CN102035427B - 致动器、相机模组及便携式电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种致动器，其包括固定装筒、活动装筒、压电致动组件及弹性元件。该固定装筒具有第一收容腔。该活动装筒活动地收容于该第一收容腔中。该压电致动组件摩擦驱动该活动装筒，以使该活动装筒相对该固定装筒沿其中心轴方向移动。该弹性元件与该活动装筒及固定装筒相连。该弹性元件所提供的弹力使得该活动装筒与压电驱动组件相互摩擦接触，从而使得压电驱动组件摩擦驱动所述活动装筒移动。本发明还涉及一种具有该致动器的相机模组及一种具有该相机模组的便携式电子装置。

Description

致动器、相机模组及便携式电子装置

技术领域

本发明涉及一种能量损耗较少且体积较小的致动器、具有该致动器的相机模组及使用该相机模组的便携式电子装置。

背景技术

随着科技的发展，小型化的数码相机、手机或者笔记本电脑等电子设备日益贴近人们的生活(请参见Development of compact camera module having auto focus actuator andmechanical shutter system for mobile phone，Control，Automation and Systems，2007.ICCAS’07.International Conference on 17-20Oct.2007Page(s)：2319-2322)。目前，常用的具有对焦功能的相机模组通常由步进马达驱动镜筒沿其中心轴运动来进行位置调节，最终达到对焦的目的。

然而，步进马达在驱动与镜座螺接的镜筒时，固定在该步进马达的转轴上的第一齿轮带动与该第一齿轮啮合的第二齿轮，从而带动设在镜筒上、且与该第二齿轮啮合的外齿轮，以使该镜筒转动，从而调节该镜筒相对该镜座的位置以实现对焦。由于驱动能量从步进马达的转轴传给第一齿轮，第一齿轮传给第二齿轮，最后由第二齿轮再传给镜筒，所以，在整个驱动过程中，能量损失较大。另外，不仅该步进马达的体积较大，而且该步进马达需要驱动第一齿轮，第一齿轮再驱动第二齿轮，最后由第二齿轮驱动镜筒，直接使得具有该步进马达的相机模组的体积也较大，具有该相机模组的便携式电子装置的体积也较大。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能量损失较少、体积较小的致动器、具有该致动器的相机模组及使用该相机模组的便携式电子装置。

一种致动器包括两端开口的固定装筒、两端开口的活动装筒、压电致动组件及弹性元件。所述固定装筒具有第一收容腔。所述第一收容腔贯穿所述固定装筒的两端。所述活动装筒活动地收容于所述第一收容腔中，且所述活动装筒的中心轴与所述固定装筒的中心轴同轴。所述压电致动组件摩擦驱动所述活动装筒，以使所述活动装筒相对所述固定装筒沿其中心轴方向移动。所述压电致动组件包括压电单元及固定于所述压电单元的摩擦件。所述压电单元设于所述固定装筒的侧壁，其用于通电以产生形变从而带动所述摩擦件做椭圆运动。所述摩擦件与所述活动装筒相互摩擦接触。所述弹性元件与所述活动装筒及固定装筒相连。所述弹性元件所提供的弹力使得所述活动装筒与摩擦件相互摩擦接触，从而使得被施加电压的压电单元所带动的所述摩擦件摩擦驱动所述活动装筒移动。

一种相机模组包括镜筒及上述致动器。所述致动器用于驱动所述镜筒移动以实现对焦。所述致动器的活动装筒用于收容所述镜筒。

一种便携式电子装置包括电子装置本体及设置在所述电子装置本体上的上述相机模组。

相对于现有技术，本发明实施例提供的致动器通过对压电单元施压来带动摩擦件运动，以使摩擦件直接摩擦驱动该活动装筒相对于该固定装筒沿其中心轴方向运动，从而使得驱动能量的损失较少。同时，该压电单元设于该固定装筒，使得该致动器的结构较紧凑，体积较小，具有该致动器的相机模组结构较紧凑，体积较小，具有该相机模组的便携式电子装置结构较紧凑、体积较小。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的致动器的立体示意图，该致动器包括外壳。

图2是图1中的致动器外壳被移开的立体示意图。

图3是图2中被移去外壳的致动器的分解示意图。

图4是本发明第二实施例提供的弹性元件的立体示意图。

图5是本发明第三实施例提供的相机模组的示意图。

图6是本发明第四实施例提供的的便携式电子装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1至图3，其为本发明第一实施例提供的致动器100。致动器100包括外壳10、两端开口的固定装筒20、两端开口的活动装筒30、压电致动组件40、上弹性元件50、下弹性元件60及承载体70。两弹性元件50及60分别位于固定装筒20的两端。

外壳10用来保护该致动器100的其他元件免受外界污染及损坏，其具有一个顶板101、两个第一侧板102及两个第二侧板103。顶板101的中央设有通孔，以使光线穿过。两个第一侧板102设置于顶板101的相对两侧。两个第二侧板103设置于顶板101的另外相对两侧。顶板101、两个第一侧板102及两个第二侧板103形成一个收容空间，以使固定装筒20、活动装筒30、压电致动组件40及两弹性元件50、60收容于该外壳10内。

固定装筒20具有第一收容腔201。第一收容腔201贯穿固定装筒20两端。第一收容腔201用来活动地收容活动装筒30。本实施例中，固定装筒20为由塑料制成的立方体结构，其具有四个首尾相连的侧壁；当然，固定装筒20也可以为圆柱形、三棱柱形或五棱柱形筒状体，不限于本实施例中的立方体结构，可根据需要来设计。

固定装筒20还具有一个设于其侧壁的第二收容腔202。第二收容腔202与第一收容腔201相连通，其用于收容压电驱动组件40。本实施例中，第二收容腔202贯穿固定装筒20的侧壁。当然，第二收容腔202也可以设于一侧壁的内侧壁，且没有贯穿该侧壁的外侧壁。当然，也可以没有第二收容腔202。

固定装筒20的内壁还设有至少两个长条型第一限位结构203。该至少两个第一限位结构203中每一个第一限位结构203的轴向均平行于该固定装筒20的中心轴。优选地，本实施例中，至少两个第一限位结构203以固定装筒20的中心呈中心对称分布。每一第一限位结构203均设于该固定装筒20的两两侧壁相交之处，且为凹陷结构。当然，第一限位结构203也可以为长条形凸起结构。当然，也可以没有第一限位结构203。

固定装筒20的上下端面还分别设有四个定位柱，以将两弹性元件50、60分别定位及固定在固定装筒20的上下端面。该四个定位柱中两个为靠近压电致动组件40的定位柱205，另外两个为远离压电致动组件40的定位柱206。本实施例中，两个定位柱205距固定装筒20的中心轴的距离大于定位柱206距固定装筒20的中心轴的距离。当然，两个定位柱205及两个定位柱206也可以以固定装筒20的中心呈中心对称分布。

活动装筒30活动地收容于第一收容空间201中，且其中心轴与固定装筒20的中心轴同轴。活动装筒30的外壁还设有一片摩擦片301。摩擦片301由耐磨材料制成，其具有一个表面3011及一个形成于表面3011的长条形凹陷结构3012。表面3011与该压电驱动组件40相对。凹陷结构3012的轴向平行于活动装筒30的中心轴，其用于收容部分压电驱动组件40。本实施例中，活动装筒30为由塑料制成的筒状结构；摩擦片301为不锈钢片。当然，摩擦片301也可以由锰系耐磨材料、铬系耐磨材料或复合型耐磨材料制成。

活动装筒30的外壁还设有至少两个长条型第二限位结构303。每一第二限位凸起结构303的轴向均平行于该活动装筒30的中心轴。多个第二限位结构303与多个第一限位结构203相配合使用，以减小组入镜筒(图未示)时，活动装筒30相对于固定装筒20运动，从而减小组入镜筒时，上弹性元件50及下弹性元件60发生较大扭曲，进而被损伤的可能。

优选地，本实施例中，至少两个第二限位结构303以活动装筒20的中心呈中心对称分布，且其个数与该第一限位结构203的个数相等，以使一个第二限位结构303收容于一个第一限位结构203中。当然，第二限位结构303也可以为长条形凹陷结构。当然，也可以没有第二限位结构303。需要说明的是，虽然一个第二限位结构303收容于一个第一限位结构203中，但是它们之相互配合后，活动装筒30还可以相对固定装筒20进行移动，只要该移动不会使得上弹性元件50及下弹性元件60发生较大扭曲即可实现本发明的目的。

压电驱动组件40用于驱动活动装筒30，以使活动装筒30相对固定装筒20移动。压电致动组件40具有压电单元401、固定于压电单元401的摩擦件403及支撑件405。压电单元401收容于第二收容腔202，且其通电后的形变不会受到第二收容腔202周围壁的阻碍。摩擦件403由耐磨材料制成，且与摩擦片301的表面3011相对。支撑件405设于固定装筒20，其用于支撑压电单元401，且不会妨碍压电单元401的形变。

压电单元401通电形变后可带动摩擦件403做椭圆运动(该椭圆的长轴平行于摩擦件403的轴向，该椭圆的短轴垂直于摩擦件403与压电单元401相接合的表面)。摩擦件403与摩擦片301相互摩擦接触，以使摩擦件403做椭圆运动时，摩擦件403与摩擦片301之间产生摩擦力，进而带动活动装筒30相对固定装筒20沿固定装筒20的中心轴移动。

本实施例中，压电单元401包括压电晶体4011及设于压电晶体4011上的电极(图未示)，压电晶体4011通过电极与设于柔性电路板405上的导线(图未示)电性相连，以通过与该导线电性相连的外部电源(图未示)为压电晶体4011施加电压；摩擦件403为由不锈钢制成的长条形柱状体，其收容于凹陷结构3012中，且与凹陷结构3021相互摩擦接触，以使摩擦件403与摩擦片301之间可以产生较大的摩擦力；支撑件405设于开设有第二收容腔202的侧壁的外侧壁，其具有两根支撑条4051，两根支撑条4051均平行于固定装筒20的中心轴，压电晶体4011的两端分别设于两根支撑条4051。

当然，摩擦件403也可以由锰系耐磨材料、铬系耐磨材料或复合型耐磨材料制成。当然，支撑件405也可以垂直于固定装筒20的中心轴，且其两端也可以固接于第二收容腔202周围平行于固定装筒20中心轴的两个侧壁，只要其不会阻碍压电晶体4011形变也能实现本发明的目的。当然，若固定装筒20没有第二收容腔202时，也可以将支撑件405设于固定装筒20的内侧壁。

当然，摩擦片301也可以没有凹陷结构3012。当然，也可以没有摩擦片301，此时，摩擦件403与活动装筒30的外壁之间产生的摩擦力也可带动活动装筒30沿固定装筒20的中心轴移动。

上弹性元件50为板状体，其位于活动装筒30靠近顶板101的端部。上弹性元件50的中央设有通孔501，以使光线穿过上弹性元件50。上弹性元件50包括第一弹性板体502及与第一弹性板体502相连的第二弹性板体503。本实施例中，第一弹性板体502及第二弹性板体503单独成型后再相互连接以形成上弹性元件50。当然，第一弹性板体502及第二弹性板体503也可一体成型。

第一弹性板体502靠近该压电致动组件40，且其为轴对称图形。第一弹性板体502的对称轴为第一弹性板体502平行于其板面的中心轴。第一弹性板体502具有两根第一弹力臂5022、两个第一外侧固定部5023及一个第一内侧固定部5025。两根第一弹力臂5022以第一弹性板体502的对称轴呈轴对称分布。两个第一外侧固定部5023以第一弹性板体502的对称轴呈轴对称分布。第一内侧固定部5025为以第一弹性板体502的对称轴呈轴对称分布的弧形结构。

一根第一弹力臂5022的两端分别连接一个第一外侧固定部5023及第一内侧固定部5025。另一根第一弹力臂5022的两端分别连接另一个第一外侧固定部5023及第一内侧固定部5025。本实施例中，第一弹力臂5022为弧形结构。当然，第一弹力臂5022也可以为S型或L型结构，不限于本实施例，可根据实际需要来设计。

两个第一外侧固定部5023固设于固定装筒20靠近压电驱动组件40的右侧端面。两个第一外侧固定部5023还分别具有一个定位孔5026。两个定位孔5026分别与两个定位柱205相配合，以将两个第一外侧固定部5023定位并固接于固定装筒20靠近压电驱动组件40的右侧端面。为了使两个第一外侧固定部5023牢固地固接于固定装筒20，也可以在两个第一外侧固定部5023与固定装筒20之间点胶。

第一内侧固定部5025固设于活动装筒30靠近压电驱动组件40的右侧端面。本实施例中，第一内侧固定部5025为一个半圆弧结构。

第二弹性板体503远离压电致动组件40，且其为轴对称图形。该第二弹性板体503的对称轴为第二弹性板体503平行于其板面的中心轴。第二弹性板体503具有两根第二弹力臂5032、两个第二外侧固定部5033及一个第二内侧固定部5035。两根第二弹力臂5032以该第二弹性板体503的对称轴呈轴对称分布。两个第二外侧固定部5033以第二弹性板体503的对称轴呈轴对称分布。第二内侧固定部5035为以第二弹性板体503的对称轴呈轴对称分布的弧形结构。一根第二弹力臂5032的两端分别连接一个第二外侧固定部5033及第二内侧固定部5035。另一根第二弹力臂5032的两端分别连接另一个第二外侧固定部5033及第二内侧固定部5035。本实施例中，该第二弹力臂5032为弧形结构。当然，该第二弹力臂5032也可以为S型或L型结构，不限于本实施例，可根据实际需要来设计。

两个第二外侧固定部5033固设于固定装筒20远离压电驱动组件40的左侧端面。两个第二外侧固定部5033还分别具有一个定位孔5036。两个定位孔5036与两个定位柱206相配合，以将两个第二外侧固定部5033定位并固接于固定装筒20靠近顶板101的左侧端面。

第二内侧固定部5035固设于活动装筒30远离压电驱动组件40的左侧端面，且其与第一内侧固定部5025围成通孔501。本实施例中，第二内侧固定部5035为一个半圆弧结构。

两根第二弹力臂5032所提供的弹力小于两根第一弹力臂5022所提供的弹力，从而使得活动装筒30在其所受到的四根弹力臂5032、5022垂直于活动装筒30中心轴的平面上的合力的作用下与摩擦件403相互摩擦接触。也就是说，摩擦片301与摩擦件403相互摩擦接触，从而使得被压电晶体4011所带动的摩擦件403摩擦驱动活动装筒40相对固定装筒30移动。而且，活动装筒30在其所受到的四根弹力臂5022、5032的作用下，活动装筒30的中心轴偏离固定装筒20的中心轴的可能性及活动装筒30产生倾角发生的可能性均随之降低。

本实施例中，第二弹力臂5032与第一弹力臂5022相同。组装上弹性元件50时，先将第一及第二内侧固定部5025及5035固定在活动装筒30的上端面，再将第二弹性板体503的两个第二外侧固定部5033分别通过其定位孔5036与两个定位柱206相固接；然后，将第一弹性板体502的两个第一外侧固定部5023分别通过其定位孔5026与两个定位柱205相固接，此时，因为两个定位柱205距固定装筒20的中心轴的距离大于定位柱206距固定装筒20的中心轴的距离，所以活动装筒30的中心轴偏离固定装筒20的中心轴，且靠近压电致动组件40；最后，将设有压电晶体4011的支撑件405设于固定装筒20，以使固设于压电晶体4011的摩擦体403挤压摩擦片301，且活动装筒30的中心轴与固定装筒20的中心轴同轴，此时，两个第二弹力臂5032恢复到未形变状态，而两个第一弹力臂5022会提供朝向压电致动组件40方向的弹力，从而完成了上弹性元件50与活动装筒30、固定装筒20及压电致动组件40与固定装筒20的组装，实现了摩擦体403与摩擦片301的相互摩擦接触，且两根第二弹力臂5032所提供的弹力小于两根第一弹力臂5022所提供的弹力。

当然，若两个定位柱205及两个定位柱206以固定装筒20的中心呈中心对称分布，则，只要在相同形变下(包括安装好的初始状态)，第二弹力臂5032所提供的弹力小于第一弹力臂所提供的弹力也会实现本发明的目的。例如，只要第二弹力臂5032的刚性小于第一弹力臂5022的刚性，则，在相同形变下，第二弹力臂5032所提供的弹力就会小于第一弹力臂5022所提供的弹力。此时，若第二弹力臂5032与第一弹力臂5022之间除了宽度不同之外，其他均相同时，只要第二弹力臂5032的宽度小于第一弹力臂5022的宽度，则，第二弹力臂5032的刚性就会小于第一弹力臂5022的刚性；若第二弹力臂5032与第一弹力臂5022之间除了弹性系数不同之外，其他均相同时，只要第二弹力臂5032的弹性系数小于第一弹力臂5022的弹性系数，则，第二弹力臂5032的刚性就会小于第一弹力臂5022的刚性。

当然，上弹性元件50也可以没有第二弹性板体503，此时，第一弹力臂5022所提供的弹力也能使得摩擦片301与摩擦件403相互摩擦接触。当然，上弹性元件50也可以为弹簧，此时，该弹簧靠近压电致动组件40，且其两端分别连接固定装筒20及活动装筒30亦能实现本发明的目的。当然，弹簧的个数也可以为两个、三个或多个。

下弹性元件60与上弹性元件50的结构相同，组装方法也相同，只不过需要将上弹性元件50及下弹性元件60与活动装筒30、固定装筒20组装完成后，再将压电致动组件40与固定装筒20组装为一体。当然，也可以没有下弹性元件60。当然，也可以只有下弹性元件60，没有上弹性元件50。承载体70呈方形，与外壳20形成一个收容空间。该收容空间用来收容该固定装筒20、活动装筒30、压电致动组件40及上弹性元件50与下弹性元件60。

致动器100通过对压电晶体4011施压而带动摩擦件403运动，直接摩擦驱动活动装筒30相对于固定装筒20运动，从而使得驱动能量的损失较少。同时，压电晶体4011收容于固定装筒20，使得致动器100的内部空间合理地被利用，直接使得致动器100的结构较紧凑，体积较小。

请参阅图4，其为本发明第二实施例提供的弹性元件50a，其与上弹性元件50大体上相同，不同之处在于：弹性元件50a为一体成型结构，其第一内侧固定部5025a为由两个相互分离的弧形结构5027a组成的中断的半圆弧结构，以使两个第一弹力臂5022a之间的弹力不会相互影响。

请参见图5，本发明所提供的相机模组200，其包括致动器100、镜筒300及感测器400。

致动器100可以是上述实施例所提供的致动器中的任意一种。

镜筒300用于收容镜片(图未示)，其固定地收容于活动装筒30内。

感测器400与镜筒300相对设置。外部光线照射经过镜筒300内的镜片，然后再经过该镜片入射到感测器400上。

可以理解的，在本发明中，镜筒300及感测器400的类型以及封装方式可以是现有技术当中出现的任何一种。

请参见图6，本发明所提供的便携式电子装置500，其包括电子装置本体600及相机模组200，相机模组200设置在电子装置本体600上。

在本实施例中，便携式电子装置500是手机，相机模组200可以是上述实施例所提供的相机模组中的任意一种。当然，便携式电子装置500也可以为录像机、数码相机等其它电子装置。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种致动器，其包括： 

两端开口的固定装筒，所述固定装筒具有第一收容腔，所述第一收容腔贯穿所述固定装筒的两端； 

两端开口的活动装筒，所述活动装筒活动地收容于所述第一收容腔中，所述活动装筒的中心轴与所述固定装筒的中心轴同轴； 

压电致动组件，所述压电致动组件驱动所述活动装筒，以使所述活动装筒相对所述固定装筒沿其中心轴方向移动，所述压电致动组件包括压电单元及设于所述压电单元的摩擦件，所述压电单元设于所述固定装筒的侧壁，其用于通电以产生形变从而带动所述摩擦件做椭圆运动，所述摩擦件与所述活动装筒相互摩擦接触； 

弹性元件，所述弹性元件包括第一弹性板体，所述第一弹性板体位于所述活动装筒一端，且靠近所述压电致动组件，所述弹性元件具有两根第一弹力臂，所述两根第一弹力臂以所述第一弹性板体平行于其板面的中心轴对称分布，所述弹性元件的两根第一弹力臂中每一根第一弹力臂的两端均分别连接所述活动装筒及固定装筒，所述弹性元件的两根第一弹力臂所提供的弹力使得所述活动装筒与摩擦件相互摩擦接触，从而使得被施加电压的压电单元所带动的所述摩擦件摩擦驱动所述活动装筒移动。 

2.如权利要求1所述的致动器，其特征在于：所述第一弹性板体为轴对称图形，所述第一弹性板体的对称轴为所述第一弹性板体平行于其板面的中心轴，所述第一弹性板体还包括两个第一外侧固定部及一个第一内侧固定部，所述两个第一外侧固定部以所述对称轴呈轴对称分布，且所述两个第一外侧固定部与所述固定装筒靠近所述压电致动组件的一侧端面直接相连，所述第一内侧固定部为以所述对称轴呈轴对称分布的弧形结构，且其与所述活动装筒靠近所述压电致动组件的一侧端面直接相连，一根所述第一弹力臂将一个所述第一外侧固定部与所述第一内侧固定部相连，另一根所述第一弹力臂将另一个所述第一外侧固定部与所述第一内侧固定部相连。 

3.如权利要求2所述的致动器，其特征在于：所述两个第一外侧固定部中每一个第一外侧固定部均设有一个通孔，所述固定装筒靠近所述压电致动 组件的一侧端面设有两个定位柱，所述两个定位柱分别与所述两个第一外侧固定部的通孔相配合使用，以使所述第一弹性板体与所述固定装筒定位并固接。 

4.如权利要求1所述的致动器，其特征在于：所述弹性元件进一步包括一个第二弹性板体，所述第二弹性板体与所述第一弹性板体相连，以形成一个内侧设于所述活动装筒一端、外侧设于所述固定装筒一端的弹片，所述第二弹性板体包括两个位于所述活动装筒及固定装筒之间的第二弹力臂，所述两个第二弹力臂以所述第二弹性板体平行于其板面的中心轴对称分布，且所述两个第二弹力臂所提供的弹力小于所述第一弹性板体的两个第一弹力臂所提供的弹力。 

5.如权利要求4所述的致动器，其特征在于：所述第二弹力臂的刚性小于所述第一弹性臂的刚性，以使相同形变下，所述两个第二弹力臂所提供的弹力小于所述第一弹性板体的两个第一弹力臂所提供的弹力。 

6.如权利要求5所述的致动器，其特征在于：所述第二弹力臂与第一弹力臂之间仅存在宽度差异，所述第二弹力臂的宽度小于所述第一弹力臂的宽度，以使所述第二弹力臂的刚性小于所述第一弹性臂的刚性。 

7.一种相机模组，其包括镜筒，其特征在于：所述相机模组进一步包括如权利要求1至6项任一项所述的致动器，所述致动器用于驱动所述镜筒移动以实现对焦，所述致动器的活动装筒用于收容所述镜筒。 

8.一种便携式电子装置，其包括电子装置本体及设置在所述电子装置本体上的如权利要求7所述的相机模组。 

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