專利名稱：小型壓電式自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型有關(guān)一種小型壓電式自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊，尤指一種由壓電元件的形變
產(chǎn)生位移與摩擦力，以控制光學(xué)鏡片組前/后移動(dòng)而進(jìn)行對(duì)焦。
背景技術(shù)：
數(shù)位相機(jī)或具拍攝功能的手機(jī)上均設(shè)有一鏡頭模塊，而該鏡頭模塊的功能為驅(qū)動(dòng) 光學(xué)鏡片組沿著光軸移動(dòng)，以達(dá)到自動(dòng)對(duì)焦(autofocus)及/或變焦(zoom)的功能。光學(xué) 鏡片組的移動(dòng)方法之一為音圈馬達(dá)VCM(Voice coll motor)，由電流流經(jīng)一線圈產(chǎn)生電磁 場(chǎng)，電磁場(chǎng)與永久磁鐵產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力(driving force)以使光學(xué)鏡片組沿著光軸移動(dòng)。由于此 種方法可以縮小鏡頭模塊體積，近年已大量運(yùn)用于小型相機(jī)、手機(jī)相機(jī)(camera-equipped cellular phone)或網(wǎng)絡(luò)相機(jī)(web-camera)中，如美國(guó)專利US2008/0013196、
US6， 594， 450、 US7， 145， 738，中國(guó)臺(tái)灣專利TW M317027及日本專利JP3124292、 JP3132575等。 另一為超聲波馬達(dá)USM(Ultrasonic Motor)，利用壓電材料輸入電壓會(huì)產(chǎn)生變形 的特性，使其能產(chǎn)生超聲波頻率的機(jī)械振動(dòng)，再通過(guò)摩擦驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)以使超聲波馬達(dá) 可做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線式移動(dòng)，如US2009/0153987、 US2008/0297923、 US2008/0174889等。 參考圖l，其超聲波馬達(dá)運(yùn)用于自動(dòng)對(duì)焦模塊如US2008/0246353等，其主要由一壓電式 驅(qū)動(dòng)器(piezoelectric actuator)902設(shè)置于一固定部(fixed element)9091上，由連 接桿(connector)9021連接于鏡頭移動(dòng)部(lens moving element)9092以產(chǎn)生壓電移動(dòng) 力(piezoelectricdriving force);另有一線圈(coil element)907與石茲鐵組(magnet element)908以產(chǎn)生電磁運(yùn)動(dòng)力(electric-magnetic force);由壓電移動(dòng)力與電磁運(yùn)動(dòng) 力的平衡而移動(dòng)鏡頭移動(dòng)部9092與鏡片組(lens set) 901沿著導(dǎo)軸(shafts) 904而移動(dòng) 對(duì)焦。 參考圖2，如美國(guó)專利US7，480' 109、 US2008/0085110等，其主要由一壓電元件 (piezoelectric element) 902與一具有摩擦面(frictional surface) 9021的導(dǎo)桿(guide rod)904設(shè)置于一彈性元件(elastic element) 903內(nèi)，以驅(qū)動(dòng)鏡片組(lens set) 9012與鏡 筒(lens barrel) 9011可由導(dǎo)槽(guide slot) 9042沿著導(dǎo)銷(guide pin) 9043移動(dòng)對(duì)焦。 參考圖3，為另一公知超聲波馬達(dá)UCM型式的自動(dòng)對(duì)焦模塊如美國(guó)專利 US2008/0231970，其使用板狀彈簧(plate spring) 903的彈性力，以產(chǎn)生二個(gè)壓電式驅(qū)動(dòng)器 (piezoelectric actuator) 902的摩擦力，且使該摩擦力產(chǎn)生于導(dǎo)軌904與鏡頭套筒901 之間。但由于使用的板狀彈簧結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積及所需的空間較大，不適合小型的鏡頭模塊使 用。 為使鏡頭模塊移動(dòng)能穩(wěn)定且盡量不偏斜，如美國(guó)專利US2008/0144201、日本專利 JP2004020935等，在鏡頭套筒與鏡頭模塊外殼間使用導(dǎo)桿，以穩(wěn)定鏡頭套筒的移動(dòng)；美國(guó) 專利US2007/0153404使用軌道(rail);中國(guó)臺(tái)灣專利TWI265357則使用二組壓電元件設(shè) 置在鏡頭套筒的鄰邊以穩(wěn)定鏡頭套筒的移動(dòng)。但公知用以移動(dòng)鏡頭套筒的超聲波馬達(dá)，在摩擦力的產(chǎn)生設(shè)計(jì)上及導(dǎo)桿的設(shè)計(jì)上，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高或體積過(guò)大的缺點(diǎn)，難以適用 于日趨小形化的自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊上使用。 對(duì)于自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊在高精密、快速對(duì)焦的要求，采用可靠度高、穩(wěn)定性高的結(jié) 構(gòu)，以取代并改善公知技術(shù)的摩擦力產(chǎn)生的方法，將可有效達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高精密、快速對(duì) 焦、減低傾斜現(xiàn)象的要求。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種小型壓電式自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊，以解決上述背景技術(shù)中存在 的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高或體積過(guò)大的技術(shù)問(wèn)題。 本實(shí)用新型目的為提供一種小型壓電式自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊，包含一壓電元件、一 鏡頭模塊及一框體；該壓電元件與鏡頭模塊設(shè)置于框體內(nèi)，由壓電元件驅(qū)動(dòng)鏡頭模塊，使鏡 頭模塊沿光軸移動(dòng)而使光學(xué)鏡片組可以對(duì)焦；鏡頭模塊包含鏡頭套筒(lens barrel)、光學(xué) 鏡片組、彈性元件及二個(gè)或二個(gè)以上的導(dǎo)引裝置(guidingfixture)，光學(xué)鏡片組固定于鏡 頭套筒中；其中彈性元件設(shè)置于鏡頭套筒外部與壓電元件之間，包含彈性體及金屬片；其 中，導(dǎo)引裝置由與光軸平行且相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)槽(guiding slot)與導(dǎo)桿(guide pin)所構(gòu)成， 導(dǎo)槽設(shè)置于鏡頭套筒上，由導(dǎo)桿將鏡頭套筒滑動(dòng)固定于框體內(nèi)以使鏡頭模塊在框體內(nèi)沿著 導(dǎo)桿而在光軸方向上下移動(dòng)；該彈性元件設(shè)置于鏡頭套筒外部與壓電元件之間，由該彈性 元件的彈性力，金屬片由彈性體的彈性力以壓住壓電元件用以使金屬片與該壓電元件界面 間產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的摩擦力；當(dāng)壓電元件施以電壓時(shí)，由壓電元件的運(yùn)動(dòng)使鏡頭套筒在框體中 沿光軸而移動(dòng)，并由導(dǎo)引裝置導(dǎo)正方向而進(jìn)行對(duì)焦。 本實(shí)用新型另一目的為使前述的小型壓電式自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊有更廣泛的應(yīng)用 性，其中，彈性體可為圈狀彈簧；且為更進(jìn)一步縮小體積，該彈性體可為具有彈性的發(fā)泡材 質(zhì)所制成的彈性墊片或橡膠材料制成的彈性墊片或葉片彈簧。 本實(shí)用新型的一種小型壓電式自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊，可有效達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高精密、 快速對(duì)焦和減低傾斜現(xiàn)象的有益技術(shù)效果。

圖1為公知一具音圈馬達(dá)VCM配合壓電驅(qū)動(dòng)器的自動(dòng)對(duì)焦模塊的示意圖； 圖2為公知另一具壓電體驅(qū)動(dòng)器的自動(dòng)對(duì)焦模塊的示意圖； 圖3為公知又一具二個(gè)壓電體驅(qū)動(dòng)器的自動(dòng)對(duì)焦模塊的示意圖； 圖4為本實(shí)用新型的立體組合外觀圖； 圖5為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的立體分解圖一 ； 圖6為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的立體分解圖二 ； 圖7為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的立體分解圖； 圖8為本實(shí)用新型第三實(shí)施例的立體分解圖。 附圖標(biāo)記說(shuō)明 自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊1 ;鏡頭模塊(lens module) 11 ;框體(frame) 12 ;固定環(huán)(fixed ring) 121 ;鏡頭套筒(lens barrel) 21 ;導(dǎo)槽(guiding slot)211、211';光學(xué)鏡片組(lens set)22;導(dǎo)引裝置(guiding fixture) 23 ;彈性元件(elasticfriction element)30;壓
4電元件(piezoelectric element) 31 ;彈性體(elasticmember) 32 ;彈性墊片(elastic pad) 321 ;圈狀彈簧(coil spring) 322 ;葉片彈簧(leaf spring) 323 ;金屬片(metal member) 33 ;電極(electric pole)34;導(dǎo)桿(guide pin)35、35'。
具體實(shí)施方式為使本實(shí)用新型更加明確詳實(shí)，茲配合下列實(shí)施例圖示詳述如后〈第一實(shí)施例> 參考圖4、5、6所示，本實(shí)用新型小型壓電式自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊1主要包含一壓電 元件31、一鏡頭模塊11及一框體12 ;該壓電元件31與鏡頭模塊11設(shè)置于框體12內(nèi)，壓電 元件31與框體12固定，壓電元件31的電極34與電壓控制器(圖未示)連接，當(dāng)電壓控制 器輸出電壓、共振頻率與相角時(shí)，經(jīng)由電極34導(dǎo)入壓電元件31 。 一般而言，壓電元件主要是 利用壓電元件內(nèi)的壓電材料(piezoelectricmaterial)的負(fù)壓電效應(yīng)，也即在壓電材料上 施加一電壓，使壓電材料產(chǎn)生形變而造成位移。壓電元件依壓電材料的應(yīng)變運(yùn)動(dòng)方式可分 為(l)直線縱向運(yùn)動(dòng)包含單板型與積層型，其具有高剛性與軸向推力大的優(yōu)點(diǎn)；(2)彎曲 橫向運(yùn)動(dòng)包含單壓電晶片型(Unimorph)與雙壓電晶片型(Bimorph)，此種運(yùn)動(dòng)方式的元 件可產(chǎn)生較大的位移空間。本實(shí)施例使用彎曲橫向運(yùn)動(dòng)的雙壓電晶片型壓電材料。當(dāng)電壓 控制器輸出電壓、共振頻率與相角時(shí)，經(jīng)由電極34導(dǎo)入壓電元件31以產(chǎn)生波浪型振動(dòng)，再 經(jīng)由摩擦方式傳遞振動(dòng)，使鏡頭模塊11前進(jìn)或后退移動(dòng)。 該鏡頭模塊11包含一鏡頭套筒(lens barrel) 21、一光學(xué)鏡片組22、一彈性元件 30及二個(gè)導(dǎo)引裝置(guiding fixture) 23及23'。光學(xué)鏡片組22固定于鏡頭套筒21內(nèi)， 光學(xué)鏡片組22可為單片或多片光學(xué)鏡片所組成，其目的在于通過(guò)單片或多片光學(xué)鏡片可 聚集光線于影像感測(cè)器(圖未示)上成像。對(duì)于有對(duì)焦需求的鏡頭模塊ll，沿著光軸移動(dòng) 鏡頭套筒21 (光學(xué)鏡片組22也隨之移動(dòng))，使光學(xué)鏡片組22與影像感測(cè)器間的距離改變， 可形成不同成像效果。然而，鏡頭套筒21需要穩(wěn)定及不傾斜以達(dá)到良好的對(duì)焦效果；本實(shí) 施例設(shè)有二個(gè)導(dǎo)引裝置23、23'，分別由相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)槽211(211') (guiding slot)與導(dǎo)桿 35(35' ) (guid印in)所構(gòu)成，導(dǎo)槽211 (211')設(shè)置于鏡頭套筒21上，由導(dǎo)桿35(35')連接 鏡頭套筒21的導(dǎo)槽211 (211')及框體12的固定環(huán)121，以將鏡頭套筒22滑動(dòng)固定于框體 12內(nèi)，使鏡頭模塊11可在框體12內(nèi)沿著導(dǎo)桿35(35')上下移動(dòng)。 彈性元件30設(shè)置于鏡頭套筒21與壓電元件31之間，如此設(shè)置可使自動(dòng)對(duì)焦鏡頭 模塊1更為小型化，改善公知技術(shù)將板狀彈簧設(shè)置于鏡頭套筒外圍致體積過(guò)大的缺點(diǎn)。本 實(shí)施例的彈性元件30包含一彈性體32與一金屬片33，彈性體32可使用具有彈性的橡膠材 質(zhì)或發(fā)泡材質(zhì)的墊片，主要用以產(chǎn)生彈性力；如圖6，在本實(shí)施例的彈性體32采用乙烯-丙 烯橡膠(EPDM)為材質(zhì)的彈性墊片321，但不以此為限。彈性墊片321 —端以粘膠粘固于鏡 頭套筒21的側(cè)面上，鏡頭套筒21側(cè)面設(shè)計(jì)為一平面以利彈性墊片321粘著；彈性墊片321 的另一端以粘膠粘固于該金屬片33，使該金屬片33由彈性墊片321的彈性力以壓住壓電元 件31，使金屬片33與壓電元件31的界面間產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的摩擦力；當(dāng)壓電元件31施以電壓 時(shí)，由壓電元件31的運(yùn)動(dòng)使鏡頭套筒21在框體12中沿光軸移動(dòng)，并由導(dǎo)引裝置23(23') 導(dǎo)正方向而不傾斜。當(dāng)電壓控制器輸出電壓、共振頻率與相角時(shí)，經(jīng)由電極34導(dǎo)入壓電元 件31以使其產(chǎn)生波浪型振動(dòng)，再經(jīng)由摩擦方式傳遞振動(dòng)到鏡頭套筒21，達(dá)到直線前進(jìn)或后退的對(duì)焦目的。 本實(shí)用新型自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊1與公知鏡頭模塊比較，由上述結(jié)構(gòu)及由彈性元件 30與壓電元件31的組合，可使鏡頭組11快速穩(wěn)定移動(dòng)，且減少傾斜的現(xiàn)象發(fā)生，并可將自 動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊1小型化，可應(yīng)用于微小型的光學(xué)系統(tǒng)?！吹诙?shí)施例> 參考圖4、7所示，為本實(shí)用新型小型壓電式自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊1的另一實(shí)施例，其 結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例相同，但彈性元件30中的彈性體32則使用圈狀彈簧322(coil spring); 該圈狀彈簧322 —端固定于鏡頭套筒21的側(cè)面上，另一端以粘膠固定于一金屬片33上，使 該金屬片33由圈狀彈簧322的彈簧張力以壓住壓電元件31，使金屬片33與壓電元件31的 界面間產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的摩擦力；當(dāng)壓電元件31施以電壓、共振頻率與相角時(shí)，經(jīng)由電極34導(dǎo) 入壓電元件31以使其產(chǎn)生波浪型振動(dòng)，再經(jīng)由摩擦方式傳遞振動(dòng)到鏡頭套筒21，達(dá)到直線 前進(jìn)或后退的對(duì)焦目的。〈第三實(shí)施例> 參考圖4、8所示，為本實(shí)用新型小型壓電式自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊1的又一實(shí)施例，其 結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例相同，但彈性元件30中的彈性體32使用一葉片彈簧323(leaf spring); 該葉片彈簧323 —端固定于鏡頭套筒21的側(cè)面上，另一端以粘膠固定于一金屬片33上，使 該金屬片33由葉片彈簧323的金屬回復(fù)力以壓住壓電元件31，使金屬片33與壓電元件31 界面間產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的摩擦力；當(dāng)壓電元件31施以電壓、共振頻率與相角時(shí)，經(jīng)由電極34導(dǎo) 入壓電元件31以使其產(chǎn)生波浪型振動(dòng)，再經(jīng)由摩擦方式傳遞振動(dòng)到鏡頭套筒21，達(dá)到直線 前進(jìn)或后退的對(duì)焦目的。 以上所示僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型而言僅是說(shuō)明性的，而非 限制性的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在本實(shí)用新型權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對(duì)其進(jìn) 行許多改變，修改，甚至等效變更，但都將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種小型壓電式自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊，包含一壓電元件、一鏡頭模塊及一框體；該壓電元件與鏡頭模塊設(shè)置于框體內(nèi)，而由壓電元件產(chǎn)生振動(dòng)并由摩擦方式傳遞振動(dòng)以驅(qū)動(dòng)鏡頭模塊沿光軸移動(dòng)以進(jìn)行對(duì)焦；其特征在于該鏡頭模塊包含一鏡頭套筒其內(nèi)固設(shè)一光學(xué)鏡片組、一彈性元件及至少二個(gè)導(dǎo)引裝置，其中該彈性元件設(shè)置于鏡頭套筒外部與壓電元件之間，其包含一彈性體及一金屬片，其中該彈性體固定于金屬片與鏡頭套筒之間用以產(chǎn)生彈性力；該金屬片由彈性體的彈性力以壓住壓電元件用以使金屬片與壓電元件的界面間產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力；該導(dǎo)引裝置由與光軸平行且相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)槽與導(dǎo)桿構(gòu)成，其中該導(dǎo)槽設(shè)置于鏡頭套筒上，再由導(dǎo)桿將鏡頭套筒滑動(dòng)固定于框體內(nèi)以使鏡頭模塊在框體內(nèi)沿著導(dǎo)桿而在光軸方向上下移動(dòng)；其中當(dāng)壓電元件施以電壓時(shí)，由壓電元件的運(yùn)動(dòng)以驅(qū)使鏡頭套筒在框體中沿光軸移動(dòng)，并由導(dǎo)引裝置導(dǎo)正方向而進(jìn)行對(duì)焦。
2. 如權(quán)利要求1所述的小型壓電式自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊，其特征在于，該彈性元件的彈 性體為以橡膠材料制成的彈性墊片或以發(fā)泡材料制成的彈性墊片。
3. 如權(quán)利要求1所述的小型壓電式自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊，其特征在于，該彈性元件的彈 性體為圈狀彈簧或葉片彈簧。
4. 如權(quán)利要求2所述的小型壓電式自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊，其特征在于，彈性元件的彈性 體以粘膠固定于金屬片與鏡頭套筒之間，以使金屬片與壓電元件形成滑動(dòng)摩擦。
專利摘要一種小型壓電式自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊，其由壓電元件與鏡頭套筒間摩擦力配合以控制光學(xué)鏡片組移動(dòng)而進(jìn)行對(duì)焦，包含一壓電元件(piezoelectric element)、一彈性元件(elastic friction element)、多個(gè)導(dǎo)引裝置(guiding fixture)及一鏡頭套筒(lens barrel)內(nèi)設(shè)一光學(xué)鏡片組；其中由彈性元件的彈性力，使鏡頭套筒與壓電元件產(chǎn)生摩擦力；當(dāng)壓電元件施以電壓時(shí)，由壓電元件的運(yùn)動(dòng)使鏡頭套筒由該多個(gè)導(dǎo)引裝置以沿光軸移動(dòng)，使鏡頭模塊可以進(jìn)行對(duì)焦移動(dòng)，由于整體結(jié)構(gòu)元件少、輕薄，可用于小型的自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模塊，并以達(dá)成快速移動(dòng)、穩(wěn)定對(duì)焦并減少傾斜的功效。
文檔編號(hào)H02N2/00GK201489176SQ200920161779
公開(kāi)日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月3日
發(fā)明者周進(jìn)益, 徐三偉, 游騰健 申請(qǐng)人:一品國(guó)際科技股份有限公司