CN201489176U - 小型压电式自动对焦镜头模块 - Google Patents

Abstract

一种小型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，包含一压电元件(piezoelectric element)、一弹性元件(elastic friction element)、多个导引装置(guiding fixture)及一镜头套筒(lens barrel)内设一光学镜片组；其中由弹性元件的弹性力，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多个导引装置以沿光轴移动，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，并以达成快速移动、稳定对焦并减少倾斜的功效。

Description

小型压电式自动对焦镜头模块

技术领域

本实用新型有关一种小型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 coll 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，其主要由一压电式驱动器(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(piezoelectricdriving 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-magnetic force)；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设置于一弹性元件(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TWI265357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。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小型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小型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、弹性元件及二个或二个以上的导引装置(guidingfixture)，光学镜片组固定于镜头套筒中；其中弹性元件设置于镜头套筒外部与压电元件之间，包含弹性体及金属片；其中，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，导槽设置于镜头套筒上，由导杆将镜头套筒滑动固定于框体内以使镜头模块在框体内沿着导杆而在光轴方向上下移动；该弹性元件设置于镜头套筒外部与压电元件之间，由该弹性元件的弹性力，金属片由弹性体的弹性力以压住压电元件用以使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而移动，并由导引装置导正方向而进行对焦。

本实用新型另一目的为使前述的小型压电式自动对焦镜头模块有更广泛的应用性，其中，弹性体可为圈状弹簧；且为更进一步缩小体积，该弹性体可为具有弹性的发泡材质所制成的弹性垫片或橡胶材料制成的弹性垫片或叶片弹簧。

本实用新型的一种小型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为本实用新型第二实施例的立体分解图；

图8为本实用新型第三实施例的立体分解图。

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；导槽(guiding slot)211、211’；光学镜片组(lens set)22；导引装置(guiding fixture)23；弹性元件(elasticfriction element)30；压电元件(piezoelectric element)31；弹性体(elasticmember)32；弹性垫片(elastic pad)321；圈状弹簧(coil spring)322；叶片弹簧(leaf spring)323；金属片(metal member)33；电极(electric pole)34；导杆(guide pin)35、35’。

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所示，本实用新型小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；该压电元件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的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以产生波浪型振动，再经由摩擦方式传递振动，使镜头模块11前进或后退移动。

该镜头模块11包含一镜头套筒(lens barrel)21、一光学镜片组22、一弹性元件30及二个导引装置(guiding fixture)23及23’。光学镜片组22固定于镜头套筒21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21(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21需要稳定及不倾斜以达到良好的对焦效果；本实施例设有二个导引装置23、23’，分别由相对应的导槽211(211’)(guiding slot)与导杆35(35’)(guidepin)所构成，导槽211(211’)设置于镜头套筒21上，由导杆35(35’)连接镜头套筒21的导槽211(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内，使镜头模块11可在框体12内沿着导杆35(35’)上下移动。

弹性元件30设置于镜头套筒21与压电元件31之间，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。本实施例的弹性元件30包含一弹性体32与一金属片33，弹性体32可使用具有弹性的橡胶材质或发泡材质的垫片，主要用以产生弹性力；如图6，在本实施例的弹性体32采用乙烯-丙烯橡胶(EPDM)为材质的弹性垫片321，但不以此为限。弹性垫片321一端以粘胶粘固于镜头套筒21的侧面上，镜头套筒21侧面设计为一平面以利弹性垫片321粘着；弹性垫片321的另一端以粘胶粘固于该金属片33，使该金属片33由弹性垫片321的弹性力以压住压电元件31，使金属片33与压电元件31的界面间产生结构上的摩擦力；当压电元件31施以电压时，由压电元件31的运动使镜头套筒21在框体12中沿光轴移动，并由导引装置23(23’)导正方向而不倾斜。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以使其产生波浪型振动，再经由摩擦方式传递振动到镜头套筒21，达到直线前进或后退的对焦目的。

本实用新型自动对焦镜头模块1与公知镜头模块比较，由上述结构及由弹性元件30与压电元件31的组合，可使镜头组11快速稳定移动，且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4、7所示，为本实用新型小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，但弹性元件30中的弹性体32则使用圈状弹簧322(coil spring)；该圈状弹簧322一端固定于镜头套筒21的侧面上，另一端以粘胶固定于一金属片33上，使该金属片33由圈状弹簧322的弹簧张力以压住压电元件31，使金属片33与压电元件31的界面间产生结构上的摩擦力；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以使其产生波浪型振动，再经由摩擦方式传递振动到镜头套筒21，达到直线前进或后退的对焦目的。

<第三实施例>

参考图4、8所示，为本实用新型小型压电式自动对焦镜头模块1的又一实施例，其结构与第一实施例相同，但弹性元件30中的弹性体32使用一叶片弹簧323(leaf spring)；该叶片弹簧323一端固定于镜头套筒21的侧面上，另一端以粘胶固定于一金属片33上，使该金属片33由叶片弹簧323的金属回复力以压住压电元件31，使金属片33与压电元件31界面间产生结构上的摩擦力；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以使其产生波浪型振动，再经由摩擦方式传递振动到镜头套筒21，达到直线前进或后退的对焦目的。

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 (4)

1.一种小型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、一弹性元件及至少二个导引装置，其中：

该弹性元件设置于镜头套筒外部与压电元件之间，其包含一弹性体及一金属片，其中该弹性体固定于金属片与镜头套筒之间用以产生弹性力；该金属片由弹性体的弹性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，其中该导槽设置于镜头套筒上，再由导杆将镜头套筒滑动固定于框体内以使镜头模块在框体内沿着导杆而在光轴方向上下移动；

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，并由导引装置导正方向而进行对焦。

2.如权利要求1所述的小型压电式自动对焦镜头模块，其特征在于，该弹性元件的弹性体为以橡胶材料制成的弹性垫片或以发泡材料制成的弹性垫片。

3.如权利要求1所述的小型压电式自动对焦镜头模块，其特征在于，该弹性元件的弹性体为圈状弹簧或叶片弹簧。

4.如权利要求2所述的小型压电式自动对焦镜头模块，其特征在于，弹性元件的弹性体以粘胶固定于金属片与镜头套筒之间，以使金属片与压电元件形成滑动摩擦。

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