CN101352031B - 包括光圈的图像拍摄装置 - Google Patents

Abstract

图像拍摄装置包括一个由镜头组和一个产生电磁力的线圈单元组成的镜头支架，和一个壳体，镜头支架装在壳体里并可移动，壳体里还有面对着线圈单元的磁铁，图像传感器，和附着于外壳并弹性地支持镜头支架的由非金属形成的光圈。因此，在不减少厚度的情况下，光圈具有预定的弹性，镜头支架可以适当地跟随线圈单元的信号，图像拍摄装置有极高的生产性，光圈产生塑性变形的可能性小。此外，线圈单元的终端是连接到一个安装于光圈外的单独的终端装置，可以不考虑电导率和混杂物而选择用于形成光圈的材料，如焊剂，可以预防装置内的污染和图像质量的降低。

Description

包括光圈的图像拍摄装置

技术领域

本发明涉及一种图像拍摄装置，更具体地说，一种用于移动装置(例如手机)的紧凑图像拍摄装置。

背景技术

伴随着信息技术的发展，为了方便携带而小型化的移动仪器，如手机，MP3，笔记本电脑，PDA，数字录像机，数字照相机等，都受到消费者的许多关注。结合多种功能的数字集合产品，主导着移动器材市场。多数手机都加入了一个数码相机模块。内置作为图像拍摄设备的数码相机模块的手机经过很多改进，对数码相机市场造成了威胁。最新的手机具有高分辨率，有几百万像素的紧凑型数码相机模块。虽然小，如此高的分辨率，紧凑型数码相机模组需要能够自动对焦或光学变焦，以获得精确的图像。

具体来说，在具有相对较低像素的传统图像拍摄装置中，镜头组是固定在一个平行于光轴的方向上，以减低图像拍摄装置的制造成本或大小。镜头组的焦点固定在一个初始位置，则当镜头组在焦点之外时，通过人为移动图像拍摄装置和调整镜头组与对象之间的距离来聚焦。传统的图像拍摄装置无法实现光学变焦，原因是镜头组固定在平行于光轴的方向上。传统的图像拍摄装置通过使用数字变焦功能来控制放大拍摄，其中由镜头组捕获的光学图像被图像传感器转换成电信号，然后将电信号放大。最近，因为像素数量增加为数百万，从而对高品质的图像的需求也增加了。于是出现了具有可沿平行于光轴方向移动镜头组的驱动机构的图像拍摄装置。根据执行器的类型，驱动机构可分为压电式驱动机构，直线电机式驱动机构，并音圈式驱动机构。

虽然这种自动对焦控制或光学变焦在现有的数码相机上已经普及，他们仍然很难应用于宽度和长度缩短至几十毫米或更少的紧凑型数码相机模块。要使自动对焦控制或光学变焦应用于紧凑型数码相机，驱动机构需要极大的改进。

执行自动对焦控制和光学变焦的图像拍摄装置通常包括镜头组，形成图像摄影装置外形的外壳，沿平行于光轴的方向移动镜头组的执行器，柔性地支持镜头组的支持部分，使镜片组可以相对壳体移动。安装于移动装置中的紧凑型图像拍摄装置，需要通过减少其尺寸及重量来提高便携性，并通过减少电力消耗来增加电池的使用时间。因此，镜头组应当小而轻，并且执行器消耗的能量应当最小化。因此，在牢固支持镜头组同时，支持部分应具有最小弹性系数以减少驱动具有预定尺寸和重量的镜头组所需的能量。支持部分一般是金属钢板弹簧或金属丝。

例如从光盘中读取数字数据的光学拾取装置，包括镜头，用于投射激光束到光盘；金属丝，用于支持镜头并使镜头在聚焦和轨迹方向上移动；和粘在镜头侧表面的音圈，用于产生驱动力。金属丝由导电材料制成，如不锈钢(SUS)，黄铜，或铍-铜(BE-CU)合金。音圈的一端被焊接到金属丝上，并且金属丝连接到电源单元。电源单元给金属丝供电，通过焊接部分和音圈的终端进入音圈，并且产生驱动镜头所需的电磁力。

在传统图像拍摄设备中，支持和驱动拍摄光学图像的镜头组的机构，类似于前述的光学拾取装置。因此，传统图像拍摄装置的支持部分由金属构成，并且具有叶片弹簧或金属丝的形状。叶片弹簧或金属丝具有一个最小厚度(如0.3毫米)，以减少弹性系数。例如蚀刻过程，可用来将金属制成具有0.3毫米厚度或更少的支持部分。因此，考虑到传统图像拍摄设备的小尺寸和厚度，其支持部分的产量是非常低的。

当在用于形成支持部分的金属上施加一个超过弹性范围的力时，金属产生塑性变形。此外，金属因重复的负荷而容易产生疲劳破坏。假设镜头组的重量，支持部分的厚度和由音圈产生的电磁力都是预定的，支持部分应当能够最大限度地弯曲或扭曲变形，以改进沿光轴方向的位置可控性。因此，支持部分被设计具有复杂的形状以具有各种变形点。当允许的外力或额外电流作用到音圈时，在传统图像拍摄设备中具有上述材料，大小和形状的支持部分产生塑性变形。当支持部分发生塑性变形后，常规图像形成装置不能进行预想的合适的操作。

此外，由于图像拍摄设备尺寸的减小和像素数量的增加，进入图像拍摄装置的杂质影响图像质量。具体来说，在多个元件焊接中产生的杂质，如助焊剂很容易影响图像质量。因此有减少诸如助焊剂之类的杂质进入图像拍摄装置中的需要。

发明内容

技术方案

本发明提供了一种紧凑型图像拍摄装置，其可以可靠地执行自动对焦或光学变焦，并减少杂质，例如助焊剂，进入该装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种图像拍摄装置包括：镜头支架，包括镜头组和产生电磁力的线圈单元；壳体，镜头支架插入其中并可移动，其包括面对着线圈单元的磁铁；图像传感器，用于将通过镜头组获得的光学图像转变为电信号；粘在壳体上的光圈，其弹性地支持被电磁力沿光轴方向移动的镜头支架，其中光圈由非金属材料制成。

据本发明的另一个方面，提供了一种图像拍摄装置包括：镜头支架，包括镜头组和产生电磁力的线圈单元；壳体，镜头支架插入其中并可移动，其包括面对着线圈单元的磁铁；图像传感器，用于将通过镜头组获得的光学图像转变为电信号；粘在壳体上的光圈，其弹性地支持被电磁力沿光轴方向移动的镜头支架；和连接到线圈单元末端的位于光圈外的终端单元，它给线圈单元供电。

根据本发明的另一个方面，提供了一种图像拍摄装置包括：第一镜头支架，包括第一镜头组和产生电磁力的第一线圈单元，第一镜头支架沿着光轴方向移动以调整放大倍率；第二个镜头支架，包括第二镜头组和产生电磁力的第二线圈单元，第二镜头支架沿着光轴方向移动以调整聚焦；壳体，第一和第二镜头支架可移动的插入其中，其包括面对着第一和第二线圈单元的磁铁；图像传感器，用于将通过第一和第二镜头组获得的光学图像转变为电信号；粘在壳体上的第一光圈，其弹性地支持第一镜头支架，在第一镜头组放大控制时，第一光圈沿光轴方向移动的第一镜头支架；粘在壳体上的第二光圈，其弹性地支持第二镜头支架，在第二镜头组聚焦控制时，第二光圈沿光轴方向移动的第二镜头支架，其中第一和第二光圈由非金属材料制成。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的一种图像拍摄装置的分解透视图；

图2是根据本发明另一个实施例的一种图像拍摄装置的分解透视图；

图3是根据本发明另一个实施例的一种图像拍摄装置的分解透视图；

图4是如图3所示的图像拍摄装置的组装状态透视图；

图5示出包括在图1至图3的图像拍摄装置中的光圈塑性变形时的状态；

图6是图5所示的光圈的侧视图；

图7至图10是图5所示的光圈的修改的平面图；

图11示出根据本发明一个实施例的线圈单元和终端单元之间的连接；

图12示出根据本发明另一个实施例的线圈单元和终端单元之间的连接图；

图13示出根据本发明一个实施例的一种能够调整镜头组放大倍数和聚焦的图像拍摄装置的横截面。

最佳模式

参考表示本发明典型的实施例的附图，现在对本发明做进一步充分说明。但是本发明可采用多种不同方式来实施，并且不应被之前所述的实施例所限制。附图中相同的参考标记表示相同的元件，它们的描述将被省略。

图1至图3是根据本发明实施例的图像拍摄装置的分解透视图。图4是如图3所示的图像拍摄装置的组装状态透视图。图1至图4表示了使用在移动设备上的紧凑图像拍摄装置，符合数字集中的趋势。图1至图3的图像拍摄装置分别包括镜头支架200a，200b，和200c，并且每一个包括壳体300，图像传感器500，和光圈100。每个图像拍摄装置光学的拍摄一个物体，将光学图像变换为电信号，并将该电信号传递到移动设备。

镜头支架200a，200b，和200c分别包括镜头组(未示出)及线圈单元210a，210b和210c。每个镜头组至少包括一个镜头，被安装在镜头支架200a，200b，和200c上。线圈单元210a，210b和210c产生沿光轴方向移动镜头支架200a，200b，和200c的电磁力。光轴是用Z轴表示沿光学图像传递的虚拟轴。镜头支架200a，200b，和200c具有多种形状。例如图1中的镜头支架200a是圆筒形，而图2至图4中的镜头支架200b和200c是矩形块。镜头支架200a，200b，和200c通过沿光轴方向移动来调整镜头组的聚焦，或执行光学变焦。图1和图2中的线圈单元210a和210b可被缠绕于镜头支架200a和200b的外围。图3和图4所示的线圈单元210c包括一对沿光轴对称的线圈绕组。

壳体300构成每个图像拍摄装置的外形。镜头支架200a，200b，和200c被插入到壳体300中并在其中移动。磁铁310a，310b和310c被安装于壳体300中。磁铁310a，310b和310c对着线圈单元210a，210b和210c，并且可以是永磁铁。磁铁310a，310b和310c及线圈单元210a，210b和210c之间具有空气间隔，以使它们互相不接触和干涉对方。磁轭(未示出)可被进一步安装于外壳300中以增加磁铁310a，310b和310c的磁场通量。图1中的磁铁310a每个都具有包围着镜头支架200a的圆柱体形。磁体310b和310c每个都是长方形。磁铁310a，310b和310c提供强劲，连续直通的磁场通量，以使线圈单元210a，210b和210c根据Fleming左手定律沿光轴方向移动。磁铁310a，310b和310c的数量不是固定的。在其它实施例中，磁铁可被包含在镜头支架中，并且线圈单元被安装在壳体中。

终端单元350被安装在壳体300中以给线圈单元210a，210b和210c中的一个供电。线圈单元210a，210b和210c中的一个的线圈末端被连接到终端单元350的一个终端351上，并且从终端单元350接收能量。在实施例中，线圈末端可被焊接到终端351。为了避免诸如焊接中产生的助焊剂等杂质进入图像拍摄装置，线圈末端到终端351的连接可在光圈100的外面。尽管在附图中没有显示，延伸以与终端单元350连接的线圈部分可使用粘合剂固定到光圈100。

图像传感器500通过镜头组接收光学图像，并且将其转换为电信号。在实施例中，图像传感器500可能是CCD传感器或CMOS传感器。由于图像传感器500具有对红外线的高灵敏度，可在镜头组和图像传感器500之间安装一个IR滤波器400。IR滤波器400滤除具有偏离可见光线的波长的红外线，则可避免因红外线而引起的图像传感器500的饱和。

具有相应尺寸和重量的每个镜头支架200a，200b，和200c是由光圈100弹性的支撑的。在根据本发明的图像拍摄装置中，镜头支架200a，200b，和200c通过沿光轴方向的充分移动而执行光学变焦或自动聚焦。当线圈单元210a，210b和210c之一没有生成电磁力时，光圈100支持镜头支架200a，200b，和200c中一个的静态负荷。当线圈单元210a，210b和210c之一生成电磁力时，光圈100在电磁力的平衡作用下塑性变形，以沿光轴方向移动镜头支架200a，200b，和200c。

光圈100应具有预定的刚性足以支持镜头支架200a，200b，和200c之一的静态负荷，并且具有弹性足以由线圈单元210a、210b、210c之一的电磁力产生适当的移动，以控制镜头支架200a，200b，和200c的位置。镜头支架200a，200b，和200c之一在光学变焦时沿光轴方向的移动大于聚焦时的移动。即使镜头支架200a，200b，和200c移动比光学变焦和聚焦更远的距离，光圈100也不应塑性变形。

如上所述，传统金属支持部件在符合上述要求方面有很多问题。换句话说，紧凑型图像拍摄装置包括小型支持部件，支持部件的刚性从而要增加以支持镜头支架的静态负荷。为了降低刚度，使用传统工艺会减少金属支持部件的厚度或直径。厚度或直径的减少导致支持部件的制造成本增加，并且因为装配困难而导致图像拍摄装置的制造成本增加。此外，具有减少了的厚度和直径的金属支持部件在抵抗破坏或塑性变形方面很脆弱，而导致正常操作的失败。

在本发明中，非金属代替传统工艺中使用的金属来制作光圈100。由非金属形成的光圈100尽管其厚度没有大大降低，但具有预定的弹性，并且根据每个线圈单元210a，210b和210c的位置控制信号来适当的移动。相比较于金属光圈，尽管其厚度比较大，但非金属光圈100具有预定的足够的弹性，较高的可制造性，和足够的刚性，并且不容易塑性变形。在一个实施例中，光圈100可由合成树脂，橡胶和纸之一制成。在一个实施例中，合成树脂可以是聚合物，聚丙烯，HOP和交叉碳之一。由纸形成的光圈100具有极高的可生产性，因其易于制造、重量轻、适当的刚性。聚合物由细化聚合物或涂带有聚合物的纸形成，可更好的跟随线圈单元210a，210b和210c的位置控制信号。聚丙烯具有比纸更好的刚性和更好的信号跟随特性。HOP是一种合成树脂，其具有比聚丙烯更小的质量和相同的刚性。交叉碳同样具有比聚丙烯更小的质量和同聚丙烯相同的高刚性。这些材料经常被使用于形成用于声学设备中的声板，例如扬声器或耳机。扬声器等设备中的声板将输入到声音线圈的电信号转换为声波。当以很强烈的输出震荡时，声板不会塑性变形，并且完全遵循输入到音圈的电信号，并正常的输出振动。

图5是图1至图3所示的图像拍摄装置中的光圈100塑性变形时的状态。图6是图5所示的光圈100的侧视图。参考图5和图6，光圈100包括粘在外壳300上的第一表面110，粘在镜头支架200a，200b和200c上的第二表面120，和桥表面130。桥表面130在镜头支架200a，200b和200c的移动时可能发生塑性变形，并且生成第一表面110与第二表面120沿光轴方向的纵向误差。在图5和图6所示的实施例中，第一表面110沿垂直于光轴Z的虚拟轴y对称，并且桥表面130包括沿虚拟轴y对称的两个桥表面，剩下的两个桥表面沿与光轴Z垂直的虚拟轴x对称。桥表面130通过使第一和第二表面110和120的连接部分发生弯曲或扭曲来支持镜头支架200a，200b和200c。桥孔135可于每个桥表面130和第二表面120之间形成。桥孔135的构成使得沿光轴z方向的弹性系数低于沿虚拟轴x和y方向的弹性系数。桥表面130把镜头支架200a，200b和200c的移动方向限定在一个方向上，即光轴z的方向。桥表面130，通过曲线形连接来连接第一表面110和第二表面120，在其中心具有陡峭的拐点150。拐点150的位置和数量及桥表面130所在的角度，是根据沿光轴方向的运动量而改变。桥表面130与第一表面110相连的部分可具有C形缺口140。C形缺口140防止连接破裂和有利于形成光圈100。

图7和8是光圈100的修改设计的平面图。参考图7和图8，桥表面130可通过直线形连接来连接第一表面110和第二表面120。在这种情况下，桥表面130通过使第一和第二表面110和120的连接部分弯曲来支撑镜头支架200a，200b和200c。

图9和图10是光圈100另一种修改设计的平面图。光圈100并非仅限于所示的实施例，而且根据相关于镜头支架200a，200b和200c的支持部分的情况，允许有不同的形状。

图11示出了根据本发明一个实施例，线圈单元210a，210b和210c与终端单元350之间的连接情况。图12示出了根据本发明另一个实施例，线圈单元210a，210b和210c与终端单元350之间的连接情况。如上所述，在传统图像拍摄装置中，用于支持镜头组的支持部件是由导电金属制成的，用于驱动镜头组的线圈的末端直接被焊接到支持部件上，电源被连接到支持部件上并且被提供给与支持部件相连的线圈。因此，导电的支持部件被使用于传统图像拍摄装置中。应具有预定刚性和弹性且具有良好导电性的材料制作支持部件，这就限制了材料的选用。同时，焊接线圈中产生的助焊剂流入图像拍摄装置可能降低图像的质量。

在根据本发明实施例的图像拍摄装置中，终端单元305被安装在光圈100之外，并且线圈单元210a，210b和210c的末端伸到光圈100外面，并连接到终端单元350上。因此，用于制作光圈100的材料可不考虑其导电性，并且诸如焊接中生产生的助焊剂等杂质污染图像拍摄装置内部的可能性降低了。

如图11和图12所示，线圈单元210a，210b和210c的每个末端可被焊接到终端单元350的端子351上。一个单独的连接器，可用于将每个线圈单元210a，210b和210c连接到端子351上。如图11所示，将要连接到端子351的线圈的延伸部分219可通过粘合剂217固定到光圈100上。在图12中，当每个线圈单元210a，210b和210c与端子351之间的距离较长时，延伸向端子351的线圈部分219通过粘合剂217固定到光圈100上。采取以上措施，可避免图像拍摄装置被诸如助焊剂等杂质污染。

在高分辨率图像拍摄设备中，需要镜头组自动聚焦以生成精确的图像，还需要用于聚焦的执行器沿光轴方向来移动镜头组。此外，需要包括多个透镜的镜头组来实现光学变焦，还需要控制透镜之间距离的变焦执行器。

图13是根据本发明一个实施例的一种能够调整镜头组放大倍数和聚焦的图像拍摄装置的横截面。参考图13，图像拍摄装置包括聚焦执行器和变焦执行器。

图像拍摄装置包括第一镜头支架201，第二镜头支架202，壳体300，图像传感器500，第一光圈101，和第二光圈102。

第一镜头支架201沿光轴方向移动以执行变焦，其包括第一镜头组21和产生电磁力的第一线圈单元211。

第二镜头支架202沿光轴方向移动以执行聚焦，其包括第二镜头组22和产生电磁力的第二线圈单元212。

第一和第二镜头支架201和202被插入到外壳300中并且可在其中移动。外壳300包括放置于面对第一和第二线圈单元211和212的磁铁310。

图像传感器500将由第一和第二镜头组21和22生成的光学图像变换为电信号。

第一光圈101粘在壳体300上并且弹性的支持第一镜头支架201沿光轴方向的移动以执行第一镜头组21的变焦。

第二光圈102粘在壳体300上并且弹性的支持第一镜头支架202沿光轴方向的移动以执行第二镜头组22的聚焦。第一和第二光圈101和102是由非金属材料制成的。

拍摄一个物体而获得的光信号依次通过固定镜头组10，第一镜头组21和第二镜头组22，经过变焦和聚焦后，再通过IR过滤器400到达图像传感器500。分别支撑第一和第二镜头组21和22的第一和第二光圈101和102，独立地执行变焦和聚焦。

在一个实施例中图13所示的图像拍摄装置进一步包括终端单元350，给第一和第二线圈单元211和212供电，并且安装在第一和第二光圈101和102的外面，与第一和第二线圈单元211和212的端子351连接。

工业实用性

如上文所述，在根据本发明的一种图像拍摄装置中，弹性支持一个控制光学变焦或聚焦的镜头支架的光圈是由非金属材料制作的，所以该光圈具有预定的弹性而不需要减少厚度，镜头支架可以适当地跟随线圈单元的信号，图像拍摄装置具有高度的生产性，并且光圈发生塑性变形的可能性小。此外，线圈单元的末端被连接到安装于光圈之外的分离的终端上，则可以选择用于制作光圈的材料而不考虑其电导率，并且可避免诸如助焊剂之类的杂质污染装置内部和降低图像质量。

虽然已显示和描述了本发明的几个实施例，但本领域技术人员来说不脱离本发明的原理和精髓还可对这些实施例做出修改，其范围由权利要求和其等同变形来定义。

Claims (19)

1.一种图像拍摄装置，包括：

镜头支架，包括镜头组和产生电磁力的线圈单元；

壳体，镜头支架插入其中并可移动，其包括一个面对着线圈单元的磁铁；

图像传感器，用于将通过镜头组获得的光学图像转变为电信号；

附着于外壳并弹性地支持镜头支架的光圈，镜头支架通过电磁力沿光轴方向移动，

其中光圈由非金属材料制成，并且该光圈还包括：

附着于壳体的第一表面；

附着于镜头支架的第二表面；

连接第一表面到第二表面的桥表面。

2.如权利要求1所述的图像拍摄装置，其中镜头支架沿光轴方向移动，来调整镜头组的放大或焦距。

3.如权利要求2所述的图像拍摄装置，其中光圈至少是由合成树脂，橡胶和纸中的一种制成的。

4.如权利要求3所述的图像拍摄装置，其中合成树脂至少是聚合物，聚丙烯，HOP，交叉碳之中的一种。

5.如权利要求1所述的图像拍摄装置，其中桥表面生成第一表面和第二表面之间沿光轴方向的纵向误差。

6.如权利要求5所述的图像拍摄装置，其中第一表面沿与光轴垂直的虚拟平面相互左右对称；并且桥表面沿虚拟平面相互左右对称和上下对称。

7.如权利要求6所述的图像拍摄装置，其中桥表面具有直线形状，并把第一表面和第二表面连在一起。

8.如权利要求6所述的图像拍摄装置，其中桥表面具有在其中心带有陡峭的拐点的曲线形状，并把第一表面和第二表面连在一起。

9.如权利要求8所述的图像拍摄装置，其中桥表面在连接到第一表面的部分处有C型缺口。

10.如权利要求1所述的图像拍摄装置，其中线圈单元是通过在镜头支架的外围绕线而形成的。

11.如权利要求1所述的图像拍摄装置，其中一对线圈单位沿光轴对称地放置。

12.如权利要求1所述的图像拍摄装置，进一步包括提供能量给线圈单元的终端单元，其被放置于光圈之外以连接到线圈单元的末端。

13.如权利要求12所述的图像拍摄装置，其中线圈单元的末端是焊接到终端单元上的。

14.如权利要求13所述的图像拍摄装置，其中连接到终端单元的线圈的延伸部分通过粘合剂固定到光圈上。

15.一种图像拍摄装置，包括：

镜头支架，包括镜头组和产生电磁力的线圈单元；

壳体，镜头支架插入其中并可移动，其包括一个面对着线圈单元的磁铁；

图像传感器，用于将通过镜头组获得的光学图像转变为电信号；

附着于外壳并弹性地支持镜头支架的光圈，镜头支架通过电磁力沿光轴方向移动；

终端单元，放置于光圈之外，连接到线圈单元的末端，给线圈单元供电。

16.如权利要求15所述的图像拍摄装置，其中线圈单元的末端是焊接到终端单元上的。

17.如权利要求16所述的图像拍摄装置，其中连接到终端单元的线圈的延伸部分通过粘合剂固定到光圈上。

18.一种图像拍摄装置，包括：

第一镜头支架，包括第一镜头组和产生电磁力的第一线圈单元，第一镜头支架沿着光轴方向移动以调整放大倍率；

第二镜头支架，包括第二镜头组和产生电磁力的第二线圈单元，第二镜头支架沿着光轴方向移动以调整聚焦；

壳体，第一和第二镜头支架可移动的其中，其包括面对着第一和第二线圈单元的磁铁；

图像传感器，用于将通过第一和第二镜头组获得的光学图像转变为电信号；

粘在壳体上的第一光圈，其弹性地支撑第一镜头支架，当第一镜头组进行放大控制时，第一镜头沿光轴方向移动；

粘在壳体上的第二光圈，其弹性地支撑二镜头支架，当第二镜头组进行放大控制时，第二镜头沿光轴方向移动；

其中第一和第二光圈由非金属材料制成。

19.如权利要求18所述的图像拍摄装置，进一步包括放置于第一和第二光圈外的，与第一和第二线圈单元的末端相连的终端单元，该单元给第一和第二线圈单元供电。

Images