基于ipmc驱动器的手机镜头自动变焦装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于IPMC驱动器的手机镜头自动变焦装置，包括底座、对电极、IPMC驱动器和盖板，底座上部为圆形凸台，内部为上下直通的圆柱空腔，圆形凸台外侧对称开有外卡槽；电极为带有侧耳的环状电极片，设置在圆形凸台端部；IPMC驱动器包括靠近外周部分的边缘约束区和其他部分的自由区，边缘约束区置于两个环状电极片之间，自由区嵌入光学镜头；盖板外部为短圆柱体，内部为半封闭腔体，其形状与底座圆形凸台的形状相配合，内壁对称设有内卡槽直通至盖板下端并水平拐出形成阶梯状卡槽；将盖板装配到底座上，半封闭空腔与底座凸台配合连接，底座凸台端部距盖板半封闭空腔下面的距离不大于两片电极与IPMC驱动器的厚度之和。
【专利说明】基于IPMC驱动器的手机镜头自动变焦装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种镜头自动变焦装置，具体涉及一种利用离子聚合物金属复合材料(1nic Polymer-Metal Composites, IPMC材料)作为驱动部件，树脂材料作为结构体，采用封装工艺制备的用于手机摄像镜头光学自动变焦的装置。
【背景技术】
[0002]在光学镜头变焦驱动系统中，直线运动的微小型驱动元件发挥着重要作用。目前，手机摄像头的调焦方式因光学系统的不同而各有差异，实际应用中的光学镜头驱动系统中的调焦元件主要有音圈马达(Voice Coil Motor, VCM)(专利文献200810303388.7)、步进马达(专利文献201010299770.2)和超声波马达(专利文献200410078781.2)等。在驱动过程中，VCM结构复杂，行程受电流控制，功耗较大且容易发热，影响器件寿命，而步进马达与超声波马达在机械结构或控制回路等方面存在着缺陷。
[0003]新兴的电活性聚合材料(Electroactive polymers,简称ΕΑΡ)是一种新型功能材料。作为一种典型的电激活材料，IPMC在外加电激励下可产生大变形，当激励撤除后，它又能恢复到原始的形状尺寸；此外，该材料在外力作用下发生形变，在一定条件下能产生相应的电信号。相对于传统智能材料，IPMC材料具有质量轻、运动灵活、能耗低、易于成形以及经受大变形而不易疲劳损伤等突出优点，使其迅速成为智能材料领域内的一个研究热点。因此，IPMC材料作为光学镜头致动器能够克服传统驱动方式所带来的不足。
[0004]目前，国外一些企业及研究机构已经对以IPMC材料为基础的微小型致动器应用到光学镜头驱动器上进行了初步研究。日本EAMEX公司开发了一种用于手机镜头变焦控制的IPMC微小型致动器，韩国电子通讯研究院的Hyung-Kun Lee等人研制了具有自动变焦功能的手机镜头成像装置。另外，韩国延世大学的Sung-Joo Kim等人利用离子溶液作为溶剂，改善了 IPMC的性能，在此基础上研制了一套用于自动变焦系统的IPMC驱动装置。然而，这些研究工作均侧重于实现装置聚焦功能，较少涉及驱动器结构设计及优化问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种采用IPMC驱动的能够实现手机摄像镜头光学变焦的
装置，
[0006]为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的:
[0007]一种基于IPMC驱动器的手机镜头自动变焦装置，其特征在于，包括处于同一中心轴线上的底座、一对电极、IPMC驱动器和盖板，所述底座由底部结构与上部圆形凸台构成，底座内部为上下直通的圆柱空腔，圆形凸台外侧对称开有外卡槽；所述电极为带有侧耳的环状电极片，设置在圆形凸台端部，两电极的侧耳相互成180° ;所述IPMC驱动器为圆形片，包括靠近外周部分的边缘约束区和其他部分的自由区，边缘约束区置于两个环状电极片之间，自由区嵌入光学镜头；所述盖板外部为短圆柱体，内部为半封闭腔体，其形状与底座圆形凸台的形状相配合，该半封闭腔体内壁对称设有内卡槽直通至盖板下端并水平拐出形成阶梯状卡槽；将盖板装配到底座上，使半封闭空腔与底座凸台配合连接，底座凸台端部距盖板半封闭空腔下面的距离不大于两片电极与IPMC驱动器的厚度之和。
[0008]上述方案中，所述IPMC驱动器，其自由区形状为瓣形、环形或类似结构。所述自由区直径限定为2-6_。所述瓣形数目限定为4-12个。
[0009]所述底座底部结构为方形，其两侧对称设有带通孔的凸耳；所述盖板短圆柱体外侧也对称设有带通孔的凸耳，所述底座底部方形两侧凸耳与盖板外两侧凸耳相互对应，用螺栓连接。
[0010]所述底座底部方形两侧凸耳与外卡槽在平面上刚好相差90° ;所述盖板外两侧凸耳与阶梯状卡槽在平面上也刚好相差90°。
[0011]本发明手机镜头自动变焦装置的优点是，根据IPMC材料的变形特点，采用智能IPMC材料作为直线驱动器；设计了新颖的驱动结构，镶嵌镜头的活动区设计有梅花瓣状使IPMC内部变形部分成周向对称分布，有利于直线驱动的稳定。本发明结构简单，制作过程方便，如果能够普及使用，将降低手机摄像头驱动元件的能耗及结构复杂问题，具有很好的推广应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明手机摄像头光学聚焦和变焦装置的装配图。
[0013]图2为图1中底座的俯视图。
[0014]图3为图1中盖板的俯视图。
[0015]图4为图1中的IPMC驱动器示意图。其中:a)为瓣形驱动器；b)为环形驱动器。
[0016]图1?图4中:1、底座，1-1、通孔，1-2、外卡槽，1-3、直腔体，1-4、凸台，2、电极，3、IPMC驱动器，3-1、约束区，3-2、自由区，4、盖板，4-1、通孔，4-2、阶梯形卡槽，4-3、半封闭腔体。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0018]参考图1?图4，一种基于IPMC驱动器的手机镜头自动变焦装置，包括具有一共同的中心轴线(光轴)的底座1、一对电极2、IPMC驱动器3、盖板4。电极为带有侧耳的环状电极片，可采用市售的铜电极材料，线切割制成。两个电极片之间粘结IPMC驱动器3。
[0019]底座底部结构为方形,方形上部有圆形凸台1-4,凸台外侧对称开有外卡槽1-2,方形及与其一体的凸台中间有连通的直腔体1-3，方形两侧对称设有带通孔1-1的凸耳，通孔1-1与外卡槽1-2在平面上刚好相差90° (图2)。
[0020]盖板4外部为短圆柱体，对称设有带通孔4-1的凸耳，圆柱体内部为半封闭腔体4-3，其形状与底座圆形凸台1-4的形状相配合。在该半封闭腔体内壁对称设有内卡槽直通至盖板下端并水平拐出形成阶梯形卡槽4-2 ;通孔4-1与阶梯状卡槽4-2在平面上也刚好相差90° (图3)。
[0021]底座和盖板采用树脂材料或其他硬质绝缘材料制备。树脂材料可以采用热压成型或3D打印技术。加工时需保证底座与盖板在同一中心轴线上。由于底板的底面与感光元件周围电路板接触，需保证具有一定的平整度。底座卡槽1-2和盖板阶梯状卡槽4-2，便于固定带有侧耳的电极2并保证定位精度。
[0022]IPMC驱动器3为圆片形，其内部形状为瓣形、环形或其他类似结构，圆形片边缘为约束区3-1，其他部分为自由区3-2。若干个瓣形区相互绝缘，表面电极均匀；环形区或其他类似结构的表面电极也要求均匀。瓣形数目限定为4-12个(本实施例为8个)，自由区3-2直径(约束区3-1的内径)限定为2-6_ (图4)。瓣形结构和环形结构可采用机械切割方式实现。在不减小位移的情况下增大IPMC输出力，可以采用多片IPMC材料堆栈的方式，还可以采用铸膜工艺制备厚的IPMC材料。同时为了获得无松弛且性能稳定的IPMC材料，本发明还可采用专利文献“一种IPMC驱动器的封装工艺”(申请号:201110255830.5)所描述的方法对IPMC材料进行封装。
[0023]将一片电极2粘贴在底座凸台1-4端部，并将电极侧耳与其中一个底座卡槽1-2对齐，并沿着该卡槽向下折弯。将圆片形IPMC驱动器3下面约束区3-1固定在底座凸台1-4端部环状电极上，将另一片电极粘贴在IPMC驱动器3上面的约束区3-1上(电极的侧耳与盖板阶梯状卡槽4-2对齐)，使IPMC驱动器与上、下电极2紧密贴合。IPMC驱动器瓣形、环形或其他类似结构所形成的自由区嵌入光学镜头。
[0024]然后将盖板装配到底座上，使盖板半封闭空腔与底座凸台1-4配合连接，底座两侧卡槽1-2与盖板两侧阶梯状卡槽4-2对应，且底座两侧凸耳与盖板两侧凸耳相互对应，使通孔1-1、4-1同心(穿螺栓连接固定)。装配后，底座凸台1-4端部距盖板半封闭空腔下面的距离不大于两片电极与圆形驱动器的厚度之和。将IPMC驱动器上面电极2的侧耳沿着阶梯状卡槽4-2折出盖板下端，上、下电极侧耳相互成180°。
[0025]最后将图1装配好的变焦装置底座的方形下面固定在手机的感光元件上。
[0026]在两环形电极片侧耳之间施加不超过3V的电压，将电信号引入到两个电极片2之间，电压即作用到IPMC驱动器3上，由于IPMC驱动器3的约束区3_1 (外边缘)固定，根据IPMC材料的变形机理，驱动器内部自由区3-2将发生弯曲变形，由于驱动器内部变形部分成周向对称分布，进而整体表现为上升或下降，这时，固定在IPMC驱动器的中心位置(自由区3-2)上的手机镜头在IPMC材料变形的作用下，实现镜头的轴向直线运动，进而实现自动变焦功能。
【权利要求】
1.一种基于IPMC驱动器的手机镜头自动变焦装置，其特征在于，包括处于同一中心轴线上的底座、一对电极、IPMC驱动器和盖板，所述底座由底部结构与上部圆形凸台构成，底座内部为上下直通的圆柱空腔，圆形凸台外侧对称开有外卡槽；所述电极为带有侧耳的环状电极片，设置在圆形凸台端部，两电极的侧耳相互成180° ;所述IPMC驱动器为圆形片，包括靠近外周部分的边缘约束区和其他部分的自由区，边缘约束区置于两个环状电极片之间，自由区嵌入光学镜头；所述盖板外部为短圆柱体，内部为半封闭腔体，其形状与底座圆形凸台的形状相配合，该半封闭腔体内壁对称设有内卡槽直通至盖板下端并水平拐出形成阶梯状卡槽；将盖板装配到底座上，使半封闭空腔与底座凸台配合连接，底座凸台端部距盖板半封闭空腔下面的距离不大于两片电极与IPMC驱动器的厚度之和。
2.如权利要求1所述的基于IPMC驱动器的手机镜头自动变焦装置，其特征在于，所述IPMC驱动器，其自由区形状为瓣形、环形或类似结构。
3.如权利要求2所述的基于IPMC驱动器的手机镜头自动变焦装置，其特征在于，所述自由区直径限定为2-6_。
4.如权利要求2所述的基于IPMC驱动器的手机镜头自动变焦装置，其特征在于，所述瓣形数目限定为4-12个。
5.如权利要求1所述的基于IPMC驱动器的手机镜头自动变焦装置，其特征在于，所述底座底部结构为方形，其两侧对称设有带通孔的凸耳；所述盖板短圆柱体外侧也对称设有带通孔的凸耳，所述底座底部方形两侧凸耳与盖板外两侧凸耳相互对应，用螺栓连接。
6.如权利要求5所述的基于IPMC驱动器的手机镜头自动变焦装置，其特征在于，所述底座底部方形两侧凸耳与外卡槽在平面上刚好相差90° ;所述盖板外两侧凸耳与阶梯状卡槽在平面上也刚好相差90°。
【文档编号】G02B7/09GK103472563SQ201310386077
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】王永泉, 王延杰, 陈花玲, 朱子才, 贾书海 申请人:西安交通大学