CN111856692B - 镜头自动对焦驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镜头自动对焦驱动装置至少包括一固定环，其设置于一基座的一上表面；多个限位元件，其分别立设于固定环；一镜筒，其设置于基座之上，并位于这些限位元件之间，且镜筒的一外侧面具有多个凸部及凹部，其中一凹部与对应的限位元件构成一设置空间；一致动器，其设置于基座的上表面，并且具有两组电极端子对以及两组对向设置的形状记忆合金线，其中各形状记忆合金线的中段接触于镜筒对应的凸部，而其两端分别连结于各组电极端子对的电极；多组滚珠，其位于对应的设置空间中，并且分别与限位元件及凹部的表面接触。本发明可使得镜筒沿着光轴与基座相对移动，且可以限制镜筒移动时的倾斜角，可较为精确的控制镜头的自动对焦功能。

Description

镜头自动对焦驱动装置

技术领域

本发明涉及一种镜头对焦驱动装置，特别涉及一种使用记忆合金（shape-memoryalloy，SMA）线的镜头自动对焦驱动装置。

背景技术

手机相机模组的自动对焦（Auto Focus）致动器为当前智能手机不可或缺的标准配备之一，其在执行拍摄时需要移动镜头模组以达成自动对焦功能。

自动对焦致动器的设计也有许多不同的技术，例如音圈马达（voice coil motor，VCM）、压电马达（piezoelectric motor）、形状记忆合金线。目前最广泛应用的为音圈马达，其优势为成本低廉、制作合格率高、技术发展成熟。然而音圈马达仍存在一些缺点，如对焦速度慢、耗电量大、受磁力影响等，因此许多新的技术仍不断的被提出讨论。形状记忆合金相比于音圈马达来说拥有成本较低、反应时间迅速的优势，然而由于其变形曲线和输入电流呈现非线性，并且具有迟滞现象，使得位置的控制不易。

记忆合金线具有被通以电流加热时可以产生形变以改变长度、停止提供电流后可以回复至原来长度的特性。因此，通过控制形状记忆合金线的电流大小，可以控制镜头模组的对焦位置。

然而，在移动镜头模组的过程中，其动态倾角的控制将影响整体的对焦效果的优劣。因此，如何提供一种镜头自动对焦驱动装置，而且能够较为精确地控制镜头的动态倾角（dynamic tilt），实属当前重要课题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种镜头自动对焦驱动装置，其可在执行对焦的过程中能够控制镜头的动态倾角，进而较精确地执行对焦控制。

为达上述目的，本发明提供一种镜头自动对焦驱动装置，其包括一基座、一导轨单元、一镜筒、一致动器、多组滚珠、一外壳以及两个弹性元件。导轨单元设置于基座的上表面，并具有一固定环及多个限位元件。限位元件分别立设于固定环。镜筒设置于基座之上，并且位于该些限位元件之间，且镜筒一外侧面具有多个凸部及凹部，其中一凹部与对应的限位元件构成一设置空间。致动器设置于基座的上表面，并且具有两组电极端子对（electrode terminal pair）以及两组对向设置的形状记忆合金（shape-memory alloy，SMA）线。各形状记忆合金线接触于镜筒一对应的凸部，且各形状记忆合金线两端分别连结于各组电极端子对的电极。各形状记忆合金线借由电流的驱动产生热变形，进而驱动镜筒相对于基座运动。各组滚珠位于对应的设置空间中，并且分别与限位元件及凹部的表面接触。外壳与基座结合，以至少包覆导轨单元、镜筒及致动器。两个弹性元件对向设置于镜筒一上表面与外壳之间，并于各形状记忆合金线冷却后提供一回复力使镜筒朝基座的方向运动。

于本发明的一实施例中，其中这些限位元件均匀设置于该固定环上。

于本发明的一实施例中，其中这些限位元件均匀设置于该固定环上，并且各限位元件之间的夹角为120度角。

于本发明的一实施例中，其中各限位元件呈L形，并且L形的缺口朝向镜筒外侧面。

于本发明的一实施例中，其中导轨单元的固定环及这些限位元件的材质为金属、塑钢或塑胶。并且，导轨单元的固定环及这些限位元件可焊接接合、胶合、熔接或雷射焊接。

于本发明的一实施例中，其中该两组电极端子对各具有两个电极，而该两组电极端子对的其中的一电极相互电性连接。

于本发明的一实施例中，镜头自动对焦驱动装置还包含一电路板以及一磁性元件。电路板上设置有一霍尔感测元件，并且电路板立设于基座的上表面，且位于镜筒的一侧。磁性元件设置于镜筒外侧面的其中的一凹部，并且面对于霍尔感测元件。

于本发明的一实施例中，其中基座还具有多组定位元件，其分别对应于各限位元件而设置于基座的上表面，用以定位这些限位元件。

于本发明的一实施例中，其中该些滚珠的材料为具有低摩擦系数的材料，例如可为金属或精密研磨陶瓷材料。

本发明的有益效果是：

综上所述，依据本发明的一种镜头自动对焦驱动装置是利用导轨单元并配合两组SMA线使得镜筒可沿着光轴而与基座相对移动。另外，借由导轨单元中均匀分配设置于固定环的限位元件配合各组滚珠，则可以限制镜筒移动时的倾斜角，而可较为精确的控制镜头的自动对焦功能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为依据本发明较佳实施例的一种镜头自动对焦驱动装置的外观示意图；

图2为依据本发明较佳实施例的镜头自动对焦驱动装置的元件爆炸示意图；

图3为依据本发明较佳实施例的镜头自动对焦驱动装置的上视示意图；

图4为依据本发明较佳实施例的镜头自动对焦驱动装置的侧视示意图。

附图标记说明

10 镜头自动对焦驱动装置

11 基座

111 中央通孔

112 上表面

113 支撑板

114a、114b、114c 定位元件

1131 第一面

1132 第二面

12 导轨单元

121 固定环

122a、122b、122c 限位元件

13 镜筒

131a、131b 凸部

132a、132b、132c、132d 凹部

14 致动器

141a、141b 电极端子对

142a、142b 形状记忆合金线

E1 第一电极

E2 第二电极

E3 第三电极

E4 第四电极

15a、15b、15c 滚珠

16 外壳

17a、17b 弹性元件

18 电路板

181 第一面

182 第二面

183 霍尔感测元件

19 磁性元件

A01、A02、A03 夹角

P01、P02 凸块。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

图1为依据本发明较佳实施例的一种镜头自动对焦驱动装置10的外观示意图。图2为显示镜头自动对焦驱动装置10的元件分解示意图。图3为镜头自动对焦驱动装置10的上视示意图。图4为镜头自动对焦驱动装置10的侧视示意图。

请同时参照图1及图2所示，本发明较佳实施例的镜头自动对焦驱动装置10包括一基座11、一导轨单元12、一镜筒13、一致动器14、三组滚珠15a、15b、15c、一外壳16、两个弹性元件17a、17b、一电路板18以及一磁性元件19。

基座11略呈矩形平板状，且中央具有一中央通孔（through hole）111。基座11的一上表面112设置有一支撑板113以及三组定位元件114a、114b、114c。支撑板113具有一第一面1131及一第二面1132，并且立设（standing）于矩形基座11的一侧边。定位元件114a、114b、114c沿着中央通孔111周围的上表面112均匀分配设置。各组定位元件分别具有两个相邻排列的凸块P01、P02。

电路板18具有一第一面181及一第二面182，并且沿基座11的一侧边立设于上表面112。在本实施例中，电路板18为一软性电路板（flexible printed circuit board，FPC），其第一面181接触于支撑板113的第一面1131而固定于支撑板113上。另外，电路板18的第一面181还设置有一霍尔感测元件183，其外露于支撑板113的第二面1132。借此，可以有效地利用空间，以在有限的范围内将整体缩小化。在其他实施例中，电路板也可以选用具有刚性支撑的电路板，如此则可以省去基座上的支撑板。同时，电路板18上还可设置有电流驱动晶片或控制晶片等。

导轨单元12具有一固定环121及三个限位元件122a、122b、122c。固定环121对应于中央通孔111而设置于基座11的上表面112，其实质上是位于三组定位元件114a、114b、114c所构成的圆形范围内。三个限位元件122a、122b、122c分别立设于固定环121上，并且均匀地设置于固定环121上。请同时参照图3所示，三个限位元件122a、122b、122c于固定环121上的位置间的夹角A01、A02、A03分别约为120度角。

在其他实施例中，限位元件的数量并非限定为三个，当镜头自动对焦驱动装置的尺寸加大，或其中元件的材质强度较低，则可增加限位元件的数量，并将其均匀设置于中央通孔的周围。举例说明，当限位元件的数量为四个时，其于固定环121上的位置间的夹角则分别约为90度角。

再进一步说明，固定环121与限位元件122a、122b、122c的材质可分别包括金属、塑钢或塑胶。另外，限位元件122a、122b、122c分别呈L形，其可由焊接接合、固化胶的胶合、高温熔接或雷射焊接等技术而设置于固定环121上。在本实施例中，L形的限位元件以其外周缘顶抵于定位元件的凸块P01、P02，借以确定限位元件的位置。

镜筒13设置于基座11之上，并且位于限位元件122a、122b、122c所构成的圆形范围之间。镜筒13的一外侧面具有两个凸部131a、131b以及四个凹部132a、132b、132c、132d。镜筒13用以连结镜头模组（图中未显示），并且镜筒13在安装之后可以在基座11与外壳16之间的空间内沿着光的轴向移动，进而带动镜头模组移动。

在本实施例中，L形的限位元件122a、122b、122c分别以其缺口朝向镜筒13的外侧面而设置。更进一步而言，限位元件122a的缺口对应于凹部132a、限位元件122b的缺口对应于凹部132b以及限位元件122c的缺口对应于凹部132c，并且在对应的各限位元件与各凹部之间，分别构成一设置空间。

磁性元件19设置于镜筒13外侧面的凹部132d，并且面对电路板18的霍尔感测元件183。磁性元件19为具有极性的磁铁（或称磁石），其以同时显露两磁极的一侧面对霍尔感测元件183设置。

致动器14设置于基座11的上表面112，并且具有两组电极端子对（electrodeterminal pair）141a、141b以及两组形状记忆合金（shape-memory alloy，SMA）线142a、142b。电极端子对141a具有一第一电极E1以及一第二电极E2，而电极端子对141b则具有一第三电极E3以及一第四电极E4。形状记忆合金线142a的两端分别连结于第一电极E1以及第二电极E2（请同时参照图4），而形状记忆合金线142b的两端则分别连结于第三电极E3以及第四电极E4。致动器14可接受由电路板18上的电流驱动晶片或控制晶片的驱动或控制而动作。

四个电极E1、E2、E3、E4分别位于矩形基座11的四个角落，而两组形状记忆合金线142a、142b则对向位于基座11的两个侧边。另外，形状记忆合金线142a的中段连结于镜筒13的凸部131a的下缘（如图4所示），而形状记忆合金线142b的中段则连结于镜筒13的凸部131b的下缘，据此，形状记忆合金线142a、142b在初始状态大致呈V形。形状记忆合金线142a、142b借由电流的驱动产生热变形而致使其长度缩短，进而可带动镜筒相对于基座而往上移动；当停止提供电流之后，将会使得形状记忆合金线142a、142b冷却而回复为原来的长度。更进一步说明，借由控制电流的大小则可以控制形状记忆合金线142a、142b收缩的程度，进而可以控制镜筒13的位置。其中形状记忆合金线142a、142b利用施加电流时产生的电阻来加热是为已知的技术，因此在本文中省略了详细的说明。

在本实施例中，第一电极E1、第二电极E2、第三电极E3以及第四电极E4由导电金属板所构成，其中第二电极E2与第四电极E4相互电性连接，其可由同一导电金属板所构成，可作为接地（ground）之用。

各组滚珠15a、15b、15c位于对应的设置空间中，滚珠的材料可为金属(如不锈钢)、抑或精密研磨陶瓷等具低摩擦系数的材料，并且分别与限位元件122a、122b、122c及凹部132a、132b、132c的表面接触。借由限位元件122a、122b、122c与镜筒13的凹部132a、132b、132c可以分别将滚珠15a、15b、15c限制在设置空间中，当镜筒13被致动器14驱动时，滚珠15a、15b、15c可以稳定地在限位元件122a、122b、122c与镜筒13的凹部132a、132b、132c之间相对滚动。

外壳16与基座11结合以形成一容置空间，并将上述元件包覆于容置空间中。外壳16配合基座的外型亦近似呈矩形体，并且在本实施例中，外壳16的材质为金属。

值得一提的是，外壳16、固定环121以及镜筒13分别具有与基座11的中央通孔111对应的通孔，以使镜头模组在组装后能够使得光线通过这些通孔而射至一影像感测器（image sensor）。

两个弹性元件17a、17b对向设置于镜筒13的上表面112与外壳16之间，并于各形状记忆合金线142a、142b冷却后提供一回复力使镜筒13朝向基座11的方向运动。进一步说明，弹性元件17a、17b例如压缩弹簧，其两端可分别通过固定元件（图中未显示）而连结固定于镜筒13以及外壳16。借此，当镜筒13受到形状记忆合金线142a、142b的驱动而移动后，将造成弹性元件17a、17b因变形而储存弹力，并且当解除形状记忆合金线142a、142b对镜筒13的驱动之后，则释放弹性元件17a、17b所储存的弹力而对镜筒施予回复力，以使镜筒13朝向基座11的方向移动。

综上所述，依据本发明提供的镜头自动对焦驱动装置，其利用两组记忆合金线构成双线式自动对焦致动器，可以在镜头模组的两侧独立控制，另外，利用三组滚珠搭配限位元件可以抑制镜筒带动镜头模组上下移动时的动态倾角。并且，镜头自动对焦驱动装置借由霍尔感测元件以及磁性元件还可作为位置回馈的闭回路控制（closed-loop control），进而可以更为精确的执行自动对焦功能。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种镜头自动对焦驱动装置，其特征在于，包括：

一基座，具有一上表面；

一导轨单元，设置于该基座的该上表面，并具有：

一固定环；及

多个限位元件，分别立设于该固定环；

一镜筒，设置于该基座之上，并且位于这些限位元件之间，该镜筒一外侧面具有多个凹部，其中各凹部与对应的各限位元件构成一设置空间；

一致动器，设置于该基座的该上表面，并且具有两组电极端子对以及两组对向设置的形状记忆合金线，各形状记忆合金线的中段接触于该镜筒的一凸部，各形状记忆合金线的两端分别连结于各组电极端子对的电极，各形状记忆合金线借由电流驱动产生热变形，进而驱动该镜筒相对于该基座运动；

多组滚珠，各组滚珠位于对应的该设置空间中，并且分别与该限位元件及该凹部的表面接触；

一外壳，与该基座结合，至少包覆该导轨单元、该镜筒及该致动器；以及

两个弹性元件，对向设置于该镜筒的一上表面与该外壳之间，各形状记忆合金线冷却后能够提供一回复力使该镜筒朝该基座的方向运动，

其中各限位元件之间的夹角为120度角。

2.根据权利要求1所述的镜头自动对焦驱动装置，其特征在于，其中这些限位元件均匀设置于该固定环上。

3.根据权利要求1所述的镜头自动对焦驱动装置，其特征在于，其中各限位元件呈L形，并且该L形的缺口朝向该镜筒的该外侧面。

4.根据权利要求1所述的镜头自动对焦驱动装置，其特征在于，其中该导轨单元的该固定环及这些限位元件的材质为金属、塑钢或塑胶。

5.根据权利要求1所述的镜头自动对焦驱动装置，其特征在于，其中该导轨单元的该固定环及这些限位元件为焊接接合、胶合、熔接或雷射焊接。

6.根据权利要求1所述的镜头自动对焦驱动装置，其特征在于，其中该两组电极端子对各具有两个电极，而该两组电极端子对的其中的一电极相互电性连接。

7.根据权利要求1所述的镜头自动对焦驱动装置，其特征在于，还包括：

一电路板，立设于该基座的该上表面，并且位于该镜筒的一侧，该电路板上电性连接有一霍尔感测元件；以及

一磁性元件，设置于该镜筒该外侧面的其中的一凹部，并且面对该霍尔感测元件。

8.根据权利要求1所述的镜头自动对焦驱动装置，其特征在于，其中该基座还具有多组定位元件，其分别对应于各限位元件而设置于该基座的上表面，用以定位这些限位元件。

9.根据权利要求1所述的镜头自动对焦驱动装置，其特征在于，其中这些滚珠的材料为金属或精密研磨陶瓷材料。

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