CN111435212B - 微型摄像的防手震系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微型摄像的防手震系统，主要在内部四个周边及顶部设一软性电路板，包含二对(四个)防震线圈及一对焦线圈容设其中；再设一具四个角座的支架，贴附于软性电路板内缘；四个防震线圈设于支架的四个角座之间，且两两相对呈串联设置而构成防手震系统的静子部；另以一摄像物镜承座围设有一导磁轭铁，再设四个磁石分别设于物镜承座外围，并且与前述四个防震线圈相互间隔排设而构成防手震系统的动子部；再以一上弹片及下弹片分别与上述的静子部及动子部连结而构成可以X‑Y‑Z轴独立移动的防手震系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种微型摄像的防手震系统，特别是关于一种可以做立体三轴向磁路系统的防手震对焦马达装置，可广泛使用在迷你摄影器材或搭配在手机照相系统上的配备，具有节省零件和组装成本，以及不占体积的优势。
背景技术
在摄影装置愈趋于轻薄短小的同时，微型摄像模块的马达的技术也更显得重要，尤其是在手机成为生活不可或缺的用品的时，搭配在手机上的微型马达的需要更是达到了巅峰，因此对于微型马达的防手震技术的要求也就不断的提高。
对于相机内的光学防手震(Optical Image Stabilization，以下简称为OIS)，主要是利用内部所设的镜片或感光元件来对相机作水平或上下倾斜等动作的修正，在照相及摄影时虽有些微的震动，但仍能可经修正而得到较清晰影像的效果，惟OIS的普遍缺点是相机在摄像的边缘有解析力不足的问题，并且效能愈好则相关零件就更多，而成本较高是最大的缺点。
较常见的OIS系统如图16所示，主要在物镜承座90的四个侧边上，由内而外分别各设有一环形线圈91及磁石92，在将环形线圈91通以电流时，能与磁石92产生将物镜承座90推移的力量FX，例如：当通过在X轴(x-axis)上两个环形线圈91通以相同大小而方向相反的电流，得到X轴方向的磁推力FX＝FX1+FX2；如第16、17、18图所示，由于磁石92中间与上下两端的磁场密度不一致，因此物镜承座90在不同高度位置时，因环形线圈91所受上下方的磁力F1、F2大小不同(如图18所示)，使Z轴方向的合力FZ1不等于零，而当X轴上的两个环形线圈91通入相同大小而方向相反的电流时，除了有X轴的推力外，还会产生Y轴方向的力矩，造成倾斜的分量，随着物镜承座90在X-轴方向位移越大，造成倾斜的角度也越大，故无法得到良好的防手震效果。
因此，一般在相机模块对OIS补偿，大致有三种方式：
倾斜镜头(Lens tilt)：系将图像传感器固定到相机外壳的底部，而透镜进行倾斜运动；但此种作法仅能补偿小振幅的振动(实际测试仅能达到小于0.5度的范围)，且镜头与图像传感倾斜同时也会造成摄像的四个角落的影像模糊，是其主要缺点。
倾斜整个相机(CCM Tilt)：主要是为解决上述四个角落影像模糊的问题，特别将图像传感器需与镜片整合在同一主体，并且作两个移动角度补偿；但这个缺点在于尺寸无法做到小型化要求，同时，影像排线的刚性严重的影响到合格率为其主要的缺点。
平移镜头(Lens Shift)：既是将图像传感器被固定到相机外壳的底部，而透镜进行平移运动；虽然此种作法是目前惟一做到小型化，同时又兼顾到影像品质的做法、如US7,881,598B1平移式OIS，但其零件数过多，且组装的需要复杂的程序，造成成本过高，是其主要的缺点。
发明内容
本发明的主要目的，提出一款电磁驱动的马达架构，特别是具有x-y-z三轴向运动功能的防手振对焦马达，而此设计仅通过一组悬吊系统(上、下弹片)，搭配精简的磁路架构，即可达到x-y-z三轴独立的运动，同时能将零件极少化，并且利用目前技术纯熟的方式来组装，故制程简单，成本也能明显降低，也不会有四个角落有模糊的缺点，能解决当前光学防手震的技术瓶瓶。
为了达到上述的目的，本发明可由下列的方式来达成的：
一种微型摄像的防手震系统，其特征在于，至少包含有：
一非导磁性上盖及一基座，都具有一中孔，能相互组合而形成外壳体；
一软性电路板，设于外壳体的内部，具有一水平方向一软板线圈，以及由该软板线圈的侧边联接的垂直电路基板；
一设有四个角座的支架，贴附于软性电路板内缘，用以支撑软性电路板，该支架四个角座的上、下方各设有一固定单元以与内部其他的元件相结合；
四个防震线圈设于支架的四个角座间的空隙，且两两相对呈串联设置，并正对着软性电路板的四个侧面；
上述的软性电路板、四个防震线圈、平板上的对焦线圈及支架构成防手震系统的静子部；
一摄像物镜承座在上、下端设有数个接合部，又在外围环设有一导磁轭铁，设于上述静子部支架的内部；
四个磁石分别设于物镜承座外围，并且与前述四个防震线圈相互间隔排设；
前述的摄像物镜承座、导磁轭铁及四个磁石构成防手震系统的动子部；
支撑动子部的悬吊系统，设有一上弹片及下弹片，分别设于支架的四个角座的上、下方，且在该上弹片及下弹片都具有一环体，在该环体上以四个等分位置各设有一组三轴向弹力单元，该三轴向弹力单元自环体上连设有一弹力线，该弹力线并在末端设有一支柄；
该上弹片及下弹片分别以各角落的支柄，和属于静子部支架四个角座上、下端的固定单元结合；上弹片及下弹片又分别以嵌扣部与属于动子部物镜承座上、下端的接合部相结合，使动子部与静子部间被上弹片及下弹片弹性接合。
所述的微型摄像的防手震系统，其中：该软板线圈及电路基板间形成一间隙；并在该间隙内设有垫片。
所述的微型摄像的防手震系统，其中：该支架的角座上方的固定单元为凸出的支柱结构，而下方的固定单元为一插槽结构。
所述的微型摄像的防手震系统，其中：该基座在四个角落设有钉柱，且该钉柱穿过下弹片的柄，再与支架的角座下方的固定单元结合。
所述的微型摄像的防手震系统，其中：该物镜承座相对于四个防震线圈各设有一供支撑扣固的嵌座。
所述的微型摄像的防手震系统，其中：该四个磁石分别置于支架的四个角座内侧。
所述的微型摄像的防手震系统，其中：该上弹片及下弹片都具有一环体，在该环体上以四个等分位置各设有一嵌扣部，并由该四个嵌扣部分别各设有一组三轴向弹力单元，该三轴向弹力单元自嵌扣部连设有一弹力线，该弹力线由环体向外各弯设有二个以上的弯回部，并在末端设置一支柄。
所述的微型摄像的防手震系统，其中：支架在四个角座的上端还增设一环框。
所述的微型摄像的防手震系统，其中：该上弹片的四个支柄相互连接而构成一外环框体。
所述的微型摄像的防手震系统，其中：该上弹片及下弹片的环体为圆形、等角多边形的其中之一。
本发明具有如下的优点：
1、本发明的总零件数为十八件，而目前市面现有具有三轴独立推磁力的OIS结构的零件大约为三十余件，本发明的零件数少一半，制程工站也会少一半，不管在效率及合格率都是倍数成长，因此具有成本优势。
2、本发明设计能将(防振及对焦)线圈与软性电路板也可采用软板线圈(FP Coil)与软板线路相同制程技术、达到快速与精准生产目标，同时场内组装制程取消焊接工站，产能合格率可以快速提升。
3、现有的OIS都需要2至3组的磁路设计才能达成三轴向的磁推力，本发明则使用一组磁路架构即可达成三轴向磁推力、同时三轴向的磁推力互相独立，更能降低成本及缩小体积。
4、本发明在使用上可以提供三轴向运动，同时三轴向的运动互相独立，较现有仅能提供单轴向(对焦方向)的运动，本发明性能更为优越。
附图说明
图1是本发明的组合外观图。
图2是本发明的大部结构分解图。
图3是本发明的细部结构分解图。
图4是本发明的立体剖视图。
图5是本发明应用在光学防手震(OIS)的磁路架构说明图1。
图6是本发明应用在光学防手震(OIS)的磁路架构说明图2。
图7系本发明应用在光学防手震(OIS)时，在X轴(或Y轴)向的模拟分析图。
图8是本发明应用在自动对焦(AF)的磁路架构说明图1。
图9是本发明应用在自动对焦(AF)的磁路架构说明图2。
图10是本发明系本发明应用在自动对焦(AF)时，在Z轴向的模拟分析图。
图11是本发明上、下弹片的立体细部结构说明图。
图12是本发明上、下弹片平面结构及在X轴向的动作说明图。
图13是本发明上、下弹片在Y轴向的动作说明图。
图14是本发明上、下弹片在Z轴向的动作说明图。
图15是本发明的另一实施例结构分解图。
图16是现有光学防手震(OIS)磁路架构示意图。
图17是现有环形线圈及磁石的相互磁力干扰示意图。
图18是现有环形线圈及磁石在上、下方的磁力大小不同示意图。
附图标记说明：〔本发明〕10-上盖；101-中孔；102-钉爪；11-基座；111-中孔；112-钉柱；113-扣槽；20-软性电路板；21-软板线圈；211-电路基板；22-间隙；23-垫片；30-软性电路板；31-软板线圈；311-电路基板；40-支架；40A支架；41-角座；42-固定单元；43-固定单元；44-空隙；45-环框；50-物镜承座；
500-接合部；500’接合部；501-嵌座；51-导磁轭铁；60-防震线圈；61-防震线圈；62-防震线圈；63-防震线圈；70-磁石；71-磁石；72-磁石；73-磁石；80-上弹片；80A-上弹片；80’-下弹片；81-中环体；810-嵌扣部；81A-三轴向弹力单元；82-弹力线；821-第一弯回部；822-第二弯回部；823-第三弯回部；824-第四弯回部；83-支柄；83’-支柄；84-固定孔；85-外环框体；B701-磁场；B702-磁场；B711-磁场；B712-磁场；B721-磁场；B722-磁场；B731-磁场；B732-磁场；D-寛度；L-厚度；Fx-磁推力；Fx1-磁推力；Fx2-磁推力；Fx3-磁推力；Fx4-磁推力；Fy-磁推力；Fy1-磁推力；Fy2-磁推力；Fy3-磁推力；Fy4-磁推力；FZ-磁推力；F70-磁推力；F71-磁推力；F72-磁推力；F73-磁推力；ix-电流；iy-电流；iz-电流；Px-X轴向承受力；Py-Y轴向承受力；Pz-Z轴向承受力；〔习-用〕90-弹片；90’-弹片；91-环形框；910-支部；92-弹力单元；921-柄；9210-固定孔；9211-支脚；922-左侧弯折部；923-右侧弯折部；924-连接杆；B801-磁场；B802-磁场；B811-磁场；B812-磁场；B821-磁场；B822-磁场；B831-磁场；B832-磁场；FX1-磁力；FX2-磁力；FX3-磁力；FX4-磁力；Fy1-磁力；Fy2-磁力；Fy3-磁力；Fy4-磁力；F80-磁力；F81-磁力；F82-磁力；F83-磁力；iX-电流；iY-电流；iZ-电流。
具体实施方式
请参看图1、图2、图3所示，本发明至少包含有：
一非导磁性上盖10及一基座11，都具有一中孔101、111，能相互以钉爪102及扣槽113嵌合，而形成防手震系统的外壳体；其中基座11又于四个角落设有和内部元件结合的钉柱112。
一软性电路板20，设于外壳体的内部，具有一水平方向一软板线圈21，及由该软板线圈21的侧边联接的垂直电路基板211，并在该软板线圈21及电路基板211间形成一间隙22；一垫片23容设于该间隙22内以提供动子部在Z轴运动方向的可动行程；在图3所示软性电路板20，由软板线圈21一侧连设有四面环设的垂直电路基板211；而在图15所示的软性电路板30为另一实施例，由软板线圈31的周侧分别连设有一垂直电路基板311，二者之间实质上并无不同。
请参看图1、图2、图3所示，一设有四个角座41的支架40，贴附于软性电路板20内缘，用以支撑软性电路板20，该支架40四个角座41的上、下方各设有一固定单元42、43以与内部其他的元件相结合；具体且较佳的具体实施方式是将上方的固定单元42设为凸出的支柱结构，而下方的固定单元43为一插槽结构，但可相互交换或等效取代的常用扣锁元件为实施例(不另赘述)；另在图15所示的支架40A为另一实施例，即在四个角座41的上端再增设一环框45可更增加强度。
请参看图2、图3所示，四个防震线圈60、61、62、63设于支架40的四个角座的空隙44内，且两两相对呈串联设置，并正对着软性电路板20的四个侧面；上述的软性电路板20、四个防震线圈60、61、62、63、及顶部软性电路板上的对焦线圈21及支架40构成防手震系统的静子部。
请参看图2、图3、图4所示，一摄像物镜承座50于上、下端设有数个接合部500、500’，又于外围环设有一导磁轭铁51，设于上述静子部支架40的内部，同时物镜承座50相对于前述四个防震线圈60、61、62、63处各设有一嵌座501，使该导磁轭铁51能被嵌座501支撑固定。
四个磁石70、71、72、73分别设于物镜承座50外围，并且与前述四个防震线圈60、61、62、63相互间隔排设，较佳实施例是将该四个磁石70、71、72、73分别置于支架40的四个角座41内侧。
前述的摄像物镜承座50、导磁轭铁51及四个磁石70、71、72、73构成防手震系统的动子部。
支撑动子部的悬吊系统则请参看图3、图4、图11、图12所示，一上弹片80及下弹片80’分别设于支架40的四个角座41的上、下方，该上弹片80及下弹片80’都具有一环体81，且该环体81的较佳实施例为圆形(如本案所示)或等角多边形，且在该环体81上以四个等分位置各设有一嵌扣部810，并由该四个嵌扣部810分别各设有一组三轴向弹力单元81A，该三轴向弹力单元81A自嵌扣部810连设有一弹力线82，该弹力线82由环体81向外各弯设有数个弯回部以吸收位移能量，具体且成功的实施例为：在上弹片80及下弹片80’的平面上的一侧边(例如：图12的右侧边)设有第一弯回部821及第二弯回部822；而在另一侧边又设有第三弯回部823，又再于另一侧边形成第四弯回部824，的后再设有一支柄83，而该支柄83上设有固定孔84。
请参看图11、图12、图14所示，上弹片80及下弹片80’的弹性弦线82及其所构成的第一弯回部821、第二弯回部822、第三弯回部823、第四弯回部824为使弹力均匀，都具有相同厚度L、而寛度D为可变，且该寛度D是小于深度L，则在如图12所示接受X轴向承受力Px，或图13接受Y轴向承受力Py，或在图14接受Z轴向承受力Pz时，都具有固定刚性及良好的耐冲击性。
请参看图2、图3、图4所示，上弹片80及下弹片80’分别以各角落的支柄83，和属于静子部支架40四个角座41上、下端的固定单元42、43结合；上弹片80及下弹片80’又分别以嵌扣部810与属于动子部物镜承座50上、下端的接合部500、500’相结合，使动子部与静子部间被上弹片80及下弹片80’弹性接合；具体的实施例，上弹片80及下弹片80’于支柄83上设有固定孔84，而支架40角座41上端的固定单元42为支柱可相互穿扣而结合上弹片80；而支架40角座41下端的固定单元43形成为嵌孔，可由基座11上的钉柱112穿置下弹片80’支柄83的固定孔84，再固定于支架40角座41下端的嵌孔型的固定单元43，形成极佳的结合。
请参看图15所示的上弹片80A为另一实施例，仍具有如图3、图12、图13、图14所示的中环体81及三轴向弹力单元81A内的结构，但在图15所示上弹片80A的四个支柄83’相互连接而构成一外环框体85，这能让上弹片80A的受力更为均匀。
参看图5、图6所示，当本发明两两相对且呈串联设置的防震线圈60、61、62、63分别通以电流ix、iy，而随之相间隔设置的四颗单极磁石70、71、72、73随之形成有多股磁场B701、B702、B711、B712、B721、B722、B731、B73，再根据劳伦斯定律(Lorentz law)对于诸磁石70、71、72、73在X轴方向分别产生一磁推力(Fx1、Fx2、Fx3、Fx4)；则X轴方向的总磁推力Fx＝Fx1+Fx2+Fx3+Fx4；诸磁石70、71、72、73也在Y轴方向各产生一磁推力(Fy1、Fy2、Fy3、Fy4)；则Y轴方向的总磁推力Fy＝Fy1+Fy2+Fy3+Fy4；据此，本发明应用在光学防手震(OIS)时，在X轴(或Y轴)向的模拟分析图，如图7显示，得到精准而均匀的推力。其中case 1、case2、case 3分别代表可动部在中心位置(OIS_y＝0、AF_z＝0)、在(OIS_y＝0.1、AF_z＝0)及在(OIS_y＝0.1、AF_z＝0.25)时、不同的OIS_x位置、所受的磁力是非常均匀且没有耦合(couple)OIS_y及AF_z方向的力、既仅有Fx方向的磁力产生、Fy、Fz方向磁力都趋近于零。
参看图8、图9所示，为本发明在自动对焦方向(即Z轴向)的磁场配置作说明，当对焦线圈30被通以电流iz时，即与该四颗单极磁石70、71、72、73作用而浸于磁场B71、B72(图9仅绘出二磁场)中，则依劳伦斯定律(Lorentz law)朝Z轴方向而产生作用于四颗单极磁石70、71、72、73的磁推力F70、F71、F72、F73，则Z轴方向的总磁推力FZ＝F70+F71+F72+F73；据此，本发明应用在光学防手震(OIS)时，在Z轴的模拟分析图如图10所示，可得到不同OIS_x、OIS_y位置下、AF_z的推力都具有一致性、且没有耦合X、Y方向的分力。
本发明在精心设计之下，在实施上将具有如下的优点：
本发明的总零件数为十八件，而目前市面现有具有三轴独立推磁力的OIS结构的零件大约为三十余件，本发明的零件数少一半，制程工站也会少一半，不管在效率及合格率都是倍数成长，因此具有成本优势。
本发明设计能将(防振及对焦)线圈与软性电路板也可采用软板线圈(FP Coil)与软板线路相同制程技术、达到快速与精准生产目标，同时场内组装制程取消焊接工站，产能合格率可以快速提升。
现有的OIS都需要2至3组的磁路设计才能达成三轴向的磁推力，本发明则使用一组磁路架构即可达成三轴向磁推力、同时三轴向的磁推力互相独立，更能降低成本及缩小体积。
本发明在使用上可以提供三轴向运动，同时三轴向的运动互相独立，较现有仅能提供单轴向(对焦方向)的运动，本发明性能更为优越。
Claims (10)
1.一种微型摄像的防手震系统，其特征在于，至少包含有：
一非导磁性上盖及一基座，都具有一中孔，能相互组合而形成外壳体；
一软性电路板，设于外壳体的内部，具有一水平方向一软板线圈，以及由该软板线圈的侧边联接的垂直电路基板；
一设有四个角座的支架，贴附于软性电路板内缘，用以支撑软性电路板，该支架四个角座的上、下方各设有一固定单元以与内部其他的元件相结合；
四个防震线圈设于支架的四个角座间的空隙，且两两相对呈串联设置，并正对着软性电路板的四个侧面；
上述的软性电路板、四个防震线圈、平板上的对焦线圈及支架构成防手震系统的静子部；
一摄像物镜承座在上、下端设有数个接合部，又在外围环设有一导磁轭铁，设于上述静子部支架的内部；
四个磁石分别设于物镜承座外围，并且与前述四个防震线圈相互间隔排设；
前述的摄像物镜承座、导磁轭铁及四个磁石构成防手震系统的动子部；
支撑动子部的悬吊系统，设有一上弹片及下弹片，分别设于支架的四个角座的上、下方，且在该上弹片及下弹片都具有一环体，在该环体上以四个等分位置各设有一组三轴向弹力单元，该三轴向弹力单元自环体上连设有一弹力线，该弹力线并在末端设有一支柄；
该上弹片及下弹片分别以各角落的支柄，和属于静子部支架四个角座上、下端的固定单元结合；上弹片及下弹片又分别以嵌扣部与属于动子部物镜承座上、下端的接合部相结合，使动子部与静子部间被上弹片及下弹片弹性接合。
2.根据权利要求1所述的微型摄像的防手震系统，其特征在于：该软板线圈及电路基板间形成一间隙；并在该间隙内设有垫片。
3.根据权利要求1所述的微型摄像的防手震系统，其特征在于：该支架的角座上方的固定单元为凸出的支柱结构，而下方的固定单元为一插槽结构。
4.根据权利要求1所述的微型摄像的防手震系统，其特征在于：该基座在四个角落设有钉柱，且该钉柱穿过下弹片的柄，再与支架的角座下方的固定单元结合。
5.根据权利要求1所述的微型摄像的防手震系统，其特征在于：该物镜承座相对于四个防震线圈各设有一供支撑扣固的嵌座。
6.根据权利要求1所述的微型摄像的防手震系统，其特征在于：该四个磁石分别置于支架的四个角座内侧。
7.根据权利要求1所述的微型摄像的防手震系统，其特征在于：该上弹片及下弹片都具有一环体，在该环体上以四个等分位置各设有一嵌扣部，并由该四个嵌扣部分别各设有一组三轴向弹力单元，该三轴向弹力单元自嵌扣部连设有一弹力线，该弹力线由环体向外各弯设有二个以上的弯回部，并在末端设置一支柄。
8.根据权利要求1所述的微型摄像的防手震系统，其特征在于：支架在四个角座的上端还增设一环框。
9.根据权利要求1所述的微型摄像的防手震系统，其特征在于：该上弹片的四个支柄相互连接而构成一外环框体。
10.根据权利要求1所述的微型摄像的防手震系统，其特征在于：该上弹片及下弹片的环体为圆形、等角多边形的其中之一。
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