專利名稱：小型壓電式自動對焦鏡頭模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型有關一種小型壓電式自動對焦鏡頭模塊，尤指一種由壓電元件的形變
產生位移與摩擦力，以控制光學鏡片組前/后移動而進行對焦。
背景技術：
數位相機或具拍攝功能的手機上均設有一鏡頭模塊，而該鏡頭模塊的功能為驅動 光學鏡片組沿著光軸移動，以達到自動對焦(autofocus)及/或變焦(zoom)的功能。光學 鏡片組的移動方法之一為音圈馬達VCM(Voice coll motor)，由電流流經一線圈產生電磁 場，電磁場與永久磁鐵產生驅動力(driving force)以使光學鏡片組沿著光軸移動。由于此 種方法可以縮小鏡頭模塊體積，近年已大量運用于小型相機、手機相機(camera-equipped cellular phone)或網絡相機(web-camera)中，如美國專利US2008/0013196、
US6， 594， 450、 US7， 145， 738，中國臺灣專利TW M317027及日本專利JP3124292、 JP3132575等。 另一為超聲波馬達USM(Ultrasonic Motor)，利用壓電材料輸入電壓會產生變形 的特性，使其能產生超聲波頻率的機械振動，再通過摩擦驅動的機構設計以使超聲波馬達 可做旋轉運動或直線式移動，如US2009/0153987、 US2008/0297923、 US2008/0174889等。 參考圖l，其超聲波馬達運用于自動對焦模塊如US2008/0246353等，其主要由一壓電式 驅動器(piezoelectric actuator)902設置于一固定部(fixed element)9091上，由連 接桿(connector)9021連接于鏡頭移動部(lens moving element)9092以產生壓電移動 力(piezoelectricdriving force);另有一線圈(coil element)907與石茲鐵組(magnet element)908以產生電磁運動力(electric-magnetic force);由壓電移動力與電磁運動 力的平衡而移動鏡頭移動部9092與鏡片組(lens set) 901沿著導軸(shafts) 904而移動 對焦。 參考圖2，如美國專利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的導桿(guide rod)904設置于一彈性元件(elastic element) 903內，以驅動鏡片組(lens set) 9012與鏡 筒(lens barrel) 9011可由導槽(guide slot) 9042沿著導銷(guide pin) 9043移動對焦。 參考圖3，為另一公知超聲波馬達UCM型式的自動對焦模塊如美國專利 US2008/0231970，其使用板狀彈簧(plate spring) 903的彈性力，以產生二個壓電式驅動器 (piezoelectric actuator) 902的摩擦力，且使該摩擦力產生于導軌904與鏡頭套筒901 之間。但由于使用的板狀彈簧結構復雜、體積及所需的空間較大，不適合小型的鏡頭模塊使 用。 為使鏡頭模塊移動能穩定且盡量不偏斜，如美國專利US2008/0144201、日本專利 JP2004020935等，在鏡頭套筒與鏡頭模塊外殼間使用導桿，以穩定鏡頭套筒的移動；美國 專利US2007/0153404使用軌道(rail);中國臺灣專利TWI265357則使用二組壓電元件設 置在鏡頭套筒的鄰邊以穩定鏡頭套筒的移動。但公知用以移動鏡頭套筒的超聲波馬達，在摩擦力的產生設計上及導桿的設計上，存在結構復雜、成本高或體積過大的缺點，難以適用 于日趨小形化的自動對焦鏡頭模塊上使用。 對于自動對焦鏡頭模塊在高精密、快速對焦的要求，采用可靠度高、穩定性高的結 構，以取代并改善公知技術的摩擦力產生的方法，將可有效達到結構簡單、高精密、快速對 焦、減低傾斜現象的要求。
發明內容本實用新型提供一種小型壓電式自動對焦鏡頭模塊，以解決上述背景技術中存在 的結構復雜、成本高或體積過大的技術問題。 本實用新型目的為提供一種小型壓電式自動對焦鏡頭模塊，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置于框體內，由壓電元件驅動鏡頭模塊，使鏡 頭模塊沿光軸移動而使光學鏡片組可以對焦；鏡頭模塊包含鏡頭套筒(lens barrel)、光學 鏡片組、彈性元件及二個或二個以上的導引裝置(guidingfixture)，光學鏡片組固定于鏡 頭套筒中；其中彈性元件設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，導引裝置由與光軸平行且相對應的導槽(guiding slot)與導桿(guide pin)所構成， 導槽設置于鏡頭套筒上，由導桿將鏡頭套筒滑動固定于框體內以使鏡頭模塊在框體內沿著 導桿而在光軸方向上下移動；該彈性元件設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 間產生結構上的摩擦力；當壓電元件施以電壓時，由壓電元件的運動使鏡頭套筒在框體中 沿光軸而移動，并由導引裝置導正方向而進行對焦。 本實用新型另一目的為使前述的小型壓電式自動對焦鏡頭模塊有更廣泛的應用 性，其中，彈性體可為圈狀彈簧；且為更進一步縮小體積，該彈性體可為具有彈性的發泡材 質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。 本實用新型的一種小型壓電式自動對焦鏡頭模塊，可有效達到結構簡單、高精密、 快速對焦和減低傾斜現象的有益技術效果。
圖1為公知一具音圈馬達VCM配合壓電驅動器的自動對焦模塊的示意圖； 圖2為公知另一具壓電體驅動器的自動對焦模塊的示意圖； 圖3為公知又一具二個壓電體驅動器的自動對焦模塊的示意圖； 圖4為本實用新型的立體組合外觀圖； 圖5為本實用新型第一實施例的立體分解圖一 ； 圖6為本實用新型第一實施例的立體分解圖二 ； 圖7為本實用新型第二實施例的立體分解圖； 圖8為本實用新型第三實施例的立體分解圖。 附圖標記說明 自動對焦鏡頭模塊1 ;鏡頭模塊(lens module) 11 ;框體(frame) 12 ;固定環(fixed ring) 121 ;鏡頭套筒(lens barrel) 21 ;導槽(guiding slot)211、211';光學鏡片組(lens set)22;導引裝置(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;導桿(guide pin)35、35'。
具體實施方式為使本實用新型更加明確詳實，茲配合下列實施例圖示詳述如后〈第一實施例> 參考圖4、5、6所示，本實用新型小型壓電式自動對焦鏡頭模塊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設置于框體12內，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，當電壓控制 器輸出電壓、共振頻率與相角時，經由電極34導入壓電元件31 。 一般而言，壓電元件主要是 利用壓電元件內的壓電材料(piezoelectricmaterial)的負壓電效應，也即在壓電材料上 施加一電壓，使壓電材料產生形變而造成位移。壓電元件依壓電材料的應變運動方式可分 為(l)直線縱向運動包含單板型與積層型，其具有高剛性與軸向推力大的優點；(2)彎曲 橫向運動包含單壓電晶片型(Unimorph)與雙壓電晶片型(Bimorph)，此種運動方式的元 件可產生較大的位移空間。本實施例使用彎曲橫向運動的雙壓電晶片型壓電材料。當電壓 控制器輸出電壓、共振頻率與相角時，經由電極34導入壓電元件31以產生波浪型振動，再 經由摩擦方式傳遞振動，使鏡頭模塊11前進或后退移動。 該鏡頭模塊11包含一鏡頭套筒(lens barrel) 21、一光學鏡片組22、一彈性元件 30及二個導引裝置(guiding fixture) 23及23'。光學鏡片組22固定于鏡頭套筒21內， 光學鏡片組22可為單片或多片光學鏡片所組成，其目的在于通過單片或多片光學鏡片可 聚集光線于影像感測器(圖未示)上成像。對于有對焦需求的鏡頭模塊ll，沿著光軸移動 鏡頭套筒21 (光學鏡片組22也隨之移動)，使光學鏡片組22與影像感測器間的距離改變， 可形成不同成像效果。然而，鏡頭套筒21需要穩定及不傾斜以達到良好的對焦效果；本實 施例設有二個導引裝置23、23'，分別由相對應的導槽211(211') (guiding slot)與導桿 35(35' ) (guid印in)所構成，導槽211 (211')設置于鏡頭套筒21上，由導桿35(35')連接 鏡頭套筒21的導槽211 (211')及框體12的固定環121，以將鏡頭套筒22滑動固定于框體 12內，使鏡頭模塊11可在框體12內沿著導桿35(35')上下移動。 彈性元件30設置于鏡頭套筒21與壓電元件31之間，如此設置可使自動對焦鏡頭 模塊1更為小型化，改善公知技術將板狀彈簧設置于鏡頭套筒外圍致體積過大的缺點。本 實施例的彈性元件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 質或發泡材質的墊片，主要用以產生彈性力；如圖6，在本實施例的彈性體32采用乙烯-丙 烯橡膠(EPDM)為材質的彈性墊片321，但不以此為限。彈性墊片321 —端以粘膠粘固于鏡 頭套筒21的側面上，鏡頭套筒21側面設計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的界面間產生結構上的摩擦力；當壓電元件31施以電壓 時，由壓電元件31的運動使鏡頭套筒21在框體12中沿光軸移動，并由導引裝置23(23') 導正方向而不傾斜。當電壓控制器輸出電壓、共振頻率與相角時，經由電極34導入壓電元 件31以使其產生波浪型振動，再經由摩擦方式傳遞振動到鏡頭套筒21，達到直線前進或后退的對焦目的。 本實用新型自動對焦鏡頭模塊1與公知鏡頭模塊比較，由上述結構及由彈性元件 30與壓電元件31的組合，可使鏡頭組11快速穩定移動，且減少傾斜的現象發生，并可將自 動對焦鏡頭模塊1小型化，可應用于微小型的光學系統。〈第二實施例> 參考圖4、7所示，為本實用新型小型壓電式自動對焦鏡頭模塊1的另一實施例，其 結構與第一實施例相同，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 界面間產生結構上的摩擦力；當壓電元件31施以電壓、共振頻率與相角時，經由電極34導 入壓電元件31以使其產生波浪型振動，再經由摩擦方式傳遞振動到鏡頭套筒21，達到直線 前進或后退的對焦目的。〈第三實施例> 參考圖4、8所示，為本實用新型小型壓電式自動對焦鏡頭模塊1的又一實施例，其 結構與第一實施例相同，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的金屬回復力以壓住壓電元件31，使金屬片33與壓電元件31 界面間產生結構上的摩擦力；當壓電元件31施以電壓、共振頻率與相角時，經由電極34導 入壓電元件31以使其產生波浪型振動，再經由摩擦方式傳遞振動到鏡頭套筒21，達到直線 前進或后退的對焦目的。 以上所示僅為本實用新型的較佳實施例，對本實用新型而言僅是說明性的，而非 限制性的。本專業技術人員理解，在本實用新型權利要求所限定的精神和范圍內可對其進 行許多改變，修改，甚至等效變更，但都將落入本實用新型的保護范圍內。
權利要求一種小型壓電式自動對焦鏡頭模塊，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置于框體內，而由壓電元件產生振動并由摩擦方式傳遞振動以驅動鏡頭模塊沿光軸移動以進行對焦；其特征在于該鏡頭模塊包含一鏡頭套筒其內固設一光學鏡片組、一彈性元件及至少二個導引裝置，其中該彈性元件設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生滑動摩擦力；該導引裝置由與光軸平行且相對應的導槽與導桿構成，其中該導槽設置于鏡頭套筒上，再由導桿將鏡頭套筒滑動固定于框體內以使鏡頭模塊在框體內沿著導桿而在光軸方向上下移動；其中當壓電元件施以電壓時，由壓電元件的運動以驅使鏡頭套筒在框體中沿光軸移動，并由導引裝置導正方向而進行對焦。
2. 如權利要求1所述的小型壓電式自動對焦鏡頭模塊，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泡材料制成的彈性墊片。
3. 如權利要求1所述的小型壓電式自動對焦鏡頭模塊，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. 如權利要求2所述的小型壓電式自動對焦鏡頭模塊，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摩擦。
專利摘要一種小型壓電式自動對焦鏡頭模塊，其由壓電元件與鏡頭套筒間摩擦力配合以控制光學鏡片組移動而進行對焦，包含一壓電元件(piezoelectric element)、一彈性元件(elastic friction element)、多個導引裝置(guiding fixture)及一鏡頭套筒(lens barrel)內設一光學鏡片組；其中由彈性元件的彈性力，使鏡頭套筒與壓電元件產生摩擦力；當壓電元件施以電壓時，由壓電元件的運動使鏡頭套筒由該多個導引裝置以沿光軸移動，使鏡頭模塊可以進行對焦移動，由于整體結構元件少、輕薄，可用于小型的自動對焦鏡頭模塊，并以達成快速移動、穩定對焦并減少傾斜的功效。
文檔編號H02N2/00GK201489176SQ200920161779
公開日2010年5月26日 申請日期2009年8月3日 優先權日2009年8月3日
發明者周進益, 徐三偉, 游騰健 申請人:一品國際科技股份有限公司