CN101169508A - 压电式光学镜头 - Google Patents

Abstract

一种压电式光学镜头，其包括一镜头、多个压电定子以及一座体，所述座体是用以容纳所述镜头及所述多个压电定子，所述镜头具有一圆筒形的筒身，于所述筒身径向外侧壁环设有一圈外径大于所述筒身的摩擦圈，所述多个压电定子是设置于所述镜头外围且抵靠于所述镜头外侧壁的摩擦圈，是用于提供所述镜头旋转动力，可同时驱动所述多个压电定子输出最大驱动扭力，使镜头达成拉近或拉远的功能。

Description

压电式光学镜头

技术领域

本发明涉及一种压电式光学镜头，特别涉及一种通过压电定子驱动镜头旋转，达成拉近或拉远功能的压电式光学镜头。

背景技术

超音波马达(或称压电马达)或压电致动器被运用于相机、数码相机或可照相手机内，而用来驱动光学镜头，使所述光学镜头具有拉近或拉远的功效，已成为光学系统或相关商品的重要技术之一。例如，英国1Ltd.公司(http://www.1limited.com)的利用双芯片型压电陶瓷片制成螺旋卷绕状的压电致动器，所述压电致动器与光学镜片及支架结合后即可被用来放置于相机、数字相机或可照相手机内作为影像自动对焦用，所述螺旋卷绕状的压电致动器虽具有体积小、致动位移大、低耗电量、寂静无声与兼容性高等优点，然而其缺点在于，当将双芯片型压电陶瓷片卷绕成螺旋卷绕状的压电致动器初胚时，必须大量使用人工来完成；既使是利用自动化机具来完成，也因为其制程难度高且复杂，因而有良率低与质量不稳定的风险；因此所述螺旋卷绕状的压电致动器被运用于相机、数码相机或可照相手机内，其产业上的利用性并不高。

再者，早期将超音波马达(或称压电马达)或压电致动器运用于传统相机内是一种现有的技术，而且相关专利亦不在少数，例如美国专利号4755705、4786836、4829209、4935659、4952834、4959580、5013982等均是，由于早期容置胶片的传统相机体积较大，故利用上述超音波马达(或称压电马达)或压电致动器等现有装置或现有技术制成光学镜头或用以驱动光学镜头，尚不至于造成太大问题，然近年来数字相机渐渐取代传统相机，且具有拉近或拉远功效的手机镜头也衍然成为时尚的商品以及成为手机必然标准配备的趋势下，上述体型大的现有超音波马达(或称压电马达)或压电致动器已无法再被容置其内，目前可见的数字相机或可照相手机，其光学镜头模块的体型仍然非常的大，主要仍是沿用现有装置或现有技术。

至于具有小体积的压电式光学镜头的数字相机或可照相手机，虽可见于相关专利、论文或研讨会上，然而，所述现有压电式光学镜头的构件相当复杂，相关零组件无法利用批次精密加工来完成，必须单独加工始能为之。

请参阅图1所示，美国发明专利第6710950号「Piezoelectric actuator for digitalcamera optical system」，所述案揭露一种现有压电式光学镜头结构，其主要包括一支撑管9，于所述支撑管9内部设有一镜筒10，所述镜筒10是用以设置光学镜片(图中未示出)，于所述支撑管9外部套设有挠性电路板14，所述电路板14的内侧壁轴向延伸设有多个压电致动器11(图中仅示出一组)，再于所述电路板14外包覆一层弹性绝缘片15，由所述压电致动器11驱动所述镜筒10，然而所述结构的缺失在于所述镜筒10的长度是以位移为依归，其体积庞大、电路控制不易。

请参阅图2，美国发明专利第6853507号「Lens driving device」，所述案揭露一种光学镜片驱动装置，其是于一后盖35上设有一圆管7，于所述圆管7内设有镜框3，所述镜框3是供设置光学镜片1，于所述圆管7外套设有一套筒6，所述圆管7及套筒6分别具有导槽6a、7a可供所述光学镜片1所具有的凸块11同时嵌设于其内，于所述后盖35上设有微型齿轮30，所述微型齿轮31的齿31是嵌入于所述套筒6底部，再于所述微型齿轮30外包覆一圈压电致动器10，通过所述压电致动器10依序驱动所述微型齿轮30、所述套筒6转动，进而驱动所述光学镜片1于所述圆管7内轴向移动，然而所述结构的缺失在于，其结构相当复杂，且所述微型齿轮30的制作困难，同时所述压电致动器10必须分段极化，成本十分昴贵。

再请参阅图3，韩国专利公开案号第1020040078265号「Transfer unit，in whicha lens and an actuator are formed in one body 」，所述案所揭露的光学镜片驱动装置是于一圆筒状罩体19内部设有导杆12、压电组件13及支撑块14，所述结构的缺点在于需加入质量块(mass)，造成惯性力而运动，导致所述圆筒状罩体19直径加大，且重量增加。

综观现有压电式光学镜头，其构件均相当复杂，除增加制造加工的困难度外，其组装方式也相当复杂，特别是压电定子的组装方式相当不容易，因而减损了压电式光学镜头的驱动力，再者，各细小组件无法利用自动机器来完成，也徒增了人力的耗费与制造成本，于是，所述现有压电式光学镜头虽然具有体积小的优点，但是在成本上却没有任何竞争优势，所以也不具商业价值或产业上的利用性。

综上所述，提供一种具驱动扭力大、体积小、构件简单、结构坚固、制造容易与组装便捷等功效，以解决上述所列的缺点，且具产业上的利用性、新颖性与进步性的压电式光学镜头驱动装置，实为亟待解决的课题。

发明内容

有鉴于现有技术的缺失，本发明的主要目的在于提出一种驱动扭力大的压电式光学镜头。

本发明的另一目的在于提出一种体积小的压电式光学镜头。

本发明再一目的在于提供一种构件简单的压电式光学镜头。

本发明又一目的在于提供一种结构坚固的压电式光学镜头。

本发明又另一目的在于提供一种制造容易的压电式光学镜头。

本发明又再一目的在于提供一种组装便捷的压电式光学镜头。

为达到上述目的，本发明提出一种压电式光学镜头，其包括：

一镜头，其具有一筒身，于所述筒身径向外侧壁环设有至少一个圈外径大于所述筒身的摩擦圈；

多个压电定子，设置于所述镜头外围且抵靠于所述镜头外侧壁的摩擦圈，是用于提供所述镜头旋转动力；

一座体，是用以容纳所述镜头及所述多个压电定子。

较佳地，所述镜头更包括：

内螺纹，是设置于所述筒身内侧壁；

至少一个镜框，是用以设置光学镜片组，所述镜框是螺合于所述筒身内；

一筒盖，是设置于所述筒身的其中一轴向端，用以限制所述镜框外移；

一导引座，是设置于所述筒身的另一轴向端，于所述导引座朝向所述筒身内部的面上设有多个导引杆，所述多个导引杆的轴向与所述筒身、镜框及筒盖相互平行，且所述多个导引杆是伸入所述筒身，且穿设于所述镜框、筒盖并与的相互连结。

较佳地，所述镜框为二个或二个以上，每一镜框可容设一光学镜片组。

较佳地，所述导引座是设置于一后盖上，所述后盖是与所述座体相连结。

较佳地，所述导引座上设有三支导引杆。

较佳地，所述压电定子是由金属管与压电陶瓷片所组成，所述压电陶瓷片是贴附于所述金属管的一侧或相邻两侧上，所述金属管是抵靠于所述镜头外侧壁的摩擦圈。

较佳地，所述压电陶瓷片是设置有两片，且是分别贴附于所述金属管径向夹角九十度的相邻两侧。

较佳地，所述压电陶瓷片可依模态形状涂布电极。

较佳地，所述压电陶瓷片可作分区极化。

较佳地，所述压电陶瓷片可分段作不同极化方向的贴附。

较佳地，所述压电定子的数量有三支，每一个压电定子可单独驱动或同时驱动。

较佳地，所述压电定子的数量有二支，且所述二支压电定子配合一惰轮单独驱动或同时驱动。

较佳地，所述压电定子的数量有一支，且所述支压电定子配合二支惰轮驱动。

较佳地，所述多个压电定子是等角距环绕设置于所述镜头外围。

较佳地，所述压电定子的驱动方式可为单频单相驱动、单频双相驱动、双频单相驱动或双频双相驱动。

较佳地，所述座体是包括：

至少一个固定组件，其具有一贯穿所述固定组件的第一穿透部，于所述第一穿透部的一侧设有一贯穿所述固定组件边缘的开口，于所述第一穿透部外围设有多个贯穿所述固定组件的第二穿透部，所述第一穿透部是供所述镜头穿设，所述多个第二穿透部是供所述多个压电定子穿设；

紧置组件，其具有一贯穿所述紧置组件的穿透部，所述穿透部是可供所述镜头与所述多个压电定子穿设，于所述穿透部相对应于所述固定组件的开口设置处亦设有开口，于所述开口内设有孔洞，所述孔洞的中心轴向是与所述镜头中心轴向垂直，且由所述开口的两侧分别贯穿所述紧置组件；

一调整组件，是用以调整所述紧置组件的开口的间隙大小。

较佳地，所述调整组件是包括：

一弹性组件，是设置于所述紧置组件的开口内；

一螺栓，是由所述紧置组件的外侧穿设于所述紧置组件的开口所设的孔洞以及所述弹性组件，再由所述紧置组件的另一侧穿设而出；

一螺帽，是螺合于所述螺栓穿透所述紧置组件的一端；

通过旋动所述螺栓与螺帽可调整所述紧置组件的开口的间隙大小。

较佳地，所述弹性组件可为弹簧、弹片或具有压缩弹性的泡棉、海绵。

较佳地，所述固定组件为二个，且是分别设置于所述紧置组件的穿透部的前后侧各一。

较佳地，所述座体的外型可为三角形、方形、圆形或任意几何形状。

为了对于本发明的结构目的和功效有更进一步的了解与认同，现配合图示详细说明如后。

附图说明

图1至图3是三款不同现有压电式光学镜片驱动装置的结构示意图；

图4是本发明较佳实施例的组合立体图；

图5是图4的较佳实施例的分解立体图；

图6是图4的较佳实施例的正视图；

图7是图4的较佳实施例的左侧视图；

图8是图4的较佳实施例的底视图；

图9A至图9D是本发明的压电定子的不同实施态样的结构示意图。

附图标记说明：10-压电式光学镜头；20-镜头；21-筒身；211-摩擦圈；212-内螺纹；22-镜框；221-光学镜片组；222-外螺纹；23-筒盖；24-导引座；241-导引杆；30-座体；31a、31b-固定组件；311a、311b-第一穿透部；312a、312b-第二穿透部；313a、313b-开口；32-紧置组件；321-穿透部；322-孔洞；323-开口；33-后盖；34-调整组件；341-弹性组件；342-螺栓；343-螺帽；40、140、240、340-压电定子；41、141、241、341-金属管；42、142、242、342-压电陶瓷片。

具体实施方式

以下将参照随附的图式来描述本发明为达成目的所使用的技术手段与功效，而以下图式所列举的实施例仅为辅助说明，但本案的技术手段并不限于所列举图式。

请参阅图4及图5，本发明为一种压电式光学镜头，所述压电式光学镜头10主要是由一镜头20、多个压电定子40以及一座体30构成，所述座体30是用以容纳所述镜头20及所述多个压电定子40。

所述镜头20是由一筒身21、镜框22、筒盖23及一导引座24构成，所述筒身21是呈中空圆筒形，于所述筒身21径向外侧壁环设有一圈外径大于所述筒身21的摩擦圈211，所述磨擦圈211是用以提供所述压电定子40磨擦旋转用，于所述筒身21内侧壁设有内螺纹212；所述镜框22呈圆环状，是用以设置光学镜片组221，所述镜框22外侧壁设有外螺纹222，用以与所述筒身21的内螺纹212相螺合，以将所述镜框22设置于所述筒身21内，通过所述筒身21与所述镜框22相对螺动，可导引镜框22作拉近或拉远的动作，于本实施例中，是设置有二个镜框22，可依实际所需设置二个以上，且每一镜框22可容设一光学镜片组221；所述筒盖23呈圆环状，其是设置于所述筒身21的其中一轴向端，用以限制设置于所述筒身21内的所述镜框22，使的不致外移；所述导引座24是设置于所述筒身21的另一轴向端，于所述导引座24朝向所述筒身21内部的面上设有多个导引杆241，所述多个导引杆241的轴向与所述筒身21、镜框22及筒盖23相互平行，且所述多个导引杆241是伸入所述筒身21，且穿设于所述镜框22、筒盖23并与的相互连结，如图所示，于所述镜框22、筒盖23相对应于所述导引杆241处设有孔洞223、231，可供所述导引杆241穿设并定位，所述导引座24是设置于所述座体30的后盖33上，关于所述座体30的结构将详述于后。

请参阅图5至图7，所述座体30主要是由二固定组件31a、31b、一紧置组件32、一后盖33以及一调整组件34所构成，所述二固定组件31a、31b的结构相同，因此以所述固定组件31a说明其结构，所述固定组件31a具有一贯穿所述固定组件31a的第一穿透部311a，于所述第一穿透部311a的一侧设有一贯穿所述固定组件31a边缘的开口313a，于所述第一穿透部311a外围设有多个贯穿所述固定组件31a的第二穿透部312a，所述第一穿透部311a是供所述镜头20穿设，所述多个第二穿透部312a是供所述多个压电定子40穿设；所述紧置组件32是设置于所述二固定组件31a、31b之间，其具有一贯穿所述紧置组件32的穿透部321，所述穿透部321是可供所述镜头20与所述多个压电定子40穿设，于所述穿透部321相对应于所述固定组件31a、31b的开口313a、313b设置处亦设有开口323，于所述开口323内设有孔洞322，所述孔洞322的中心轴向是与所述镜头20中心轴向垂直，且由所述开口323的两侧分别贯穿所述紧置组件32；其次，于所述紧置组件32的所述孔洞322处设有调整组件34，所述调整组件34包括一弹性组件341、一螺栓342以及一螺帽343，所述弹性组件341可采用图标的弹簧形式，亦可采用弹片或其它具有压缩弹性的对象，如泡棉、海绵等等，其是设置于所述紧置组件32的开口323内，所述螺栓342是由所述紧置组件32的一外侧穿设于所述孔洞323以及所述弹性组件341后，再由所述紧置组件32的另一侧穿设而出与所述螺帽343相螺合，当旋动所述螺栓342与螺帽343时，可调整所述开口323的间隙大小。

再者，利用黏合紧固或卡合、或螺丝锁合等技术，将所述固定组件31a、紧置组件32、固定组件31b、后盖33依序连结，可组合成如图4所示的外型，于本实施例中，所述固定组件31a、31b、紧置组件32、后盖33所组成的所述座体30的外型为三角形，然亦可为方形、圆形或或任意几何形状，依实际所需而定，如此，即可将所述镜头20穿设于所述第一穿透部311a、穿透部321、第一穿透部311b，如前所述，所述后盖33是用以固定所述镜头20的所述导引座24，而所述多个压电定子40则穿设于所述第二穿透部312a、穿透部321、第二穿透部312b，由于所述固定组件31、紧置组件32是相互连结，故通过调整所述螺栓342可同时调整所述固定组件31、紧置组件32的开口313、323，使所述三支压电定子40可与所述镜头20的摩擦圈211保持最佳的接触状态。

请参阅图5及图9A，本实施例是设置有三支压电定子40，所述三支压电定子40可单独驱动或同时驱动，所述压电定子40是由金属管41与二片压电陶瓷片42所组成，所述二片压电陶瓷片42成九十度角贴附于所述金属管41相邻两侧上，亦可仅设置一片压电陶瓷片42贴附于所述金属管41的一侧即可；所述三支压电定子40穿设于所述座体30内，并以所述镜头20轴心为中心，等角距环绕设置于所述镜头20外围，且所述压电定子40的金属管41是抵靠于所述镜头20的筒身21外侧壁的摩擦圈211(如图6所示)，用以提供所述镜头20旋转动力，为避免所述压电定子40转动，使所述金属管41可确实抵靠于所述摩擦圈211，故所述第二二穿透部312a、312b均设置成配合所述压电定子40外型的三角形，所述穿透部321相对应所述压电定子40的穿设处亦呈现尖角状；若所述压电定子40为其它外型时，则将所述第二穿透部312a、312b及所述穿透部321设置为相对应配合的外型。

请参阅图9A至图9D所示所述压电定子40不同较佳实施态样，所述压电定子40的驱动方式可为单频单相驱动(V sin ωt or V cos ωt)、单频双相驱动(V sin ωt and V cos ωt)、双频单相驱动(V sinω₁t  &V sin ω₂tor V cos ω₁t &Vcos ω₂t，其中ω₁≠ω₂)或双频双相驱动(Vsin ω₁t andVcos ω₂t，其中ω₁≠ω₂)，如图9A至图9C所示所述压电定子40、140、240均是由一金属管41、141、241外侧贴附二片压电陶瓷片42、142、242所组成，不同点在于，图9A所示所述二片压电陶瓷片42是分别极化，而图9B所示所述二片压电陶瓷片142是依模态形状不规则涂布电极，而图9C所示所述二片压电陶瓷片242则分区极化呈三段式，至于图9D所示所述压电定子340则是将所述压电陶瓷片342分段作不同极化方向贴附于所述金属管341两侧；再者，如压电定子相关技术领域人士所熟知，图示Vsin、Vcos仅为用以说明本发明的压电定子的代表驱动方式，并非绝对的驱动方式，此外，其驱动波形可为方波、三角波等等可驱动的任何波形，不一定局限于上述弦波。

关于所述压电式光学镜头10具体实施时的作动方式，请参阅图4及图5，首先，对所述压电定子40施以驱动电压与共振频率(可采用前述驱动方式之一)，同时驱动所述三支压电定子40可提供一最大输出动力，藉此最大输出动力磨擦所述摩擦圈211，进而带动所述镜头2的筒身21旋转；当所述筒身21旋转时，所述筒身21内的镜框22可通过所述导引座24作拉近或拉远的动作；而所述筒盖23则用以固定导引座24，使所述镜框22可于固定的导程内移动不致脱落；至于所述座体30可用以固定所述压电定子40与所述镜头20，藉此提供所述压电定子40与所述镜头20的最佳固定边界条件与装设方式，使得所述压电定子40可以输出最大动力，以及使所述镜头20可达成拉近或拉远的功能；另值得说明的是，所述三支压电定子40是用以输出动力磨擦所述摩擦圈211，进而带动所述镜头2的筒身21旋转，而对于所述技术领域人士所知，所述三支压电定子40亦可使用二支压电定子，配合一惰轮单独驱动或同时驱动，或可使用一支压电定子配合二支楕轮驱动，如此亦可达到输出摩擦动力的目的。

综上所述，本发明利用压电定子40、镜头20以及座体30等构件与上述具体实施方式来达成一种可容置于视讯系统、监视系统、光学系统、相机、数字相机或可照相手机内的压电式光学镜头10，所述压电式光学镜头10具有驱动扭力大、体积小、构件简单、结构坚固、制造容易与组装便捷等的功效，相较于现有技术，本发明可同时驱动三支压电定子40，藉此输出最大驱动扭力，同时，本发明组合后的直径与厚度可限制在10mm左右，具有体积小的优点，此外，本发明的压电定子40、镜头20与座体30等主要构件的设计结构简单，可采用一般规格品或一体成型制造，具有制造容易、组装便捷等优点。

然而以上所述，仅为本发明的最佳实施例而已，当不能以之限定本发明所实施的范围。即大凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应仍属于本发明专利涵盖的范围内。

Claims (20)

1.一种压电式光学镜头，其特征在于，包括：

一镜头，其具有一筒身，于所述筒身径向外侧壁环设有至少一个圈外径大于所述筒身的摩擦圈；

多个压电定子，设置于所述镜头外围且抵靠于所述镜头外侧壁的摩擦圈，提供所述镜头旋转动力；

一座体，其容纳所述镜头及所述多个压电定子。

2.如权利要求1所述的压电式光学镜头，其特征在于：所述镜头更包括：

内螺纹，是设置于所述筒身内侧壁；

至少一个镜框，是用以设置光学镜片组，所述镜框是螺合于所述筒身内；

一筒盖，是设置于所述筒身的其中一轴向端，限制所述镜框外移；

一导引座，是设置于所述筒身的另一轴向端，于所述导引座朝向所述筒身内部的面上设有多个导引杆，所述多个导引杆的轴向与所述筒身、镜框及筒盖相互平行，且所述多个导引杆是伸入所述筒身，且穿设于所述镜框、筒盖并与之相互连结。

3.如权利要求2所述的的压电式光学镜头，其特征在于：所述镜框为二个或二个以上，每一镜框容设一光学镜片组。

4.如权利要求2所述的压电式光学镜头，其特征在于：所述导引座是设置于一后盖上，所述后盖是与所述座体相连结。

5.如权利要求2所述的压电式光学镜头，其特征在于：所述导引座上设有三支导引杆。

6.如权利要求1所述的压电式光学镜头，其特征在于：所述压电定子是由金属管与压电陶瓷片所组成，所述压电陶瓷片是贴附于所述金属管的一侧或相邻两侧上，所述金属管是抵靠于所述镜头外侧壁的摩擦圈。

7.如权利要求6所述的压电式光学镜头，其特征在于：所述压电陶瓷片是设置有两片，且是分别贴附于所述金属管径向夹角九十度的相邻两侧。

8.如权利要求6所述的压电式光学镜头，其特征在于：所述压电陶瓷片依模态形状涂布电极。

9.如权利要求6所述的压电式光学镜头，其特征在于：所述压电陶瓷片作分区极化。

10.如权利要求6所述的压电式光学镜头，其特征在于：所述压电陶瓷片分段作不同极化方向的贴附。

11.如权利要求1所述的压电式光学镜头，其特征在于：所述压电定子的数量有三支，每一个压电定子单独驱动或同时驱动。

12.如权利要求11所述的压电式光学镜头，其特征在于：一支压电定子是以一惰轮替代的，由二支压电定子配合所述惰轮单独驱动或同时驱动。

13.如权利要求11所述的压电式光学镜头，其特征在于：二支压电定子是以二惰轮替代的，由一支压电定子配合二支惰轮驱动。

14.如权利要求1所述的压电式光学镜头，其特征在于：所述多个压电定子是等角距环绕设置于所述镜头外围。

15.如权利要求1所述的压电式光学镜头，其特征在于：所述压电定子的驱动方式为单频单相驱动、单频双相驱动、双频单相驱动或双频双相驱动。

16.如权利要求1所述的压电式光学镜头，其特征在于：所述座体是包括：

至少一个固定组件，其具有一贯穿所述固定组件的第一穿透部，于所述第一穿透部的一侧设有一贯穿所述固定组件边缘的开口，于所述第一穿透部外围设有多个贯穿所述固定组件的第二穿透部，所述第一穿透部是供所述镜头穿设，所述多个第二穿透部是供所述多个压电定子穿设；

紧置组件，其具有一贯穿所述紧置组件的穿透部，所述穿透部是供所述镜头与所述多个压电定子穿设，于所述穿透部相对应于所述固定组件的开口设置处亦设有开口，于所述开口内设有孔洞，所述孔洞的中心轴向是与所述镜头中心轴向垂直，且由所述开口的两侧分别贯穿所述紧置组件；

一调整组件，调整所述紧置组件的开口的间隙大小。

17.如权利要求16所述的压电式光学镜头，其特征在于：所述调整组件是包括：

一弹性组件，是设置于所述紧置组件的开口内；

一螺栓，是由所述紧置组件的外侧穿设于所述紧置组件的开口所设的孔洞以及所述弹性组件，再由所述紧置组件的另一侧穿设而出；

-螺帽，是螺合于所述螺栓穿透所述紧置组件的一端；

通过旋动所述螺栓与螺帽调整所述紧置组件的开口的间隙大小。

18.如权利要求17所述的压电式光学镜头，其特征在于：所述弹性组件为弹簧、弹片或具有压缩弹性的泡棉、海绵。

19.如权利要求16所述的压电式光学镜头，其特征在于：所述固定组件为二个，且是分别设置于所述紧置组件的穿透部的前后侧。

20.如权利要求1所述的压电式光学镜头，其特征在于：所述座体的外型为三角形、方形、圆形或任意几何形状。

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