CN101165524A - 压电驱动光学镜头 - Google Patents

Abstract

一种压电驱动光学镜头，是包括镜头本体以及用以提供旋转动力的压电组件，该镜头本体至少具有中空座体、可旋转的定位于该中空座体中的镜筒、及位于该镜筒中并根据镜筒旋转而轴向运动地进行变焦或对焦的镜组，而该压电组件是固定于该中空座体并接触该镜筒外侧，用以提供旋转动力驱动该镜筒旋转。由此构造简易的压电驱动光学镜头，克服现有技术构件复杂的缺点。

Description

压电驱动光学镜头

技术领域

本发明涉及一种光学镜头，尤指一种压电驱动光学镜头。

背景技术

我国公告第589777号发明专利中揭露一种多层薄盘压电致动式超声波马达，是将压电材质的蜂鸣片通以高电压的交流电压而产生交替伸缩的变型，连动弹性振动板产生行驻波而供给外部动能，并以垂直或平行对称的方式组成驱动模块。该专利前案虽可降低组件的磨耗，然而由于必须组合使用多组驱动模块，因此造成马达结构复杂，且难以微型化而造成应用范围的限制。

英国1Ltd.公司(<http://www.llimited.com>)提出一种利用双芯片型压电陶瓷片制成螺旋卷绕状的压电致动器，通过该压电致动器与光学镜片及支架结合后即可被用来放置于相机、数字相机或可照相手机内作为影像自动对焦用。

前述螺旋卷绕状的压电致动器虽然具有体积小、致动位移大、低耗电量、寂静无声与兼容性高等的优点，但是将双芯片型压电陶瓷片卷绕成螺旋卷绕状的压电致动器以及在连接电路时必须使用大量人工，既使是利用自动化机具来完成，也因为制造方法复杂、难度高，致使产品良率低与质量不稳定。因此，该螺旋卷绕状的压电致动器被运用于相机、数位相机或可照相手机内，因碍于制造成本高、良率低，所以没有太大的产业利用价值。

虽然美国公告第4,755,705、4,786,836、4,829,209、4,935,659，4,952,834、4,959,580、5,013,982号等专利案已揭示超声波马达(或称压电马达)的相关技术，5,708,872、5,751,502、5,898,526、及5,898,528号等专利案更已揭示超声波马达(或称压电马达)运用于传统相机内的技术，但是基于传统相机体积较大之故，所以利用上述超声波马达(或称压电马达)等习用装置或现有技术制成光学镜头或来驱动光学镜头，不至于有太大问题。但是随着数字相机渐渐取代传统相机，而且具有伸缩变焦功效的手机镜头也衍然成为时尚的商品以及手机标准配备的趋势下，上述体型大的习用超声波马达(或称压电马达)难以再容纳其内，这也是目前所见数字相机或可照相手机，其光学镜头本体的体型仍然非常大的主因。

美国公告第6,710,950号专利案披露一种应用于数字相机的光学系统的压电致动器，是包括在装设镜组的套筒外部结合一压电致动器，该压电致动器是由一电路板的内侧表面等间隔地装设多个压电组件所构成，并于各该压电组件表面结合一啮合凸垫，从而通过施加电压于环绕在该镜组外圆周面的各该压电组件产生表面波，以令各该啮合凸垫同步拨动镜组相对于该镜筒轴向位移，进而达成数字相机的光学变焦或对焦。但是此专利前案必须使用多数个压电组件而造成成本昂贵与装配的困难，况且要同步驱动各该压电组件进行拨动镜组也非常难以控制位移的精度。

美国公告第6,853,507号专利案披露一种透镜驱动装置，是应用于一台光学设备中提供迅速移动透镜以在有效距离的内调整焦距的作用，与前述第6,710,950号专利案不同的是，用来驱动镜组在镜筒中的轴向运动关系，是通过螺旋槽孔的设计转换旋转运动所达成，并通过一结合于底部的环形压电致动组件提供镜筒的旋转运动。该环形压电致动组件通过施加外部电压而产生朝向径向的收缩变形或扩张变形运动，进而驱动镜筒进行光学对焦或变焦。但是此专利前案必须制作内圆面具有多分段齿的环形压电致动组件，其制作上的精度控制分常困难、且必须设置两组环形压电致动组件及两道不同方向的螺旋槽孔才能提供双向旋转运动，因此造成成本昂贵与装配不易；此外，环形压电致动组件是以表面波进行驱动，故而驱动效率不佳，对于所应用的光学设备造成反应速度较慢的缺点。

另外，除了前述专利前案之外，部份论文或研讨会虽见小体积压电驱动光学镜头的数字相机或可照相手机，但是该现有压电驱动光学镜头的构件相当复杂，相关零组件无法利用批次精密加工来完成，必须单独加工。再者，由于该现有压电驱动光学镜头其构件相当复杂，除了增加制造加工的困难度外，其组装方式也相当复杂，特别是压电定子的组装方式相当不容易，因而减损了简易压电驱动光学镜头的驱动力，尤其各细小组件无法利用自动机器来完成，也徒增了人力的耗费与制造成本。因此，现有压电驱动光学镜头虽然具有体积小的优点，但是在成本上却没有任何竞争优势，所以也不具商业价值或产业上的利用性。

有鉴于前述现有技术的缺点，如何提供一种压电驱动光学镜头以实现构件简单、扭力大、体积小、结构坚固、制造容易与组装便捷等功效，进而克服背景技术所存在的问题，乃成为目前业界亟待克服的课题。

发明内容

鉴于以上所述背景技术的缺点，本发明的一个目的是在于提供一种简化构件的压电驱动光学镜头。

本发明的另一目的在于提供一种缩小体积的压电驱动光学镜头。

本发明的再一目的在于提供一种提升扭力的压电驱动光学镜头。

本发明的又一目的在于提供一种结构坚固的压电驱动光学镜头。

本发明又另一目的在于提供一种易于制造的压电驱动光学镜头。

本发明又再一目的在于提供一种易于组装的压电驱动光学镜头。

为达成上述目的及其它目的，本发明提供一种压电驱动光学镜头，是包括：镜头本体，至少具有中空座体、可旋转的定位于该中空座体中的镜筒、及位于该镜筒中并根据镜筒旋转而轴向运动地进行变焦或对焦的镜组；以及压电组件，是固定于该中空座体并接触该镜筒外侧，用以提供旋转动力驱动该镜筒旋转。

前述的压电驱动光学镜头中，该压电组件的轴心是可与该镜筒的轴心相互平行；该压电组件是可包括一金属管与二压电陶瓷片，较佳地，二压电陶瓷片是间隔固设于该金属管的外表面，且该金属管是可选自铝管及铜管的其中一者，其中，该铜管是可为黄铜管。此外，该压电陶瓷片的层数是可为单层或多层，同时，该压电陶瓷片是可依模态形状作极化、电极涂布、或切割的其中一者。

该中空座体的一侧是可设置一压制该压电组件的压制部，用以提供该压电组件接触至该镜筒外侧的预应力，其中，该压制部至少可包括结合于该中空座体一侧并抵紧该压电组件外侧例如为螺丝的预应力调整组件。较佳地，该压制部还可包括设置于该预应力调整组件与该压电组件之间的缓冲组件，该缓冲组件是例如为一橡胶垫或类似弹簧的弹性体。于一较佳实施例中，该中空座体中是可固定多个接触该镜筒外侧的压电组件，且各该压电组件是可等角配置于该镜筒外侧；于另一较佳实施例中，该中空座体中是可固定等角配置并接触该镜筒外侧的压电组件及从动转轮，其数量可依实际需求而定。

该镜头本体的镜筒外侧可具有一摩擦部，以供压电组件接触驱动；其中，该摩擦部是呈可环绕于该镜筒外侧的环状结构，而该环状结构是可选自金属、塑料、及耐磨材料的其中一者。该镜筒内部是可具有运动轨迹凹槽，而该镜组则设有对应该运动轨迹凹槽的定位凸缘；其中，该镜组至少具有一供容纳光学镜片的镜框，且该定位凸缘是可设于该镜框外侧。当然，该镜组亦可具有多个供容纳光学镜片的镜框，而该定位凸缘是设于该镜框外侧，且该镜筒内部是具有对应镜框数量的多道运动轨迹凹槽；较佳地，各该运动轨迹凹槽的轨迹相异。

该镜组是可具有至少二导引孔，而该中空座体则具有对应贯穿各该导引孔的导引杆，从而令该镜组位于该镜筒中而可沿该导引杆轴向运动。该中空座体是可包括由二底座及四个盖板组成的框体结构，较佳地，该中空座体是可由一底座及四个盖板一体成型的凵形底座、与一底座组成框体结构，该导引杆是立设于该二底座上，且各该底座复设有用以固定压电组件的固定孔。

相比于现有技术，本发明利用单一压电组件或同时驱动多压电组件，即可驱动镜头本体中的镜组作变焦或对焦的动作，已达成扭力大与体积小的目的。此外，本发明的压电组件其组成构件没有复杂的设计，也达成简化构件、坚固与制造容易的目的。再者，本发明的组成构件均有其定位或嵌合处，所以也具有组装便捷的功效。由此可知，本发明已相对克服背景技术的缺失，实具高度的产业利用价值。

附图说明

图1是显示本发明压电驱动光学镜头的第一实施例示意图；

图2是显示本发明压电驱动光学镜头的第一实施例爆炸图；

图3是显示本发明压电驱动光学镜头所应用压电组件的示意图；以及

图4是显示本发明压电驱动光学镜头的第二实施例局部示意图。

【主要组件符号说明】

1    压电组件

11   金属管

13   压电陶瓷片

2    镜头本体

21   中空座体

211  底座

2111 导引杆

2113 固定孔

2115 从动转轮

213  盖板

2131 压制部

2133 缓冲组件

23   镜筒

231  运动轨迹凹槽

233  摩擦部

25   镜组

251  镜框

2511 凸缘

2513 导引孔

253  光学镜片

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施例，以使所属技术领域普通技术人员可轻易地了解本发明的技术特征与达成功效。

如图1所示，本发明提供一种压电驱动光学镜头，是包括镜头本体2以及用以提供旋转动力的压电组件1。该镜头本体2至少具有中空座体21、可旋转地定位于该中空座体21中的镜筒23、及位于该镜筒23中并根据镜筒23旋转而轴向运动地进行变焦的镜组25，而该压电组件1是固定于该中空座体21并接触该镜筒23外侧，用以提供旋转动力驱动该镜筒23旋转，由此构件简化的压电驱动光学镜头，克服现有技术构件复杂的缺点。于本实施例中，该压电组件1的轴心是与该镜筒23的轴心相互平行，以提供较佳的驱动效率。

虽然本实施例中是以一镜头本体2中固定一压电组件1为例，但是于其它实施例中是可依需求配置适当数量与位置的压电组件1，非以本实施例为限；此外，虽然具有伸缩变焦功能的镜头本体型式众多，且举凡具有中空座体21、可旋转地定位于该中空座体21中的镜筒23、及位于该镜筒23中并根据镜筒23旋转而轴向运动地进行变焦与对焦的镜组25者均属本发明所得以运用的镜头本体，然而为使所属技术领域普通技术人员均可通过实施例而据以实施本发明，故仍提出具体可行的镜头本体2结构设计为例，但非以此限制本发明所指镜头本体的范畴，先予以说明。

请结合参考图1至图3，进一步说明该镜头本体2、以及固定于该镜头本体2中以提供旋转动力的压电组件1。

该压电组件1是依其节点固定于该镜头本体2的中空座体中21，于本实施例中，该压电组件1包括一金属管11与二压电陶瓷片13，其中，该金属管11是可选用铝管或铜管(例如黄铜管)，而该二压电陶瓷片13是间隔固设于该金属管11的外表面，例如采取互呈90度夹角的间隔方式配置。此外，该压电陶瓷片13的层数是可为单层或多层，同时，该压电陶瓷片13是可依模态形状作极化、电极涂布、或切割。

该金属管11可供接设外加电场的负极，而二该压电陶瓷片13分别可供接设两组外加电场的正极。通过施加电压(例如弦波驱动电压Vsinωt)于其一压电陶瓷片13上，利用逆压电效应使该压电组件1产生高频偏摆的机械能，进而形成例如逆时针方向类似呼拉圈模态的圆周运动；反之，施加电压(例如弦波驱动电压Vcosωt)于另一压电陶瓷片13上，利用逆压电效应使该压电组件1产生高频偏摆的机械能，进而形成金属管11如顺时针方向类似呼拉圈模态的圆周运动，因此可提供双向旋转(正转与反转)动力以驱动该镜筒23进行旋转运动。另外，亦可通过同时外加不同相位的弦波电压于两压电片13上，控制金属管11圆周运动方向，以驱动该镜筒23进行双向旋转运动。当然，亦可采以例如方波驱动电压施加其上，非以本实施例中所示的弦波驱动电压为限。

该镜头本体2具有中空座体21、可旋转的定位于该中空座体21中的镜筒23、及位于该镜筒23中并根据镜筒23旋转而轴向运动地进行变焦或对焦的镜组25。于本实施例中，所述中空座体21包括由二底座211及四个盖板213组成的框体结构，于其一底座211上立设有至少二导引杆2111贯穿该镜筒23，且该底座211上又设有用以固定该压电组件1的固定孔2113，另外，于二底座211之间又设有与该压电组件1相互等角配置并接触该镜筒23外侧的二从动转轮2115。该四个盖体213是分别用以锁固或黏固于该二底座211的四个侧，以构成易于组装且结构简易的中空座体21。本实施例中是由包括二底座211及四个盖板213组成的框体结构为例说明该中空座体21，是基于简化零件制造的初衷，但是该中空座体21的结构是可等效变化为一ㄩ型底座及一板状底座的组装结构，亦即将其一底座及四个盖板一体成型制成一凵形底座，如此同样可达易于组装的效，而所述零件整体性的简单变化为所属技术领域普通技术人员均可理解并据以实施，故不再另外搭配实施例与附图赘述。

该中空座体21的二该底座211上设有固定孔2113用以固定该压电组件1，即该压电组件1的金属管11两端是固定于二该底座211的固定孔2113，因此提供该压电组件1的最佳固定边界条件。另外，该中空座体21的一侧，即其一盖板213是设置一压制该压电组件1的压制部2131，用以提供该压电组件1接触至该镜筒23外侧的预应力，于本实施例中，该压制部2131为结合于该中空座体21一侧的盖板213并抵紧该压电组件1外侧例如为螺丝的预应力调整组件，可通过预应力调整组件调整该压电组件1接触至该镜筒23外侧的预应力。

该镜筒23外侧具有一摩擦部233，以供该压电组件1接触驱动，于本实施例中，该摩擦部233是呈环绕于该镜筒23外侧的环状结构，而该环状结构是可选自金属、塑料、及耐磨材料的其中一者。该镜筒23内部是具有例如呈螺旋状的运动轨迹凹槽231，而该镜组25则设有对应该运动轨迹凹槽231的定位凸缘2511；其中，该镜组25至少具有一供容纳光学镜片253的镜框251，且该定位凸缘2511是设于该镜框251外侧，另于该镜框251中具有供二导引杆2111贯穿的二导引孔2513，从而令该镜组25位于该镜筒23中而可沿该导引杆2111轴向运动。

于本实施例中，该镜组25是具有两个供容纳光学镜片253的镜框251，且该镜筒23内部是具有对应镜框251数量的两道运动轨迹凹槽231，且各该运动轨迹凹槽231的轨迹相异，以使该镜头本体1可进行变焦或对焦。但是所述镜组25所包括的镜框251与对应的运动轨迹凹槽231数量是可依实际变焦或对焦的光学系统需求而定，同样的，各该镜框251中所容纳的光学镜片253数量亦可依实际变焦或对焦的光学系统需求而定，例如胶合透镜或多镜片群，因此并非以本实施例中所述为限且所述数量上的简易变化应为所属技术领域普通技术人员均可理解并据以实施，故不再另外搭配实施例与附图赘述的。

由于该镜筒23是可旋转地定位于该中空座体21中，且位于该镜筒23中的镜组25是受该二导引杆2111贯穿定位而无法转动，搭配该运动轨迹凹槽231与定位凸缘2511的对应设计，使得位于该镜筒23中的镜组25只能根据镜筒23旋转而轴向运动。因此，通过施加外部电压至该压电组件1使其产生类似呼拉圈模态的圆周运动，即可通过接触该镜筒23的摩擦现象而驱转该镜筒23，使该镜头本体1进行变焦或对焦。

虽然本实施例中是以该中空座体2中固定等角配置并接触该镜筒23外侧的一个压电组件1及两个从动转轮2115为例，但是于其它实施例中，所述从动转轮2115亦可根据驱动动力或速度的需求选择性地替换为压电组件1，并非以本实施例所示的搭配数量为限，例如该中空座体1中亦可固定多个接触该镜筒23外侧的压电组件1。另外，不论完全使用压电组件1或搭配使用从动转轮2115，仅需环绕接触于该镜筒23外侧而达转动定位效果即可，其相互间的配置关并亦非以围绕该镜筒23的等角配置关为限。

另外，本实施例中所述的压电组件1虽以包括一金属管11与二压电陶瓷片13为例，但是举凡可提供类似呼拉圈模态的圆周运动者均应合乎本发明所指压电组件，例如亦可采用常见的压电管(Piezoelectric Tube)，是包括一例如为锆钛酸铅或电致伸缩材料的管状压电陶瓷体、以及设置于该压电陶瓷体外壁且相互间隔的第一、第二、与第三电极，并可借该第一电极接设外加电场的负极，而该第二、第三电极分别接设两组外加电场的正极。

再者，本实施例中所示的压制部2131虽然是以结合于该盖板213并抵紧该压电组件1外侧例如为螺丝的预应力调整组件为例，并可通过预应力调整组件调整该压电组件1接触至该镜筒23外侧的预应力，但是基于该压电组件1进行类似呼拉圈模态的圆周运动的变异量，亦可设置用以吸收所述变异的组件于其中。如图4所示，该压制部2131除了包括例如为螺丝的预应力调整组件之外，还可包括设置于该预应力调整组件与该压电组件1之间的缓冲组件2133，于本实施例中，该缓冲组件2133是例如为一橡胶垫，但是于其它实施例中亦可选用类似弹簧的弹性体，非以本实施例中所示者为限。

综上所述，本发明利用压电组件来驱动光学镜头已达成一种可容纳于视讯系统、监视系统、光学系统、相机、数字相机或可照相手机内的压电驱动光学镜头，而且该压电驱动光学镜头具有扭力大、体积小、构件简单、结构坚固、制造容易与组装便捷等的功效者，已然克服现有技术中的缺点，符合专利申请要件中的产业上利用性、新颖性与进步性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何所属技术领域普通技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如后述的申请专利范围所列。

Claims (25)

1.一种压电驱动光学镜头，包括：

镜头本体，至少具有中空座体、可旋转的定位于该中空座体中的镜筒、及位于该镜筒中并根据镜筒旋转而轴向运动地进行变焦成对焦的镜组；以及

压电组件，是固定于该中空座体并接触该镜筒外侧，用以提供旋转动力驱动该镜筒旋转。

2.根据权利要求1所述的压电驱动光学镜头，其中，该压电组件的轴心是与该镜筒的轴心相互平行。

3.根据权利要求1所述的压电驱动光学镜头，其中，该压电组件是包括一金属管与二压电陶瓷片。

4.根据权利要求3所述的压电驱动光学镜头，其中，二压电陶瓷片是间隔固设于该金属管的外表面。

5.根据权利要求3所述的压电驱动光学镜头，其中，该金属管为选自铝管及铜管的其中一者。

6.根据权利要求5所述的压电驱动光学镜头，其中，该铜管为黄铜管。

7.根据权利要求3所述的压电驱动光学镜头，其中，该压电陶瓷片的层数为选自单层及多层的其中一者。

8.根据权利要求3所述的压电驱动光学镜头，其中，该压电陶瓷片是依模态形状作选自极化、电极涂布、及切割的其中一者。

9.根据权利要求1所述的压电驱动光学镜头，其中，该中空座体一侧是设置一压制该压电组件的压制部，用以提供该压电组件接触至该镜筒外侧的预应力。

10.根据权利要求9所述的压电驱动光学镜头，其中，该压制部至少包括结合于该中空座体一侧并抵紧该压电组件外侧的预应力调整组件。

11.根据权利要求10所述的压电驱动光学镜头，其中，该预应力调整组件是一螺丝。

12.根据权利要求10所述的压电驱动光学镜头，其中，该压制部还包括设置于该预应力调整组件与该压电组件之间的缓冲组件。

13.根据权利要求12所述的压电驱动光学镜头，其中，该缓冲组件是一橡胶垫。

14.根据权利要求1所述的压电驱动光学镜头，其中，该镜头本体的镜筒外侧具有一摩擦部，以供压电组件接触驱动。

15.根据权利要求14所述的压电驱动光学镜头，其中，该摩擦部是呈环绕于该镜筒外侧的环状结构。

16.根据权利要求15所述的压电驱动光学镜头，其中，该环状结构为选自金属、塑料、及耐磨材料的其中一者。

17.根据权利要求1所述的压电驱动光学镜头，其中，于该中空座体中是固定多个接触该镜筒外侧的压电组件。

18.根据权利要求17所述的压电驱动光学镜头，其中，各该压电组件是等角配置于该镜筒外侧。

19.根据权利要求1所述的压电驱动光学镜头，其中，于该中空座体中是固定等角配置并接触该镜筒外侧的压电组件及从动转轮。

20.根据权利要求1所述的压电驱动光学镜头，其中，该镜筒内部具有运动轨迹凹槽，而该镜组则设有对应该运动轨迹凹槽的定位凸缘。

21.根据权利要求20所述的压电驱动光学镜头，其中，该镜组至少具有一供容纳光学镜片的镜框，且该定位凸缘是设于该镜框外侧。

22.根据权利要求20所述的压电驱动光学镜头，其中，该镜组具有多个供容纳光学镜片的镜框，而该定位凸缘是设于该镜框外侧，且该镜筒内部是具有对应镜框数量的多道运动轨迹凹槽。

23.根据权利要求22所述的压电驱动光学镜头，其中，各该运动轨迹凹槽的轨迹相异。

24.根据权利要求1所述的压电驱动光学镜头，其中，该镜组是具有至少二导引孔，而该中空座体则具有对应贯穿各该导引孔的导引杆，从而令该镜组位于该镜筒中而可沿该导引杆轴向运动。

25.根据权利要求24所述的压电驱动光学镜头，其中，该中空座体是包括由二底座及四个盖板组成的框体结构，该导引杆是立设于该底座上，且该底座还设有用以固定压电组件的固定孔。

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