CN111580240A - 一种变焦镜头模组及应用其的电子设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种变焦镜头模组及应用其的电子设备，所述变焦镜头模组包括镜头、传动件、压电单元和导电板，通过压电单元的逆压电效应驱动镜头模组的自动变焦，所述压电单元根据不同的电信号输入，产生相应的局部形变，进而带动相应的镜头位移，完成变焦。本发明实施例的变焦镜头模组通过压电驱动镜头变焦，具备良好的变焦精度与速度。

Description

一种变焦镜头模组及应用其的电子设备

技术领域

本发明涉及光电器件领域，具体涉及一种变焦镜头模组及应用其的电子设备。

背景技术

镜头是现在日常生活中最常用的光学成像器件，人们对图像质量的要求不断提高，为了获得清晰、准确的图像，变焦起着重要的作用，每次变焦技术的升级都能大幅提升输入图像的质量，并适应更多复杂场景不同的焦距要求。

现有的镜头光学变焦通常是以音圈马达作为驱动源，音圈马达是利用金属线圈切割磁场所产生的电磁力和永磁体的静磁力来控制镜头的移动，存在以下方面的问题：(1)结构复杂(2)变焦精度低，位移反应慢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以压电驱动的变焦镜头模组及应用其的电子设备，以简化变焦镜头模组的结构并提高控制精度与反应速度。

第一方面，本发明实施例提供了一种变焦镜头模组，包括：

至少一个镜头；

至少一个传动件，与所述镜头固定连接；

导电板；

压电单元，与所述导电板电连接，被配置为接收所述导电板输入的电信号产生形变以驱动所述镜头移动。

进一步地，所述变焦镜头模组包括多个镜头；

所述多个镜头以阵列方式排布。

进一步地，所述压电单元包括：

至少一个压电体，在所述镜头排布的方向上延伸；以及

导电电路，与所述导电板电连接，用于将所述导电板的电信号传输到所述压电体的不同电路子区域；

其中，每个所述电路子区域唯一的对应一个所述传动件。

进一步地，所述导电电路形成在所述压电体上。

进一步地，所述至少一个压电体包括：

第一压电体，形成为长条状；以及

第二压电体，形成为长条状；

其中，所述第一压电体和所述第二压电体相互平行地设置在所述传动部件的下方。

进一步地，所述传动件包括：

镜头固定部，形成为圆环形，用于固定所述镜头；以及

两个臂状结构，分别从所述镜头固定部的两侧向外延伸，分别与所述第一压电体和所述第二压电体固定连接。

进一步地，所述变焦镜头模组还包括：

壳体；以及

底座，与所述壳体形成用于容纳所述镜头、所述传动件和所述压电单元的容置空间。

进一步地，所述容置空间包括多个子空间，每个子空间用于容纳一个所述镜头和对应的所述传动件。

进一步地，所述臂状结构形成为直线形或者折线形。

第二方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：

如第一方面所述的变焦镜头模组；以及

感光元件，设置在所述变焦镜头模组的一侧，用于将透过所述变焦镜头模组的光信号转换为电信号；

图像处理单元，与所述感光元件电连接，用于处理所述感光元件的电信号；

显示屏，与所述图像处理单元电连接，用于成像。

本发明通过逆压电效应驱动镜头模组的自动变焦，所述压电单元根据不同的电信号输入，产生相应的局部形变，进而带动相应的镜头位移，完成变焦。结构简单利于装配，且具有良好的变焦精度与速度。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本发明实施例的变焦镜头模组示意图；

图2是本发明实施例的变焦镜头模组去壳体后内部结构的装配示意图；

图3是本发明实施例的变焦镜头模组的分解示意图；

图4是本发明实施例一可选方式的变焦模块示意图；

图5是本发明实施例另一可选方式的变焦模块示意图；

图6是本发明实施例的镜头的结构示意图；

图7是本发明实施例的具有折线形臂的传动件的示意图；

图8是本发明实施例的具有直线型臂的传动件的示意图；

图9是本发明实施例的一种导电板的示意图；

图10是本发明实施例的另一种导电板的示意图；

图11是本发明实施例的压电单元示意图；

图12是本发明实施例的底座结构示意图；

图13是本发明实施例的壳体结构示意图；

图14是本发明实施例的变焦镜头模组外接电子设备示意图；

图15是本发明实施例的变焦原理电路框图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则在说明书的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1-图2是本实施例的变焦镜头模组结构示意图。如图1和图2所示，本实施例所述的变焦镜头模组包括镜头1、传动件2、压电单元3和导电板4。其中，所述传动件2与所述镜头1固定连接，用于带动镜头1的位移。所述压电单元3与所述传动件2固定连接，用于接受电信号产生形变以驱动所述镜头1移动。所述导电板4与所述压电单元3电连接，用于向所述压电单元3传递电信号。当外界光源发生变化需要所述变焦镜头模组的变焦时，导电板4输入相应的电信号至压电单元3，根据不同的电信号输入，压电单元3产生对应的局部形变，进而通过传动件2带动相应的镜头1位移，完成变焦。

图3-图13是本实施例的变焦镜头模组的装配示意图。在本实施例中，镜头1固定在传动件2上，固定方式可以为铆接、插接或粘贴连接等。优选地，通过焊锡或胶粘剂连接，这种连接方式使二者在镜头的变焦方向上不会产生相对滑移而影响变焦质量。其中，镜头1的数量至少为一个。在本实施例中，摄像头的数量为三个，并以直线阵列方式排布，这样的好处是在确保镜头变焦质量的情况下最大程度的节约空间。

在本实施例中，具有折线形臂状结构21b的传动件21用于驱动两侧的镜头单元变焦，具有直线型臂状结构22b的传动件22用于驱动中间的镜头单元变焦。

如图7所示，传动件21包括镜头固定部21a和折线形臂状结构21b。所述镜头固定部21a为与镜头1对应的圆环形，设置为圆环形可以节省材料并减轻重量，所述镜头1焊接在所述镜头固定部21a上。所述折线形臂状结构21b位于所述镜头固定部21a两侧，通过焊接或粘贴连接固定在所述压电单元3上，所述折线形臂状结构21b可以使传动件21以更大的接触面积固定在压电单元3上，连接稳定。所述镜头固定部21a和所述折线形臂状结构21b可以通过冲压工艺一体形成，也可以分别形成后通过焊接或粘贴等固定连接，以获得稳固的连接，避免对镜头变焦精度造成影响。优选地，所述传动件21采用金属材料制成，由此，加工制造成本较低。

如图8所示，传动件22包括镜头固定部22a和直线型臂状结构22b。所述镜头固定部22a为与镜头1对应的圆环形，设置为圆环形可以节省材料并减轻重量，所述镜头1焊接在所述镜头固定部22a上。所述直线型臂状结构22b位于所述镜头固定部22a两侧，通过焊接或粘贴连接固定在所述压电单元3上,所述直线型臂状结构22b可以使传动件22以更大的接触面积固定在压电单元3上，连接稳定。所述镜头固定部22a和所述直线形臂状结构22b可以通过冲压工艺一体形成，也可以分别形成后通过焊接或粘贴等固定连接，以获得稳固的连接，避免对镜头变焦精度造成影响。优选地，所述传动件22采用金属材料制成，由此，加工制造成本较低。

优选地，所述传动件2与所述镜头1一一对应，即在本实施例中，所述传动件2的数量为三个，包括两个驱动两侧镜头的折线形臂传动件21与一个驱动中间镜头的直线型臂传动件22。所述传动件2通过折线形臂21b/直线型臂22b与压电单元3连接，所述压电单元3的形变通过所述折线形臂21b/直线型臂22b传送至传动件2，传动件2产生位移，并带动所述传动件2上的所述镜头1位移，完成变焦。

所述压电单元3包括压电体和导电电路(图中未示出)。在本实施例中，所述压电体由具有压电效应的压电材料制成。所述导电电路形成在所述压电体的一侧表面上，并与导电板4电连接，其作用是将导电板4输入的电信号传输至所述压电体的不同电路子区域，每个所述电路子区域唯一的对应一个传动件2，也即，每个电路子区域为一个独立的压电功能模块。所述压电体包括长条状的第一压电体31和长条状的第二压电体32，相互平行地设置在所述传动件2的下方，如图3所示。所述第一压电体31和第二压电体32使用压电陶瓷材料。

所述导电板4为通常所说的导电电路板，可以采用柔性印制电路(FPC，FlexiblePrinted Circuit)或印制电路板(PCB,Printed Circuit Board)实现。在本实施例中，所述导电板4包括两个驱动两侧镜头单元的导电板41与两个驱动中间镜头单元的导电板42，如图9和图10所示。其中，每个所述驱动两侧镜头单元的导电板41与驱动中间镜头单元的导电板42分别设置在所述第一压电体31和所述第二压电体32的下方，与所述第一压电体31或第二压电体32上的电路子区域电连接。

驱动两侧镜头单元的导电板41上设置有四个触点43，驱动中间镜头单元的导电板42上设置有两个触点43，如图9和图10所示。导电板4通过所述触点43与压电单元3上的导电电路电连接。其中，每两个触点43用于驱动一个镜头1，具体地，一个触点43与导电电路的正极电连接，另一个触点43与导电电路的负极电连接。也就是说，所述压电陶瓷的上表面与传动件2机械连接，下表面形成有导电电路，与导电板4上的触点43电连接。

所述输入电信号、所述电路子区域、所述传动件2与所述镜头1一一对应。也即，导电板4输入的一组电信号只能输入至唯一的对应电路子区域，所述电路子区域使压电体产生对应的形变影响唯一的对应传动件2产生位移，带动所述传动件2对应的唯一所述镜头1完成变焦。具体地，导电板4上用于驱动同一个镜头1的两个触点43，与压电单元3上对应的电路子区域的正负极电连接，导电板4通过所述的触点43将电信号输入至压电单元3对应的电路子区域，引发压电单元3的局部压电效应，产生局部形变，此局部形变将引起对应的传动件2作竖直方向的运动，进而带动对应的镜头1与感光元件8相对位移，完成变焦。

所述逆压电效应为压电材料在受到外电场作用时，会沿外电场方向发生形变的一种现象。压电材料内部的非极性电介质分子具有不重合的平均正负电荷中心，所述不重合的平均正负电荷中心连线与其二者电荷差的矢量和称为电偶极矩。无外电场作用时，由于压电材料的各向异性及电介性，虽然微观上压电材料内的电介质分子电偶极矩方向排列杂乱无章，但是电偶极矩矢量和为零，在宏观上不显电性。外加电场作用时，压电材料沿外电场方向的对侧表面上产生电性相反的自由电荷。微观上，压电材料内部的电介质分子电偶极矩沿外电场方向偏转，电偶极矩的正负电荷中心与压电材料表面的自由电荷同性相斥、异性相吸，使电偶极矩的正负电荷中心沿外电场方向发生相对位移，宏观上，压电材料沿外电场方向发生形变。

导电板4将电流或电压信号经由形成在压电体表面的导电电路传递到压电体对应的区域，在该区域形成电场。由此，通过电场作用驱动压电材料产生形变，进而带动传动件2和与传动件2固定连接的镜头1产生位移，从而实现变焦的操作。

在图3所示的实现方式中，对于各个镜头1，分别设置对应的传动件2，以使得各镜头均可以同步或独立地进行变焦。

可选地，在目前的多摄像头模组中，通常会设置一部分镜头为变焦镜头，另一部分镜头为广角定焦镜头。因此，也可以仅对部分镜头设置对应的传动件2，对于其余的镜头，直接固定在底座6上，作为定焦镜头使用。

如图4所示，在一个可选的实现方式中，第一压电体31和第二压电体32上的导电电路分为两个电路子区域，也即，两组压电功能模块。所述的两组压电功能模块可以实现独立的控制两侧镜头运动，也即，单个压电体具有两组独立或同步的信号控制系统。具体地，导电板41上的两个触点43分别与压电单元3上第一电路子区域的正负极电连接，另外两个触点43分别与压电单元3上第二电路子区域的正负极电连接，导电板41通过不同的触点43输入电信号至第一电路子区域或第二电路子区域。第一电路子区域对应传动件22a和镜头11a,第二电路子区域对应传动件22b和镜头11b。压电单元3接收导电板41的电信号产生局部形变带动所述的传动件22a和传动件22b作竖直方向的运动，进而带动镜头11a和镜头11b运动，镜头1不运动。其中，镜头11a和镜头11b的运动幅度可以相同，也可以不相同。

如图5所示，在另一个可选的实现方式中，第一压电体31和第二压电体32上的导电电路具有唯一的电路区域，所述的电路区域可以实现独立的中间镜头运动。具体地，导电板42上的两个触点43分别与压电单元3上的电路区域的正负极电连接，导电板42通过触点43输入电信号至电路区域。电路区域对应传动件21a和镜头12a。压电单元3接收导电板42的电信号产生局部形变带动所述的传动件21a作竖直方向的运动，进而带动镜头12a运动，镜头1不运动。

如图3所示，所述变焦镜头模组还包括壳体5和底座6。其中，如图12所示，所述底座6上具有与压电单元3及导电板4形状对应的凹槽62，所述凹槽62用于固定所述压电单元3和导电板4。优选地，所述压电单元3和导电板4可以通过粘连固定在所述凹槽62上。所述壳体5与所述底座6连接，用于保护内部结构，优选地，壳体5内表面上具有卡扣(图中未示出)，与底座6通过卡扣连接，便于拆装进行后续的维修。

所述壳体5与所述底座6连接，形成用于容纳所述镜头1、传动件2和压电单元3的容置空间。如图3和图13所示，所述容置空间可以包括多个子空间，每个子空间用于容纳一个所述镜头1和对应的所述传动件2。所述壳体5上具有凹槽，所述凹槽用于固定镜片7。其中，所述镜片7为平光镜片，用于保护镜头1。所述凹槽上具有镂空结构51，所述镂空结构51与镜头1一一对应，使镜头1可以获得流畅视野。

所述壳体5的两侧还具有开口，所述开口位于与底座6接触的端面上，用于容纳导电板4。所述导电板4的一端固定于壳体5内，另一端伸出壳体5。在本实施例中，壳体5的两侧各具有两个所述开口，如图3和图13所示，位于中间的开口用于容纳所述导电板41，位于两侧的开口用于容纳导电板42。

图14是本实施例的变焦镜头模组外接电子设备示意图。如图14所示，本图以具有自动变焦功能的拍照手机为例，仅作示意之用，并非用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可应用在一切具备自动变焦功能的电子设备的镜头模组上。所述电子设备包括感光元件8，图像处理单元9以及显示屏10。其中，所述感光元件8设置于所述底座6的另一侧，用于将透过所述变焦镜头模组的光信号转换为电信号，在本实施例中，所述底座6上具有镂空结构61，所述镂空结构61与所述镜头1一一对应，使透过所述变焦镜头模组的光信号根据与镜头1的对应关系分别传送到所述感光元件8上。所述图像处理装置位于所述电子设备内，与所述感光元件8电连接，用于对感光元件8的电信号进行成像处理，生成成像电信号。所述图像处理装置可以为主板、带有图像处理功能的集成电路板或独立的电子元件。所述显示屏10位于所述电子设备内，与所述图像处理装置电连接，用于接收所述图像处理装置的成像电信号并成像。

所述感光元件8采集图像，图像处理单元9根据感光元件8采集的图像判断是否需要进行对焦，当所述图像处理单元9判断光信号需要变焦时，其发送对应的变焦电信号到导电板4，导电板根据不同变焦电信号控制不同的压电单元3上的子电路区域使压电单元3产生局部形变，带动对应的传动件2及镜头1移动，完成变焦。感光元件8持续地通过镜头成像，并将成像的图像发送到图像处理单元9。同时图像处理单元9也可以同步地将成像的图像发送到电子设备的显示屏10显示。

本发明实施例通过压电材料的逆压电效应驱动镜头的变焦，相比传统的音圈马达驱动，结构更加简单，输出频带宽度高，在阶跃激励(也即，面对复杂光学环境需要频繁进行变焦的条件)下具有更快的响应速度；在实际应用中，不但易于装配，且面对复杂的变焦环境时，具备更高的变焦精度与速度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变焦镜头模组，其特征在于，包括：

至少一个镜头(1)；

至少一个传动件(2)，与所述镜头(1)固定连接；

导电板(4)；

压电单元(3)，与所述导电板(4)电连接，被配置为接收所述导电板(4)输入的电信号产生形变以驱动所述镜头(1)移动。

2.根据权利要求1所述的变焦镜头模组，其特征在于，所述变焦镜头模组包括多个镜头(1)；

所述多个镜头(1)以阵列方式排布。

3.根据权利要求1所述的变焦镜头模组，其特征在于，所述压电单元(3)包括：

至少一个压电体，在所述镜头(1)排布的方向上延伸；以及

导电电路，与所述导电板(4)电连接，用于将所述导电板(4)的电信号传输到所述压电体的不同电路子区域；

其中，每个所述电路子区域唯一的对应一个所述传动件(2)。

4.根据权利要求3所述的变焦镜头模组，其特征在于，所述导电电路形成在所述压电体上。

5.根据权利要求3所述的变焦镜头模组，其特征在于，所述至少一个压电体包括：

第一压电体(31)，形成为长条状；以及

第二压电体(32)，形成为长条状；

其中，所述第一压电体和所述第二压电体相互平行地设置在所述传动件(2)的下方。

6.根据权利要求5所述的变焦镜头模组，其特征在于，所述传动件(2)包括：

镜头固定部(21a,22a)，形成为圆环形，用于固定所述镜头(1)；以及

两个臂状结构(21b,22b)，分别从所述镜头固定部的两侧向外延伸，分别与所述第一压电体和所述第二压电体固定连接。

7.根据权利要求1所述的变焦镜头模组，其特征在于，所述变焦镜头模组还包括：

壳体(5)；

底座(6)，与所述壳体(5)形成用于容纳所述镜头(1)、所述传动件(2)和所述压电单元(3)的容置空间。

8.根据权利要求6所述的变焦镜头模组，其特征在于，所述容置空间包括多个子空间，每个子空间用于容纳一个所述镜头(1)和对应的所述传动件(2)。

9.根据权利要求6所述的变焦镜头模组，其特征在于，所述臂状结构形成为直线形或者折线形。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

如权利要求1-9中任一项所述的变焦镜头模组；以及

感光元件(8)，设置在所述变焦镜头模组的一侧，用于将透过所述变焦镜头模组的光信号转换为电信号；

图像处理单元(9)，与所述感光元件(8)电连接，用于处理所述感光元件(8)的电信号；

显示屏(10)，与所述图像处理单元(9)电连接，用于成像。

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