第一压电元件121和第二压电元件122相同的宽度并在轴向上比第一压电元件121和第二压电元件122长。第一压电元件121和第二压电元件122可以以三明治形式分别与弹性元件123的上表面和下表面保持接触。
第一压电元件121和第二压电元件122可由锆钛酸铅(PZT)形成或可形成为多层堆叠类型。选择性地，第一压电元件121和第二压电元件122可由单晶铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)形成。
引导轴112可以沿设置在第一压电元件121和第二压电元件122之间的弹性元件123的厚度方向附着到透镜架110。
为了执行有效驱动，第一压电元件121和第二压电元件122可相互并联电连接。第一压电元件121和第二压电元件122可保持不同的介电方向，电压可被施加到第一压电元件121和第二压电元件122的电极，由导电金属形成的弹性元件123可接地。
如果电压并行施加到压电驱动单元120，则具有与电压方向相同的介电方向的压电材料收缩，具有与电压方向相反的介电方向的压电材料伸展。在这方面，如果压电驱动单元120的两端被支撑，则压电驱动单元120可产生弯曲变形和沿压电驱动单元120的中心轴的最大位移。如果将具有可选波形并具有与谐振频率不同的速度分量的直流电压施加到压电驱动单元120，则在中心轴上压电驱动单元120沿引导轴112的轴向反复弯曲。
参考图6，第一压电元件121伸展，相反，第二压电元件122收缩。因此，两端被支撑的压电驱动单元120沿朝向第一压电元件121的方向121a产生弯曲变形。
在这方面，接触单元124沿引导轴112的轴向被反复弯曲，并在引导轴112上反复产生摩擦和滑动，从而通过从压电驱动单元120接收力，根据波形的施加通过惯性可产生一组透镜的线性运动。
参考图7，由压电驱动单元120确定驱动方向161，运动方向162是利用压电驱动单元120来传送透镜架110的方向。在这方面，可将具有图8中示出的驱动波形的电压施加到压电驱动单元120。
可通过每一单元斩波产生驱动波形，每个单元斩波可包括第一阶段171和第二阶段172。可根据连续的单元斩波之和来驱动压电驱动单元120。第一阶段171是线性增加斜坡波形。第二阶段172是直接下降波形。
接触单元124和引导轴112根据第一阶段171的驱动产生摩擦运动，从而可以沿一个方向传送透镜架110。接触单元124和引导轴112根据第二阶段172的驱动产生滑动运动。通过每个斩波，传送被交迭，从而可按期望地传送透镜架110。
图9是根据本发明的实施例的包括图1中示出的透镜驱动单元100的相机模块10的透视图。图10是根据本发明的实施例的包括图1中示出的透镜驱动单元100的相机模块10的分解透视图。图11是根据本发明的实施例的在图9中示出的相机模块10的盖300中形成压电驱动单元120的位置的示图。
参考图9至图11，相机模块10可包括透镜驱动单元100、模块基座200、盖300、电路基底400和图像拾取元件500。
模块基座200可设置在相机模块10中，以使透镜架沿至少一个方向移动。盖300可以与模块基座200结合，并可以容纳透镜架110和压电驱动单元120。
电路基底400可结合到与结合有盖300的表面相对的模块基座200的表面。图像拾取元件500可形成在电路基底400的结合到模块基座200的表面上。
相机模块10还可包括防红外线过滤器600，该防红外线过滤器600直接附着到图像拾取元件500的朝向透镜111的表面并阻止入射光的红外线成分。
反射板115形成在透镜架110上。用于检测反射板115的位置的传感器可形成在模块基座200上。在这方面，透镜架110可包括从透镜架110的外表面延伸的延伸翼114，反射板115可形成在延伸翼114的底表面上。
模块基座200可包括设置在与反射板115相应的位置并检测透镜架110的移动的传感器。该传感器可以是包括光发射单元和光接收单元的光反射器210。
形成在模块基座200中的光反射器210的光发射单元发射光，反射板115反射光，光接收单元接收光，从而识别反射板115相对于光反射器210的位置。因此，可使用光反射器210来识别透镜架110关于模块基座200的相对位置。
特别地，水平地设置反射板115，可以在与反射板115相应的位置中水平地设置光反射器210，从而根据由光接收单元接收的光的强度来识别反射板115相对于反射器210的位置。
另外，驱动单元支撑件130可包括第一部件131和第二部件132。第一部件131是设置在设置侧面弹簧141的位置的凸出单元，并可插入到侧面弹簧141中。第二部件132是设置在设置下面弹簧142的位置的凸出单元，并可插入到下面弹簧142中。
模块基座200可包括第一插入凹槽220。第一插入凹槽220是插入侧面弹簧141的插入凹槽。
如果侧面弹簧141插入到第一插入凹槽220，则用于支撑侧面弹簧141的第一部件131可形成在第一插入凹槽220中。
相机模块10将双压电晶片类型压电致动器用作透镜架110的压电驱动单元120，从而对于设置在模块基座200中的透镜架110，压电驱动单元120可设置在透镜架110的外表面与模块基座200的内表面之间。
更详细地，透镜架110的压电驱动单元120可设置在在透镜架110的外表面与模块基座200的内表面之间的有限空间中由图11中的虚线示出的的位置，从而有效地利用透镜驱动单元100中的空间。
由侧面弹簧141弹性地支撑透镜架110，并且由滚珠轴承151和滚珠轴承凹槽113引导透镜架110，从而在模块基座200中稳定地支撑透镜架110并更稳定地保持透镜111的水平度。
尽管参照其示例性实施例具体表示和描述了本发明，但本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可在形式和细节上进行各种修改。