CN101165528B

CN101165528B - 自动对焦光学镜头模块

Info

Publication number: CN101165528B
Application number: CN200610136322A
Authority: CN
Inventors: 苏汉威; 胡朝彰; 沈圣智
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2026-10-16
Also published as: CN101165528A

Abstract

一种自动对焦光学镜头模块，包括具有容纳空间的座体、可转动地定位于该容纳空间中的套筒、螺纹连接于该套筒的镜头、及固定于该座体中用以接触驱动该套筒旋转的压电组件，该座体与该镜头分别设有对应滑动定位的第一及第二导引部，从而可通过驱动该套筒旋转而转换带动该镜头进行对焦。由此结构简易的自动对焦光学镜头模块提高驱动力，并克服现有技术构件复杂的缺点。

Description

自动对焦光学镜头模块

技术领域

本发明涉及一种光学镜头的驱动技术，尤指一种自动对焦光学镜头模块。

背景技术

我台湾证书号第M294046号新型专利披露一种自动对焦镜头模块，包含由底盖、二个导梢、二个导电片、一下框、镜头套筒、二个弹簧、镜头、线圈、上框、二个磁铁、及上盖所组成。所述底盖是一矩形框架体，其四角处设有扣合用四支架供与上盖扣合成一体，其中央处设有一穿孔供形成镜头的光学路径，其内面的对角处设有二个固定孔供分别插设一导梢；该二个导电片则是分别贴设在底盖上以连接不同电极，且二个导电片之间设一中央孔供形成镜头的光学路径，又各导电片设一穿孔供导梢对应穿过；而该下框是设在二个导电片上，其中央处设有一中央孔供形成镜头的光学路径。

所述该镜头套筒是包含一环形框架及框架环周缘外围二对称凸耳，该二个凸耳上各设一穿孔供二个导梢对应穿过，又设有一中央孔供组装镜头；该二国个弹簧是分别套设在导梢上，且各弹簧的底端分别向下抵压在镜头套筒的二个对称凸耳上；该镜头是固设在镜头套筒的中央孔内；而该线圈是套设在镜头套筒的环形框架上面，其头、尾端导线分别连接至导电片。

该上框是包含一环形框架及框架环周缘二个扣体，而借二个扣体与镜头套筒扣合，使上框、线圈及镜头套筒夹设在镜头的外围而组成一套筒组，并使线圈夹固在上框的环形框架及镜头套筒的对应环形框架之间；而该二个磁铁为相互对称的二个弧形磁铁，分别夹设在线圈的左、右侧外缘；该上盖是与底盖扣合成一体而组成一镜头模块，使二磁铁夹固在上盖及下框之间，而二弹簧分别向上压迫在上盖的内面上，使二个弹簧夹设在上盖的内面与镜头套筒的凸耳之间。从而通过线圈与磁铁间相互作用产生电磁力以驱动套筒组轴向移动，而二个弹簧分别套设在导梢上并弹性支撑在套筒组与上盖内面之间，使套筒组可稳定轴向移动。

前述专利案虽然已公开了一种可通过电磁力作用产生拉远或拉近自动对焦的镜头模块，但是其结构极为复杂，且受限于线圈与磁铁的体积限制造成整体体积庞大，因此仅适用传统相机或于体积较大的数字相机，难以应用在薄型化数字相机或是具有相机功能的手持式电子装置中。

日本特许公开2003-236466、2003-175364、2003-112119、2004-280031等前案中揭示诸多电磁式的制动器，各制动器虽均适用于不同产品中，但相同是都利用叶片弹簧(Leaf Spring)提供被驱动对象的悬吊作用，然而使用叶片弹簧悬吊被驱动对象的设计必然受其变形范围的限制，亦即驱动行程将受叶片弹簧的大小而有所限制。此外，各该专利前案因为使用叶片弹簧的原因，也均产生体积较大的缺点，若为了扩充驱动行程而加大叶片弹簧的使用规格，亦必然导致整个制动器的体积相对加大而更加难以微型化，同时，叶片弹簧的弹性疲乏弹性变形的精确度问题，也同样影响其微型化的可能性。

英国1Ltd.公司(<http://www.1limited.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，已实现运用于相机中，而用来驱动光学镜头的伸缩变焦作用，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、数字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、5,708,872、5,751,502、5,898,526、及5,898,528号等专利案已揭示超声波马达(或称压电马达)或压电致动器运用于传统相机内的技术，但是基于传统相机体积较大的原因，所以利用上述超声波马达(或称压电马达)或压电致动器等常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)或压电致动器难以再容纳其内，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。

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光学镜头的数字相机或可照相手机，但是该现有压电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，必须单独加工始能为的。再者，由于该现有压电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。是故，现有压电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，如何提供一种压电光学镜头以实现构件简单、驱动扭力大、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，本发明的一个目的即在于提供一种简化构件的自动对焦光学镜头模块。

本发明的另一目的在于提供一种缩小体积的自动对焦光学镜头模块。

本发明的再一目的在于提供一种的提升驱动扭力自动对焦光学镜头模块。

本发明的又一目的在于提供一种结构坚固的自动对焦光学镜头模块。

本发明又另一目的在于提供一种易于制造的自动对焦光学镜头模块。

本发明又再一目的在于提供一种易于组装的自动对焦光学镜头模块。

为达成上述目的及其它目的，本发明提供一种自动对焦光学镜头模块，包括：座体，具有容纳空间、对外连通该容纳空间的光孔、及邻接该容纳空间的第一导引部；套筒，是可转动地定位于该容纳空间中远离该光孔的一端，且具有第一螺纹部；镜头，设置于该容纳空间中邻近该光孔的一端，具有对应螺纹连接至该第一螺纹部的第二螺纹部、及对应滑动定位至该第一导引部的第二导引部，以根据该套筒旋转而进行轴向运动；以及压电组件，是固定于该座体中并接触该套筒外侧，用以提供旋转动力驱动该套筒旋转以带动镜头进行对焦.

前述的自动对焦光学镜头模块中，该压电组件的轴心是可与该套筒的轴心相互平行；该压电组件是可包括一金属管与二个压电陶瓷片，较佳地，二个压电陶瓷片是间隔固设于该金属管的外表面，而该金属管是可采用例如铝管或铜管，其中，该铜管是可为黄铜管，当然亦可替换为塑料管而非以金属管。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选自极化、电极涂布、及切割的其中一种。

该座体中是可设有邻接于该容纳空间的固定孔，用以固定该压电组件。该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套筒外侧的预应力，其中，该压制部至少可包括结合于该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，该压制部复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。在一较佳实施例中，该座体中是可固定多个接触该套筒外侧的压电组件，且各该压电组件是可等角配置于该套筒外侧；在另一较佳实施例中，该座体中是可固定间隔配置并接触该套筒外侧的压电组件及从动转轮，其数量可依实际需求而定，当然，该压电组件及从动转轮亦可等角配置并接触该套筒外侧。该座体是可由一底座及一前盖所组成。

该套筒外侧是可具有一摩擦部，以供压电组件接触驱动；其中，该摩擦部是呈可环绕于该套筒外侧的环状结构，而该环状结构是可选自金属、橡胶、及耐磨材料的其中一种。设于该套筒的第一螺纹部为内螺纹，而设于该镜头的第二螺纹部则为外螺纹。该第一导引部是可为形成于该座体中的导轨，而该第二导引部则可为形成于该镜头外侧且对应滑动配合至该导轨的套合框；其中，该导轨前段可设有一挡止结构，用以限制该套合框的滑动行程；另外，该导轨后段可结合一从动转轮，用以接触于套筒外侧。在一较佳实施例中，该镜头外部是可固定一套件，而该套合框是形成于该套件外侧。

相比于现有技术，本发明可选择同时驱动多个压电组件，因而可提高驱动扭力，且利用单一压电组件或同时驱动多个压电组件，即可驱动镜头本体中的镜组作伸缩变焦的动作，已达成与缩小体积的目的，利于应用在例如手机等电子装置中。此外，本发明的座体、镜头、套筒、及压电组件等构件并无复杂设计，且可使用一般规格品或一体成型制造，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是显示本发明自动对焦光学镜头模块的第一实施例示意图；

图2是显示本发明自动对焦光学镜头模块的第一实施例爆炸图；

第3A至3D图是显示本发明自动对焦光学镜头模块所应用压电组件的四种实施例示意图；以及

图4是显示本发明自动对焦光学镜头模块的第二实施例示意图。

具体实施方式

以下配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及图2所示，本发明提供一种自动对焦光学镜头模块，是包括具有容纳空间的座体1、可转动地定位于该容纳空间1中的套筒2、螺纹连接于该套筒2的镜头3、及固定于该座体1中用以接触驱动该套筒2旋转的压电组件4，该座体1与该镜头3分别设有对应滑动定位的第一导引部15及第二导引部331，从而可通过驱动该套筒2旋转而转换带动该镜头3进行对焦，由此构件简易的自动对焦光学镜头模块提升驱动力，并克服现有技术构件复杂的缺点。

在本实施例中，该压电组件4的轴心是与该套筒2的轴心相互平行，以提供较佳的驱动效率，从而可确保输出扭力最大，但是若为考虑整体体积的小型化亦可使之不处于平行状态，而不限于本实施例所示。此外，该压电组件4可在固定电压下，施以单相共振频率(单一频率与单一相位)或双相共振频率(单一频率，相位不同)来驱动的，但是实际供给电压的方法是以接线或外设接脚，视所应用的产品设计而异，由于此等接线或外设接脚的方法确为所属技术领域普通技术人员所能理解并轻易完成的部份，故于本实施例中未予揭示。

该座体1的容纳空间中，是用以容纳可定位旋转的套筒2、以及螺纹连接于该套筒2并根据该套筒2旋转而轴向运动地进行对焦的镜头3，且该座体1中并固定用以接触驱动该套筒2旋转的压电组件4、以及形成第一导引部15。于本实施例中，所述座体1是包括由一底座11及一前盖13所组成，于该底座11及该前盖13的对应处分别设有邻接于该容纳空间的固定孔111与131，用以固定该压电组件41，即该压电组件4的两端分别固定于该固定孔111与131，因此提供该压电组件4的最佳固定边界条件。另外，于该底座11及该前盖13的对应处另分别设有二定位孔113与133，用以定位二第一导引部15，该第一导引部15是一导轨，该例如为导轨的第一导引部15前段是设有一挡止结构151，而后段是结合一从动转轮153，用以滚动接触于该套筒2外侧。

前述该底座11及该前盖13之中组装所需构件后，是以锁固或黏着方式结合形成一座体1，而本实施例中由底座11及该前盖13组成该座体1为例，是基于简化零件制造的初衷，但是该座体1的结构亦可等效变化为一ㄩ型底座及一板状侧盖的组装结构，同样可达易于组装的效果，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的，故不再另外搭配实施例与附图赘述。

该套筒2外侧是具有一摩擦部23，以供该压电组件4接触驱动，在本实施例中，该摩擦部23是呈环绕于该套筒2外侧的环状结构，而该环状结构是可选自金属、橡胶、及耐磨材料的其中一种，例如使用橡胶套环。该套筒2设有例如为内螺纹的第一螺纹部21，用以螺纹连接该镜头3。另外，该套筒2可转动地定位于该座体1的容纳空间中，是通过二个第一导引部15后段的从动转轮153搭配该压电组件4所达成，亦即通过间隔环绕于该套筒2外侧的二个从动转轮153及一压电组件4达成转动定位关系，并且通过二个第一导引部15前段的挡止结构151提供定位而使该套筒2无法轴向运动。

该镜头3后段是设有例如为外螺纹的第二螺纹部31，用以对应螺纹连接至该套筒2，而该镜头3前段则设有对应滑动定位至该第一导引部15的第二导引部331，例如形成于该镜头3外侧且对应滑动配合至该第一导引部15的套合框，而前述该例如为导轨的第一导引部15前段所设的挡止结构151，则用以限制该例如为套合框的第二导引部331的滑动行程，亦即通过该挡止结构151限制该镜头3的轴向运动距离.在本实施例中，该镜头3外部是固定一套件33，而该例如为套合框的第二导引部331是形成于该套件33外侧，如此可使用规格化的镜头3搭配固定一套件33，无须另外制作具有第二导引部331的镜头3.同时，该座体1的前盖13中又设有供该第二导引部331活动的通道135.

该压电组件4根据其节点固定于该座体1的二个固定孔111及131，如图3A所示的实施例中，该压电组件4是包括一金属管41与二个压电陶瓷片43，其中，该金属管41是可选用铝管或铜管(例如黄铜管)，但不限于此，亦可例如替换为塑料管，而该二个压电陶瓷片43是间隔固设于该金属管41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43的层数是可为单层或多层，同时，该压电陶瓷片43是可依模态形状作极化、电极涂布、或切割，如图3B所示的实施例中，该压电陶瓷片43的表面可做最佳振动模态的电极涂布，图3C所示的实施例中，该压电陶瓷片43上可做最佳振动模态的极化，在图3D所示的实施例中，该压电陶瓷片43上可做最佳振动模态的匹配。

该金属管41可供接设外加电场的负极，而二该压电陶瓷片43分别可供接设两组外加电场的正极。通过施加电压于其一压电陶瓷片43上，利用逆压电效应使该压电组件4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，施加不同相位的电压于另一压电陶瓷片43上，利用逆压电效应使该压电组件4产生高频偏摆的机械能，进而形成例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)动力以驱动该套筒2进行旋转运动。

而该压电组件4的驱动方式又可如前述图3A至图3D所示变化，例如可为单频单相驱动(例如Vsinωt或Vcosωt)、单频双相驱动(例如Vsinωt及Vcosωt)、双频单相驱动(例如Vsinω₁t及Vsinω₂t或Vcosω₁t及Vcosω₂t)、或双频双相驱动(例如Vsinω₁t及Vcosω₂t，其中ω₁不等于ω₂)。当然，亦可采以例如方波或锯齿波等驱动电压驱动的，不限于本实施例中所示的弦波驱动电压。

由于该套筒2是可旋转地定位于该座体1中，且螺纹连接于该套筒2的镜头3是通过第一导引部15及第二导引部331的对应滑动定位而无法转动，搭配该第一螺纹部21与第二螺纹部31的对应螺纹设计，使得位于该套筒2中的镜头3只能根据套筒2旋转而轴向运动。因此，通过施加外部电压至该压电组件4使其产生类似呼拉圈模态的圆周运动，即可通过接触该套筒2的摩擦现象而驱转该套筒2，使该镜头3进行拉远或拉近的对焦动作。

虽然本实施例中是以该座体1中固定等角配置并接触该套筒2外侧的一个压电组件4及两个从动转轮153为例，但是在其它实施例中，所述从动转轮153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4，并不限于本实施例所示的搭配数量，例如该座体1中亦可固定多个接触该套筒2外侧的压电组件4。另外，不论完全使用压电组件4或搭配使用从动转轮153，仅需环绕接触于该套筒2外侧而达转动定位效果即可，其相互间的配置关系并不限于以围绕该套筒2的等角配置关系。

另外，本实施例中所述的压电组件4虽以包括一金属管41与二个压电陶瓷片43为例，但是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.

请参阅图4所示，本发明所提供的自动对焦光学镜头模块中，该座体1的一侧，即该前盖13是可设置一压制该压电组件4的压制部17，用以提供该压电组件4接触至该套筒2外侧的预应力，在本实施例中，该压制部17为结合于该前盖13并抵紧该压电组件4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4接触至该套筒2外侧的预应力。

再者，基于该压电组件4进行类似呼拉圈模态的圆周运动的变异量，亦可在其中设置用以吸收所述变异的组件。即该压制部17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4之间的缓冲组件171，在本实施例中，该缓冲组件171是例如为一橡胶垫。

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自动对焦光学镜头模块，而且该自动对焦光学镜头模块具有扭力大、体积小、构件简单、结构坚固、制造容易与组装便捷等的功效，已然克服现有技术中的缺点，符合专利申请要素中的产业上利用性、新颖性与进步性，爰此端请赐予发明专利为荷！

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而不用于限制本发明。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改与变化。因此，本发明的权利保护范围，应如后述的权利要求所限。

【主要组件符号说明】

1座体

11底座

111固定孔

113定位孔

13前盖

131固定孔

133定位孔

135通道

15第一导引部

151挡止结构

153从动转轮

17压制部

171缓冲组件

2套筒

21第一螺纹部

23摩擦部

3镜头

31第二螺纹部

33套件

331第二导引部

4压电组件

41金属管

43压电陶瓷片

Claims

1.一种自动对焦光学镜头模块，包括：

座体，具有容纳空间、对外连通该容纳空间的光孔、及邻接该容纳空间的第一导引部；

套筒，可转动地定位于该容纳空间中远离该光孔的一端，且具有第一螺纹部；

镜头，设置于该容纳空间中邻近该光孔的一端，具有对应螺纹连接至该第一螺纹部的第二螺纹部、及对应滑动定位至该第一导引部的第二导引部，以根据该套筒旋转而进行轴向运动，并于该第一导引部前段设有一挡止结构，用以限制该第二导引部的滑动行程，且于该第一导引部后段设有从动转轮，该从动转轮并接触该套筒外侧；

压电组件，是固定于该座体中并接触该套筒外侧，用以提供旋转动力驱动该套筒旋转以带动镜头进行对焦；以及

压制部，是设置在该座体一侧，用以压制该压电组件，以提供该压电组件接触至该套筒外侧的预应力。

2.根据权利要求1所述的自动对焦光学镜头模块，其中，该压电组件包括一金属管与二个压电陶瓷片。

3.根据权利要求2所述的自动对焦光学镜头模块，其中，二个压电陶瓷片是间隔固设于该金属管的外表面。

4.根据权利要求2所述的自动对焦光学镜头模块，其中，该压电陶瓷片的层数为选自单层及多层的其中一种。

5.根据权利要求2所述的自动对焦光学镜头模块，其中，该压电陶瓷片是依模态形状作选自极化、电极涂布、及切割的其中一种。

6.根据权利要求1所述的自动对焦光学镜头模块，其中，该第一螺纹部为内螺纹，而该第二螺纹部为外螺纹。

7.根据权利要求1所述的自动对焦光学镜头模块，其中，该套筒外侧具有一摩擦部，以供压电组件接触驱动。

8.根据权利要求7所述的自动对焦光学镜头模块，其中，该摩擦部是呈环绕于该套筒外侧的环状结构。

9.根据权利要求8所述的自动对焦光学镜头模块，其中，该环状结构的材料为选自金属、橡胶、及耐磨材料的其中一种。

10.根据权利要求1所述的自动对焦光学镜头模块，其中，于该座体中固定多个接触该套筒外侧的压电组件。

11.根据权利要求10所述的自动对焦光学镜头模块，其中，各该压电组件是等角配置于该套筒外侧。

12.根据权利要求1所述的自动对焦光学镜头模块，其中，该压电组件及从动转轮是等角配置并接触该套筒外侧。

13.根据权利要求1所述的自动对焦光学镜头模块，其中，该第一导引部为形成于该座体中的导轨，而该第二导引部则为形成于该镜头外侧且对应滑动配合至该导轨的套合框。

14.根据权利要求13所述的自动对焦光学镜头模块，其中，该镜头外部是固定一套件，而该套合框是形成于该套件外侧。

15.根据权利要求1所述的自动对焦光学镜头模块，其中，该座体中是设有邻接于该容纳空间的固定孔，用以固定该压电组件。

16.根据权利要求1所述的自动对焦光学镜头模块，其中，该压制部至少包括结合于该座体一侧并抵紧该压电组件外侧的预应力调整组件。

17.根据权利要求16所述的自动对焦光学镜头模块，其中，该预应力调整组件是一螺丝。

18.根据权利要求16所述的自动对焦光学镜头模块，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。

19.根据权利要求18所述的自动对焦光学镜头模块，其中，该缓冲组件是一橡胶垫。

20.根据权利要求1所述的自动对焦光学镜头模块，其中，该座体是由一底座及一前盖所组成。