CN201477278U - 压电式自动对焦镜头模块 - Google Patents

Abstract

一种压电式自动对焦镜头模块，其由压电元件与镜头套筒间摩擦力配合以控制光学镜片组移动而进行对焦，镜头套筒内固设一光学镜片组，一切面推力元件，一导引装置，一滑动装置及一金属片。该导引装置由与光轴平行且相对应的导槽与导杆构成。由切面推力元件对镜头套筒外缘产生切线方向的推力，使镜头套筒与压电元件产生摩擦力；当压电元件施以电压时，由压电元件的运动使镜头套筒由该导引装置而沿光轴移动，使镜头模块可以进行对焦移动，由于整体结构元件少、轻薄，可用于小型的自动对焦镜头模块，达成快速移动、稳定对焦并减少倾斜的功效。

Description

压电式自动对焦镜头模块

技术领域

本实用新型有关一种压电式自动对焦镜头模块，尤指一种由压电元件的形变产生位移与摩擦力，以控制光学镜片组前/后移动而进行对焦。

背景技术

数位相机或具拍摄功能的手机上均设有一镜头模块，而该镜头模块的功能为驱动光学镜片组沿着光轴移动，以达到自动对焦(autofocus)及/或变焦(zoom)的功能。光学镜片组的移动方法之一为音圈马达VCM(Voice coil motor)，由电流流经一线圈产生电磁场，电磁场与永久磁铁产生驱动力(driving force)以使光学镜片组沿着光轴移动。由于此种方法可以缩小镜头模块体积，近年已大量运用于小型相机、手机相机(camera-equipped cellular phone)或网络相机(web-camera)中，如美国专利US2008/0013196、US6,594,450、US7,145,738，中国台湾专利TW M317027及日本专利JP3124292、JP3132575等。

另一为超声波马达USM(Ultrasonic Motor)，利用压电材料输入电压会产生变形的特性，使其能产生超声波频率的机械振动，再通过摩擦驱动的机构设计以使超声波马达可做旋转运动或直线式移动，如US2009/0153987、US2008/0297923、US2008/0174889等。

参考图1，其超声波马达运用于自动对焦模块如US2008/0246353等，其由一压电式驱动器(piezoelectric actuator)902设置于一固定部(fixed element)9091上，由连接杆(connector)9021连接于镜头移动部(lens moving element)9092以产生压电移动力(piezoelectric driving force)；另有一线圈(coil element)907与磁铁组(magnet element)908以产生电磁运动力(electric-magneticforce)；由压电移动力与电磁运动力的平衡而移动镜头移动部9092与镜片组(lens set)901沿着导轴(shafts)904而移动对焦。

参考图2，如美国专利US7,480,109、US2008/0085110等，其主要由一压电元件(piezoelectric element)902与一具有摩擦面(frictional surface)9021的导杆(guide rod)904设置于一切面推力元件(elastic element)903内，以驱动镜片组(lens set)9012与镜筒(lens barrel)9011可由导槽(guide slot)9042沿着导销(guide pin)9043移动对焦。

参考图3，为另一公知超声波马达UCM型式的自动对焦模块如美国专利US2008/0231970，其使用板状弹簧(plate spring)903的弹性力，以产生二个压电式驱动器(piezoelectric actuator)902的摩擦力，且使该摩擦力产生于导轨904与镜头套筒901之间。但由于使用的板状弹簧结构复杂、体积及所需的空间较大，不适合小型的镜头模块使用。

为使镜头模块移动能稳定且尽量不偏斜，如美国专利US2008/0144201、日本专利JP2004020935等，在镜头套筒与镜头模块外壳间使用导杆，以稳定镜头套筒的移动；美国专利US2007/0153404使用轨道(rail)；中国台湾专利TW I265357则使用二组压电元件设置在镜头套筒的邻边以稳定镜头套筒的移动。日本专利JP04330644则使用V形槽(V-groove)及钢珠(steel ball)使镜头套筒可以顺利滑动。但公知用以移动镜头套筒的超声波马达，在摩擦力的产生设计上及导杆的设计上，存在结构复杂、成本高或体积过大的缺点，难以适用于日趋小形化的自动对焦镜头模块上使用。

对于自动对焦镜头模块在高精密、快速对焦的要求，采用可靠度高、稳定性高的结构，以取代并改善公知技术的摩擦力产生的方法，将可有效达到结构简单、高精密、快速对焦、减低倾斜现象的要求。

发明内容

本实用新型提供一种压电式自动对焦镜头模块，以解决上述背景技术中存在的结构复杂、成本高或体积过大的技术问题。

本实用新型目的为提供一种压电式自动对焦镜头模块，包含一压电元件、一镜头模块及一框体；该压电元件与镜头模块设置于框体内，由压电元件产生振动并由摩擦方式传递振动以驱动镜头模块，使镜头模块沿光轴移动而使光学镜片组可以对焦；镜头模块包含镜头套筒(lens barrel)、光学镜片组、切面推力元件、导引装置(guiding fixture)、滑动装置(slipping fixture)及金属片(metalmember)，其中光学镜片组固定于镜头套筒中，金属片固定于镜头套筒外表面并与压电元件接触；导引装置由与光轴平行且相对应的导槽(guiding slot)与导杆(guide pin)所构成，该导槽设置于镜头套筒上，由导杆将镜头模块滑动固定于框体内；滑动装置由相对应的滑槽(slipping slot)与滑杆(slide rod)所构成，由滑杆可使镜头套筒沿光轴移动；切面推力元件设置于镜头套筒外部，包含多个排列的滚珠及对应的弹簧，该滚珠以弹簧的弹簧力在镜头套筒外缘产生切线方向的推力，使该金属片与该压电元件界面间产生结构上的摩擦力；当压电元件施以电压时，由压电元件的运动使镜头套筒在框体中沿光轴移动以进行对焦。

本实用新型另一目的为使前述的压电式自动对焦镜头模块有更广泛的应用性，其中该切面推力元件可使用二个永久磁铁(permanent magnet)及一推板(pushing board)，该推板设置于一永久磁铁的一端，并与滑动装置的滑杆接触；该二个永久磁铁以同极相对以产生斥力，该斥力产生对推板的推力，以对镜头套筒外缘产生切线方向的推力，使该金属片与该压电元件界面间产生结构上的摩擦力，由压电元件的运动使镜头套筒在框体中沿光轴而移动对焦。

本实用新型的一种压电式自动对焦镜头模块，可有效达到结构简单、高精密、快速对焦和减低倾斜现象的有益技术效果。

附图说明

图1为公知一具音圈马达VCM配合压电驱动器的自动对焦模块的示意图；

图2为公知另一具压电体驱动器的自动对焦模块的示意图；

图3为公知又一具二个压电体驱动器的自动对焦模块的示意图；

图4为本实用新型的立体组合外观图；

图5为本实用新型第一实施例的立体分解图一；

图6为本实用新型第一实施例的立体分解图二；

图7为本实用新型第一实施例的立体分解图三；

图8为本实用新型第二实施例的立体分解图一；

图9为本实用新型第二实施例的立体分解图二。

附图标记说明

自动对焦镜头模块1；镜头模块(lens module)11；框体(frame)12；固定环(fixed ring)121；镜头套筒(lens barrel)21；导杆槽(guiding slot)211；滑杆槽(slipping slot)212；光学镜片组(lens set)22；导引装置(guiding fixture)23；滑动装置(slipping fixture)24；压电元件(piezoelectric element)31；金属片(metal member)33；电极(electric pole)34；导杆(guide pin)35；切面推力元件(tangent thrust element)36；滚珠(slide ball)361；弹簧(spring)362；滑杆(slide rod)37；镜头模块(lens module)11；框体(frame)12；固定环(fixedring)121；镜头套筒(lens barrel)21；导杆槽(guiding slot)211、211’；光学镜片组(lens set)22；导引装置(guiding fixture)23；滑动装置(slippingfixture)24；压电元件(piezoelectric element)31；金属片(metal member)33；电极(electric pole)34；导杆(guide pin)35；切面推力元件(tangent thrustelement)36；滚珠(slide ball)361；弹簧(spring)362；永久磁铁(permanentmagnet)363、364；推板(pushing board)365；滑杆(slide rod)37。

具体实施方式

为使本实用新型更加明确详实，兹配合下列实施例图示详述如后：

<第一实施例>

参考图4、5、6、7所示，本实用新型压电式自动对焦镜头模块1主要包含一压电元件31、一镜头模块11及一框体12；压电元件31与镜头模块11设置于框体12内，压电元件31与框体12固定，压电元件31的电极34与电压控制器(图未示)连接，当电压控制器输出电压、共振频率与相角时，经由电极34导入压电元件31。一般而言，压电元件主要是利用压电元件内的压电材料(piezoelectricmaterial)的负压电效应，也即在压电材料上施加一电压，使压电材料产生形变而造成位移。压电元件依压电材料应变运动方式可分为：(1)直线纵向运动：包含单板型与积层型，其具有高刚性与轴向推力大的优点；(2)弯曲横向运动：包含单压电晶片型(Unimorph)与双压电晶片型(Bimorph)，此种运动方式的元件可产生较大的位移空间。本实施例使用弯曲横向运动的双压电晶片型压电材料。当电压控制器输出电压、共振频率与相角时，经由电极34导入压电元件31产生波浪型振动，再经由摩擦方式传递振动，使镜头模块11可前进或后退移动。

镜头模块11包含一镜头套筒(lens barrel)21、一光学镜片组22、一切面推力元件36、一金属片33、一导引装置23及一滑杆装置24。光学镜片组22固定于镜头套筒22内，光学镜片组22可为单片或多片光学镜片所组成，其目的在于通过单片或多片光学镜片可聚集光线于影像感测器(图未示)上成像。对于有对焦需求的镜头模块11，沿着光轴移动镜头套筒22(光学镜片组22也随之移动)，使光学镜片组22与影像感测器间的距离改变，可形成不同成像效果。然而，镜头套筒22需要稳定不倾斜，以达到良好的对焦效果；本实施例设有一导引装置23及一滑杆装置24，该导引装置23由相对应且平行于光轴的导槽211(guidingslot)与导杆35(guide pin)所构成，该导槽211设置于镜头套筒21上，由导杆35连接镜头套筒22的导槽211及框体12的固定环121，以将镜头套筒22滑动固定于框体12的固定环121内；该滑杆装置24由相对应且平行于光轴的滑槽212与滑杆37所构成，该滑槽212设置于镜头套筒21上，可在滑杆37上形成上下滑动；由导引装置23及滑杆装置24，可使镜头模块11可在框体12内沿着导杆35与滑杆37而稳定上下移动。

切面推力元件36设置于镜头套筒21外部，其一端面顶触于滑杆37上，另一端面顶触固定于框体12内面上，如此设置可使自动对焦镜头模块1更为小型化，改善公知技术将板状弹簧设置于镜头套筒外围致体积过大的缺点。本实施例的切面推力元件36包含四个对称排列的滚珠361及对应滚珠361的四个弹簧362，各弹簧(压缩弹簧)362的弹簧力可推动滚珠361向前触抵滑杆37，并由滚珠361将弹簧力传送至滑杆37及镜头套筒21上，以对镜头套筒21外缘产生切线方向的推力(切面推力)，使镜头套筒21由该切线方向的推力而相对压住压电元件31。而该滚珠361用以减少其与滑动装置24的滑杆37之间的摩擦损耗。

金属片33固定于镜头套筒21的小面(facet)上以与压电元件31接触，并由切面推力元件36所产生的推力以与压电元件31形成结构上的摩擦力。当压电元件31施以电压时，由压电元件31的运动以使镜头套筒21在框体12中沿光轴而移动，并由导引装置23及滑杆装置24导正方向移动。当电压控制器输出电压、共振频率与相角时，经由电极34导入压电元件31使压电元件31产生波浪型振动，再经由摩擦方式传递振动，使镜头模块11达到直线前进后退的对焦目的。

本实用新型自动对焦镜头模块1与公知镜头模块比较，由上述结构及由切面推力元件36与压电元件31的组合，可使镜头组快速与稳定移动、减少倾斜的现象发生，并可将自动对焦镜头模块1小型化，可应用于微小型的光学系统。

<第二实施例>

参考图8、9所示，为本实用新型压电式自动对焦镜头模块1的另一实施例，其结构与第一实施例相同，但本实施例的切面推力元件36包含由二个永久磁铁363、364及一推板365所构成；推板365设置于一永久磁铁364的一端，本实施例的推板365为金属材质制成，该推板365与滑动装置24的滑杆37接触，其表面设有四个球状突起用以减少推板365与滑动装置24的滑杆37之间的摩擦损耗，但推板365的材质与形状不以此为限；滑杆37与镜头套筒21均使用不导磁的材料所制成；二个永久磁铁363、364以同极相对，于本实施例以N极相对，利用二个永久磁铁363、364同极产生的斥力以对镜头套筒21外缘产生切线方向的推力，使镜头套筒21由该切线方向的推力而相对压住压电元件31。换言之，本实施例利用二个永久磁铁363、364以同极相对所产生的斥力通过推板365而作为压抵滑杆37的推力，以取代第一实施例中利用弹簧362所产生的弹簧力通过滚珠361而作为压抵滑杆37的推力。当压电元件31施以电压、共振频率与相角时，经由电极34导入压电元件31，使压电元件31产生波浪型振动，再经由摩擦方式传递振动，使镜头模块11达到直线前进后退的对焦目的。

以上所示仅为本实用新型的较佳实施例，对本实用新型而言仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本实用新型权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变更，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种压电式自动对焦镜头模块，包含一压电元件、一镜头模块及一框体；该压电元件与镜头模块设置于框体内，而由压电元件产生振动并由摩擦方式传递振动以驱动镜头模块沿光轴移动以进行对焦；

其特征在于：该镜头模块包含一镜头套筒其内固设一光学镜片组、一切面推力元件、一导引装置、一滑动装置及一金属片；其中：

该金属片由切面推力元件产生的切线方向的推力以压住压电元件，用以使金属片与压电元件的界面间产生滑动摩擦力；

该导引装置由与光轴平行且相对应的导槽与导杆构成，该导槽设置于镜头套筒上，并由导杆将镜头套筒滑动固定于框体内以使镜头套筒在框体内沿着导杆而在光轴方向上下移动；

该滑动装置由与光轴平行且相对应的滑槽与滑杆构成，该滑槽设置于镜头套筒上，使镜头套筒由滑杆沿光轴移动；

该切面推力元件设置于镜头套筒外部，其对镜头套筒外缘产生切线方向的推力，以使该金属片与该压电元件的界面间产生结构上的摩擦力；

其中当压电元件施以电压时，由压电元件的运动以驱使镜头套筒在框体中沿光轴移动，并由导引装置与滑动装置导正方向而进行对焦。

2.如权利要求1所述的压电式自动对焦镜头模块，其特征在于，该切面推力元件由多个排列的滚珠及各对应的弹簧所构成，各弹簧的弹簧力推动各滚珠向前触抵该滑动装置的滑杆，使滚珠由弹簧的弹簧力以对镜头套筒外缘产生切线方向的推力。

3.如权利要求1所述的压电式自动对焦镜头模块，其特征在于，该切面推力元件由二个永久磁铁及一推板所构成，该推板设置于一永久磁铁的一端并压抵在滑动装置的滑杆上，该二个永久磁铁同极相对以产生斥力以迫使推板弹性压抵在滑杆上，以对镜头套筒外缘产生切线方向的推力。

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