专利名称：透镜驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来驱动透镜的透镜驱动装置。
背景技术：
包括监控车辆前侧或车辆后侧的车载摄像机的车辆驾驶辅助系统已经上市。在此系统中，由车载摄像机拍摄的图像显示在车辆客厢中设置的监视器上。在一种已知系统中，立体摄影机被用作上述摄影机来测量相对于阻碍物的距离。在另一种系统中，上述系统的距离测量功能实现为扫描激光测距仪。在扫描激光测距仪中，激光束被扫描即摆动，并且通过发射窗口向着阻碍物发射。检测从阻碍物反射的反射光，并且基于检测到的光计算出到阻碍物的距离。
日本未审查专利文件No.10-96624公开了一种通过摆动镜面来扫描激光束的装置。取代摆动镜面，透镜也可以被摆动或移动来扫描即摆动激光束。在这样的情况下，日本专利No.3317997(对应于美国专利5,303,089)或日本未审查专利文件No.10-123252中阐明的机构可以被用来摆动或移动发射器透镜。在日本专利No.3317997中阐明的机构中，夹持透镜的筒管由片簧支撑，由此能够简化该机构。在日本未审查专利文件No.10-123252中阐明的机构中，多个螺旋弹簧被用来支撑透镜。螺旋弹簧在光轴的方向上延伸。透镜被致动器驱动。此机构允许以低成本和高可靠性进行宽范围扫描。
日本专利No.3317997中阐明的装置意在用于光盘的扫描，并且透镜在平行于透镜光轴的单个方向上移动。但是，在通过扫描激光束测量距离的测距仪中，透镜需要在垂直于光轴的平面中移动。更具体而言，透镜需要在垂直于光轴的第一方向上和在垂直于第一方向的第二方向上移动。此时，与日本专利No.3317997不同，透镜被放置在筒管的片簧沿着其延伸的平面中。在日本专利No.3317997阐明的装置中，通过弯曲单块金属板制成一个轭，并且另一个轭放置在此轭的开口端处。当透镜放置在该轭的开口端时，不存在问题。但是，当透镜放置在筒管的片簧沿着其延伸的平面中时，难以在不引起与透镜和光轴的干涉的情况下放置磁体、线圈和轭，因此这些部件需要被放置在剩余的有限空间中。当这些轭一体地形成时，组装很不容易。
此外，扫描激光束的测距仪通常安装在车辆中。在车辆情况下，测距仪的耐用性需要高于家用电器。但是，金属板轭自身不能提供足够的刚度，由此导致测距仪的低耐用性。
在日本未审查专利文件No.10-123252公开的装置中，透镜驱动机构的组装可能不麻烦。但是，通过螺旋弹簧支撑透镜的支撑结构就耐用性而言不够好。此外，在该装置安装在车辆中的情况下，对振动的对策不够好。
发明内容
本发明解决了上述缺点。因此，本发明的目的是提供一种透镜驱动装置，其实现透镜驱动装置的提高耐用性和透镜驱动装置的相对容易组装性。
为了实现本发明的目的，提供了一种透镜驱动装置，其包括基座、多个轴、两个轭布置结构、透镜支架框和多个驱动线圈。基座具有通孔，该通孔穿过此基座。多个轴固定到所述基座并在大致平行于所述基座的通孔的中心轴线的方向上延伸。两个轭布置结构中的每个都保持多个永磁体并环绕所述基座的通孔的中心轴线。轭布置结构被所述多个轴支撑并且彼此轴向间隔开。透镜支架框保持透镜，该透镜具有大致平行于所述基座的通孔的中心轴线的光轴。所述透镜支架框在轴向上布置在两个轭布置结构之间的空间中，并且由固定到所述基座的多个线簧可摆动地支撑。驱动线圈固定到所述透镜支架框，并且产生驱动力以移动所述透镜支架框。
从以下说明、所附权利要求书和附图，可以最好地理解本发明及其其他目的、特征和优点，附图中图1是根据本发明实施例的透镜驱动装置的前立体图；图2是根据该实施例的透镜驱动装置的后立体图；图3是根据该实施例的透镜驱动装置的前分解视图；图4是根据该实施例的透镜驱动装置的局部前立体图；
图5是根据该实施例的透镜驱动装置的局部后立体图；图6是沿着该透镜驱动装置的发射器透镜的光轴所经过的Z-X平面所取的透镜驱动装置剖视图；图7是沿着该透镜驱动装置的发射器透镜的光轴所经过的Y-Z平面所取的透镜驱动装置平面剖视图；图8是沿着图6中线VIII-VIII所取的剖视图；图9是示出包括根据本发明的透镜驱动装置在内的系统的示意图；图10A是表明透镜驱动装置的轭的改进的示意平面图；图10B是图10A所示改进的示意侧视图；图11是表明透镜驱动装置的轭的另一个改进的示意平面图；图12A至12B是表明透镜驱动装置的圆柱形构件的改进的示意图；和图13是表明与图8类似的、透镜驱动装置的改进的剖视图。
具体实施例方式
将参照
本发明的实施例。
图1至8示出了根据本发明实施例的透镜驱动装置10。图1和2是透镜驱动装置10的立体图。图3是透镜驱动装置10的立体图。图4和5是透镜驱动装置的局部立体图。图6是沿着图1的Z-X平面所取的剖视图，其中发射器透镜12的光轴14沿着该Z-X平面延伸。图7是沿着Y-Z平面所取的剖视图，其中发射器透镜12的光轴14沿着该Y-Z平面延伸。图8是沿着图6中线VIII-VIII所取的剖视图。
如图3至5所示，在透镜驱动装置10中，发射器透镜12牢固地粘接到由诸如含玻璃的聚苯硫醚树脂之类的树脂制成的支架(也称为透镜支架框)16。X线圈18在X-Y方向上缠绕在支架16周围。X线圈18例如由铜包铝线(copper-clad aluminum)制成。此外，线圈组件20A、20B分别粘接到支架16的在Y方向上彼此相反的相反端部。每个线圈组件20A、20B通过将Y线圈22A、22B插嵌成型到树脂主体中形成。更具体而言，每个线圈组件22A、22B由诸如含玻璃的液晶聚合物树脂之类的树脂模制成型，并且Y线圈22A、22B通过缠绕例如铜包铝线制成。
此外，如图5所示，支架16包括孔24A-24D，线簧(例如，铍铜线簧)26A-26D中对应一个的一端固定到孔中。在此情况下，线簧26A-26D粘接到孔24A-24D中，并且通过孔24A-24D接纳的线簧26A-26D的端部被焊接到电路板(未示出)。X线圈18的端部和Y线圈22A、22B的端部也焊接到此电路板，并且该电路板上的布线将X线圈18和Y线圈22A、22B电连接到线簧26A-26D。
线簧26A-26D的另一端固定到弹簧支撑件28。弹簧支撑件28由诸如含玻璃的液晶聚合物树脂之类的树脂制成。将参照图6详细说明线簧26A-26D的另一端即固定部分。图6所示的部分B被表示为剖视图以示出线簧26B的固定部分的结构。特别地，弹簧支撑件28包括孔区段30B、32B、34B，并且线簧26B穿过孔区段30B、32B、34B被接纳。如图6清楚示出，孔区段30B、32B的内径比线簧26B的外径大很多。相反，孔区段34B的内径仅比线簧26B的外径稍大，由此线簧26B接纳在孔区段34B中的部分牢固地粘接到弹簧支撑件28，更具体地粘接到弹簧支撑件28的孔区段34B的内周壁。此外，硅胶填充到孔区段32B的内周壁和线簧26B的外周壁之间的间隙36B中。填充到间隙36B中的硅胶阻尼了线簧26B的振动。孔区段30B用作避免与线簧26B的运动相干涉的卸荷孔。孔区段32B没有在正Z方向(图6中左方向)上延伸到孔区段30B的位置，以避免硅胶对线簧26B振动的过度阻尼。弹簧支撑件28的尺寸被制成为在Z方向上较大，以实现弹簧支撑件28足够的刚度。在上述说明中，虽然仅说明了线簧26B，但其他线簧26A、26C、26D以类似于线簧26B的方式穿过弹簧支撑件28的孔区段30A、30C、30D等被固定。
利用上述结构，支架16通过线簧26A-26D以支架16可在X方向和Y方向两者上(即在两个维度上)可移动的方式被弹簧支撑件28支撑。弹簧支撑件28还包括通孔38，其中下述光(激光束)通过该通孔38被引导向发射器透镜12。
在上述结构中，线簧26A-26D的另一端(图6中的右端)26Ab-26Db以这样的方式固定到弹簧支撑件28，即线簧26A-26D的另一端26Ab-26Db从弹簧支撑件28突出并焊接到柔性电路板(未示出)。柔性电路板再连接到电路(未示出)。利用上述结构，X线圈18和Y线圈22A、22B通过线簧26A-26D电连接到该电路(未示出)。
此外，在以上述方式组装的透镜布置结构中，弹簧支撑件28以这样的方式固定到金属基座框架40，即弹簧支撑件28的通孔38与基座框架40的通孔40a重叠以允许光从其透过。基座框架40自身或者与弹簧支撑件28一起用作本发明的基座。
如图1至3所示，不锈钢轴42A-42D固定到基座框架40。在轴42A-42D的相反两端上形成外螺纹部分42Aa-42Da、42Ab-42Db。在基座框架40的对应部分中形成内螺纹部分44A-44D，其分别接纳轴42A-42D。当轴42A-42D的外螺纹部分42Aa-42Da与基座框架40的内螺纹部分44A-44D螺纹啮合时，轴42A-42D被固定到基座框架40。此时，为了限制每个外螺纹部分42Aa-42Da与对应的内螺纹部分44A-44D之间的螺纹啮合松开，螺母46A-46D从负Z侧(从图2中右侧到左侧)被螺纹紧固到每个轴42A-42D的外螺纹部分42Aa-42Da。
在将轴42A-42D固定到基座框架40之后，不锈钢套环48A-48D被放置在轴42A-42D上。每个套环48A-48D的内径仅略大于对应轴42A-42D的外径，因此套环48A-48D紧配合到轴42A-42D。
铁轭50A、50B安装到套环48A-48D的正Z侧(图2中的左侧)，并且铁轭52A、52B安装到铁轭50A、50B的正Z侧(图2中的左侧)。轭50A、50B、52A、52B形成本发明的轭布置结构。轭50A、50B、52A、52B具有其中接纳轴42A-42D的安装孔(更具体而言，安装凹口)54A-54H。每个安装孔54A-54H在对应轭50A、50B、52A、52B的侧边缘处开口。利用此结构，每个轴42A-42D不需要在Z方向(轴向方向)上安装到对应的安装孔54A-54H中。特别地，每个轴42A-42D可以在X方向(横向方向)上安装到对应的安装孔54A-54H中。这样，组装可以在不产生与支架16的干涉的情况下进行。
永磁体56A、56B分别被牢固地粘接到轭50A、50B，并且永磁体58A、58B分别被牢固地粘接到轭52A、52B。下面将说明磁体56A、56B、58A、58B的磁极性。
铁套环60A-60D分别在轭52A、52B的正Z侧(图2的左侧)上被安装到轴42A-42D上。类似于套环48A-48D，每个套环60A-60D的内径仅略大于对应轴42A-42D的外径，因此套环60A-60D紧配合到42A-42D上。与不锈钢套环48A-48D不同，套环60A-60D由铁制成，因为套环60A-60D与轭50A、50B、52A、52B(以及下述轭62A、62B、64A、64B)和磁体56A、56B(以及下述永磁体56C、56D)以及磁体58A、58B(和下述永磁体58C、58D)协作以形成磁路。
由铁制成的轭62A、62B安装到套环60A-60D的正Z侧(图2中左侧)。此外，由铁制成的轭64A、64B安装到轭62A、62B的正Z侧(图2中左侧)。轭62A、62B、64A、64B形成本发明的轭布置结构，其与轭50A、50B、58A、58B形成的轭布置结构轴向间隔开。与轭50A、50B、52A、52B的安装孔54A-54H(它们每个在轭50A、50B、52A、52B的侧边缘处开口)不同，轭62A、62B、64A、64B用于接纳轴42A-42D的安装孔66A-66H形成为通常的通孔，每个通孔不在轭62A、62B、64A、64B的侧边缘处开口。特别地，轴42A-42D在Z方向(轴向方向)上穿过轭62A、62B、64A、64B的安装孔66A-66H而安装。
磁体58C、58D分别牢固地粘接到轭62A、62B。此外，磁体56C、56D分别牢固地粘接到轭64A、64B。下面将说明磁体58C、58D、56C、56D的磁极性。
轭50A、50B、52A、52B、62A、62B、64A、64B通过粘接和螺母68A-68D在轭64A、64B的正Z侧(图2中左侧)上到轴42A-42D的外螺纹部分42Ab-42Db的螺纹啮合而被固定到套环48A-48D、60A-60D。
下面，将说明本实施例的透镜驱动装置10的操作。
图9示意性示出了一种系统，本实施例的透镜驱动装置10在其中被使用。
激光束从激光束源(激光束发生器)70输出并且传递通过透镜系统72。此后，通过在左右方向上移动透镜驱动装置10的发射器透镜12而使得激光束如箭头D所示地在左右方向上倾斜或者摆动。光束74入射到障碍物76上并且被障碍物76反射。然后，被障碍物76反射的反射光束78通过接收器透镜80入射到光电检测器82上，并且基于光电检测器82的输出由电路计算出到障碍物76的距离。发射器透镜12不仅在左右方向上而且在上下方向上移动，因此光束74还可以在上下方向上倾斜或者摆动。
将详细说明在上下方向和左右方向上移动发射器透镜12的机构。
如图6和8所示，X线圈18的侧部18A被夹持在磁体56A和磁体56C之间，并且X线圈18的侧部18B被夹持在磁体56B和磁体56D之间。磁体56A-56D的磁极性(N极和S极)在图6中表示出来，并且在每个侧部18A、18B处在箭头84、86的方向上形成磁场。从磁体56C流到磁体56A的磁通通过以下路径返回磁体56C轭50A；轭52A、52B；套环60A、60C；轭62A、62B；和轭64A。此外，从磁体56B流到磁体56D的磁通通过以下路径返回磁体56B轭64B；轭62A、62B；套环60B、60D；轭52A、52B；和轭50B。
在X线圈18的侧部18A处流动的电流方向与在X线圈18的侧部18B处流动的电流方向相反。同样，磁场方向84与磁场方向86相反。因此，在侧部18A处这样产生的力的方向与在侧部18B处这样产生的力的方向一致。特别地，该力的方向是X方向，其垂直于电流方向并且也垂直于磁场方向。这样，通过操纵X线圈18中的电流，支架16和安装到支架16的发射器透镜12可以在X方向上移动。
此外，如图7和8所示，Y线圈22A夹持在磁体58A和磁体58C之间，并且Y线圈22B夹持在磁体58B和磁体58D之间。磁体58A-58D的磁极性如图7所示。更具体而言，每个磁体58A-58D的表面被磁化使得两个相反极(N极和S极)位于磁体58A-58D的、与对应线圈22A、22B轴向相对的表面上。在Y线圈22A的侧部88A处的磁场方向由箭头92表示。此外，在Y线圈22A的侧部90A处的磁场方向与侧部88A处的磁场方向相反并且由箭头94表示。在Y线圈22A的侧部88A处流动的电流方向与在Y线圈22A的侧部90A处流动的电流方向相反。同样，磁场方向92与磁场方向94相反。因此，在侧部88A处这样产生的力的方向与在侧部90A处这样产生的力的方向一致。特别地，该力的方向是Y方向，其垂直于电流方向并且也垂直于磁场方向。
类似地，在Y线圈22B处的侧部88B处的磁场由箭头96表示，并且在Y线圈22B的侧部90B处的磁场由箭头98表示。在Y线圈22B的侧部88B处流动的电流方向与在Y线圈22B的侧部90B处流动的电流方向相反。同样，磁场方向96与磁场方向98相反。因此，在侧部88B处这样产生的力的方向与在侧部90B处这样产生的力的方向一致。特别地，该力的方向是Y方向，其垂直于电流方向并且也垂直于磁场方向。
在除了侧部88A、88B、90A、90B的Y线圈22A、22B其他侧部处，虽然在X方向上产生力，但由于箭头92、96方向上的磁场而产生的力的方向与由于箭头94、98方向上的磁场而产生的力的方向相反。因此，这些力彼此抵消并由此将不会实际作用在X方向上。
由Y线圈22A在Y方向上产生的力的方向和由Y线圈22B在Y方向上产生的力的方向彼此一致。所以，通过操纵经过Y线圈22A、22B的电流，支架16和发射器透镜12可以在Y方向上移动。
如上所述，根据本实施例，轭50A、50B、52A、52B、62A、62B、64A、64B通过圆柱形轴42A-42D和圆柱形套环60A-60D连接以增大刚度。所以，提高了透镜驱动装置10的耐用性。此外，轭50A、50B、52A、52B、62A、62B、64A、64B、轴42A-42D以及套环60A-60D在组装透镜驱动装置10时不与可移动部件(支架16和发射器透镜12)干涉，因此使得透镜驱动装置10的组装很容易。
此外，通过在弹簧支撑件28处填充硅胶有效地阻尼了线簧26A-26D的振动。因为采取这样的措施来抵抗外部干扰(振动)，本实施例的透镜驱动装置10可以有效地用在车辆中安装的(多个)系统中等等。
已经说明了本发明的实施例。但是，本发明不限于此特定实施例，并且该实施例可以在不背离本发明范围的情况下以各种方式进行修改。
磁体和线圈可以以各种方式进行修改。例如，X线圈18和磁体56A-56D可以以类似于Y线圈的方式被修改。此外，每个Y线圈22A、22B被夹持在磁体58A、58B和磁体58C、58D之间。可选地，磁体58A、58B和磁体58C、58D之一可以被除去而在Y线圈22A、22B附近仅留下单个磁体58A、58B或磁体58C、58D。甚至在此修改中，两个相反极即N极和S极在单个磁体58A、58B或磁体58C、58D表面上的存在允许产生从表面的N极流到表面的S极的磁场，并且此磁场可以产生与上述结构的力相似的力。这样，可以有利地减少磁体的数量。
轭50A、50B、52A、52B中的每个形成为沿着单条直线延伸的直轭件。可选地，如图10A所示，两个L形轭(L形轭件)100可以结合使用。在此情况下，轭100接纳轴42A-42C的部分可以形成为斜凹口102A-102C，每个斜凹口在X方向和Y方向之间的斜方向上凹入。这样，通过在X-Y平面中移动轭100，可以将轭100安装到轴42A-42C。
此外，如图10B所示，轭100的两个部分(其中的每个都与对应磁体56A、58A安装在一起)可以形成为从轭100的其余部分突出的突起104，以在Z方向上调节磁体56A、58A的位置。
这样，可以有利地减少轭的数量。
这也可以适用于轭62A、62B、64A、64B。但是，在轭62A、62B、64A、64B的情况下，不要求在X-Y平面上滑动轭62A、62B、64A、64B以将它们安装到轴42A-42D。更具体而言，这些轭62A、62B、64A、64B可以构造为在Z方向(轴向方向)上被安装到轴42A-42D。例如，轭62A、62B、64A、64B可以构造为方框轭106，如图11所示。这样，轭的数量可以有利地减少，并且可以使得透镜驱动装置10的组装很容易。
此外，在上述实施例中，轴42A-42D和套环48A-48D、60A-60D分开地形成。可选地，如图12A所示，包括外螺纹部分110和内螺纹部分112的圆柱形构件108可以被用作该轴。在此情况下，可以提供圆柱形构件108，其中的每个都具有与对应的套环48A-48D和对应的套环60A-60D相对应的长度。于是，与套环48A-48D相对应的圆柱形构件108的外螺纹部分110与基座框架40螺纹啮合，并且此圆柱形构件108的内螺纹部分112与对应于套环60A-60D的另一个圆柱形构件108的外螺纹部分110螺纹啮合。对应于套环60A-60D的圆柱形构件108的内螺纹部分112可以与螺栓螺纹啮合以替代螺母68A-68D。
此外，如图12B所示，除了螺纹部分外还可以设置定位部分114以有利地提高定位精度。
通过使用上述圆柱形构件108，可以加速组装工作。此外，圆柱形构件108的形状可以以各种方式被修改。
此外，应当注意到与套环48A-48D相对应的圆柱形构件108不需要与对应于套环60A-60D的圆柱形构件108沿着直线对齐。
线簧26A-26D的振动被弹簧支撑件28处填充的硅胶减振。可选地，可以在支架26和相邻轭或相邻套环之间设置适当的阻尼机构以阻尼该振动。例如，如图13所示，可以在支架16和套环60A-60D之间设置阻尼弹簧61A-61D。
此外，在某些情况下，需要位置传感器来获取发射器透镜12的位置信息。在此情况下，位置传感器可以通过传感器固定构件固定到对应的轭或轴。例如，在图13中这样的传感器91可以被设置到轭50B。
本领域技术人员将很容易想到额外的优点和改进。因此，更广义条件的本发明不限于示出并说明的特定细节、代表性装置和举例说明的示例。
权利要求
1.一种透镜驱动装置，包括具有通孔(40a、38)的基座(40、28)，该通孔穿过此基座(40、28)多个轴(42A-42D)，其固定到所述基座(40、28)并在大致平行于所述基座(40、28)的通孔(40a、38)的中心轴线的方向上延伸；两个轭布置结构(50A-50B、52A-52B、100、106)，其中每个都保持多个永磁体(56A-56D、58A-58D)并环绕所述基座(40、28)的通孔(40a、38)的中心轴线，其中所述两个轭布置结构(50A-50B、52A-52B、100、106)被所述多个轴(42A-42D)支撑并且彼此轴向间隔开；保持透镜(12)的透镜支架框(16)，该透镜(12)具有大致平行于所述基座(40、28)的通孔(40a、38)的中心轴线的光轴(14)，其中所述透镜支架框(16)在轴向上布置在两个轭布置结构(50A-50B、52A-52B、100、106)之间的空间中，并且由固定到所述基座(40、28)上的多个线簧(26A-26D)可摆动地支撑；和多个驱动线圈(18、22A-22B)，其固定到所述透镜支架框(16)，并且产生驱动力以移动所述透镜支架框(16)。
2.根据权利要求1所述的透镜驱动装置，还包括至少一个阻尼器(61A-61D)，其位于所述透镜支架框(16)和多个轴(42A-42D)的至少一个轴之间。
3.根据权利要求1所述的透镜驱动装置，还包括位置传感器(91)，其安装到两个轭布置结构(50A-50B、52A-52B)之一上，以检测所述透镜支架框(16)的位置。
4.根据权利要求1所述的透镜驱动装置，其中每个轭布置结构(50A-50B、52A-52B)包括以下两者之一连接在一起的多个直轭件(50A-50B、52A-52B)；和连接在一起的多个L形轭件(100)。
5.根据权利要求1所述的透镜驱动装置，还包括激光束源(70)，其提供穿过所述基座(40、28)的通孔(40a、38)向着所述透镜(12)的激光束，其中所述多个驱动线圈(18、22A-22B)在两个维度上驱动所述透镜支架框(16)以移动所述透镜(12)。
6.根据权利要求1所述的透镜驱动装置，其中所述多个永磁体(56A-56D、58A-58D)中的至少一个与所述多个驱动线圈(18、22A-22B)中相应一个相对，并具有S极和N极，该S极和N极设置在永磁体(58A-58D)的、与对应驱动线圈(22A-22B)轴向相对的轴向端面中。
7.根据权利要求1所述的透镜驱动装置，还包括硅胶，其保持在所述多个柔性线簧(26A-26D)中的至少一个和所述基座(40、28)之间。
8.根据权利要求1所述的透镜驱动装置，其中所述两个轭布置结构(50A-50B、52A-52B、100、106)中的至少一个形成为方框轭(106)。
全文摘要
轴(42A－42D)固定到基座(40、28)并在大致平行于所述基座(40、28)的通孔(40a、38)的中心轴线的方向上延伸。两个轭布置结构(50A－50B、52A－52B、100、106)安装到轴(42A－42D)。透镜支架框(16)保持透镜(12)，该透镜(12)具有平行于所述基座(40、28)的通孔(38)的中心轴线的光轴(14)。所述透镜支架框(16)在轴向上布置在两个轭布置结构(50A－50B、52A－52B、100、106)之间的空间中，并且由固定到所述基座(40、28)的多个线簧(26A－26D)可摆动地支撑。驱动线圈(18、22A－22B)固定到所述透镜支架框(16)，并且产生驱动力以移动所述透镜支架框(16)。
文档编号H02K33/00GK1912668SQ20061011485
公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月9日 优先权日2005年8月10日
发明者足立芳树, 江泽宽 申请人:株式会社电装