CN107976857A - 光学系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种光学系统，包含一光学元件以及一驱动模块。该驱动模块包含有一固定部以及一电磁驱动组件。该固定部具有一壳体以及一电路单元。该电路单元是连接于该壳体，且该电路单元包含一底座以及一电路元件。该电磁驱动组件是设置于该壳体内并电连接于该电路元件，该电磁驱动组件是用以驱动该光学元件相对于该底座移动，其中该驱动模块内不包含任何位置感测元件。

Description

光学系统

技术领域

本发明涉及一种光学系统及其驱动模块，尤其涉及一种不具有位置感测元件的光学系统及其驱动模块。

背景技术

随着科技的发展，现今许多电子装置(例如智能手机)皆具有照相或录影的功能。通过设置于电子装置上的摄像模块，使用者可以操作电子装置来撷取各式各样的照片。

一般而言，摄像模块包含有一位置感测器、一控制单元以及一镜头驱动单元，并且所述镜头驱动单元可用以驱动一镜头沿镜头的一光轴移动。当摄像模块受到晃动时，位置感测器可检测镜头的位移，并且控制单元可根据此位移控制镜头驱动单元来驱动镜头往相反方向位移，以达到防手震的目的。然而，位置感测器会占据摄像模块的内部空间，使得为了微型化的目的而需要减少电子装置的厚度时，摄像模块的厚度会因位置感测器而无法进一步减少。

因此，如何能避免位置感测器占据摄像模块的内部空间并减少摄像模块的厚度，便是现今值得探讨与解决的课题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种光学系统，以解决上述的问题。

本发明的实施例公开了一种光学系统，包含一光学元件以及一驱动模块。该驱动模块包含有一固定部以及一电磁驱动组件。该固定部具有一壳体以及一电路单元。该电路单元是连接于该壳体，且该电路单元包含一底座以及一电路元件。该电磁驱动组件是设置于该壳体内并电连接于该电路元件，该电磁驱动组件是用以驱动该光学元件相对于该底座移动，其中该驱动模块内不包含任何位置感测元件。

在部分实施例中，该光学系统还包含一感测单元以及一控制单元。该感测单元是设置于该壳体外，且该感测单元是用以感测该光学系统的运动并输出一感测信号。该控制单元是设置于该壳体外，该控制单元根据一参考数据以及该感测信号产生一驱动电流，且该电磁驱动组件是根据该驱动电流驱动该光学元件相对于该底座移动。

在部分实施例中，该参考数据包含该光学元件的移动距离与该驱动电流的一关系曲线。

在部分实施例中，该光学元件定义有一光轴方向，且该驱动模块与该感测单元沿该光轴方向观察时不重叠。

在部分实施例中，该电磁驱动组件包含多个第一感应线圈，该第一感应线圈是设置于底座，用以驱动该光学元件沿一第一方向移动，且所述第一感应线圈于一第二方向的长度相等，且该第一方向与该第二方向垂直。

在部分实施例中，该电磁驱动组件包含多个第二感应线圈，该第二感应线圈是设置于底座，用以驱动该光学元件沿一第二方向移动，且所述第二感应线圈于一第一方向的长度相等。

在部分实施例中，该光学系统还包含一电路板，设置于该底座上，其中该电磁驱动组件包含多个第一感应线圈以及多个第二感应线圈，设置于该电路板内。

在部分实施例中，该电路元件是以模内射出成形的方式嵌在该底座内。

在部分实施例中，该光学系统还包含一电路板，设置于该底座上，其中电磁驱动组件包含多个第一感应线圈以及多个第二感应线圈，并且所述第一感应线圈和所述第二感应线圈与该电路元件是设置于该电路板内。

在部分实施例中，该光学系统还包含一第一电路板以及一第二电路板，且该电磁驱动组件包含多个第一感应线圈以及多个第二感应线圈，其中所述第一感应线圈和所述第二感应线圈是设置于该第一电路板内，且该电路元件是设置于该第二电路板上。

在部分实施例中，该光学系统还包含一电路板，设置于该底座上，且该电磁驱动组件包含多个第一感应线圈以及多个第二感应线圈，其中所述第一感应线圈和所述第二感应线圈是设置于该电路板内，且该电路元件是以模塑互联物件(Molded InterconnectDevice,MID)的方式形成于该底座上。

在部分实施例中，该底座是以金属材质制成，其中该电路单元还包含一绝缘层，设置于该底座上，且该电路元件是设置于该绝缘层上。

在部分实施例中，该感测单元包含一陀螺仪，用以检测该光学系统的震动。

在部分实施例中，该感测单元包含一重力感应器，用以检测该光学系统的加速度。

在部分实施例中，该光学系统还包含一影像感测单元以及一控制单元。该影像感测单元是设置于该壳体内，且该影像感测单元是用以感测该光学元件的光线并输出一影像感测信号。该控制单元是设置于该壳体外，该控制单元根据该影像感测信号以及一参考数据产生一驱动电流，且该电磁驱动组件是根据该驱动电流驱动该光学元件相对于该底座移动。

综上所述，本公开提供一种光学系统以及一驱动模块，其可驱动一光学元件相对于底座移动。其中，驱动模块内并没有包含任何位置感测元件占据驱动模块的内部空间，因此驱动模块内的感应线圈可以降低高度，进而使得驱动模块整体的厚度减少，而达到微型化的目的。

另外，光学系统包含有一感测单元以及一控制单元，感测单元可感测光学系统的运动并输出一感测信号，并且控制单元根据一参考数据以及该感测信号产生一驱动电流，使得驱动模块中的电磁驱动组件根据该驱动电流驱动该光学元件相对于该底座移动，以达到防手震的目的。

本发明中的额外的功能及优点将会在后面说明中公开，且部分可由后述说明书中清楚了解，或是可由所公开的原则经由练习而学得。本发明的功能及优点可由后述权利要求书中所特别指出的仪器或装置的组合而实现及获得。本发明的这些及其他特点会由后述的说明书及权利要求书而变得更清楚、或是可由本发明所公开的原则经由练习而学得。

附图说明

图1为本公开一实施例的电子装置的示意图。

图2为本公开一实施例的光学系统的爆炸图。

图3显示沿图1中A-A’线段的剖视图。

图4为本公开一实施例的第一感应线圈、第二感应线圈以及底座的示意图。

图5为本公开另一实施例的第一感应线圈、第二感应线圈以及底座的示意图。

图6为本公开一实施例的光学系统的方块图。

图7与图8为驱动电流与移动距离的关系图。

图9为本公开另一实施例的一驱动模块的爆炸图。

图10为本公开另一实施例的一驱动模块的爆炸图。

图11为本公开另一实施例的电路板与电路单元的示意图。

图12为本公开另一实施例的电路板与电路单元的示意图。

附图标记说明：

50 电子装置

100 光学系统

101 感测单元

1011 陀螺仪

1013 重力感测器

102 壳体

1021 壳体开孔

1023 容置空间

103 控制单元

104 框架

1041 凹槽

1043 中央开口

105 储存单元

1051 参考数据

106 上簧片

107 影像感测单元

1071 影像感测元件

108 镜头承载件

1081 贯穿孔

109 驱动模块

109A 驱动模块

109B 驱动模块

110 下簧片

111 电路单元

111A 电路单元

111B 电路单元

112 底座

1121 底座开孔

112A 底座

112B 底座

114 电路元件

116 弹性元件

118 电路板

120 第一电路板

122 第二电路板

124 绝缘层

700 关系曲线

800 关系曲线

CL1 第一感应线圈

CL2 第二感应线圈

CLD 驱动线圈

D1、D2 距离

DI 驱动电流

L1～L4 长度

ME 磁性元件

O 光轴

具体实施方式

为了让本公开的目的、特征、及优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图做详细说明。其中，实施例中的各元件的配置为说明之用，并非用以限制本公开。且实施例中附图标号的部分重复，为了简化说明，并非意指不同实施例之间的关联性。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本公开。

此外，实施例中可能使用相对性的用语，例如“较低”或“底部”及“较高”或“顶部”，以描述附图的一个元件对于另一元件的相对关系。能理解的是，如果将附图的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“较低”侧的元件将会成为在“较高”侧的元件。

在此，“约”、“大约”的用语通常表示在一给定值或范围的20％之内，较佳是10％之内，且更佳是5％之内。在此给定的数量为大约的数量，意即在没有特定说明的情况下，仍可隐含“约”、“大约”的含义。

请参考图1至图3，图1为本公开一实施例的一电子装置50的示意图，图2为本公开一实施例的一光学系统100的部分元件爆炸图，且图3显示沿图1中A-A’线段的剖视图。电子装置50可为固定式电子装置或可携式电子装置，例如为一平板电脑或一智能手机，并且光学系统100是可安装于电子装置50上，供使用者执行影像撷取的功能。如图1与图2所示，光学系统100可包含一感测单元101、一控制单元103、一储存单元105、一影像感测单元107以及一驱动模块109。其中，感测单元101是设置于驱动模块109外，并且用以感测光学系统100的运动并输出一感测信号。储存单元105可为任何形式的储存媒体(例如可为随机存取记忆体)，用以储存关于电子装置50或光学系统100的数据。控制单元103是设置于驱动模块109外，并且可根据在储存单元105内的数据以及感测单元101输出的所述感测信号来控制驱动模块109。其中，如图1所示，由Z轴方向观看时，驱动模块109与感测单元101并不重叠。

如图2所示，影像感测单元107包含一影像感测元件1071，用以接收光线后输出一影像感测信号，并且驱动模块109是设置于影像感测单元107上。于某些实施例中，驱动模块109可为具备自动对焦(AF)功能的音圈马达(VCM)。于此实施例中，光学系统100的驱动模块109可具备自动对焦(AF)及光学防手震(OIS)功能。

请继续参考图2，图2显示了光学系统100中驱动模块109以及影像感测单元107的爆炸图(为了简洁的缘故，感测单元101、控制单元103以及储存单元105未于图2画出)。其中，驱动模块109包含一壳体102、一框架104、一上簧片106、一镜头承载件108、一驱动线圈CLD、两个第一感应线圈CL1、两个第二感应线圈CL2、四个磁性元件ME、一下簧片110以及一电路单元111。其中，电路单元111可包含有一底座112与至少一电路元件114，并且所述电路单元111是可连接壳体102以构成一固定部。前述壳体102具有一中空结构，并且其上形成有一壳体开孔1021，底座112上形成有一底座开孔1121，壳体开孔1021的中心是对应于镜头承载件108所承载的一光学元件(图未示)的光轴O，并且底座开孔1121是对应于设置在底座112下方的影像感测元件1071。壳体102可具有一容置空间1023，用以容置前述框架104、上簧片106、镜头承载件108、驱动线圈CLD、两个第一感应线圈CL1、两个第二感应线圈CL2、所述磁性元件ME以及下簧片110。另外，壳体102亦可容置电路单元111以及影像感测单元107。再者，所述第一感应线圈CL1、第二感应线圈CL2以及磁性元件ME可构成一电磁驱动组件，电性连接于电路元件114并可驱动镜头承载件108相对于底座112移动。第一感应线圈CL1与第二感应线圈CL2的数目不限于此实施例。值得注意的是，在驱动模块109内不包含任何位置感测元件。

如图2所示，镜头承载件108具有一中空环状结构，并且具有一贯穿孔1081，其中贯穿孔1081与所述光学元件之间配置有对应锁合的螺牙结构(图未示)，可令所述光学元件锁固于贯穿孔1081内。再者，驱动线圈CLD是可环绕设置于镜头承载件108上。另外，框架104具有多个凹槽1041以及一中央开口1043。于此实施例中，框架104具有四个凹槽1041，用以容置前述四个磁性元件ME，但凹槽1041与磁性元件ME的数量不限于此实施例。镜头承载件108与前述光学元件是设置于中央开口1043内并可相对于框架104移动。更具体而言，如图3所示(图3仅表示驱动模块109的剖面)，镜头承载件108可通过上簧片106与下簧片110连接于框架104而悬吊于中央开口1043内。当驱动线圈CLD通电时，四个磁性元件ME会与驱动线圈CLD产生电磁驱动力，借以驱动镜头承载件108相对于框架104沿光轴O(Z轴方向)移动，以进行自动对焦(Auto Focusing)。

再者，由图2可以看出，光学系统100另包含四个弹性元件116，其中每一个弹性元件116皆具有长条形结构，例如为一柱状或线状结构，但不限于此。其中，每一个弹性元件116的一端是连接上簧片106，并且弹性元件116的另一端是连接于底座112并电性连接于电路元件114。通过前述结构配置，镜头承载件108以及其所承载的光学元件(图未示)与框架104可通过四个可挠曲的弹性元件116而相对底座112沿着平行于X-Y平面的方向位移。

请同时参考图2至图4，图4为本公开一实施例的第一感应线圈CL1、第二感应线圈CL2以及底座112的示意图。如图2至图4所示，第一感应线圈CL1与第二感应线圈CL2是设置于底座112上，并且如图4所示，两个第一感应线圈CL1于X轴方向(第二方向)上具有相同的长度L1，而两个第二感应线圈CL2于Y轴方向(第一方向)上具有相同的长度L2。其中，所述第一方向是垂直于所述第二方向，并且于此实施例中长度L1可相等于长度L2，但不限于此。例如于其他实施例中，长度L1是可不等于长度L2。

当所述第一感应线圈CL1通电与相对应的磁性元件ME感应时，会产生电磁驱动力驱动镜头承载件108与所述光学元件沿Y轴方向(第一方向)移动，而当所述第二感应线圈CL2通电与相对应的磁性元件ME感应时，会产生电磁驱动力驱动镜头承载件108与所述光学元件沿X轴方向(第二方向)移动。因此，当光学系统100受到晃动时，镜头承载件108可被前述电磁驱动力所驱动而于X-Y平面上移动，以达到光学防手震(Optical ImageStabilization)的目的。

请参考图5，图5为本公开另一实施例的第一感应线圈CL1、第二感应线圈CL2以及底座112的示意图。于此实施例中，第一感应线圈CL1与第二感应线圈CL2是设置于底座112的角落处。其中，两个第一感应线圈CL1具有相同的长度L3，两个第二感应线圈CL2具有相同的长度L4，并且长度L3是可等于长度L4。第一感应线圈CL1与第二感应线圈CL2的设置位置不限于此实施例与前述实施例，其设置位置可依照实际需求而定。

请参考图6至图8，图6为本公开一实施例的光学系统100的方块图，而图7与图8为驱动电流与移动距离的关系图。如图6所示，光学系统100中的控制单元103是分别电性连接于感测单元101、储存单元105、影像感测单元107以及驱动模块109。其中，感测单元101可包含一陀螺仪1011以及一重力感测器1013，用以分别检测光学系统100的震动以及加速度并对应地输出感测信号至控制单元103。另外，储存单元105内可储存有一参考数据1051，可包含多个关于驱动电流与移动距离的数据。接着，控制单元103便可根据所述感测信号以及参考数据1051来产生一驱动电流DI，使得所述电磁驱动组件根据驱动电流DI来驱动镜头承载件108与所述光学元件相对于底座112移动。

如图7所示，关系曲线700表示所述驱动模块109驱动镜头承载件108与所述光学元件往X轴方向移动时的移动距离与驱动电流的关系，关系曲线700是可包含于前述的参考数据1051中。举例而言，当镜头承载件108与所述光学元件受到晃动时，控制单元103可根据感测单元101输出的感测信号而得知镜头承载件108往-X轴方向移动一距离D1，因此控制单元103可提供驱动电流DI予驱动模块109(此时驱动电流DI的大小为A1毫安培)，便可令镜头承载件108往X轴方向移动距离D1，借以补偿镜头承载件108所受到的晃动。相似地，图8的关系曲线800表示所述驱动模块109驱动镜头承载件108与所述光学元件往Y轴方向移动时的移动距离与驱动电流的关系。关系曲线800是可包含于前述的参考数据1051中。举例而言，当镜头承载件108与所述光学元件受到晃动时，控制单元103可根据感测单元101输出的感测信号而得知镜头承载件108往-Y轴方向移动一距离D2时，此时控制单元103可提供驱动电流DI予驱动模块109(此时驱动电流DI的大小为A2毫安培)，便可令镜头承载件108往Y轴方向移动距离D2，借以补偿镜头承载件108所受到的晃动。

需特别说明的是，本公开并不限定关系曲线700与800之间的关系。在一实施例中，关系曲线700的斜率可能相同或不同于关系曲线800的斜率。再者，由图7及图8中的关系曲线700与800可明显看出，镜头承载件108系被限制于Xmax-Xmin与Ymax-Ymin的移动距离范围内。

另外，控制单元103可根据影像感测元件1071所输出的影像感测信号来控制镜头承载件108沿Z轴方向相对于底座112的距离。举例来说，控制单元103可控制驱动模块109以驱动镜头承载件108沿Z轴方向移动并获得多个影像感测信号。控制单元103可根据所述影像感测信号判断出一最佳影像感测信号以及一相对应位置，接着控制单元103便可控制镜头承载件108移动到此相对应位置，借以使光学系统100能拍摄清晰的影像。控制单元103进一步的控制方法可参考2017年2月1日公告的中国台湾专利号I 569081。

请参考图9，图9为本公开另一实施例的一驱动模块109A的爆炸图。于此实施例中，驱动模块109A可进一步包含一电路板118，设置于底座112上，并且前述第一感应线圈CL1与第二感应线圈CL2是设置于电路板118内。另外，此实施例与图2的实施例的电路元件114皆是以模内射出成形的方式嵌在底座112内。通过这样的配置，可以使驱动模块109A于Z轴方向的厚度减少，以达成微型化的目的。

另外，于另一实施例中，前述第一感应线圈CL1、第二感应线圈CL2以及电路元件114也可设计为共同设置于电路板118内，以进一步减少驱动模块于Z轴方向的厚度。

请参考图10，图10为本公开另一实施例的一驱动模块109B的爆炸图。于此实施例中，驱动模块109B可进一步包含一第一电路板120以及一第二电路板122，其中，第二电路板122可为一柔性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)，设置于底座112上，并且第一电路板120是设置于第二电路板122上。前述第一感应线圈CL1与第二感应线圈CL2是设置于第一电路板120内，且电路元件114是设置于第二电路板122上。另外，此实施例可包含两个驱动线圈CLD，设置于镜头承载件108的相反两侧。

请参考图11，图11为本公开另一实施例的电路板118与一电路单元111A的示意图。于此实施例中，电路板118是设置于电路单元111A的底座112A上，且前述第一感应线圈CL1与第二感应线圈CL2是设置于电路板118内。值得注意的是，底座112A为塑胶材质制成，并且电路元件114是以模塑互联物件(Molded Interconnect Device,MID)的方式形成于底座112A上。通过这样的设计，可以使底座112A于Z轴方向的厚度减少，进一步达成微型化的目的。

请参考图12，图12为本公开另一实施例的电路板118与一电路单元111B的示意图。相似于前述实施例，于此实施例中，电路板118是设置于电路单元111B的底座112B上，且前述第一感应线圈CL1与第二感应线圈CL2是设置于电路板118内。值得注意的是，底座112B是以金属材料所制成(例如含铁的合金)，并且底座112B可与图9的壳体102以熔接的方式结合。再者，于此实施例中，电路单元111B可另包含有一绝缘层124，设置于底座112B上，并且电路元件114是设置于绝缘层124上。由于电路元件114与金属材料制成的底座112B之间设置有绝缘层124，因此电路元件114不会与底座112B电性连接。通过这样的设计，可以增强底座112B的结构强度，并且可减少底座112B于Z轴方向的厚度，借以达成微型化的目的。

综上所述，本公开提供一种光学系统以及一驱动模块，其可驱动一光学元件相对于底座移动。其中，驱动模块内并没有包含任何位置感测元件占据驱动模块的内部空间，因此驱动模块内的感应线圈可以降低高度，进而使得驱动模块整体的厚度减少，而达到微型化的目的。

另外，光学系统包含有一感测单元以及一控制单元，感测单元可感测光学系统的运动并输出一感测信号，并且控制单元根据一参考数据以及该感测信号产生一驱动电流，使得驱动模块中的电磁驱动组件根据该驱动电流驱动该光学元件相对于该底座移动，以达到防手震的目的。

虽然本公开的实施例及其优点已公开如上，但应该了解的是，本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围内，当可作更动、替代与润饰。此外，本公开的保护范围并未局限于说明书内所述特定实施例中的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，本领域技术人员可从本公开公开内容中理解现行或未来所发展出的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，只要可以在此处所述实施例中实施大抵相同功能或获得大抵相同结果皆可根据本公开使用。因此，本公开的保护范围包括上述工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤。另外，每一权利要求书构成个别的实施例，且本公开的保护范围也包括各个权利要求书及实施例的组合。

Claims (15)

1.一种光学系统，包含：

一光学元件；以及

一驱动模块，包含有：

一固定部，具有：

一壳体；以及

一电路单元，连接于该壳体，该电路单元包含一底座以及一电路元件；以及

一电磁驱动组件，设置于该壳体内并电连接于该电路元件，该电磁驱动组件是用以驱动该光学元件相对于该底座移动，其中该驱动模块内不包含任何位置感测元件。

2.如权利要求1所述的光学系统，其中该光学系统还包含：

一感测单元，设置于该壳体外，该感测单元是用以感测该光学系统的运动并输出一感测信号；以及

一控制单元，设置于该壳体外，该控制单元根据一参考数据以及该感测信号产生一驱动电流，且该电磁驱动组件是根据该驱动电流驱动该光学元件相对于该底座移动。

3.如权利要求2所述的光学系统，其中该参考数据包含该光学元件的移动距离与该驱动电流的一关系曲线。

4.如权利要求3所述的光学系统，其中该光学元件定义有一光轴方向，且该驱动模块与该感测单元沿该光轴方向观察时不重叠。

5.如权利要求1所述的光学系统，其中该电磁驱动组件包含多个第一感应线圈，该第一感应线圈是设置于底座，用以驱动该光学元件沿一第一方向移动，且所述第一感应线圈于一第二方向的长度相等，且该第一方向与该第二方向垂直。

6.如权利要求5所述的光学系统，其中该电磁驱动组件包含多个第二感应线圈，该第二感应线圈是设置于底座，用以驱动该光学元件沿一第二方向移动，且所述第二感应线圈于一第一方向的长度相等。

7.如权利要求1所述的光学系统，其中该光学系统还包含一电路板，设置于该底座上，其中该电磁驱动组件包含多个第一感应线圈以及多个第二感应线圈，设置于该电路板内。

8.如权利要求6或7所述的光学系统，其中该电路元件是以模内射出成形的方式嵌在该底座内。

9.如权利要求1所述的光学系统，其中该光学系统还包含一电路板，设置于该底座上，其中该电磁驱动组件包含多个第一感应线圈以及多个第二感应线圈，并且所述第一感应线圈和所述第二感应线圈与该电路元件是设置于该电路板内。

10.如权利要求1所述的光学系统，其中该光学系统还包含一第一电路板以及一第二电路板，且该电磁驱动组件包含多个第一感应线圈以及多个第二感应线圈，其中所述第一感应线圈和所述第二感应线圈是设置于该第一电路板内，且该电路元件是设置于该第二电路板上。

11.如权利要求1所述的光学系统，其中该光学系统还包含一电路板，设置于该底座上，且该电磁驱动组件包含多个第一感应线圈以及多个第二感应线圈，其中所述第一感应线圈和所述第二感应线圈是设置于该电路板内，且该电路元件是以模塑互联物件(MoldedInterconnect Device,MID)的方式形成于该底座上。

12.如权利要求1所述的光学系统，其中该底座是以金属材质制成，其中该电路单元还包含一绝缘层，设置于该底座上，且该电路元件是设置于该绝缘层上。

13.如权利要求2所述的光学系统，其中该感测单元包含一陀螺仪，用以检测该光学系统的震动。

14.如权利要求2所述的光学系统，其中该感测单元包含一重力感应器，用以检测该光学系统的加速度。

15.如权利要求1所述的光学系统，其中该光学系统还包含：

一影像感测单元，设置于该壳体内，该影像感测单元是用以感测该光学元件的光线并输出一影像感测信号；以及

一控制单元，设置于该壳体外，该控制单元根据该影像感测信号以及一参考数据产生一驱动电流，且该电磁驱动组件是根据该驱动电流驱动该光学元件相对于该底座移动。