CN108267830B

CN108267830B - 光学机构

Info

Publication number: CN108267830B
Application number: CN201711092011.7A
Authority: CN
Inventors: 胡朝彰; 陈树山; 游证凯
Original assignee: TDK Taiwan Corp
Current assignee: TDK Taiwan Corp
Priority date: 2017-01-03
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2022-08-26
Anticipated expiration: 2037-11-08
Also published as: CN108267829A; CN108267829B; CN108267830A; CN207488597U; CN207424353U

Abstract

本发明提供一种光学机构，包括一固定件、一可动件、一光学元件、一第一感测磁铁以及一第一感测元件，其中可动件活动地连接固定件，光学元件设置于可动件上，第一感测磁铁对应光学元件且具有一第一磁极方向，第一感测元件对应第一感测磁铁，用以感测第一感测磁铁相对于固定件绕一第一轴向旋转的旋转量，其中第一轴向垂直于第一磁极方向。

Description

光学机构

技术领域

本发明涉及一种光学机构。更具体地来说，本发明涉及一种具有感测元件的光学机构。

背景技术

随着科技的发展，现今许多电子装置(例如相机或智能型手机)皆具有照相或录像的功能。当需要将焦距较长的镜头设置于前述电子装置中时，会造成电子装置厚度的增加，不利于电子装置的轻薄化，对此，便设置了可反射外部光线的光学机构，以达到具有长焦距镜头的电子装置的轻薄化。此外，光学机构需藉由感测元件感测光学元件于各轴向上的运动以适当地调整焦距及执行光学防手震的功能。然而，如何在有限的空间中配置感测元件，并使其感测到信号不致于失真，则为目前有待解决的课题。

发明内容

本发明的目的为提供一种光学机构，以解决上述现有技术存在的如何在有限的空间中配置感测元件，并使其感测到信号不致于失真的的问题。

本发明一实施例中，前述第一感测元件为一磁阻传感器(Magnetoresistance,MR)。

本发明一实施例中，前述第一感测磁铁设置于前述可动件上，且前述第一感测元件设置于前述固定件上。

本发明一实施例中，从前述第一磁极方向上观察，前述第一感测元件与前述第一感测磁铁至少部分重叠。

本发明一实施例中，前述第一感测磁铁于一参考面上的投影面积大于前述第一感测元件于前述参考面上的投影面积，其中前述参考面垂直于前述第一磁极方向。

本发明一实施例中，前述光学机构更包括一导磁元件，局部遮蔽前述第一感测磁铁的一端面，其中前述端面朝向前述第一感测元件。

本发明一实施例中，前述第一感测元件邻近前述导磁元件的侧边。

本发明一实施例中，前述第一感测元件具有一第一磁化方向，其中前述第一磁化方向垂直于前述第一轴向与前述第一磁极方向。

本发明一实施例中，前述第一感测磁铁具有一L形结构。

本发明一实施例中，前述光学机构更包括一第二感测元件，对应前述第一感测磁铁，用以感测前述第一感测磁铁相对于前述固定件绕一第二轴向旋转的旋转量，其中前述第二轴向垂直于前述第一轴向以及前述第一磁极方向。

本发明一实施例中，前述光学机构更包括一第二感测元件以及一第二感测磁铁，且前述第二感测磁铁具有一第二磁极方向，平行于前述第一磁极方向，其中前述第二感测元件感测前述第二感测磁铁相对于前述固定件绕一第二轴向旋转的旋转量，其中前述第二轴向垂直于前述第一轴向以及前述第二磁极方向。

附图说明

图1表示本发明一实施例的电子装置示意图。

图2表示本发明图1的望远程镜头模块示意图。

图3表示本发明图2的第一光学机构的分解图。

图4表示本发明图2的第二光学机构的分解图。

图5A表示图3中第一弹性元件、第一承载件、第一驱动磁铁、第一感测磁铁、第一感测元件与第二感测元件组合后的相对位置关系示意图。

图5B表示本发明另一实施例的第一弹性元件、第一承载件、第一驱动磁铁、第一感测磁铁、第一感测元件与第二感测元件组合后的相对位置关系示意图。

图5C表示本发明另一实施例的第一弹性元件、第一承载件、第一驱动磁铁、第一感测磁铁、导磁元件、第一感测元件与第二感测元件组合后的相对位置关系示意图。

图5D表示本发明另一实施例的第一弹性元件、第一承载件、第一驱动磁铁、第一感测磁铁、第一感测元件与第二感测元件组合后的相对位置关系示意图。

图5E表示本发明另一实施例的第一弹性元件、第一承载件、第一驱动磁铁、第一感测磁铁、第二感测磁铁、第一感测元件与第二感测元件组合后的相对位置关系示意图。

其中，附图标记说明如下：

10镜头系统

11望远程镜头模块

12广角端镜头模块

20电子装置

1100反射元件

1200第一弹性元件

1210外圈段

1220内圈段

1300第一承载件

1400第一驱动磁铁

1500第一感测磁铁

1510导磁元件

1520第二感测磁铁

1600第一感测元件

1610第二感测元件

1700第一框架

1710孔洞

1800第一线圈

1900第一电路板

2110顶盖

2111 穿孔

2120 外壳

2130 底盖

2131 穿孔

2400 第二弹性元件

2600 第二框架

2610 中空部

2700 第二承载件

2800 对焦元件

2910 第三轴向位置检测器

2920 第二电路板

2930 第二线圈

2940 第二驱动磁铁

2950 第三轴向感测物

C 中心轴

C1 壳体

L1 外部光线

L2 第二外部光线

M1 第一光学机构

M2 第二光学机构

O 开口

R 容置空间

S1 影像传感器

A1 第一轴向

A2 第二轴向

P1 第一磁极方向

P2 第二磁极方向

D1 第一磁化方向

D2 第二磁化方向

具体实施方式

以下说明本发明实施例的光学机构。然而，可轻易了解本发明实施例提供许多合适的发明概念而可实施于广泛的各种特定背景。所揭示的特定实施例仅仅用于说明以特定方法使用本发明，并非用以局限本发明的范围。

除非另外定义，在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)具有与此篇揭露所属的一般技艺者所通常理解的相同涵义。能理解的是这些用语，例如在通常使用的字典中定义的用语，应被解读成具有一与相关技术及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不应以一理想化或过度正式的方式解读，除非在此特别定义。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

首先请参阅图1，本发明一实施例的镜头系统10可装设于一电子装置20内，用以照相或摄影，其中前述电子装置20例如可为智能型手机或是数字相机。镜头系统10具有两个镜头模块，包括一望远程镜头模块11以及一广角端镜头模块12。在照相或摄影时，这两个镜头模块会分别接收光线并成像，前述成像可传送至设置于电子装置20中的处理器(未图示)，并藉由处理器进行影像的后处理。

如图2所示，前述望远程镜头模块11包括有一壳体C1、一第一光学机构M1、一第二光学机构M2、以及一影像传感器S1。壳体C1的内部形成有一容置空间R，且其壁面上形成有与容置空间R连通的开口O。第一光学机构M1、第二光学机构M2和影像传感器S1设置于容置空间R中，第二光学机构M2位于第一光学机构M1和影像传感器S1之间，且前述开口O形成于第一光学机构M1上方。

当一外部光线L1沿Y轴方向穿过开口O并进入望远程镜头模块11的容置空间R时，外部光线L1会被第一光学机构M1反射，被反射后的外部光线L1将大致沿Z轴方向穿过第二光学机构M2并抵达影像传感器S1，影像传感器S1可藉此成像。

图3表示本发明图2的第一光学机构M1的分解图。请一并参阅图2、3，于本实施例中，第一光学机构M1主要包括一反射元件1100、一第一弹性元件1200、一第一承载件1300、复数个第一驱动磁铁1400、一第一感测磁铁1500、一第一感测元件1600、一第二感测元件1610、一第一框架1700、复数个第一线圈1800以及一第一电路板1900。为了简化说明，图3省略第一框架1700、第一线圈1800以及第一电路板1900的图标，其中，反射元件1100、第一弹性元件1200、第一承载件1300、第一驱动磁铁1400、以及第一感测磁铁1500大致沿一中心轴C排列，且第一感测磁铁1500具有一第一磁极方向P1，平行于中心轴C。

第一弹性元件1200具有一外圈段1210和一内圈段1220，其中第一框架1700连接前述外圈段1210，且反射元件1100和第一承载件1300分别固定于内圈段1220的相反面上。换言之，反射元件1100和前述第一承载件1300是藉由第一弹性元件1200彼此相连。此外，四个第一驱动磁铁1400分别固定于第一承载件1300的四个侧边，第一感测磁铁1500则对应于反射元件1100并固定于第一承载件1300的底部。

如图2所示，第一电路板1900固定于壳体C1上，且第一框架1700、第一线圈1800和第一感测元件1600及第二感测元件1610固定于第一电路板1900上。前述第一线圈1800和第一、第二感测元件1600、1610可穿过第一框架1700上的孔洞1710，第一线圈1800分别对应于前述第一驱动磁铁1400，第一感测元件1600及第二感测元件1610则对应于第一感测磁铁1500，并可用以检测第一感测磁铁1500的位置。

藉由前述第一弹性元件1200可使反射元件1100和第一承载件1300活动地连接于第一框架1700，其中第一弹性元件1200与第一承载件1300作为一可动件，活动地连接于作为一固定件的第一框架1700，且反射元件1100则为一光学元件并设置于第一承载件1300上。当使用者将电流通入第一线圈1800时，第一线圈1800和第一驱动磁铁1400间会产生磁力，使反射元件1100和第一承载件1300可相对于第一框架1700绕平行于X轴方向的第一轴向A1及/或平行于Y轴方向的第二轴向A2旋转(如图5A所示)，藉以微调外部光线L1抵达影像传感器S1位置。前述反射元件可为一棱镜。然而，亦可将第一感测磁铁1500设置于第一框架1700(固定件)上，而将第一感测元件1600与第二感测元件1610设置于第一承载件1300(可动件)上。

前述第一感测元件1600及第二感测元件1610可为磁阻效应传感器(Magnetoresistance Effect Sensor,MR Sensor)，例如巨磁阻效应传感器(GiantMagnetoresistance Effect Sensor,GMR Sensor)、穿隧磁阻效应传感器(TunnelingMagnetoresistance Effect Sensor,TMR Sensor)、常磁阻效应传感器(OrdinaryMagnetoresistance Effect Sensor,OMR Sensor)、超巨磁阻效应传感器(ColossalMagnetoresistance Effect Sensor,CMR Sensor)、或异向磁阻效应传感器(AnisotropicMagnetoresistance Effect Sensor,AMR Sensor)，且第一感测元件1600及第二感测元件1610可整合于同一集成电路元件中。由于磁阻效应传感器的灵敏度较高，其磁化方向亦具有指向性，不会受到其他轴向的影响而导致信号失真，使用不同感测元件对应同一个感测磁铁就能量测不同轴向的旋转量，亦能减少感测磁铁的尺寸，故能帮助光学机构于有限的空间中能更精确的调整焦距。

图4表示本发明图2的第二光学机构M2的分解图。如图2、4所示，第二光学机构M2主要包括一顶盖2110、一外壳2120、一底盖2130、一对焦元件2800、两个第二弹性元件2400、一第二框架2600、一第二承载件2700、一第三轴向位置检测器2910、一第二电路板2920、两个第二线圈2930、两个第二驱动磁铁2940、以及一第三轴向感测物2950。

前述两个第二弹性元件2400连接第二框架2600和第二承载件2700，并分别位于第二承载件2700的相反侧，以使第二承载件2700可活动地悬吊于第二框架2600的中空部2610中。对焦元件2800设置于第二承载件2700中并被第二承载件2700所支持。第二线圈2930和第二驱动磁铁2940分别设置于第二承载件2700和第二框架2600上，且彼此相互对应。在X轴方向，两个第二线圈2930位于第二承载件2700的相反侧，两个第二驱动磁铁2940设置于第二框架2600相对的内表面上。当电流流入第二线圈2930时，第二线圈2930和第二驱动磁铁2940之间会产生电磁感应，第二承载件2700和对焦元件2800可因此相对于第二框架2600沿Z轴方向(第三轴向)移动。

第三轴向感测物2950固定于第二框架2600上。第二电路板2920固定于第二承载件2700上，第三轴向位置检测器2910则设置于第二电路板2920上，故当第二承载件2700移动时，第二电路板2920和第三轴向位置检测器2910亦会随之移动。当第二承载件2700移动时，第三轴向位置检测器2910可检测第三轴向感测物2950与其的相对位置。

前述第三轴向位置检测器2910可为霍尔效应传感器(Hall Sensor)、磁阻效应传感器(Magnetoresistance Effect Sensor,MR Sensor)、巨磁阻效应传感器(GiantMagnetoresistance Effect Sensor,GMR Sensor)、穿隧磁阻效应传感器(TunnelingMagnetoresistance Effect Sensor,TMR Sensor)、常磁阻效应传感器(OrdinaryMagnetoresistance Effect Sensor,OMR Sensor)、超巨磁阻效应传感器(ColossalMagnetoresistance Effect Sensor,CMR Sensor)、异向磁阻效应传感器(AnisotropicMagnetoresistance Effect Sensor,AMR Sensor)、光学传感器(Optical Encoder)、或红外线传感器(Infrared Sensor)。当使用霍尔效应传感器、磁阻效应传感器、巨磁阻效应传感器、穿隧磁阻效应传感器、常磁阻效应传感器、超巨磁阻效应传感器、或异向磁阻效应传感器作为第三轴向位置检测器2910时，第三轴向感测物2950可为一磁铁。当使用光学传感器或红外线传感器作为第三轴向位置检测器2910时，第三轴向感测物2950可为一反射片。

请继续参阅图4，顶盖2110和底盖2130可设置于外壳2120的两侧并与其组合，以形成一盒状结构，前述第二弹性元件2400、第二框架2600、第二承载件2700、对焦元件2800、第三轴向位置检测器2910、第二电路板2920、第二线圈2930、第二驱动磁铁2940和第三轴向感测物2950皆容置于此盒状结构中。

由于本实施例中的顶盖2110、外壳2120和底盖2130是由非导体材料构成，因此可避免第一光学机构M1和第二光学机构M2之间产生短路或干扰的情形。应注意的是，顶盖2110和底盖2130上分别形成有位置对应的穿孔2111、2131，因此被第一光学机构M1反射而沿Z轴方向(第三轴向)移动的外部光线L1可顺利地穿过底盖2130的穿孔2131而抵达对焦元件2800，并可顺利地穿过顶盖2110的穿孔2111而抵达影像传感器S1。前述对焦元件2800可为一光学镜片。

在本实施例中，因为第一光学机构M1可驱动反射元件1100绕平行于X轴方向的第一轴向A1及/或平行于Y轴方向的第二轴向A2旋转(如图5A所示)，故可调整外部光线L1抵达影像传感器S1的位置，以达到光学防手震(Optical Image Stabilization,OIS)的效果。又因为第二光学机构M2可驱动对焦元件2800沿Z轴方向(第三轴向)移动，因此可调整对焦元件2800和影像传感器S1之间的距离，以达到自动对焦(Auto Focus,AF)的效果。

图5A表示从图3中的中心轴C的方向观察，前述第一弹性元件1200、第一承载件1300、第一驱动磁铁1400、第一感测磁铁1500、第一感测元件1600与第二感测元件1610组合后的相对位置关系示意图。如图5A所示，第一承载件1300固定于第一弹性元件1200的内圈段1220上。此外，四个第一驱动磁铁1400固定于第一承载件1300的四个侧边，第一感测磁铁1500则固定于第一承载件1300的底部，其中第一感测磁铁1500为圆形，且具有平行中心轴C且垂直于第一轴向A1的一第一磁极方向P1。

请继续参阅图5A，第一感测元件1600与第二感测元件1610的位置对应于第一感测磁铁1500，且从第一磁极方向P1上观察，第一感测元件1600及第二感测元件1610会与第一感测磁铁1500至少部分重叠。值得注意的是，第一感测磁铁1500在与中心轴C及第一磁极方向P1垂直的一参考面上的投影面积大于第一感测元件1600于此参考面上的投影面积，如图5A所示。在本实施例中，第一感测元件1600可用以感测第一感测磁铁1500相对于第一框架1700绕第一轴向A1旋转的旋转量，且其具有垂直于第一轴向A1与第一磁极方向P1的一第一磁化方向D1；此外，第二感测元件1610可用以感测第一感测磁铁1500相对于第一框架1700绕第二轴向A2旋转的旋转量，且其具有垂直于第二轴向A2与第一磁极方向P1的一第二磁化方向D2。

然而，也可采取其他不同的方式设置第一感测磁铁1500、第一感测元件1600及第二感测元件1610。如图5B所示，于本实施例中，第一感测磁铁1500为矩形或正方形，且第一感测元件1600与第二感测元件1610的位置分别邻近第一感测磁铁1500的不同侧边，以获得较佳的感测效果。

请参阅图5C，其表示本发明另一实施例的第一弹性元件1200、第一承载件1300、第一驱动磁铁1400、第一感测磁铁1500、导磁元件1510、第一感测元件1600与第二感测元件1610组合后的相对位置关系示意图。于本实施例中，设置一导磁元件1510局部遮蔽第一感测磁铁1500朝向第一感测元件1600与第二感测元件1610的一端面，且第一感测元件1600及第二感测元件1610的位置分别邻近导磁元件1510的不同侧边，且对应于第一感测磁铁1500未被导磁元件1510遮蔽的部分，以获得较佳的感测效果。

再请参阅图5D，其表示本发明另一实施例的第一弹性元件1200、第一承载件1300、第一驱动磁铁1400、第一感测磁铁1500、第一感测元件1600与第二感测元件1610组合后的相对位置关系示意图。于本实施例中，第一感测磁铁1500为L形，且第一感测元件1600与第二感测元件1610分别对应第一感测磁铁1500中互相垂直的两个凸出部，且邻近第一感测磁铁1500的侧边，以获得较佳的感测效果。

接着请参阅图5E，其表示本发明另一实施例的第一弹性元件1200、第一承载件1300、第一驱动磁铁1400、第一感测磁铁1500、第二感测磁铁1520、第一感测元件1600与第二感测元件1610组合后的相对位置关系示意图。于本实施例中，第一感测磁铁1500与第二感测磁铁1520皆为长条形，且大致互相垂直，第二感测磁铁1520具有与第一磁极方向P1平行的一第二磁极方向P2。应了解的是，由于第一感测元件1600与第二感测元件1610的位置分别对应第一感测磁铁1500与第二感测磁铁1520，因此可用以分别感测第一感测磁铁1500与第二感测磁铁1520相对于第一框架1700分别绕第一轴向A1与第二轴向A2的旋转量。

综上所述，本发明提供一种具感测元件的光学机构，例如可为第一光学机构M1或第二光学机构M2，但不以此为限。其中第一感测元件对应于具有第一磁极方向的第一感测磁铁，藉此可感测第一感测磁铁相对于固定件绕垂直于第一磁极方向的第一轴向旋转的旋转量。举例而言，第一感测元件可为磁阻效应传感器(Magnetoresistance Effect Sensor,MR Sensor)，改善传统使用霍尔传感器(Hall Effect Sensor)容易受到其他轴向的影响而导致信号失真的缺点，亦能减少感测磁铁的尺寸，故能帮助光学机构于有限的空间中能更精确的调整焦距及执行光学防手震的功能。

虽然本发明以前述数个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。此外，每个权利要求建构成一独立的实施例，且各种权利要求及实施例的组合皆介于本发明的范围内。

Claims

1.一种光学系统，包括：

一第一光学机构，包括：

一第一固定件；

一第一可动件，活动地连接该固定件；

一第一光学元件，设置于该可动件上；

一第一感测磁铁，对应该光学元件，且具有一第一磁极方向；以及

一第一感测元件，对应该第一感测磁铁，用以感测该第一感测磁铁相对于该固定件绕一第一轴向旋转的旋转量，其中该第一轴向垂直于该第一磁极方向，其中沿着该第一感测磁铁与该第一感测元件的排列方向观察时，该第一感测元件与该第一感测磁铁皆与该第一轴向至少部分重叠，其中沿该第一感测磁铁与该第一感测元件的排列方向观察，该第一感测磁铁于一参考面上的投影面积大于该第一感测元件于该参考面上的投影面积；以及

一第二光学机构，包括：

一第二固定件；以及

一第二可动件，活动地连接该第二固定件，用以连接一第二光学元件；

其中该第一光学机构与该第二光学机构的排列方向和该第一感测磁铁与该第一感测元件的排列方向不同。

2.如权利要求1所述的光学系统，其中该第一感测元件为一磁阻传感器。

3.如权利要求1所述的光学系统，其中该第一感测磁铁设置于该第一可动件上，且该第一感测元件设置于该第一固定件上。

4.如权利要求1所述的光学系统，其中从该第一磁极方向上观察，该第一感测元件与该第一感测磁铁至少部分重叠。

5.如权利要求1所述的光学系统，其中该参考面垂直于该第一磁极方向。

6.如权利要求1所述的光学系统，其中该第一光学机构还包括一导磁元件，其局部遮蔽该第一感测磁铁的一端面，其中该端面朝向该第一感测元件。

7.如权利要求6所述的光学系统，其中该第一感测元件邻近该导磁元件的侧边。

8.如权利要求6所述的光学系统，其中该第一感测元件具有一第一磁化方向，其中该第一磁化方向垂直于该第一轴向与该第一磁极方向。

9.如权利要求1所述的光学系统，其中该第一感测磁铁具有一L形结构。

10.如权利要求1所述的光学系统，其中该第一光学机构还包括一第二感测元件，其对应该第一感测磁铁，用以感测该第一感测磁铁相对于该第一固定件绕一第二轴向旋转的旋转量，其中该第二轴向垂直于该第一轴向以及该第一磁极方向。

11.如权利要求1所述的光学系统，其中该第一光学机构还包括一第二感测元件以及一第二感测磁铁，且该第二感测磁铁具有一第二磁极方向，平行于该第一磁极方向，其中该第二感测元件感测该第二感测磁铁相对于该第一固定件绕一第二轴向旋转的旋转量，其中该第二轴向垂直于该第一轴向以及该第二磁极方向。