CN112835170A - 微型相机的三轴电磁驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微型相机的三轴电磁驱动装置，特别是一种需要超大电磁推力的磁路架构，设一非导磁性上盖、基座、立体线圈组形成电磁驱动装置的静子部；又以具S、N极驱动磁石的外框架、具环形线圈的内框架、驱动晶片而形成电磁驱动装置的动子部，在此交互的作用不但能得到更大的电磁推力，并且分散磁推力在动子部施力位置，达到增加控制频宽的效果。

Description

微型相机的三轴电磁驱动装置
技术领域
本发明涉及一种微型相机的三轴电磁驱动装置，尤指一种应用在手机上的微型相机之上，需要超大电磁推力的三轴电磁驱动装置。
背景技术
智能手机的相机模块在微小化情况下，它们的小镜头光圈和低透光的塑胶材料，使得进入图像感测器的光量明显少于数位相机原本接收的光量；这需要更长的曝光时间，这个缺点也造成了手震的影响明显的增加；多年来，光学式图像的防手震技术是消除由于无意识的手部运动或相机抖动造成的模糊效果的最有效方法，也是专业相机中提供高质量图像品质不可或缺的技术。
智慧手机中的图像稳定功能可在许多操作条件下使图像和视频的品质与数码相机相媲美；因此防手震技术越来越受到高端功能的手持设备制造商的青睐，且马达制造商一直致力于其图像稳定技术和方法，以显着提高相机快门速度，并提供精确的相机振动抑制；另一方面，相机模块则朝着更高的解析度及更高画素的方向来发展，这种发展的一个重大缺点就是镜头(棱镜)越来越大，相对而言，重量也越来越重，但是现有的驱动电机的机构并没有相应进步的空间，因此现实的问题是，因为镜头的先进使重量加重，但是电磁驱动装置的推力却没有同时升级，因此在使用较佳的镜头组件时，在防手震及自动对焦的系统时，就造成了驱动力不足的缺点，这也严重影响防手震及自动对焦的功能。
本发明系关于一种微型相机的三轴电磁驱动装置，特别是关于一种超大输出动力的磁路架构的防手震对焦马达装置，能够通过磁驱动位置的改变，优化移动镜头的动态特性，使微型相机的功能可以全面的升级。
再则，现有在对于微型相机的三轴电磁驱动装置，对于三个轴向，即X-Y-Z轴的控制，是使用上弹片及下弹片做一控制，由于该上弹片及下弹片需同时受X轴、Y轴、Z轴的拉(推)力，因此在制造上较为复杂，既弹片本身的厚度要够厚才能承受X轴及Y轴上的牵引力，因此体积就更厚实，且成本也相对较高，是现有另一个有待突破的瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种微型相机的三轴电磁驱动装置，解决现有技术中存在的上述技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种微型相机的三轴电磁驱动装置，其特征在于，至少包含有：
一壳体，具有一非导磁性上盖及一基座；
一外框架，呈方形框体，在四个角的内侧设有感应磁石，且在上、下端各设有一扣合部；该方形外框架的每一侧边均设有具S极及N极的驱动磁石；
一内框架，能置于外框架的内侧，且在相对于驱动磁石处设有一环形线圈，另外四个边角相对于外框架的感应磁石的对面设有一感应/驱动晶片；
一上弹片，具有一弹力线及固定柄，并以固定柄而嵌扣于外框架的上方的扣合部，而使上弹片架设于外框架的上方；
一下弹片具有一中环，且自该中环上的四个等分位置延伸设有一弹力臂，且在该弹力臂的末端设有固定端，该下弹片以固定端而嵌扣于外框架下方的扣合部，而使下弹片承载于外框架的下方；
一立体线圈组，具有一软电路板，中央设有一框形上环部，并在四周分别延伸成侧环部，同时以该上环部为水平基面，使四周的侧环部分别向内折而形成一罩体；在该四周的侧环部内侧分别嵌设有四组线圈，而在上环部的四边则各设有四组线圈，其中两两相对的线圈为串联而构成第一线圈及第二线圈；
另在框形上环部上在X轴及Y轴方向分别相对设有一感测器；
凭借上述的上盖、基座、立体线圈组形成电磁驱动装置的静子部；而位于壳体内部的外框架、驱动磁石、内框架、上弹片、下弹片则形成电磁驱动装置的动子部，并使该动子部的移动，由包含上弹片及下弹片的悬吊系统来支撑。
所述的微型相机的三轴电磁驱动装置，其中：该悬吊系统还包含有四支悬吊支线，且每一支悬吊支线能分别以一端置入基座四个角落为支点，另一端则固定于上弹片的一端，并使四支悬吊支线支撑动子部作X轴或Y轴方向的平移。
所述的微型相机的三轴电磁驱动装置，其中：该基座于四个角落各设有一承座，且该承座为一凹槽，并在下方设有导电铜片。
所述的微型相机的三轴电磁驱动装置，其中：该上弹片设有嵌扣悬吊支线的接合部。
所述的微型相机的三轴电磁驱动装置，其中：该外框架四个边上所设的驱动磁石，包含四个上磁石组及下磁石组，共八颗单级驱动磁石。
所述的微型相机的三轴电磁驱动装置，其中：该外框架的四个边上所设的驱动磁石为双极驱动磁石。
所述的微型相机的三轴电磁驱动装置，其中：该上弹片为金属片所冲制而成，由四个相同的弹力组所构成，且每一弹力组具有一弹力线及固定柄，且该固定柄上各设有接合部与扣合部。
所述的微型相机的三轴电磁驱动装置，其中：该下弹片为金属片所冲制而成，具有一中环，且自该中环上的四个等分位置延伸设有一弹力臂，且在该弹力臂的末端设有固定端，该固定端嵌扣于外框架下方的扣合部。
所述的微型相机的三轴电磁驱动装置，其中：该立体线圈组至少有一组第二线圈分割为二段式，并使感测器置于该第二线圈中央位置。
本发明的主要优点在于，在将电磁驱动装置中，动子部的四组驱动磁石设有上磁石组及下磁石组(也可以是四组双极磁石)，分别相对于缠绕在镜头承座的四组对焦线圈，以使对焦(AF-z)方向驱动力增加将近二倍，而在静子部设有一立体式线圈，提供了5组的线圈(分别分布在5个平面上),共用了动子部四个周面的四组驱动磁石，使整体的电磁驱动装置的推力增加，进而大大提升了防手振方向(OIS-x,OIS-y)的磁推力。不论是防手震或自动对焦，面对较先进的镜头都能游刃有余的稳定推动。
本发明的另一优点在于，是分散磁推力在动子部施力位置，有效降低OIS运动时的旋转模态，优化了动态特性，达到增加控制频宽的效果，而具体的具体实施方式，是通过磁驱动位置的改变，更优化移动透镜的动态特性，故在电磁驱动装置的X-Y轴的平面移动防手震的效能，以四根直立的悬吊支线的挠度支撑，而Z轴方向的自动对焦，则以上弹片及下弹片来支撑，能使微型相机的三轴电磁驱动装置得到最好的支撑，且体积更为减小。
附图说明
图1是本发明将上盖打开后的结构示意图。
图2是本发明的细部结构分解图。
图3是本发明的主要结构放大说明图。
图4是本发明的动子部结构分解图。
图5是本发明的动子部结构立体剖面图。
图6是本发明立体线圈组(OIS)的平面展开图。
图7是本发明主要结构的俯视结构图。
图8是图7的8-8剖视平面结构说明图。
图9是图7的9-9剖视平面结构说明图。
图10是本发明立体线圈组与驱动磁石的作动说明示意图。
图11是本发明在X轴及Y轴方向的推力产生说明图。
图12是本发明在X轴及Y轴方向的移动和悬吊支线间的关系图。
图13是本发明在Z轴方向的推力产生说明图1。
图14是本发明在Z轴方向的推力产生说明图2。
图15是本发明针对四悬丝结构的旋转模态的改善说明图。
附图标记说明：10壳体；11上盖；110中孔；12基座；120中孔；121承座；122导电铜片；20外框架；21嵌槽；22扣合部；23扣合部；24感应磁石；30驱动磁石；31上磁石组；32下磁石组；40内框架；41环形线圈；42感应/驱动晶片；50上弹片；50A弹力组；51弹力线；52固定柄；521接合部；522扣合部；60下弹片；61中环；62弹力臂；63固定端；70立体线圈组；701上环部；71侧环部；72侧环部；73侧环部；74侧环部；70A线圈；70A’线圈；70D线圈；70D’线圈；70B线圈；70B’线圈；70C线圈；70C’线圈；70E感测器；70E’感测器；80悬吊支线；Fx1～Fx8X轴向推力；Fz1～Fz4,Fz11～Fz41Z轴向推力；Ix电流；Iz电流。
具体实施方式
请配合参看图1、图2所示，本发明所揭示的微型相机的三轴电磁驱动装置包含有：
一壳体10，由一非导磁性上盖11及一基座12所组成，且该上盖11及基座12均于中央相对设有一中孔110,120；而基座12于四个角落各设有一承座121，该承座121的较佳实施例是一凹槽，且以底部呈锥形的凹槽为佳，同时基座12内有嵌设(例如：注塑成型)有4片导电铜片122，作为电路联结的导线。
请参看图2、图3、图4所示，一外框架20，大致呈一方形框体，在该方形框体的每一侧边分别设有一嵌槽21，且至少在一个角的内侧设有感应磁石24，而在上、下端各设有一扣合部22,23。
请参看图2、图3、图4、图5所示，一驱动磁石30，包含四个上磁石组31及下磁石组32，分别设于外框架20的嵌槽21上，使该上磁石组31及下磁石组32两两相对，上磁石组31充磁方向N极朝内，而下磁石组32充磁方向S极朝内(另上磁石组31充磁方向S极朝内，及下磁石组32充磁方向N极朝内也可)；该四个上磁石组31及下磁石组32，共八颗均为单级驱动磁石，但也可在每一侧边各以一双极驱动磁石(共四颗)来等效取代。
请参看图2、图4、图5所示，一内框架40，能置于外框架20的内侧，作为物镜的承座；且在相对于驱动磁石30处设有一组环形线圈41，提供上下对焦的动力源，另外四个边角的一相对于外框架20的感应磁石24的对面设有一感应/驱动晶片42。
请参看图3、图4、图8所示，一上弹片50，为一金属片所冲制而成，由四个相同的弹力组50A所构成，且每一弹力组50A具有一弹力线51及固定柄52，其中该固定柄52上各设有接合部521与扣合部522，该上弹片50以固定柄52而嵌扣于外框架20的上方的扣合部22，而使上弹片50架设于外框架20的上方。
请参看图3、图4、图8所示，一下弹片60为一金属片所冲制而成，具有一中环61，且自该中环61上的四个等分位置延伸设有一弹力臂62，且在该弹力臂62的末端设有固定端63，该下弹片60以固定端63而嵌扣于外框架20下方的扣合部23，而使下弹片60承载于外框架20的下方。
请参看图1、图2、图6、图10所示，一立体线圈组70(其中图1、图2揭示了立体结构，而图6为平面展开图)，具有一软电路板，中央设有一框形上环部701，并在四周分别各延伸成侧环部71、72、73、74，同时以该上环部701为水平基面，使四周的侧环部71、72、73、74分别向内折而形成一罩体；在该四周的侧环部71、72、73、74内侧分别嵌设有四组线圈70D、70D’、70A、70A’，而在上环部701的四边则各设有四组线圈70B、70B’、70C、70C’，其中在图6中X轴两两相对的线圈70A、70B、70C、70D为串联而构成第一线圈、以及在Y轴两两相对的线圈70A’、70B’、70C’、70D’为串联而构成第二线圈；另在框形上环部701上在X轴及Y轴方向分别相对各设有一感测器70E、70E’(即Hall sensor)；其中该感测器70E、70E’设置的较佳实施例为：将线圈70B、70B’分为二段式(如70C与70C’)；而使感测器70E、70E’置于上环部701侧边之中央位置(如图6的下方及右方所示)能得到最佳的侦测效能。
请参看第1图所示，上述的上盖11、基座12、立体线圈组70形成电磁驱动装置的静子部；而位于壳体10内部的外框架20、驱动磁石30、内框架40、上弹片50、下弹片60则形成电磁驱动装置的动子部，该动子部的除了提供x-、y-轴向的移动，也同时可以做z-轴方向的移动，分别以悬丝80及上下弹片50、60形成两套独立的悬吊系统。
请参看图1、图3、图9所示，该悬吊系统由四支悬吊支线80构成，能分别以一端置入基座12于四个角落的承座121内，并与该位置埋设的导电铜片122进行电路联结，另一端则设固接(例如：焊接)于上弹片50的接合部521处，而使得四支悬吊支线80能支撑动子部的X轴或Y轴方向的平移，其动力源来自于立体线圈组70和动子部间的磁石30作用进行X，Y轴间的位移。
请参看图1、图6、图10、图11所示，本发明运用在防手震上，以外框架20的四个方向分别设有数个驱动磁石30，包含四个上磁石组31及下磁石组32，相对于立体线圈组70的第一线圈70A、70B、70C、70D及第二线圈70A’、70B’、70C’、70D’、其中第一线圈通以电流Ix，则产生的磁场、磁力、电流方向如图11所示，该第一线圈70A、70D根据高斯定律将产生垂直于上磁石组31及下磁石组32的X轴向推力Fx1、Fx2、Fx7、Fx8，该第一线圈70B、70C根据劳伦斯定律将产生垂直于上磁石组31的X轴向推力Fx3、Fx4、Fx5、Fx6，其总推力即为诸X轴向推力Fx1、Fx2、Fx3、Fx4、Fx5、Fx6、Fx7、Fx8的总和，这相较于现有顶多只有Fx3、Fx4、Fx5、Fx6的力量，本发明的推力更为增加；同时当此推力产生时，则如图5、图12所示，能使动子部的外框架20、驱动磁石30、内框架40、上弹片50、下弹片60朝如图12所示的箭头(即右方、X方向)移动；反之，若在如平面的Y轴也可达到同样的移动目的，以此则能达到防手震的X轴及Y轴方向的大推力的设计，几乎将近二倍于现有防手震镜头的推力，是本发明的主要特色。。
至于自动对焦的推力方面，请参看图5、图9、图13、图14所示，系利用外框架20的四个方向，包含四个上磁石组31及下磁石组32为动力源，该上磁石组31及下磁石组32的内侧面，与内框架40四周的每一环形线圈41相对，其产生的磁场、磁力、电流方向如图14所示，该环形线圈41通以电流Iz，则根据劳伦斯定律将产生垂直于上磁石组31及下磁石组32的Z轴向推力Fz1、Fz2、Fz3、Fz4、Fz11、Fz21、Fz31、Fz41，其总推力即为诸Z轴向推力Fz1、Fz2、Fz3、Fz4、Fz11、Fz21、Fz31、Fz41的总和，这相较于现有顶多只有四组Z轴向推力如Fz1、Fz2、Fz3、Fz4的力量，本发明的推力更为增加，几乎将近二倍的镜头自动对焦的推力，是本发明的主要特色。
前述的内框架40在Z轴上的自动对焦位置，如图9所示，由外框架20的感应磁石24、内框架40的驱动晶片间相互作用达到移动的精准定位，此为基本的构件即不多赘述。
本OIS磁路设计，特别考虑到磁推力推动动子部时所产生的转动力矩M；其中力矩＝磁推力x力臂的关系如图15所示。本设计水平线圈70B、70B’、70C、70C’放置在磁石的上方，有效的减少力臂、以降低旋转力矩；旋转力矩，其中Lo＝0。而传统设计、推力线圈通常放置于底座12上，也就是磁推力会集中在力臂为L3的位置、其旋转力矩，本设计有效减小了旋转力矩ΔM＝＝。大大降低了OIS在Y轴方向的旋转模态、优化了其动态特性。
本发明在精心设计的下，在实施上将具有如下的优点：
由于本发明的线圈及磁力的配置更为精巧，故能产生将近二倍的推力，是本发明的主要优点。
由于本发明在X轴及Y轴上的平移支撑，系采用了四支悬吊支线80来承受并不占用空间，这较现有的上弹片及下弹片要制作成三轴向的受力，更为简便，厚度更薄，制作成本降低，是本发明的另一优点。
另一个优点是将大磁推力分散作用在力臂短的位置，有效降低OIS运动时的旋转模态，优化了动态特性，达到增加控制频宽的效果。
唯，以上所述的方法，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的使用机械或程序；故当熟习此技艺所作出等效或轻易的变化者，在不脱离本发明的精神与范围下所作的均等变化与修饰，例如：使用不同的材质，或者磁石及线圈形状或数目的简单变化，但实际仍系本发明的方法特征所在时，都应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种微型相机的三轴电磁驱动装置，其特征在于，至少包含有：
一壳体，具有一非导磁性上盖及一基座；
一外框架，呈方形框体，在四个角的内侧设有感应磁石，且在上、下端各设有一扣合部；该方形外框架的每一侧边均设有具S极及N极的驱动磁石；
一内框架，能置于外框架的内侧，且在相对于驱动磁石处设有一环形线圈，另外四个边角相对于外框架的感应磁石的对面设有一感应/驱动晶片；
一上弹片，具有一弹力线及固定柄，并以固定柄而嵌扣于外框架的上方的扣合部，而使上弹片架设于外框架的上方；
一下弹片具有一中环，且自该中环上的四个等分位置延伸设有一弹力臂，且在该弹力臂的末端设有固定端，该下弹片以固定端而嵌扣于外框架下方的扣合部，而使下弹片承载于外框架的下方；
一立体线圈组，具有一软电路板，中央设有一框形上环部，并在四周分别延伸成侧环部，同时以该上环部为水平基面，使四周的侧环部分别向内折而形成一罩体；在该四周的侧环部内侧分别嵌设有四组线圈，而在上环部的四边则各设有四组线圈，其中两两相对的线圈为串联而构成第一线圈及第二线圈；
另在框形上环部上在X轴及Y轴方向分别相对设有一感测器；
凭借上述的上盖、基座、立体线圈组形成电磁驱动装置的静子部；而位于壳体内部的外框架、驱动磁石、内框架、上弹片、下弹片则形成电磁驱动装置的动子部，并使该动子部的移动，由包含上弹片及下弹片的悬吊系统来支撑。
2.根据权利要求1所述的微型相机的三轴电磁驱动装置，其特征在于：该悬吊系统还包含有四支悬吊支线，且每一支悬吊支线能分别以一端置入基座四个角落为支点，另一端则固定于上弹片的一端，并使四支悬吊支线支撑动子部作X轴或Y轴方向的平移。
3.根据权利要求2所述的微型相机的三轴电磁驱动装置，其特征在于：该基座于四个角落各设有一承座，且该承座为一凹槽，并在下方设有导电铜片。
4.根据权利要求2所述的微型相机的三轴电磁驱动装置，其特征在于：该上弹片设有嵌扣悬吊支线的接合部。
5.根据权利要求1所述的微型相机的三轴电磁驱动装置，其特征在于：该外框架四个边上所设的驱动磁石，包含四个上磁石组及下磁石组，共八颗单级驱动磁石。
6.根据权利要求1所述的微型相机的三轴电磁驱动装置，其特征在于：该外框架的四个边上所设的驱动磁石为双极驱动磁石。
7.根据权利要求1所述的微型相机的三轴电磁驱动装置，其特征在于：该上弹片为金属片所冲制而成，由四个相同的弹力组所构成，且每一弹力组具有一弹力线及固定柄，且该固定柄上各设有接合部与扣合部。
8.根据权利要求1所述的微型相机的三轴电磁驱动装置，其特征在于：该下弹片为金属片所冲制而成，具有一中环，且自该中环上的四个等分位置延伸设有一弹力臂，且在该弹力臂的末端设有固定端，该固定端嵌扣于外框架下方的扣合部。
9.根据权利要求1所述的微型相机的三轴电磁驱动装置，其特征在于：该立体线圈组至少有一组第二线圈分割为二段式，并使感测器置于该第二线圈中央位置。
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