CN107918183B - 用于驱动光学反射器的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于驱动光学反射器的设备包括：支承框架，该支承框架具有在其内形成的凹槽线；光学反射器，该光学反射器按照改变穿过开口而输入的光的路径以使得所述光被输入到透镜中的方式安装在所述支承框架处；底部框架，该底部框架具有引导凹槽，所述引导凹槽形成有与所述凹槽线对应的形状；多个球，所述多个球设置在所述凹槽线和所述引导凹槽之间，使得所述支承框架和所述底部框架保持隔开状态；以及驱动单元，该驱动单元被配置成使所述支承框架沿着与所述凹槽线或所述引导凹槽对应的路径移动。

Description

用于驱动光学反射器的设备
技术领域
本公开涉及用于驱动光学反射器的设备，并且更具体地，涉及通过应用使用具有倒圆形状(rounded shape)等的引导件而旋转光学反射器的结构来提高光学图像稳定(OIS)精度的用于驱动光学图像稳定的光学反射器的设备。
背景技术
随着硬件技术的发展和用户环境的改变等，除了用于通信的基本功能之外，在诸如智能电话这样的移动终端处还一体地实现了各种复杂功能。
代表性的示例是具有自动聚焦(AF)功能和光学图像稳定(OIS)功能的相机模块。另外，在便携式终端上加载语音识别功能、指纹识别功能、虹膜识别功能等以便认证或安全，并且尝试安装将多个透镜分组以按各种方式调节焦距的变焦透镜。
变焦透镜被配置成具有多个透镜或透镜组，与一般透镜不同，这些透镜或透镜组沿着光输入的光学轴方向布置，因此，变焦透镜相比于一般透镜具有沿着其光学轴方向更长的长度。
穿过变焦透镜的光被输入到诸如电荷耦合器件(CCD)和互补金属-氧化物半导体(CMOS)这样的拍摄器件中，并且通过以下处理由此生成图像数据。
出于此原因，当变焦透镜安装在便携式终端处时，变焦透镜应该被安装成竖立在主板上(即，沿着垂直于主板的方向)，因此便携式终端应该确保与变焦透镜的高度(或，沿着光学轴方向的长度)一样的间隔。
因此，安装在便携式终端处的传统变焦透镜可能不容易针对小且轻的设计进行优化，而便携式终端的目标本征特性就是小且轻的设计。
为了解决这个问题，已经提出了通过调节透镜的角度和大小、其间隔、焦距等来减小光学系统的大小的方法，但是这种方法本质上是有局限性的，因为它涉及到物理上减小变焦透镜或变焦透镜镜筒的大小，而且变焦透镜的固有特性会劣化。
此外，本领域中通常应用的光学图像稳定(OIS)方法将透镜或透镜模块在与光学轴方向(Z轴)垂直的平面上的两个方向(X轴方向和Y轴方向)上将透镜或透镜模块共同移动。如果这种方法照原样应用于变焦透镜，则存在诸如因变焦透镜的形状、结构、功能等造成的低空间利用率、器件体积增大以及难以确保精度这样的问题。
为了解决以上问题，已经尝试了安装用于将光朝着致动器反射的光学反射器并且基于与光学反射器的平面平行的两个轴来移动光学反射器的方法。然而，对于这种方法而言，复杂的电磁力驱动单元应该被直接应用于光学反射器，因此光学反射器的结构及其外围非常复杂，而且其重量增加。
另外，还尝试了将光学反射器与固定结构轴向联接并且将光学反射器沿着特定方向旋转以基于透镜或拍摄器件(CCD、CMOS等)来校正所拍摄图像的抖动的方法。然而，在这种方法中，光学反射器或者光学反射器所联接到的支承件的负荷是沿着特定方向施加的，因此驱动电力的强度在功能上与光学反射器的移动不成比例，而是间歇性地驱动光学反射器，这不保证精确的控制。
发明内容
技术问题
本公开被设计为解决现有技术的问题，因此本公开涉及提供一种驱动用于OIS的光学反射器的设备，该设备可以通过应用用于改变光的路径的光学反射器的旋转被物理上支承和引导的具有倒圆形状的引导结构来增强驱动精度，并且还使旋转光学反射器所需的驱动力最小化。
本公开的这些及其它目的和优点可以根据以下具体实施方式来理解，并且将根据本公开的示例性实施方式而变得被更完全明显。另外，将容易理解的是，可以通过所附的权利要求及其组合中表示的手段来实现本公开的目的和优点。
技术解决方案
在本公开的一个方面，提供了一种用于驱动光学反射器的设备，该设备包括：支承框架，该支承框架具有在其内形成的凹槽线；光学反射器，该光学反射器按照改变穿过开口而输入的光的路径以使得所述光被输入到透镜中的方式安装在所述支承框架处；底部框架，该底部框架具有引导凹槽，所述引导凹槽形成有与所述凹槽线对应的形状；多个球，所述多个球设置在所述凹槽线和所述引导凹槽之间，使得所述支承框架和所述底部框架保持隔开状态；以及驱动单元，该驱动单元被配置成使所述支承框架沿着与所述凹槽线或所述引导凹槽对应的路径移动。
这里，所述凹槽线可以具有倒圆形状，所述支承框架可以沿着与所述凹槽线或所述引导凹槽对应的路径旋转，并且所述凹槽线和所述引导凹槽可以具有彼此对应的曲率。
另外，所述驱动单元可以包括：OIS磁体，该OIS磁体设置在所述支承框架和所述底部框架中的任一个处；以及线圈，该线圈设置在所述支承框架和所述底部框架中的没有设置所述OIS磁体的另一个处，以产生对所述OIS磁体的电磁力。
另外，所述OIS磁体可以设置在所述支承框架的没有设置所述光学反射器的一侧，并且所述凹槽线可以分别形成在所述OIS磁体的两侧。
此外，该设备还可以包括：感测磁体，该感测磁体设置在沿着从所述OIS磁体朝着变焦透镜的方向与所述OIS磁体间隔开的位置处；以及霍尔传感器，该霍尔传感器设置在与所述感测磁体对应的位置处。
在本公开的另一个方面，还提供了一种驱动用于OIS的光学反射器的设备，该设备包括：光学反射器，该光学反射器具有按照使得穿过开口而输入的光能够被输入到透镜中的方式在该光学反射器中形成的凹槽线；底部框架，该底部框架具有引导凹槽，所述引导凹槽形成有与所述凹槽线对应的形状；多个球，所述多个球设置在所述凹槽线和所述引导凹槽之间，使得所述光学反射器和所述底部框架保持隔开状态；以及驱动单元，该驱动单元被配置成使所述光学反射器沿着与所述凹槽线或所述引导凹槽对应的路径移动。
有益效果
根据本公开的实施方式，由于可以通过改变光的路径的光学反射器来执行沿着一个轴向方向的光学图像稳定并且可以通过透镜来执行沿着另一个轴向方向的光学图像稳定，因此与通过透镜来执行沿着所有轴向方向的光学图像稳定的现有技术相比，可以用简单的结构来实现驱动设备，并且还可以进一步提高驱动设备的空间利用率，这可以使驱动设备的大小最小化。
根据本公开的实施方式，由于用于改变光的路径的光学反射器的旋转被具有曲率和球的点接触的引导结构物理上支承和引导，因此可以提高光学图像稳定的精度而且使光学图像稳定所需的电力最小化。
另外，由于在本公开中可以简化组件或元件的联接结构，因此可以更快速且准确地执行组装处理，由此降低不良率并且进一步提高生产效率。
附图说明
图1是示出根据本公开的实施方式的驱动设备和应用了该驱动设备的致动器的整体构造的示图，
图2是示出根据本公开的实施方式的驱动设备的详细构造的分解视图，
图3是示出根据本公开的实施方式的支承框架和相关组件的详细视图，
图4是示出根据本公开的实施方式的底部框架和相关组件的详细视图，
图5是示出本公开的电磁力结构和物理移动结构的截面图，以及
图6是用于例示本公开的通过旋转光学反射器而实现的Y轴OIS的示图。
参考标记
1000：致动器
100：本公开的驱动设备
110：支承框架 111：安装空间
113：第一凹槽 115：第二凹槽
117：凹槽线 120：光学反射器
130：底部框架 131：透镜安装空间
137：引导凹槽 140：OIS磁体
145：感测磁体 150：球
160：线圈 170：FPCB
180：磁轭 190：霍尔传感器
具体实施方式
图1是示出根据本公开的实施方式的用于驱动光学反射器的设备100(下文中，也被称为“驱动设备”)和应用了驱动设备的致动器1000的整体构造的示图。
本公开的驱动设备100可以被实现为单个装置，或者还可以被实现为单个致动器1000的组件以便与透镜驱动单元200的上部等联接，该透镜驱动单元200包括透镜(变焦透镜)210以及用于对透镜210执行自动聚焦(AF)操作的单元、用于沿着一个轴向方向执行光学图像稳定(OIS)的单元或者用于沿着一个轴向方向同时执行AF操作和OIS操作的单元，如图1中所示。
在本公开中，对象等的光没有被直接输入到透镜210，但是光在其路径因设置在本公开的驱动设备100处的光学反射器120(参见图2)而被改变(折射、反射等)之后被输入到透镜210。在图1中，从外部区域输入的光的路径是Z1，并且利用光学反射器120折射或反射路径Z1而形成并输入到透镜210的光的路径是Z。下文中，Z将被称为光学轴或光学轴方向。
正如随后说明的，图1中描绘的连接器15用于向线圈供电，控制操作，传递数据等，并且连接器15可以被暴露到外面以与外部装置有效接口，如图1中所示。
另外，尽管在图中未示出，但可以基于光学轴方向在透镜210下方设置用于将光信号转换成电信号的诸如CCD和CMOS这样的拍摄器件，并且还可以一起设置用于使特定频带的光信号通过或将其阻挡的滤波器。
下文中，将参照附图详细地描述根据本公开的光学反射器120的构造以及使用光学反射器120来改变光的路径并且沿着第一方向(Y轴方向)执行OIS的构造。
如随后说明的，在本公开中，没有使用其中透镜沿着与光学轴Z垂直的两个方向(即，沿着X轴方向(第二方向)和Y轴方向(第一方向))移动的现有OIS方法，而是使用利用改变光的路径的光学反射器120来实现沿着单个轴方向的OIS的技术。
图2是示出根据本公开的实施方式的驱动设备100的详细构造的分解视图。
如图2中所示，本公开的驱动设备100可以包括具有开口105的壳体103、支承框架110、光学反射器120、底部框架130、球150和驱动单元140、160。
透镜210可以是包括多个透镜或透镜组的单个透镜或变焦透镜或者其中的诸如棱镜、反射镜等这样的光学构件。如果透镜210是变焦透镜或变焦透镜镜筒，则透镜210可以沿着垂直纵向方向(Z轴方向)伸长。
本公开的驱动单元产生用于使光学反射器120或光学反射器120所联接的支承框架110移动或旋转的驱动力。根据实施方式，驱动单元可以采用能够使对象沿着光学轴方向移动的压电器件、电机或任何其它单元。
关于这一点，考虑到功耗、低噪声、空间利用率、响应速度等，可以使用线圈160和产生电磁力的OIS磁体140来实现本公开的驱动单元。
另外，在线圈和磁体之间产生的驱动力形成它们之间的相对关系，因此还能够将线圈设置在移动对象处，并且将磁体安装于与其对应的固定主体。然而，如果线圈设置在移动对象处，则用于施加电力的结构可能略微复杂，因此期望磁体被安装于移动对象并且将线圈安装于固定主体。
下面的描述将基于以下情况：使用OIS磁体140和线圈160来实现驱动单元，使得OIS磁体140设置在用作移动对象的光学反射器120或光学反射器120所联接的支承框架110处，并且线圈160设置在底部框架130或固定主体处。
如上所述，透镜210的垂直轴向方向(即，与输入到透镜210的光的路径对应的轴向方向)被定义为光学轴(Z轴)，并且与光学轴(Z轴)垂直的平面上的两个轴被定义为X轴和Y轴。
如图2中所示，如果路径Z上的光穿过壳体103的开口105而输入到本公开的驱动设备100，则本公开的光学反射器120使输入光的路径朝着光学轴方向(Z)改变(折射、反射等)，使得光被输入到透镜210。
光学反射器120可以是从反射镜和棱镜或其组合中选择的任一个，并且可以使用能够将从外部区域引入的光的路径变成光学轴方向的各种构件来实现。
由于如上所述光在其路径被光学反射器120折射之后输入到透镜210，因此在本公开中，透镜210可以不沿着便携式终端的厚度方向安装。为此原因，即使将变焦透镜安装于便携式终端，便携式终端的厚度也不增加，这对于便携式终端的小设计而言是最佳的。
如上所述的本公开的光学反射器120被安装在支承框架110处，并且支承框架110被安装成能相对于底部框架130旋转。如图2中所示，光学反射器120沿着Y轴方向安装在支承框架110的朝向光输入的开口105的一侧，即，被取向成前方。
用于执行沿着Y轴方向的光学图像稳定的OIS磁体140设置在本公开的支承框架110的没有安装光学反射器120的一侧。作为示例，图2描绘了OIS磁体140设置在与光学反射器120相对的侧的实施方式。根据实施方式，OIS磁体140还可以设置在图2的侧或方向不同的没有设置光学反射器120的其它侧或其它方向。
用于感测位置的感测磁体145可以基于OIS磁体140设置在光学轴(Z轴)下方。随后将详细地描述感测磁体145。
基于图2中描绘的示例，用于支承支承框架110旋转的底部框架130沿着Y轴方向设置在支承框架110的后方。
在支承框架110和底部框架130之间设置球150，并且球150使得支承框架110和底部框架130能够分隔开预定间隔(对应于球的直径)并且形成点接触，使得支承框架110可以在因点接触造成的摩擦最小的情况下平稳地移动。
如图2中所示，还可在底部框架130处进一步形成透镜安装空间131，并且在透镜安装空间131处，可以安装光学特性与以上参照图1说明的透镜驱动单元200的透镜210不同的另外的透镜等。在一些实施方式中，如图4的下部中所示，可以不设置透镜安装空间131。
基于图2，沿着Y轴方向在底部框架130的后面设置柔性印刷电路板(FPCB)170，并且按照面对OIS磁体140的方式位于与OIS磁体140对应的位置的线圈160被设置于FPCB170，以产生对OIS磁体140的电磁力。另外，利用霍尔效应来检测磁体(或者，具有磁体的移动对象)的位置的霍尔传感器190设置在FPCB 170处。FPCB 170的一端是图1中所示的连接器15。
可以在FPCB 170的后方设置磁轭180，以产生对OIS磁体140的吸引力。磁轭180产生对设置在支承框架110处的OIS磁体140的吸引力，使得支承框架110和底部框架130可以在不偏离球150的情况下连续地保持点接触状态。
图3是示出根据本公开的实施方式的支承框架110和相关组件的详细视图。
如图3中所示，本公开的支承框架110沿着前向方向(或者，沿着Y轴方向)具有安装空间111，并且光学反射器120安装在安装空间111中。在安装空间111的后方设置第一凹槽113和沿着基于图3的垂直方向在第一凹槽113下方的第二凹槽115，在第一凹槽113处安装OIS磁体140，在第二凹槽115处安装感测磁体145。
第一凹槽113可以位于支承框架110的中心部分处，使得可以准确地施加因线圈160和OIS磁体140之间产生的电磁力而造成的驱动力。
如图3中所示，本公开的支承框架110设置在呈具有预定曲率的倒圆形状的凹槽线117处。如随后描述的，支承框架110沿着具有倒圆形状的凹槽线117旋转。
另外，如图中所示，进行滚动移动的多个球150按照被部分接纳在凹槽线117中的方式与凹槽线117形成点接触。
为了有效地支持支承框架110的物理移动并且还使支承框架110的倾斜、摇动或分离最小化，凹槽线117可以具有沿着基于光学轴方向的纵向方向延伸的倒圆形状，并且可以对称地形成在支承框架110的边缘处。
换句话讲，基于图中描绘的本公开的实施方式，OIS磁体140可以设置在支承框架110的中心部分处，并且凹槽线117可以分别形成在OIS磁体140的两侧。
图2中描绘的霍尔传感器190用于如上所述利用霍尔效应来检测磁体的位置，并且通过这样做，检测具有该磁体的移动对象的位置。在本公开中，移动对象与光学反射器120对应。
本公开的(安装有光学反射器120的)支承框架110如上所述地旋转，并且旋转对象的端部与其中心部分相比在高度上具有相对更大的改变。
通过使用这种物理现象，如图3中所示，第二凹槽115可以在沿着向下方向与第一凹槽113分隔开的位置处设置到支承框架110，使得感测磁体145被设置成沿着向下方向与OIS磁体140分隔开，以使得能够更准确地检测磁体的位置。
以上参照图2描述的霍尔传感器190还可以被设置成沿着基于光学轴(Z轴)的向下方向与设置在与OIS磁体140对应的位置处的线圈160分隔开，使得霍尔传感器190可以设置在与感测磁体145对应的位置处。
如果霍尔传感器190利用霍尔效应来检测OIS磁体140的位置(或者，光学反射器120的位置)并且向驱动器(未示出)发送检测信号，则驱动器通过使用从霍尔传感器190输入的信号来控制通向线圈160的具有适当强度和方向的电力。
通过利用该反馈控制来控制光学反射器120的准确位置，可以准确地实现沿着第一方向(Y轴方向)的光学图像稳定。虽然驱动器(未示出)可以独立于霍尔传感器190实现，但是也可以在单个芯片或模块中与霍尔传感器一起实现驱动器。
即使霍尔传感器190被配置成通过检测OIS磁体140的位置来检测光学反射器120的当前位置，也能够将用于OIS的磁体分离成OIS磁体140和感测磁体145，使得霍尔传感器190可以更准确且更有效地检测光学反射器120的位置。
图4是示出根据本公开的实施方式的底部框架130和相关组件的详细视图。
如图4中所示，本公开的底部框架130具有引导凹槽137，引导凹槽137具有与上述的凹槽线117对应的形状。由于凹槽线117可以如上所述分别设置在支承框架110的边缘处，因此引导凹槽137也可以按照与凹槽线117相同的数量设置在底部框架130的边缘处。
如图4中所示，球150按照被部分接纳在引导凹槽137中的方式设置于引导凹槽137。换句话讲，球150设置在支承框架110和底部框架130之间，更详细地，在支承框架110的凹槽线117和底部框架130的引导凹槽137之间。
换句话讲，球150沿着一个方向与凹槽线117形成点接触，并且沿着另一个方向与引导凹槽137形成点接触，使得支承框架110和底部框架130保持隔开状态。另外，利用由金属材料制成的磁轭180与设置在支承框架110处的OIS磁体140之间的吸引力来连续地保持与球150的点接触。
凹槽线117和引导凹槽137可以具有彼此对应的曲率，使得支承框架110(即，具有光学反射器120的支承框架110)可以灵活地旋转。
凹槽线117和引导凹槽137可以按照各种形状来实现，只要它们能够引导设置在光学反射器120处的支承框架110的旋转。然而，凹槽线117和引导凹槽137可以具有曲率彼此对应的弧形形状，使得支承框架110可以在功能上与施加到线圈160的电力的强度和方向对应的同时旋转。如图4的下部中所示，可以根据实施方式不设置安装附加透镜的空间和外壳。
图5是示出本公开的电磁力结构和物理移动结构的截面图。
图5的(b)是沿着图5的(a)的线A-A'截取的截面图，图5的(c)是沿着图5的(a)的线B-B'截取的截面图。
如图5的(b)中所示，如果向线圈160施加适当强度和方向的电力，则在线圈160与设置在支承框架110处的OIS磁体140之间产生电磁力。该电磁力是沿着线圈160和OIS磁体140彼此面对所遵循的平面方向(即，沿着Z轴方向)施加的，如图5的(b)中所示。
如图5的(c)中所示，由于支承框架110被其具有倒圆形状的凹槽线117以及底部框架130的引导凹槽137和球150物理上支承并引导，因此支承框架110借助于线圈160所产生的电磁力来沿着与引导凹槽137和凹槽线117的形状对应的路径旋转。
由于光学反射器120安装在支承框架110处，因此如果支承框架110借助于如上所述的线圈160的电磁力旋转，则光学反射器120也根据支承框架110的物理移动而旋转。如果光学反射器120旋转，则从外部区域输入的光的路径Z1变成输入到透镜210的光的路径Z。
如果输入到透镜210的光的路径Z被校正或修改，则沿着Y轴方向对透镜210执行光学图像稳定。下文中，将参照图6来详细地描述执行沿着特定轴向方向(Y轴方向)的光学图像稳定的处理。
图6是用于例示本公开的通过旋转光学反射器120而实现的Y轴OIS的示图。
图6的中心部分是示出在没有执行光学图像稳定的参考条件下的光学反射器120的示图。
如图6的中心部分中所示，沿着路径Z1输入外部区域的光，并且利用光学反射器120来改变其路径，然后光沿着光学轴方向(Z)输入到透镜210。
如果因手抖动等而造成的外部抖动被传递到本公开的驱动设备100而使得光学反射器120在Y轴方向上抖动，则本公开的驱动器(未示出)通过利用光学反射器120(即，与光学反射器120物理集成的OIS磁体140)或用于感测感测磁体145的位置的霍尔传感器190执行反馈控制来控制适于校正位置的强度和方向的电力施加到线圈160。
如果利用反馈控制在线圈160和OIS磁体140之间产生电磁力，则光学反射器120以通过使用所产生的电磁力作为驱动力来补偿手抖动的方向和强度旋转，因此稳定因手抖动而造成的移动。
如果从线圈160产生的电磁力如图6的左部所示沿着顺时针方向旋转光学反射器120，则输入光产生沿着向左方向的变化(d1)，因此考虑到透镜或诸如CCD这样的拍摄器件，沿着Y轴方向(沿着基于图6的向左方向)进行校正。
就这一点而言，如果从线圈160产生的电磁力如图6的右部所示沿着逆时针方向旋转光学反射器120，则输入光产生沿着向右方向的变化(d2)，因此考虑到透镜或诸如CCD这样的拍摄器件，沿着Y轴方向(沿着基于图6的向右方向)进行校正。
如上所述，在本公开中，通过旋转光学反射器120，沿着特定方向执行光学图像稳定。另外，由于光学反射器120的旋转被具有曲率的凹槽线117和引导凹槽137的球150物理上支承和引导，因此可以更精确地控制驱动操作并且还可以用最小的电力来执行驱动操作。
已经详细地描述了本公开。然而，应该理解的是，具体描述和特定示例虽然指示了本公开的优选实施方式，但是仅通过例示方式给出，因为对于本领域的技术人员而言，本公开的范围内的各种改变和修改根据该具体描述将变得明显。

Claims (4)

1.一种用于驱动光学反射器的设备，该设备包括：
支承框架，该支承框架具有在其内形成的凹槽线；
光学反射器，该光学反射器按照改变穿过开口而输入的光的路径以使得所述光被输入到透镜中的方式安装在所述支承框架处；
底部框架，该底部框架具有引导凹槽，所述引导凹槽形成有与所述凹槽线对应的形状；
多个球，所述多个球设置在所述凹槽线和所述引导凹槽之间以被部分地容纳在所述凹槽线和所述引导凹槽中，使得所述支承框架和所述底部框架保持隔开状态；以及
驱动单元，该驱动单元被配置成使所述支承框架沿着与所述凹槽线或所述引导凹槽对应的路径移动，
其中，所述驱动单元包括：
OIS磁体，该OIS磁体设置在所述支承框架的中心部分处；以及
线圈，该线圈设置在所述底部框架处，以产生对所述OIS磁体的电磁力，
其中，所述凹槽线具有沿着基于光学轴方向的纵向方向延伸的倒圆形状，并且所述凹槽线对称地形成在所述OIS磁体的两侧。
2.根据权利要求1所述的用于驱动光学反射器的设备，其中，所述凹槽线和所述引导凹槽具有彼此对应的曲率。
3.根据权利要求1所述的用于驱动光学反射器的设备，该设备还包括：
磁轭，该磁轭被配置成产生对所述OIS磁体的吸引力。
4.根据权利要求1所述的用于驱动光学反射器的设备，该设备还包括：
感测磁体，该感测磁体设置在沿着从所述OIS磁体朝着变焦透镜的方向与所述OIS磁体间隔开的位置处；以及
霍尔传感器，该霍尔传感器设置在与所述感测磁体对应的位置处。
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