CN117559840A - 一种致动器元件和致动器模组 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供了一种致动器元件和致动器模组，涉及微机电系统技术领域。该致动器元件包括基板、固定部件、运动部件、驱动部件和连接部件；其中，基板和固定部件相对静止；运动部件能够相对固定部件和基板发生相对运动；驱动部件搭接在运动部件与基板之间；连接部件连接在运动部件和固定部件之间，连接部件为导电弹性件，用于在运动部件相对固定部件运动时保持运动部件与固定部件之间的电性连接。本发明使得设置在运动部件上的目标物可以保持与外界电连接，扩大了致动器元件的适用范围，提高了控制精度。

Description

一种致动器元件和致动器模组

技术领域

本公开涉及微机电系统技术领域，尤其涉及一种致动器元件和致动器模组。

背景技术

微机电系统技术可以利用成熟的微电子加工工艺将力学、电学、光学以及其他物理系统集成到芯片上，在相对较小的空间内实现一定的功能，从而可用于各类应用设备，对便携式智能设备的小型化或是微型化可以起到重要作用。在各种基于微机电系统技术的器件中，致动器是很重要的一种类型，它们可以通过电信号驱动产生运动，从而实现一定的力学功能。在很多光电设备中，致动器可以有助于实现多种重要功能，例如光路控制功能、自动对焦功能、稳像功能等等。其中，有一类应用需要使用致动器实现控制光学部件偏转一定的角度，其中以倾转活塞式微反射镜（Tip-Tilt Piston Micromirrors - TTPM）为典型的此类应用。在现有的此类器件中，常见的致动方式从原理上有利用静电驱动的叉指电极致动器（Comb Drive Actuator），在薄膜上实现的压电致动器和电热致动器。一般来说，在这类器件中，光学部件（一般来说是微反射镜或透镜，也可以是其他光学器件，例如光栅或图像传感器）可以通过力学结构与致动部分相连接，而致动部分则依从电信号控制提供所需的力或扭矩使得光学部件偏转一定的角度或者平动。在具体的工程实践中，致动器的设计需要满足实际应用提出的各种具体要求。例如小型化的便携应用系统对光学系统尺寸的要求、对角度的动态控制范围、平动的尺寸范围和精度要求、对系统功能的可靠性要求、特别是抗环境干扰和抗震的要求及对运行时功耗的要求等等。对于设计致动器时对致动原理的选择，虽然叉指电极致动器的能耗低，但能量转换率较低，加工工艺的精度要求较高，一般不用于对致动行程要求较高的应用领域。而电热致动器对环境温度比较敏感，而且动态响应频率范围相对有限，能量消耗相对较高。对压电致动器而言，其具有能量转换率较高、反应速度快、能耗低等优点，但需要克服压电材料的回滞和潜变才能实现高精度控制。同时，压电材料一般而言机械强度较低，在实际应用时容易受损，在设计上需要通过机械结构的设计提高器件的整体机械可靠性。一般情况，致动器需要驱动目标物运动，而当目标物运动时，目标物与外界的电连接会随着目标物的运动而运动，会影响控制精度。另外，目标物与外界直接利用电线连接导致电线线束过多，会导致线束拥挤或在运动时容易折弯疲劳。目前使用的致动器元件基本上只满足于目标物不需要与外界进行电连接的情况，其使用范围较小。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种致动器元件，至少部分解决现有技术中存在的问题。

第一方面，本公开实施例提供了一种致动器元件解决现有技术无法做到使设置在致动器上的目标物与外界连接且在运动时保持电连接导致适用范围小的问题。

第一方面，本公开实施例提供了一种致动器元件解决现有技术无法同时让目标物平动和转动的问题。

第一方面，本公开实施例提供了一种致动器元件解决现有技术倾角调节或平动的控制精度低、抗震性能差的问题。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，本申请提供一种致动器元件包括：

基板；

运动部件，位于所述基板外周，所述运动部件能够相对所述基板发生运动；

驱动部件，搭接在所述运动部件与所述基板之间，用于受控地带动所述运动部件相对所述基板平动或转动。

可选地，致动器元件还包括：

固定部件，与所述基板相对静止；运动部件位于所述基板和所述固定部件之间，所述运动部件能够相对所述固定部件和所述基板发生相对运动；和

连接部件，连接在所述运动部件和所述固定部件之间，所述连接部件为导电弹性件，用于为所述运动部件上设置的目标物与外界电路提供电性连接。

可选地，所述连接部件包括：

第一连接部，设置在所述固定部件上；

第二连接部，设置在所述运动部件上，跟随所述运动部件的运动而运动：和

导电弹性部，连接所述第一连接部和所述第二连接部，并在所述第二连接部跟随所述运动部件相对所述第一连接部运动时保持电性连接。

可选地，所述导电弹性部构造成折弯的结构。

可选地，所述连接部件的数量为多个，多个所述连接部件并排设置在所述固定部件与所述运动部件之间，每一所述导电弹性部件的结构相同。

可选地，所述驱动部件包括设置在所述基板外周处的一个或多个驱动单元，所述驱动单元均独立受控地带动所述运动部件靠近所述基板的一侧向上或向下运动，多个所述驱动单元单独或协同作用，使得所述运动部件平动或转动。

可选地，所述运动部件大致为方形框架结构，所述驱动单元的数量为四个，每一所述驱动单元连接在所述运动部件的其中一条边和所述基板处，四个所述驱动单元两两相对的设置。

可选地，每一所述驱动单元包括电动元件，所述电动元件在电压的作用下发生形变从而作为动力源带动所述运动部件运动。

可选地，所述电动元件包括：

衬底；和

位于所述衬底之上的驱动源，所述驱动源包括至少一层第一压电薄膜，所述压电薄膜在电压的作用下产生形变；

其中，所述衬底选自压阻材料、金属、多晶硅、氧化物和/或陶瓷及其形成的复合材料中的一种；

所述第一压电薄膜选自PZT、BST、AIN或ZnO的一种或多种。

可选地，每一所述驱动单元还包括连接结构，所述连接结构的一端与所述电动元件连接，所述连接结构的另一端与所述基板连接，所述电动元件则与所述运动部件连接，在所述电动元件在电压的作用下发生形变而运动时带动所述运动部件运动。

可选地，所述电动元件包括多个并列设置的条状薄膜形成的长条状的第一结构或呈现蛇形弯曲布置形成的长条状的第二结构。具体来说，所述电动元件整体呈长条状；所述电动元件的宽度方向的一端与所述运动部件连接，另一端与所述连接结构连接；所述电动元件沿长度方向分割为若干段并并列设置使得电动元件整体呈长条状形成，或者电动元件呈蛇形弯曲布置使得电动元件整体呈长条状形成。

所述电动元件的宽度方向的一端与所述运动部件连接，另一端与所述连接结构连接。

可选地，所述连接结构包括多梁结构和弹性部件；

所述电动元件、所述多梁结构和所述弹性部件依次连接，并且所述弹性部件还与所述基板连接；

其中，所述多梁结构在所述电动元件与所述弹性部件之间的距离增加时被拉伸。

可选地，所述多梁结构包括：

第一纵梁，其一端与所述电动元件连接；

横梁，数量包括多个，多个横梁相互平行，且并排设置

两个第二纵梁，与所述第一纵梁平行且设置在所述第一纵梁的两侧，并通过至少一个所述横梁与两个所述第一纵梁连接；和

第三纵梁，与所述第二纵梁平行并位于两个所述纵梁之间，通过至少一个所述横梁与两个所述第二纵梁连接，且所述第三纵梁的一端与所述弹性部件连接；

其中，所述横梁是可变形的以使得在所述电动元件与所述弹性部件之间的距离增加时，所述横梁发生形变使得所述第一纵梁和所述第三纵梁之间的距离增大。

可选地，所述多梁结构还包括：

第一连接件，连接在所述第一纵梁的一端，以使得所述电动元件通过所述第一连接件与所述第一纵梁连接；和

第二连接件，所述第二连接件与所述第三纵梁的一端连接，通过所述第二连接件将所述第三纵梁与所述弹性部件连接。

可选地，每一所述横梁的结构相同，均包括位于中部的刚性部和位于所述刚性部两端的柔性部，并且所述刚性部通过两端的所述柔性部与所述第一纵梁、所述第二纵梁和/或所述第三纵梁连接，并且在所述多梁结构被拉伸时，所述横梁变形以使得所述第一纵梁和所述第二纵梁的距离增大。

可选地，所述弹性部件包括至少一层第二压电薄膜，所述第二压电薄膜选自PZT、BST、AIN或ZnO的一种或多种。

可选地，还包括控制器，所述控制器用于控制施加在所述第一压电薄膜和所述第二压电薄膜上的电压。

可选地，所述电动元件的衬底为压阻材料；

还包括检测装置，所述检测装置与所述电动元件的衬底形成一个回路以检测所述衬底的电阻变化进而得到所述电动元件的形变量，通过所述形变量得到所述电动元件的平动数据（例如距离数据）或转动数据（例如角度和方向数据），所述检测装置得到的所述平动的距离数据或转动角度和方向数据与输入信号一并传递给所述控制器，所述控制器还配置成根据所述输入信号和平动的距离数据或转动角度和方向数据得到所述电动元件的控制信息，根据所述控制信息控制施加在所述电动元件处的电压的大小和极性。简言之，所述检测装置得到的所述平动数据和/或转动数据与输入信号运算后获得控制数据，所述控制器根据所述控制数据控制施加在所述电动元件处的电压的大小和/或极性。

可选地，所述基板处设置有防撞结构，所述防撞结构与所述运动部件之间设置有第一预设间隙。

可选地，所述防撞结构数量为四个，分别位于所述运动部件的四个角落处。

第二方面，本公开实施例提供了一种包含有上述的致动器元件的致动器模组。

第二方面，本公开实施例提供了一种致动器模组，所述致动器模组包括：

上面所述的致动器元件；

底板，所述致动器元件位于所述底板上；和

保护壳，位于所述底板上，并与所述底板之间形成容纳空间，所述致动器元件上容纳空间内，以利用所述保护壳保护所述致动器元件；

其中，所述保护壳的内壁处与所述致动器元件的防撞结构之间构造成具有第二预设间隙。

可选地，所述保护壳处设置有通孔，所述通孔位于所述致动器的上方位置处；

所述致动器模组包括滤光片，所述滤光片置于所述保护壳的通孔处。

本发明的致动器元件中设置有多个连接部件，该连接部件连接在固定部件和运动部件之间，在运动部件相对固定部件运行时，连接部件实在保持电学连接，从而使得设置在运动部件上的目标物始终可以保持与外界电连接，既可以适用于无需与外界电连接的器件，又可以适用于需要与外界进行电连接的部件，从而扩大应用范围。

本发明的致动器元件中的连接部件包括第一连接部、第二连接部和导电弹性部，其结构简单，并且通过该连接部件的设置，保证了致动器元件上的目标物与外界电性连接。

进一步地，该致动器元件可以受控地带动基板平动或转动，从而可以调节位于基板上的目标物的位置或角度。

进一步地，本发明的致动器元件的驱动装置可以包括多个驱动单元，而每一驱动单元均单独的受控带动基板的一侧运动，多个驱动单元单独或协同作用保证运动部件平动或转动，单独控制的驱动单元可以使得控制运动部件的运动行程范围更精确，且控制过程更简便。

进一步地，本发明的电动元件的衬底为压阻材料，通过对压阻材料的电阻变化的检测得到电动元件的形变量，进而得到运动部件平动的距离数据或转动的角度和方向数据，控制器再根据该数据和输入信息一起生成控制信息，从而提高控制致动器元件运动的精度。

进一步地，本发明的电动元件设计成为蛇形弯折形成的长条状结构相比其它结构可以提高对电动元件的电阻变化的检测的灵敏度度，进而提高控制器控制的精确度。

进一步地，本发明中的基板可以包括防撞结构，该防撞结构可以设置在与运动部件处靠近，但留有一定的第一预设间隙。若基板在满足条件的情况下厚度较薄，则该间隙可以足够小从而提高致动器元件的抗震性，尽可能的减小致动器元件受外力作用而损坏。

进一步地，本实施例还提供一种致动器模组，该致动器模组可以包括上面的致动器元件、底板、滤光片和保护壳，本实施例的保护壳与致动器元件之间的垂直距离（第二预设距离）可以尽可能的小，但是保护壳与致动器元件之间的距离不能阻止致动器元件的基板的倾斜和平动。在满足该条件的基础上极可能的减小保护壳与致动器元件之间的距离，提高致动器元件和致动器模组的抗震性，尽可能的减少致动器元件或致动器模组在受外力作用时出现损坏的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本公开实施例提供的一种致动器元件的示意性结构图；

图2为本公开实施例提供的一种致动器元件的局部放大示意图；

图3为本公开实施例提供的一种电动元件与基板和运动部件连接的示意性结构图；

图4为本公开实施例提供的一种致动器元件的电动元件的示意性结构图；

图5为本公开实施例提供的一种致动器元件的电动元件的被施加电压后变形的示意性结构图；

图6为本公开实施例提供的电动元件与基板和运动部件连接的示意性结构图；

图7为本公开实施例提供的一种致动器元件的驱动单元的示意性结构图；

图8为本公开实施例提供的一种致动器元件的驱动单元的俯视图；

图9为本公开实施例提供的一种致动器元件的其中一个驱动电源被施加一个方向的电压后运动部件发生倾斜的示意性结构图；

图10为本公开实施例提供的一种致动器元件的其中一个驱动电源被施加一个相反方向的电压后运动部件发生倾斜的示意性结构图；

图11为本公开实施例提供的一种致动器元件的两个相对的两个驱动单元或者四个驱动单元施加相同方向和相同大小的电压后运动部件向上运动的示意性结构图；

图12为本公开实施例提供的一种致动器元件的闭环反馈系统的示意性结构图；

图13为本公开实施例提供的一种致动器元件的运动部件和基板的示意性结构图；

图14为本公开实施例提供的一种致动器元件的运动部件和基板的防撞结构的示意性结构图；

图15为本公开实施例提供的一种致动器模组的示意性爆炸图；

图16为本公开实施例提供的一种致动器模组的示意性剖视图。

附图标记汇总：

100-致动器元件，102-运动部件，103-固定部件，104-连接部件，105-导电弹性部，106-第一连接部，107-第二连接部，10-基板，11-防撞结构，12-间隙，14-第二连接件，20-驱动部件，21-驱动单元，211-电动元件，212-衬底，213-驱动源，214-电极层，22-连接结构，221-多梁结构，222-弹性部件，223-第一连接件，224-横梁，225-第一纵梁，226-刚性部，227-柔性部，228-第二纵梁，229-第三纵梁，40-控制器，50-应变传感器，200-致动器模组，60-光学器件，70-底板，80-滤光片，90-保护壳，91-通孔，92-粘胶。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的结构而非按照实际实施时的结构数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各结构的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其结构布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

参见图1和图2，本实施例的致动器元件100可以包括依次设置的基板10、驱动部件20、运动部件102和固定部件103，其中，基板10和固定部件103之间相对位置不变，而运动部件102则在驱动部件20的驱动下相对固定部件103平动或转动。运动部件102和固定部件103之间设置有至少一个连接部件104，每一连接部件104包括导电弹性部105，该导电弹性部105可以在运动部件102平动或转动时，为所述运动部件上设置的目标物与外界电路提供电性连接。

一般情况下，运动部件102上可以设置目标物，该目标物可以在运动部件102的带动下平动或转动。

参见图2，本实施例中的每一连接部件104还可以包括连接在导电弹性部105两端的第一连接部106和第二连接部107。第一连接部106固定在固定部件103处，用于与外界电路连接。第二连接部107设置在运动部件102处，用于与设置在运动部件102处的目标物的电路连接。由于连接第一连接部106和第二连接部107的部件为导电弹性部105，那么当第一连接部106和第二连接部107的距离变化时，例如，运动部件102在驱动部件20驱动下相对固定部件103发生位移时，不会影响到第一连接部106和第二连接部107的导电功能。

在一个具体的实施例中，由于目标物会有多个需要与外界连接的线路，此时该目标物上的线路就可以与设置在运动部件102上的第二连接部107进行连接，再通过连接部件104的第一连接部106与外界电路连接。本实施例的第一连接部106可以与外部的印刷电路进行连接，由于连接部件104的存在，保证目标物在跟随运动部件102运动时始终保持与外部电路的连接。如此可以使得本实施例的致动器元件既可以应用于无需电路连接的器件，也可以应用需要与外界电路连接的器件，从而拓宽了致动器元件的应用范围。另外，相对于目标物直接与外界电路连接的实施方式，本实施例中，目标物通过所述连接部件104与外界电路连接，可以减小外界电路靠近目标物部位处的抗疲劳要求，同时减小外界电路因拖拽目标物而对目标物运动控制产生的影响，即可以提高对目标物运动控制精度。

具体地，在一个实施例中，连接部件104的数量为多个，并排设置在固定部件103和运动部件102之间。

每一连接部件104的导电弹性部105可以为弯折的或弧形的，同时该导电弹性部105具有一定的弹性，以使得运动部件102远离固定部件103时能够被拉伸，避免导电弹性部105断裂。具体地，该导电弹性部105可以是“V”形、“W”形、蛇形、半圆形、半椭圆形等。本实施例中以导电弹性部105为“V”型结构。

在一个具体的实施例中，本实施例的驱动部件20的一端与运动部件102连接，驱动部件20的另一端与基板10连接。运动部件102可以在驱动部件20的驱动下相对基板10平动或转动。若固定运动部件102，则基板10可以平动或转动。若固定基板10，则运动部件102可以平动或转动。本实施例中，以基板10被固定，运动部件102可以相对基板10平动或转动为例进行具体说明。

具体地，本实施例中，运动部件102上设置目标物，由于运动部件102可以相对基板10平动或转动，则目标物也可以平动或转动。若该目标物为光学器件，则光学器件在跟随运动部件102平动或转动时可以实现该光学器件的自动对焦和任意角度调节的功能。以下均以目标物为光学器件为例进行具体说明。

更为具体地，本实施例中的驱动部件20可以在外部电压的作用下发生运行，从而带动运动部件102运行。

具体地，本实施例的驱动部件20可以包括设置在基板10外周处的多个驱动单元21，每一驱动单元21均独立受控地发生形变，从而带动运动部件102运动。多个驱动单元21单独或协同作用，使得运动部件102平动或转动。本实施例中，由于每一驱动单元21单独地受控而运动，因此彼此之间不受影响，在带动基板10运动时的控制更精确。可以理解，在其他一些实施例中，两个或多个驱动单元21可以同时受同一控制器的控制，具体在此不再详述。

更为具体地，本实施例的运动部件102和固定部件103均为方框型结构，运动部件102设置在固定部件103的内侧，且每条边和每个角均对应设置。可以理解，运动部件102和固定部件103可以为圆形、椭圆或不规则结构（根据实际情况进行设计），具体在此不再详述。

多个连接部件104设置在运动部件102和固定部件103之间的位置处，连接运动部件102和固定部件103。

更为具体地，如图1所示，本实施例中的驱动部件20可以包括四个驱动单元21，并且四个驱动单元21两两相对设置，并与运动部件102的四个边对应。每一驱动单元21一端与运动部件102连接，另一端与基板10连接，并且每一驱动单元21在单独作用时可以带动运动部件102沿着一个轴转动。相对的两个驱动单元21分别单独带动运动部件102转动的轴平行。相邻的两个驱动单元21单独带动运动部件102转动的轴相互垂直。因此，四个驱动单元21相互配合可以带动运动部件102平动或者沿着任意方向转动倾斜。

在一种具体实施方式中，如图3所示，每一驱动单元21可以包括电动元件211，该电动元件211的一端搭接在运动部件102上，另一端搭接在基板10上。本实施例的电动元件211可以用来提供动力源，该电动元件211可以受电压的控制而产生形变，因此可以带动运动部件102运动。当然，本实施例仅仅是一个可以实现的实施例，一般情况下，电动元件211需要利用连接结构22来与基板10搭接，此实施例后续会详细描述。

具体地，如图4和图5所示，本实施例的电动元件211可以包括衬底212和位于衬底212上的驱动源213。衬底212的材质可以包括具有一定机械强度的金属、多晶硅、氧化物、陶瓷等等材料。衬底212还可以是金属、多晶硅、氧化物、陶瓷的复合材料。衬底212主要起到支撑驱动源213的作用。由于复合材料可以兼具不同材料的性能，例如金属的延展性或陶瓷的抗疲劳性，因此具备比单纯一种材料更优的性能。本实施例衬底材质优选金属和陶瓷的复合材料。

本实施例中的驱动源213可以采用第一压电薄膜，具体该第一压电薄膜可以将电能转化为机械能。当有电场施加在第一压电薄膜上时，第一压电薄膜就会产生内应力，会导致第一压电薄膜弯曲。第一压电薄膜产生的内应力是由电场强度决定的，因此，驱动扭矩的大小可以由外部电路提供的电压来控制。由于该第一压电薄膜发生形变，第一压电薄膜又设置在衬底212之上，第一压电薄膜和衬底212内部的内应力不同，因此第一压电薄膜和衬底212会出现共同弯曲的情况。由于衬底有一定的机械强度，因此该电动元件211具有一定的刚度。

为了便于电压的施加，在驱动源213的两侧面处可以设置两个电极层214，施加电压时，将电源与两个电极层214连通即可。

如图6所示，当在电动元件211上施加一个方向的电压时，整个电动元件211发生形变，出现向上弯曲的情况。又因为基板10固定不动，因此运动部件102会在电动元件211的带动下运动，例如图6中，电动元件211发生形变，左侧上翘，从而带动运动部件102整体呈左侧向上倾斜。当然，作为其它实施例，当向电动元件211上施加相反的电压时，电动元件211会向相反的方向弯曲，从而带动运动部件102向相反的方向运动。

作为其它实施例，为了使得整个电动元件211的变形力度大，驱动源213还可以是由多层第一压电薄膜材料组成，进而保证形变的有效性。

本实施例中的压电薄膜材料的材质可以是具有一定压电系数的材料，例如可以是PZT、BST、AIN、ZnO等。这些材料可以单独形成一层或多层压电薄膜层。

在一种具体实施方式中，本实施例的衬底212的材质可以是压阻材料，该压阻材料的阻值的变化与材料的应变成正相关，若该压阻材料材质的衬底212与第一压电薄膜共同在电压的作用下发生形变时，其阻值也会相应的变化。因此，可以通过检测衬底电阻的阻值的变化，获得该电动元件211的形变量数据。具体地，本实施例的电动元件211可以设计成由多个并列设置的条状薄膜形成的长条状的第一结构（图中未示出）或呈现蛇形弯曲布置形成的长条状的第二结构（如图7和图8所示）。简言之，所述电动元件整体呈长条状；所述电动元件的宽度方向的一端与所述运动部件连接，另一端与所述连接结构连接；所述电动元件沿长度方向分割为若干段并并列设置使得电动元件整体呈长条状形成，或者电动元件呈蛇形弯曲布置使得电动元件整体呈长条状形成。并且在其长条状的宽度上的一端与运动部件102连接，另一端直接与基板10搭接（如图3所示）或通过或连接结构22与基板10搭接（如图7或图8所示）。在使用过程中，由于电动元件211的电阻变化和形变成正相关的关系，在电动元件211形变大时，电阻的变化也会相应的大。而若电动元件211为第一结构时，那么在检测该电动元件211时，该电动元件211是多个并列的条状薄膜形成的电阻，其阻值占比整个检测电路总电阻的比例较小，且在该电动元件211发生形变时，其阻值的变化也会非常小，因此，表现出在检测该电路的阻值时，其阻值随着形变的变化非常小。而若电动元件211为第二结构时，那么在检测该电动元件211的电阻时，电阻为该电动元件211的原始电阻（也即多个弯曲的薄膜串联的电阻），该电动元件211的电阻占比整个检测电路的总电阻的比例较大，当电动元件211发生弯曲时，电动元件211整体的变形是多个形变的叠加，电阻变化也是多个小的电阻变化的叠加，因此表现出在检测到整个电路的电阻变化非常大，因此，同样形变的第一结构和第二结构中，检测到第二结构的阻值变化较大，因此检测的灵敏度会较高。因此，在本实施例中，优选将电动元件211设计成第二结构。

在一种具体实施方式中，参见图1、图7和图8所示，本实施例中电动元件211设计成第二结构，及蛇形结构形成的长条状。此外，本实施例中每一驱动单元21可以包括连接结构22，电动元件211的一端与运动部件连接，而另一端则与连接结构22连接，通过连接结构22搭接在基板10上。

具体地，参见图1、图7和图8所示，本实施例的连接结构22可以包括多梁结构221和弹性部件222，电动元件211的一端与多梁结构221的一端连接，多梁结构221的另一端与弹性部件222的一端连接，弹性部件222的另一端再与基板10连接。

在一种具体实施方式中，参见图7和图8，本实施例中的多梁结构221的具体结构可以包括依次连接的第一连接件223、横梁224、第一纵梁225、第二纵梁228、第三纵梁229和第二连接件14。其中，电动元件211的一端与运动部件102连接，另一端与第一连接件223连接。第一连接件223则与第一纵梁225的一端连接。具体地，第一连接件223和横梁224均与电动元件211的弯曲的轴线平行，而第一纵梁225、第二纵梁228和第三纵梁229则均与横梁224垂直。横梁224具有一定的变形特性，第一纵梁225、第二纵梁228和第三纵梁229则为刚性结构。本实施例中，第二纵梁228包括两个，设置在第一纵梁225及第三纵梁229的两侧边，在第一纵梁225和两个第二纵梁228之间连接有一个或多个平行设置的横梁224，在第三纵梁229和两个第二纵梁228之间也均连接有一个或多个平行设置的横梁224。具体地，本实施例的第一纵梁225和第三纵梁229可以同轴设置，也可以不同轴设置，并且第一纵梁225和两个第二纵梁228之间的横梁224的尺寸可以相同也可以不同。同样地，第三纵梁229和两个第二纵梁228之间的横梁224的尺寸可以相同也可以不同。

具体地，如图7和图8，以下均以第一纵梁225和第三纵梁229同轴设置，且横梁224的尺寸均一样为例进行具体说明。

具体地，本实施例中，第一连接件223和第一纵梁225的下端连接，第一纵梁225的靠近下端处的左右两侧均设置有两个横梁224，第一纵梁225的上端处的左右两侧同样设置有两个横梁224。第一纵梁225通过左边四个横梁224和右边四个横梁224与两侧边的两个第二纵梁228连接。同样地，第三纵梁229的下端的左右两侧均设置有两个横梁224，在靠近上端的左右两侧也均设置有两个横梁224。同样地，第三纵梁229利用左边四个横梁224和右边四个横梁224与两侧边的两个第二纵梁228连接。第三纵梁229的上端再通过弹性部件222与基板10连接。

具体地，在电动元件211在电压的作用下发生形变时，该电动元件211的端部会向上或向下运动，该运动会由第一连接件223传递至第一纵梁225，再由于第一纵梁225两侧的横梁224传递至两侧的第二纵梁228处，第二纵梁228再通过与第三纵梁229连接的横梁224传递至第三纵梁229，最后通过第三纵梁229传递给弹性部件222。弹性部件222与基板10连接。由于基板10固定不动，那么弹性部件222会有形变，并且电动元件211会以与多梁结构221连接处为支点，电动元件211的另一端在形变时会作用在运动部件102处，从而带动运动部件102的与该电动元件211连接的一侧向上或向下运动。

具体地，参见图7和图8，本实施例中所有的横梁224的结构均相同，每一个横梁224均可以包括位于中部的刚性部226和位于刚性部226两端的柔性部227，并且刚性部226是利用柔性部227与第一纵梁225、第二纵梁228和/或第三纵梁229连接。本实施例中，刚性部226和柔性部227的材质可以相同，此时为了能够实现刚性部226和柔性部227之间不同的刚度，可以将刚性部226的尺寸设计成较大尺寸，而柔性部227则设计成较小尺寸，保证在形变时具有不同的刚度。作为其它实施例，刚性部226和柔性部227之间可以采用不同的材质，刚性部226的材质的刚度大于柔性部227的材质的刚度。在其它实施例中，也可以采用上述两种实施例的结合。

作为一个具体的实施例，由于在运动部件102发生平动时，基板10和运动部件102之间的直线距离大于运动部件102运动前基板10与运动部件102之间的直线距离，因此多梁结构221会被拉伸，从而满足要求。并且该多梁结构221也仅仅允许在被拉伸的方向上能够形变，其它自由度上的形变均被限制。具体地，本实施例中第一纵梁225、第二纵梁228和第三纵梁229均是刚性的，因此第一纵梁225、第二纵梁228和第三纵梁229无法发生形变，且保持相互平行。另外，本实施例的多梁结构221的整体形成为一个框型结构，且第一纵梁225、第二纵梁228、第三纵梁229和横梁224均为具有一定宽度的板状，并且宽度方向均位于竖直平面，因此，本实施例的多梁结构221也无法实现扭转的运行。由于第一纵梁225、第二纵梁228和第三纵梁229之间利用横梁224连接，而横梁224中具备柔性部227，该柔性部227允许横梁224与纵梁之间在厚度的方向上（也就是纵梁的延伸方向）发生相对运动（即发生形变），因此，在多梁结构221被拉伸时，因为横梁224借由柔性部227的形变使得第一纵梁225和第三纵梁229之间的距离增大，进而满足整个多梁结构221被拉伸。

在一种具体实施方式中，本实施例中的弹性部件222的一端与第三纵梁229的一端连接，而另一端则与基板10连接。在其它实施例中，弹性部件222的一端通过第二连接件14与第三纵梁229连接，另一端则可以基本10连接。

在一个实施例中，参见图7和图8，第二连接件14与第三纵梁229的上端固定连接，而弹性部件222的一端与第二连接件14连接，另一端与基板10连接。在电动元件211在外部电压的作用下发生形变时，多梁结构221跟随电动元件211运动从而使得第二连接件14跟随多梁结构221运动，而弹性部件222的一端也会跟随第二连接件14运动。此时基板10是不运动的，因此，力会反过来由第二连接件14传递至多梁结构221后由电动元件211带动运动部件102运动。

具体地，电动元件211在电压作用下，其一端相对另一端向竖直向上的方向弯曲运动为向上弯曲（参见图5），则在向该电动元件211施加相反的电压时，该电动元件211的一端相对另一端会向下弯曲。具体地，本实施例中，定义在施加预设方向的电压时，电动元件211靠近运动部件的一端相比靠近第一连接件223的一端更高时，定义该电动元件211为向上弯曲。

参见图9-图11，在电压的作用下，电动元件211向上弯曲时，运动部件102会跟随电动元件211向上运动。

若此时运动部件102的一个侧边的电动元件211上施加了预设方向的电压，如图9，那么该侧运动部件102会跟随电动元件211出现向上运动的情况。其它三个边没有施加电压的电动元件211，不会主动发生形变，并会对运动部件102有所拉伸，因此整个运动部件102会表现出朝一个方向倾斜。如图9中所示，从事运动部件102左侧向上倾斜。图10则为施加与图9中的预设方向相反方向的电压，运动部件102表现出与施加预设方向电压时相反的方向倾斜，即右侧向上倾斜。

若运动部件102的相对的两侧边的电动元件211均施加了预设方向的电压而均向上运动时，那么运动部件102会在电动元件211的带动下出现向上平动的情况，参见图11。若此时施加的电压大小不一样，那么此时运动部件102为平动和转动的组合。转动角度或平动的距离均与电压的大小有关。若运动部件102的相对的电动元件211上施加了相反方向的电压即一侧边施加预设方向的电压，而在与该侧边相对的侧边施加与预设方向相反方向的电压，那么运动部件102的一侧边向上运动，相对的一侧边则向下运动，此时运动部件102同样表现出转动的状态，且转动的角度范围相比只施加一个侧边的电压时的角度更大。

若此时运动部件102的相邻两侧边的电动元件211均施加了预设方向的电压，那么该电动元件211会带动运动部件102相邻的两侧边向上运动，此时运动部件102会以运动部件102的对角线为轴线转动。若运动部件102的相邻两侧边的电动元件211施加了反向的电压，那么此时运动部件102也会向一侧倾斜，但此时倾斜的转轴并非对角线，实际根据施加的电压大小决定。

若运动部件102的三个侧边的电动元件211上均施加了同向电压那么该运动部件102会出现与施加一侧边的电压相反的运动。若运动部件102的三个侧边上的电动元件211施加的电压不同向，则倾斜情况和角度根据实际电压大小和施加电压的位置的情况定夺。

若运动部件102的四个侧边的电动元件211上均施加了预设方向的电压，那么该运动部件102会向上平动。若此时施加在的电动元件211上的电压大小不一，那么运动部件102则出现转动的情况。若运动部件102的四个侧边上的电动元件211施加的电压不同向，则倾斜情况和角度根据实际电压大小和施加电压的位置情况定夺。

相反地，若电动元件211在施加电压而向下弯曲变形时，其运动情况与向上弯曲的情况刚好相反。

当然，上述运动过程都是对整个部件原理的描述。在实际使用过程中，由于运动部件上设置有其它待驱动的目标物，而运动部件102、多梁结构221、第一压电薄膜及目标物均具有一定的重量，以及整个致动器元件100在加工过程中可能出现的轻微的不对称，因此在给电动元件211施加电压时，运动部件102实际运动的距离及运动类型（平动或转动）需要根据实际情况进行控制和调整，以后达期望的运动状态和距离。

在一种具体实施方式中，本实施例中的弹性部件222可以是单层或者多层薄膜。而只要可以形成一定弹性的薄膜状的材料都可以作为弹性部件222的材料。此外，作为一个实施例，本实施例弹性部件222允许弯曲和扭曲两种自由度而限制其他自由度。弹性部件222也可以是多层形变的第二压电薄膜。若本实施例的弹性部件222为第二压电薄膜，则该弹性部件222也可以提供除电动元件211具有的扭矩以外的额外的扭矩。

在一种具体实施方式中，参见图12，本实施例中还可以包括控制器40，该控制器40与致动器元件100电连接。控制器40可以控制致动器元件100的运动，该控制器40可以控制施加在致动器元件100上的电压的大小和极性，从而使得致动器元件100的运动部件102可以沿着预定的方向平动或转动。此外，为了提高运动的控制精度，本实施例中通过检测装置（图中未示出）获取电动元件211的电阻数据，经过对该电阻数据的计算处理或转化得到电动元件211的形变量数据，进而得到整个运动部件平动的距离或转动的角度和方向。此时，电动元件211的衬底层优选为压阻材料，且该压阻材料和检测装置可以作为应变传感器50，通过应传感器50检测该压阻材料的电阻变化得到电动元件211的形变量，进而得到该运动部件102的平动的距离数据和转动角度和方向数据。控制器40、应变传感器50和致动器元件100之间形成一个闭环反馈模组。具体地，本实施例中应变传感器50得到的电动元件211的转动的方向和角度数据或平动的距离数据后，将其作为反馈信息与输入信息一起输入到控制器40内，控制器40再根据转动的方向和角度数据或平动的距离数据以及输入信息后产生控制致动器元件100运动的控制信息，再根据控制信息控制致动器元件100运动。该闭环反馈模组可以用来进行高精度倾斜角度和平动距离的控制，克服压电材料的回滞和潜变带来的问题。

在一种具体实施方式中，参见图13和图14，本实施例中致动器元件100是通过利用MEMS(micro electro mechanical system)技术对半导体晶片进行加工而制成。具体可以由半导体平面工艺，例如沉积、光刻、刻蚀等工艺流程成型而成。由该工艺制造的致动器元件100在一定的外部震动时容易出现损坏的情况。为了尽可能的避免该致动器元件100因运输、磕碰或摔落等情况出现破损。具体地，本实施例的运动部件102为方形框架结构，而基板10则构造成十字交叉的结构，相互交叉的两条边则位于运动部件的四个角处。在运动部件102与基板10之间设置驱动单元21，四个驱动单元21分别对应运动部件102的其中四条边处。四个驱动单元21的配合使得运动部件102能够相对基板10转动或平动。本实施例中的基板10构造成可以包括防撞结构11，该防撞结构11可以设置在与运动部件102处靠近，但留有一定的第一预设间隙12。该第一预设间隙12是为了防止运动部件102在转动时基板10与运动部件102接触。该间隙12的尺寸由运动部件102的倾斜角度和基板10即运动部件102的厚度决定。若基板10在满足条件的情况下厚度较薄，则该间隙12可以足够小从而提高致动器元件100的抗震性，尽可能的减小致动器元件100受外力作用而损坏。更为具体地，本实施例的防撞结构11具体可以为设置在运动部件102的四个角落的防撞块，该防撞块的材质可以为弹性材质。具体弹性材质的防撞块可以避免在防撞块与运动部件102可避免的发生碰撞时能够使得碰撞为弹性碰撞，避免基板10或运动部件21发生损坏，从而避免致动器元件100损坏。在一种具体实施方式中，参见图15和图16，本实施例还提供一种致动器模组200，该致动器模组200可以包括上面的致动器元件100。具体该致动器模组200可以包括致动器元件100和位于致动器元件100的运动部件102上的光学器件60（即目标物）。当致动器元件100在电压的作用下转动时，光学器件60也会相应的转动，从而利用致动器元件100来调节光学器件60的角度。当然，由于本实施例中的致动器元件100的运动部件102也可以平动，因此放置于运动部件102上的光学器件60也可以平动，从而也可以自动调节光学器件60的像平面或像距。

在一种具体实施方式中，本实施例的致动器模组200还可以包括底板70、滤光片80和保护壳90。其中，致动器元件100位于底板70之上，光学器件60则可以设置在致动器元件100的运动部件102之上。保护壳90位于底板70之上，保护壳90和底板70之间形成容纳空间，致动器元件100被包裹在保护壳90与底板70之间形成的容纳空间内。保护壳90中间设置有通孔91，该滤光片位于保护壳之上，并覆盖住通孔91。其中，本实施例中相互接触连接的部件之间均可以采用粘胶92粘连的方式连接。底板70内可以设置电路板等装置。

具体地，本实施例中，本实施例的保护壳90与致动器元件100之间的垂直距离（第二预设距离）可以尽可能的小，但是保护壳90与致动器元件100之间的距离不能阻止致动器元件100的基板10的倾斜和平动。在满足该条件的基础上极可能的减小保护壳90与致动器元件100之间的距离，提高致动器元件100和致动器模组200的抗震性，尽可能的减少致动器元件100或致动器模组200在受外力作用时出现损坏的情况。

作为一个具体的实施例，本实施例中可以将该致动器元件100设置在底板70之上，将光学器件60设置在致动器元件100的运动部件102上。光学器件60上的与外界连接的电接口均可以是设置在运动部件102上的第二连接部107，而与第二连接部107连接的第一连接部106则可以与外界的电源或其它部件连接，从而保证整个致动器元件100的线路简洁，并且在致动器元件100运动时不受运动限度的限制，在运动时也不会造成线路过多的拥挤等情况。

具体地，将光学器件60置于致动器元件100上后，在对致动器元件100进行加压后，光学器件60会跟随致动器元件100的运动部件102的运动而运动。当运动部件102平动时，光学器件60也会平动，而在光学器件60中则表现出可以调节光学器件60的像平面或相距，当物体设置在某个位置需要对焦时，可以通过调节致动器元件100上的电压来自动对焦。例如，当光学器件60需要向上调节焦距时，可以给致动器元件100进行加压，从而使得该致动器元件100的运动部件102向上运动。调节焦距的距离则可以根据电压的大小来控制。反之，当需要向下调节光学器件60的焦距时，则可以向致动器元件100反向调节电压。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (23)

1.一种致动器元件，其特征在于，包括：

基板；

运动部件，位于所述基板外周，所述运动部件能够相对所述基板发生运动；

驱动部件，搭接在所述运动部件与所述基板之间，用于受控地带动所述运动部件相对所述基板平动或转动。

2.根据权利要求1所述的致动器元件，其特征在于，还包括：

固定部件，与所述基板相对静止；运动部件位于所述基板和所述固定部件之间，所述运动部件能够相对所述固定部件和所述基板发生相对运动；和

连接部件，连接在所述运动部件和所述固定部件之间，所述连接部件为导电弹性件，用于为所述运动部件上设置的目标物与外界电路提供电性连接。

3.根据权利要求1所述的致动器元件，其特征在于，

所述连接部件包括：

第一连接部，设置在所述固定部件上；

第二连接部，设置在所述运动部件上，跟随所述运动部件的运动而运动：和

导电弹性部，连接所述第一连接部和所述第二连接部，并在所述第二连接部跟随所述运动部件相对所述第一连接部运动时保持电性连接。

4.根据权利要求3所述的致动器元件，其特征在于，

所述导电弹性部构呈折弯结构。

5.根据权利要求3所述的致动器元件，其特征在于，

所述连接部件的数量为多个，多个所述连接部件并排设置在所述固定部件与所述运动部件之间。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的致动器元件，其特征在于，

所述驱动部件包括设置在所述基板外周处的驱动单元，所述驱动单元受控地带动所述运动部件向上或向下平动或转动。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的致动器元件，其特征在于，

所述驱动部件包括设置在所述基板外周处的多个驱动单元，每一所述驱动单元均独立受控地带动所述运动部件靠近所述基板的一侧向上或向下运动，多个所述驱动单元单独或协同作用，使得所述运动部件平动或转动。

8.根据权利要求7所述的致动器元件，其特征在于，

所述运动部件大致为方形框架结构，所述驱动单元的数量为四个，每一所述驱动单元连接在所述运动部件的其中一条边和所述基板处，四个所述驱动单元两两相对的设置。

9.根据权利要求7所述的致动器元件，其特征在于，

每一所述驱动单元包括电动元件，所述电动元件在电压的作用下发生形变从而作为动力源带动所述运动部件运动。

10.根据权利要求9所述的致动器元件，其特征在于，

所述电动元件包括：

衬底；和

位于所述衬底之上的驱动源，所述驱动源包括至少一层第一压电薄膜，所述压电薄膜在电压的作用下产生形变；

其中，所述衬底选自压阻材料、金属、多晶硅、氧化物和/或陶瓷及其形成的复合材料中的一种；

所述第一压电薄膜选自PZT、BST、AIN或ZnO的一种或多种。

11.根据权利要求9所述的致动器元件，其特征在于，

每一所述驱动单元还包括连接结构，所述连接结构的一端与所述电动元件连接，所述连接结构的另一端与所述基板连接，所述电动元件与所述运动部件连接。

12.根据权利要求11所述的致动器元件，其特征在于，

所述电动元件整体呈长条状；所述电动元件的宽度方向的一端与所述运动部件连接，另一端与所述连接结构连接；

所述电动元件沿长度方向分割为若干段并并列设置使得电动元件整体呈长条状形成，或者电动元件呈蛇形弯曲布置使得电动元件整体呈长条状形成。

13.根据权利要求11所述的致动器元件，其特征在于，

所述连接结构包括多梁结构和弹性部件；

所述电动元件、所述多梁结构和所述弹性部件依次连接，并且所述弹性部件还与所述基板连接；

其中，所述多梁结构在所述电动元件与所述弹性部件之间的距离增加时被拉伸。

14.根据权利要求13所述的致动器元件，其特征在于，

所述弹性部件包括至少一层第二压电薄膜，所述第二压电薄膜选自PZT、BST、AIN或ZnO的一种或多种。

15.根据权利要求13所述的致动器元件，其特征在于，

所述多梁结构包括：

第一纵梁，其一端与所述电动元件连接；

横梁，数量包括多个，多个横梁相互平行，且并排设置

两个第二纵梁，与所述第一纵梁平行且设置在所述第一纵梁的两侧，并通过至少一个所述横梁与两个所述第一纵梁连接；和

第三纵梁，与所述第二纵梁平行并位于两个所述纵梁之间，通过至少一个所述横梁与两个所述第二纵梁连接，且所述第三纵梁的一端与所述弹性部件连接。

16.根据权利要求15所述的致动器元件，其特征在于，

所述多梁结构还包括：

第一连接件，连接在所述第一纵梁的一端，以使得所述电动元件通过所述第一连接件与所述第一纵梁连接；和

第二连接件，所述第二连接件与所述第三纵梁的一端连接，通过所述第二连接件将所述第三纵梁与所述弹性部件连接。

17.根据权利要求15所述的致动器元件，其特征在于，

每一所述横梁的结构相同，均包括位于中部的刚性部和位于所述刚性部两端的柔性部，并且所述刚性部通过两端的所述柔性部与所述第一纵梁、所述第二纵梁和/或所述第三纵梁连接，在所述多梁结构被拉伸时，所述第一纵梁和所述第三纵梁的距离增大。

18.根据权利要求10或14所述的致动器元件，其特征在于，

还包括控制器，所述控制器用于控制施加在所述第一压电薄膜和/或所述第二压电薄膜上的电压。

19.根据权利要求10所述的致动器元件，其特征在于，

所述电动元件的衬底为压阻材料；

还包括检测装置，所述检测装置与所述电动元件的衬底形成一个回路以检测所述衬底的电阻变化进而得到所述电动元件的形变量，通过所述形变量得到所述电动元件的平动数据和/或转动数据，所述检测装置得到的所述平动数据和/或转动数据与输入信号运算后获得控制数据，所述控制器根据所述控制数据控制施加在所述电动元件处的电压的大小和/或极性。

20.根据权利要求1-5中任一项所述的致动器元件，其特征在于，

所述基板处设置有防撞结构，所述防撞结构与所述运动部件之间设置有第一预设间隙。

21.根据权利要求20所述的致动器元件，其特征在于，

所述防撞结构数量为四个，分别位于所述运动部件的四个角落处。

22.一种致动器模组，所述致动器模组包括：

权利要求1-21中任一项所述的致动器元件；

底板，所述致动器元件位于所述底板上；和

保护壳，位于所述底板上，并与所述底板之间形成容纳空间，所述致动器元件上容纳空间内，以利用所述保护壳保护所述致动器元件；

其中，所述保护壳的内壁处与所述致动器元件的防撞结构之间构造成具有第二预设间隙。

23.根据权利要求22所述的致动器模组，其特征在于，

所述保护壳处设置有通孔，所述通孔位于所述致动器的上方位置处；

所述致动器模组包括滤光片，所述滤光片置于所述保护壳的通孔处。