CN116009273A - 光学系统 - Google Patents

Abstract

一种光学系统，包括一光学模块、一固定部、一活动部以及一弹性件。前述活动部可用以承载一光学模块，前述弹性件连接前述活动部以及前述固定部，用以抑制前述光学系统的一第一频率的震动。

Description

光学系统

技术领域

本发明涉及一种光学系统。更具体地来说，本发明尤其涉及一种具有光学防手震(Optical Image Stabilization,OIS)功能的光学系统。

背景技术

随着科技的发展，现今许多电子装置(例如智能手机或数字相机)皆具有照相或录影的功能。这些电子装置的使用越来越普遍，并朝着便利和轻薄化的设计方向进行发展，以提供使用者更多的选择。

一些具有照相或录影功能的电子装置设有一镜头驱动模块，以驱动一光学元件移动，进而达到自动对焦(autofocus)和光学防手震(Optical Image Stabilization,OIS)的功能。光线可穿过前述光学元件在一感光元件上成像。

然而，对于车用的摄像装置而言，如何设计出一种可有效抑制震动的光学系统始成为本技术领域研发人员的一重要挑战。

发明内容

本公开的目的在于提出一种光学系统，以解决上述至少一个问题。

有鉴于前述公知问题点，本发明的一实施例提供一种光学系统，包括一光学模块、一固定部、一活动部以及一弹性件。前述活动部可用以承载前述光学模块，前述弹性件连接前述活动部以及前述固定部，用以抑制前述光学系统的一第一频率的震动。

于一实施例中，前述弹性件为一钢索或弹簧或该二者的组合。

于一实施例中，前述弹性件设置于前述固定部的一角落处。

于一实施例中，前述光学系统包括两个弹性件，设置在前述固定部的相反侧。

于一实施例中，前述光学系统包括三个弹性件，设置在前述固定部的不同的侧边或不同的角落处。

于一实施例中，前述固定部具有四边形结构，且前述光学系统包括四个弹性件，分别设置在前述固定部的四个角落处。

于一实施例中，前述光学系统还包括一电路组件，且前述光学模块包括相互连接的一光学元件以及一图像感测单元，其中前述电路组件与前述图像感测单元电性连接，且前述弹性件与前述电路组件为电性独立。

于一实施例中，前述光学系统还包括一电路组件，且前述光学模块包括相互连接的一光学元件以及一图像感测单元，其中前述电路组件与前述图像感测单元电性连接，并通过前述弹性件接地。

于一实施例中，前述光学系统还包括一支撑单元，固定在前述活动部上并且连接前述弹性件。

于一实施例中，前述支撑单元形成有多个凸块，且前述些凸块连接前述活动部。

于一实施例中，在前述些凸块之间形成有一凹陷部，且前述弹性件连接前述凹陷部。

于一实施例中，前述光学系统还包括一弹簧，连接前述活动部以及前述固定部，且前述弹簧围绕前述光学模块的一光轴。

于一实施例中，前述光学系统还包括一电路组件，且前述光学模块包括相互连接的一光学元件以及一图像感测单元，其中前述电路组件电性连接前述图像感测单元并且穿过前述弹簧内部。

于一实施例中，前述光学系统还包括一阻尼元件，设置于前述固定部以及前述活动部之间。

于一实施例中，前述活动部具有一承载件、一框架以及一主动式减震机构，前述承载件活动地连接前述框架并且承载前述光学模块，前述主动式减震机构设置于前述承载件以及前述框架上，用以抑制前述光学系统的一第二频率的震动。

于一实施例中，前述光学系统还包括一连接件、多个夹持件以及多个球状元件，前述些球状元件设置在前述连接件上，前述些夹持件分别固定在前述承载件以及前述框架上，并且分别夹持前述些球状元件。

于一实施例中，前述光学系统包括多个弹性件，设置在前述固定部的不同的角落处，且前述些夹持件位于前述活动部的不同侧边，其中前述些夹持件的位置分别介于相邻的前述些弹性件之间。

于一实施例中，前述主动式减震机构包括一线圈以及一磁铁，前述磁铁设置于前述承载件上，且前述线圈设置于前述框架上。

于一实施例中，前述主动式减震机构包括设置在前述承载件以及前述框架之间的一压电元件或者一形状记忆合金元件。

于一实施例中，前述光学系统还包括一位置感测器，设置于前述承载件或前述框架上，用以感测前述承载件相对前述框架的位置变化。

于一实施例中，前述光学系统还包括一惯性感测器，设置于前述承载件上。

于一实施例中，前述第二频率小于前述第一频率。

于一实施例中，前述第一频率大于1Hz。

于一实施例中，前述第一频率大于10Hz。

本公开的有益效果在于，本发明提供一种光学系统，其不仅具备由弹性件及/或弹簧所组成的非有源式减震机构，同时也具备了由磁铁和线圈所组成的有源式减震机构，用以抑制光学系统的低频和高频的震动，从而使得光学系统能够在行车状态下使用，并可大幅提升其效能与稳定性。

附图说明

图1表示本发明一实施例的光学系统的爆炸图。

图2表示图1中的光学系统于组合后的立体图。

图3表示图1中的光学系统在移除前盖后的立体图。

图4表示位于图3中的壳体内部机构的立体图。

图5表示位于图3中的壳体内部机构的爆炸图。

图6表示图1中的承载件、框架以及连接件结合后的立体图。

图7表示图6中的承载件、框架以及连接件结合后的爆炸图。

图8表示连接件的四个悬臂通过夹持件和球状元件连接承载件以及框架的示意图。

图9表示图2中的光学系统移除前盖后的剖视图。

图10表示图2中的光学系统移除前盖后的另一剖视图。

图11表示图2中的光学系统移除光学模块和前盖后的剖视图。

图12表示弹性件连接支撑单元的立体图。

图13表示本发明另一实施例的光学系统中的支撑单元通过弹簧相互连接的立体图。

图14表示同时通过弹性件和弹簧连接光学系统中的支撑单元的剖视图。

图15表示球状元件位于相邻的两个弹性件之间的示意图。

附图标记如下：

100:光学系统

10:光学模块

11:光学元件

12:图像感测单元

121:图像感测器

122:电路基板

123:连接器

20:承载件

21:凹槽

22:卡槽

30:框架

31:凸出部

32:卡槽

40:连接件

41:悬臂

42:圆框

50:夹持件

60:电路板

70:基座

80:缆线

B:球状元件

C:线圈

F1:支撑单元

F2:支撑单元

F21:凸块

F22:凹陷部

G阻尼元件

H1:壳体

H2:前盖

H21:开口

M:磁铁

O:光轴

P:电路组件

P1:电路板

P2:电路板

P3:连接电路

R:弹簧

S:锁固件

W:弹性件

具体实施方式

以下说明本发明实施例的光学系统。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。所公开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)具有与此篇公开所属的本领域技术人员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公开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，在以下配合参考附图的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下各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，实施方式中所使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

首先请一并参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7及图8，其中图1表示本发明一实施例的光学系统100的爆炸图，图2表示图1中的光学系统100于组合后的立体图，图3表示图1中的光学系统100在移除前盖H2后的立体图，图4表示位于图3中的壳体H1内部机构的立体图，图5表示位于图3中的壳体H1内部机构的爆炸图，图6表示图1中的承载件20、框架30以及连接件40结合后的立体图，图7表示图6中的承载件20、框架30以及连接件40结合后的爆炸图，图8表示连接件40的四个悬臂41通过夹持件50和球状元件B连接承载件20以及框架30的示意图。

本发明一实施例的光学系统100为可安装于车辆内部的摄像装置，其主要包括有一光学模块10、一承载件20、一框架30、一连接件40、多个夹持件50、设置于框架30外侧的一电路板60、一基座70、一缆线80、一壳体H1、连接壳体H1的一前盖H2、多个磁铁M、设置在连接件40上的多个球状元件B、设置在电路板60上的多个线圈C、一电路组件P、多个弹性件W、两个中空的支撑单元F1、F2以及多个锁固件S。

从图1、图2、图3、图4、图5中可以看出，前述光学模块10包含有相互连接的一光学元件11(例如光学镜头)以及一图像感测单元12，其中前述图像感测单元12固定在承载件20内部，且外部光线可沿光学模块10的一光轴O方向依序通过前盖H2的开口H21以及光学元件11而到达图像感测单元12内部的一图像感测器，借以产生一数字图像。

应了解的是，前述基座70、壳体H1以及前盖H2可组成光学系统100的固定部，前述承载件20和框架30则可组成光学系统100的活动部，其中前述活动部通过弹性件W活动地连接固定部，由此能够抑制并减缓光学系统100因受外力所产生的震动对光学模块10所造成的不良影响。

具体而言，前述承载件20活动地设置于框架30内，前述磁铁M固定在承载件20外侧的凹槽21(如图6及图7所示)中，前述线圈C则固定在电路板60上。

应了解的是，当线圈C被通入电流时，可产生一电磁驱动力以驱使承载件20相对于框架30绕X轴或Y轴旋转，从而可达到光学防手震(Optical Image Stabilization,OIS)的目的。

在本实施例中，前述电路板60为可挠性印刷电路(Flexible Printed Circuit,FPC)，且其围绕在框架30的凸出部31(如图6及图7所示)的外侧。

前述平板状的支撑单元F1、F2分别固定在基座70和框架30上，其中四条细长的弹性件W(例如钢索)连接前述支撑单元F1、F2。

此外，电路组件P包含有两个电路板P1、P2以及一连接电路P3，其中连接电路P3例如为一可挠性印刷电路(Flexible Printed Circuit,FPC)，用以连接前述两个电路板P1、P2。

前述缆线80固定在基座70的底侧，用以将位于电路组件P底侧的电路板P1电性连接到一电源装置或电脑主机上，其中前述基座70可通过锁固件S固定在车辆(例如汽车、机车或自行车)上，以利于拍摄车辆四周的景物。

如图6、图7及图8所示，前述承载件20和框架30通过连接件40而彼此相互连接，其中连接件40以金属材质制成且具有可挠性。

具体而言，前述连接件40包含有四个长条形的悬臂41以及一圆框42，其中圆框42连接四个悬臂41，且在四个悬臂41的尾端设有球状元件B，前述夹持件50则具有U字形结构，用以夹持前述球状元件B。

需特别说明的是，从图7及图8中可以看出在承载件20和框架30底侧分别形成有若干卡槽22、32，其中夹持件50分别固定在前述卡槽22、32内。

具体而言，连接件40的其中两个悬臂41可通过夹持件50和球状元件B而固定在承载件20的卡槽22内，连接件40的另外两个悬臂41则可通过夹持件50和球状元件B而固定在框架30的卡槽32内，如此一来承载件20即可相对于框架30绕X轴或Y轴旋转。

接着请一并参阅图1～图5、图9～图12，其中图9表示图2中的光学系统100移除前盖H2后的剖视图，图10表示图2中的光学系统100移除前盖H2后的另一剖视图，图11表示图2中的光学系统100移除光学模块10和前盖H2后的剖视图，图12表示弹性件W连接支撑单元F1、F2的立体图。

如图9及图10所示，在本实施例的图像感测单元12内部设有一图像感测器121、一电路基板122以及一连接器123，其中图像感测器121设置于电路基板122上，连接器123则电性连接电路基板122以及电路组件P顶侧的电路板P2，其中光线可沿光学模块10的光轴O方向通过光学元件11后到达图像感测单元12内部的图像感测器121，借以产生一数字图像，且该数字图像可通过电路组件P以及缆线80而被传送到光学系统100外部的一电脑主机。

从图9及图12中可以看出，前述支撑单元F1、F2例如可具有金属或塑胶材质，且其分别包含两个中空且呈板状的支撑件，其中弹性件W的一端夹设在支撑单元F1的两个支撑件间，弹性件W的另一端则夹设在支撑单元F2的两个支撑件之间。

此外，如图9及图10所示，前述光学系统100的壳体H1和框架30之间设有阻尼元件G(例如凝胶)，由此可避免框架30碰撞到壳体H1而导致其结构损坏。

具体而言，本实施例中的四个弹性件W分别位于四边形基座70的四个角落处。

然而，于一实施例中，也可以仅将一个弹性件W设置在四边形基座70的其中一个角落处；或者，也可以在四边形基座70的其中两个角落或相反侧设置前述弹性件W；或者，也可以将三个弹性件W分别设置在四边形基座70的其中三个侧边或角落；或者，也可以在四边形基座70的四个侧边分别设置前述弹性件W，而并不以本发明实施例所公开者为限。

应了解的是，本实施例主要通过前述弹性件W连接基座70以及框架30，用以抑制光学系统100的第一频率的震动，其中该第一频率大于1Hz；此外，从图12中可以看出其中一个支撑单元F2的周围形成有多个凸块F21，用以连接框架30的底部，且在相邻的凸块F21之间形成有凹陷部F22，用以分别连接前述弹性件W。

在本实施例中，前述弹性件W可不与电路组件P电性连接而仅作为一被动式减震机构。然而，于一实施例中，前述弹性件W亦可与电路组件P电性连接以作为接地之用。

另一方面，从图11中可以看出本实施例通过在承载件20和框架30分别设置磁铁M和线圈C，从而能够产生一电磁驱动力以驱使承载件20相对于框架30位移。

然而，于另一实施例中，也可以在承载件20和框架30之间设置压电元件(piezoelectric element)或是形状记忆合金(Shape Memory Alloys,SMA)元件来取代前述磁铁M和线圈C，从而能够达成光学防手震(Optical Image Stabilization,OIS)的目的。

应了解的是，前述磁铁M和线圈C作为一主动式减震机构，用以抑制光学系统100的第二频率的震动，其中前述第二频率小于前述第一频率，且前述第一频率大于1Hz。

于另一实施例中，前述第一频率也可大于10Hz，且前述第二频率小于前述第一频率。

如前所述，本实施例的光学系统100不仅具备由前述弹性件W所组成的非主动式减震机构，同时也具备了由磁铁M和线圈C所组成的主动式减震机构，如此一来即可针对不同频率的震动产生相应的抑制效果，从而使得光学系统100能够在行车状态下使用，以大幅提升其效能与稳定性。

接着请参阅图13及图14，其中图13表示本发明另一实施例的光学系统100中的支撑单元F1、F2通过弹簧R相互连接的立体图，图14表示同时通过弹性件W和弹簧R连接光学系统100中的支撑单元F1、F2的剖视图。

如图13及图14所示，本发明另一实施例也可在支撑单元F1、F2间额外设置一弹簧R，其中通过前述弹簧R连接支撑单元F1、F2，可进一步强化光学系统100的避震效果，且前述电路组件P更可穿过弹簧R以有效地利用空间(图14)，从而能够达到光学系统100的小型化。

于一实施例中，也可仅设置弹簧R同时移除前述弹性件W，并不以本发明实施例所公开者为限。

再请参阅图15，其中图15表示球状元件B位于相邻的两个弹性件W之间的示意图。

从图15中可以看出，四个球状元件B位于由承载件20和框架30所组成的活动部的四个侧边，且球状元件B在水平方向(X轴方向或Y轴方向)上介于两个相邻的弹性件W之间；此外，弹簧R围绕光轴O，其中四个球状元件B相对于光轴O呈对称结构，并可作为承载件20和框架30的万向接头(universal joint)，从而能够大幅提升光学系统100的稳定性。

于一实施例中，前述光学系统100更可包括一位置感测器(未图示)，例如霍尔效应感测器(Hall-effect sensor)，且该位置感测器可设置在承载件20或框架30上，用以感测承载件20相对框架30的位置变化。

于一实施例中，前述光学系统100也可以包括一惯性感测器(未图示)，设置于承载件20上，用以感测光学模块10的姿态变化。

综上所述，本发明提供一种光学系统100，其不仅具备由弹性件W及/或弹簧R所组成的非主动式减震机构，同时也具备了由磁铁M和线圈C所组成的主动式减震机构，用以抑制光学系统100的低频和高频的震动，从而使得光学系统100能够在行车状态下使用，并可大幅提升其效能与稳定性。

虽然本发明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发明的精神和范围内，当可作更动、替代与润饰。此外，本发明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，任何所属技术领域中技术人员可从本发明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发明使用。因此，本发明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，每一权利要求构成个别的实施例，且本发明的保护范围也包括各个权利要求及实施例的组合。

虽然本发明已以较佳实施例公开于上，然而其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定者为准。

Claims (24)

1.一种光学系统，包括：

一光学模块；

一活动部，用以承载该光学模块；

一固定部；以及

一弹性件，连接该活动部以及该固定部，用以抑制该光学系统的一第一频率的震动。

2.如权利要求1所述的光学系统，其中该弹性件为钢索或弹簧或该二者的组合。

3.如权利要求1所述的光学系统，其中该弹性件设置于该固定部的一角落处。

4.如权利要求1所述的光学系统，其中该光学系统包括两个弹性件，设置在该固定部的相反侧。

5.如权利要求1所述的光学系统，其中该光学系统包括三个弹性件，设置在该固定部的不同的侧边或不同的角落处。

6.如权利要求1所述的光学系统，其中该固定部具有四边形结构，且该光学系统包括四个弹性件，分别设置在该固定部的四个角落处。

7.如权利要求1所述的光学系统，其中该光学系统还包括一电路组件，且该光学模块包括相互连接的一光学元件以及一图像感测单元，其中该电路组件与该图像感测单元电性连接，且该弹性件与该电路组件为电性独立。

8.如权利要求1所述的光学系统，其中该光学系统还包括一电路组件，且该光学模块包括相互连接的一光学元件以及一图像感测单元，其中该电路组件与该图像感测单元电性连接，并通过该弹性件接地。

9.如权利要求1所述的光学系统，其中该光学系统还包括一支撑单元，固定在该活动部上并且连接该弹性件。

10.如权利要求9所述的光学系统，其中该支撑单元形成有多个凸块，且多个所述凸块连接该活动部。

11.如权利要求10所述的光学系统，其中在多个所述凸块之间形成有一凹陷部，且该弹性件连接该凹陷部。

12.如权利要求1所述的光学系统，其中该光学系统还包括一弹簧，连接该活动部以及该固定部，且该弹簧围绕该光学模块的一光轴。

13.如权利要求12所述的光学系统，其中该光学系统还包括一电路组件，且该光学模块包括相互连接的一光学元件以及一图像感测单元，其中该电路组件电性连接该图像感测单元并且穿过该弹簧内部。

14.如权利要求1所述的光学系统，其中该光学系统还包括一阻尼元件，设置于该固定部以及该活动部之间。

15.如权利要求1所述的光学系统，其中该活动部具有一承载件、一框架以及一主动式减震机构，该承载件活动地连接该框架并且承载该光学模块，该主动式减震机构设置于该承载件以及该框架上，用以抑制该光学系统的一第二频率的震动。

16.如权利要求15所述的光学系统，其中该光学系统还包括一连接件、多个夹持件以及多个球状元件，多个所述球状元件设置在该连接件上，多个所述夹持件分别固定在该承载件以及该框架上，并且分别夹持多个所述球状元件。

17.如权利要求16所述的光学系统，其中该光学系统包括多个弹性件，设置在该固定部的不同的角落处，且多个所述夹持件位于该活动部的不同侧边，其中多个所述夹持件的位置分别介于相邻的多个所述弹性件之间。

18.如权利要求15所述的光学系统，其中该主动式减震机构包括一线圈以及一磁铁，该磁铁设置于该承载件上，且该线圈设置于该框架上。

19.如权利要求15所述的光学系统，其中该主动式减震机构包括设置在该承载件以及该框架之间的一压电元件或者一形状记忆合金元件。

20.如权利要求15所述的光学系统，其中该光学系统还包括一位置感测器，设置于该承载件或该框架上，用以感测该承载件相对该框架的位置变化。

21.如权利要求15所述的光学系统，其中该光学系统还包括一惯性感测器，设置于该承载件上。

22.如权利要求15所述的光学系统，其中该第二频率小于该第一频率。

23.如权利要求20所述的光学系统，其中该第一频率大于1Hz。

24.如权利要求20所述的光学系统，其中该第一频率大于10Hz。

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