CN1763577A - 镜头驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种镜头驱动机构，一种镜头驱动结构，具有一包套着镜头的镜头套筒，此镜头套筒之外表面环绕固定有一导体线圈并为一弹簧所包围。一磁铁与导体线圈相对着，该磁铁所提供的磁力线会朝着并切割过导体线圈，此时对导体线圈通以电流后便会对导体线圈产生一作用力，并连带带动镜头套筒移动。利用调整导体线圈上的电流大小，可控制作用力的强度以及镜头套筒的位置。

Description

镜头驱动机构

技术领域

本发明涉及一种相机镜头的驱动机构，特别是涉及一种可自动对焦镜头驱动机构。

背景技术

随着摄影工艺的进步，现代的相机设备多半都具有对焦的功能，以使位于不同距离处的物体都能清晰地在相机内成像。而所谓的对焦便是调整镜头的位置，使进入相机内的光线能够聚焦在相机内最正确的位置上，如此所拍摄的影像才能被清楚地纪录在相机之中。

最早以前的传统相机是采用手动对焦的方式，也就是利用手动的方式调整镜头的位置，再用肉眼来判断镜头的位置正确与否。虽然用手动的对焦方式较容易使摄影者得到满意的对焦结果，但对非专业的相机使用者来说相对的也增加了使用上的困难，因此，便有了全自动相机的问世。全自动相机可在摄影者在拍摄影像时先自动地将焦距对好，然后再将影像纪录起来，如此不仅降低了相机的使用难度，自动对焦的方式也减少了对焦失败的机会。

简单的自动对焦方法，通常相机内会具有一处理器及一镜头驱动装置。处理器会撷取光线讯号并透过一些演算法计算出镜头的最佳位置，然后再经由镜头驱动装置将镜头移动到适当的位置。驱动装置一般可利用一般的旋转式马达来达到移动镜头的目的，但是由于镜头是采用直线的往覆式运动方式，所以在旋转式马达及镜头之间必须有一能够将旋转式运动转换为直线式运动的传动机构。该传动机构一般是由凸轮套筒及齿轮装置所组成，体积庞大且设计困难，在手机等随身携带产品上有应用的困难。

再者，照着电子产品的整合趋势来看，相机已经不再是单纯的相机而已，而是会与行动电话或个人数位助理(Personal Digital Assistant，PDA)等设备结合的可携式装置，因此在设计上小型化也是一项重要的考量。以传统的镜头传动方式来看，旋转式马达不仅已占据了相当大的体积，并且还要考量传动机构所占的空间。所以此种相机模组的小型化实有其极限。

综观以上所述，随着对焦精确度及产品小型化等要求的提高，实须一种更精确、更易于控制、体积更小的镜头驱动机构。

由此可见，上述现有的镜头驱动机构在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决镜头驱动机构存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。

有鉴于上述现有的镜头驱动机构存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的镜头驱动机构，能够改进一般现有的镜头驱动机构，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的镜头驱动机构存在的缺陷，而提供一种新型结构的镜头驱动机构，所要解决的技术问题是使其定位精确度高，易于控制，体积小，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种镜头驱动机构，其包括：一镜头套筒，其中该镜头套筒的内部足以容纳固定一镜头装置，并具有一凸缘自该镜头套筒的外表面垂直延伸而出；一导体线圈，环绕并固定于该镜头套筒的外表面；一弹性装置，环绕于该镜头套筒周围；一机构套筒，其中该镜头套筒的内部足以容纳该镜头套筒与该弹性装置；以及一磁性装置，配置于该机构套筒的内表面，其中，当将该镜头套筒及该弹性装置置于该机构套筒中时，该磁性装置会与该导体线圈相对，使当该导体线圈上流通有一电流时，该导体线圈会产生一作用力带动该镜头套筒移动，该镜头套筒在移动时，该凸缘与该磁性装置会同时分别从该弹性装置的两端压缩该弹性装置，以使该弹性装置对该镜头套筒产生一反作用力，可经由调整该电流的强度来控制该作用力的强度，以取得与该反作用力间的平衡，藉此将该镜头套筒移动至所需求的位置。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的镜头驱动机构，其中所述的镜头套筒的外表面具有环绕着该镜头套筒的1沟槽，该导体线圈是以缠绕于该沟槽中的方式固定在该镜头套筒之上。

前述的镜头驱动机构，其中所述的弹性装置为一弹簧。

前述的镜头驱动机构，其中所述的弹性装置为一板簧(flat spring)。

前述的镜头驱动机构，其中所述的磁性装置由至少一磁铁组所组成，其中每一该至少一磁铁组皆由一对磁铁及该一对磁铁间的1导磁材料组合而成，该一对磁铁与该导磁体接合的表面具有相同的磁性。

前述的镜头驱动机构，其中所述的一对磁铁为钕(neodymium)铁硼磁铁。

前述的镜头驱动机构，其中所述的磁性装置是由至少一磁铁所组成，每一该至少一磁铁相对着该导体线圈的表面具有相同的磁性。

前述的镜头驱动机构，其中至少一所述的磁铁为钕铁硼(Nd-Fe-B)磁铁。

前述的镜头驱动机构，其更包含一变焦控制电路，用以控制该电流的大小。

前述的镜头驱动机构，其中所述的变焦控制电路为一处理器。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本发明的主要技术内容如下：

本发明提出一种镜头驱动机构，该种镜头驱动机构由一第一圆筒，一磁性物质(为一永磁体)，一导体线圈、一弹性物质、一第二圆筒以及一镜头装置所组成。第一圆筒及第二圆筒皆为空心状，且两端都各具有一开口，其中第一圆筒的大小足以包围住第二圆筒。第二圆筒的内部固定着镜头装置，导体线圈则被环绕且固定于第二圆筒的外表面上，第二圆筒并具有一环状凸缘自第二圆筒的外表面垂直延伸而出，此环状凸缘被用以承载弹性物质，使弹性物质能够围绕在第二圆筒的周围。磁性物质被安装在第一圆筒的内表面上，当第二圆筒进入第一圆筒的内部时，导体线圈至少会有一部分与磁性物质相对着，也就说导体线圈随时都会有至少一部分处于磁性物质的磁力线范围中，且磁性物质的磁力线会垂直穿越过导体线圈。

当在导体线圈上施加电流后，由于电流的方向和磁性物质所发出的磁力线方向是互相垂直的，因此会产生一作用力带动第二圆筒前进，且电流的大小与作用力的大小是成正比。在第二圆筒前进的同时，介于环状凸缘与磁性物质之间的弹性物质，会因为环状凸缘与磁性物质的逐渐接近而受到挤压，而对第二圆筒产生一反作用力。如此，只要利用控制电流大小来调整作用力与反作用力之间的平衡，便可决定第二圆筒与位于其内部的镜头装置的位置。也因此只要能够对电流大小进行高精细度的微调，则镜头的定位精确度也能够提高。

本发明镜头驱动结构，具有一包套着镜头的镜头套筒，此镜头套筒之外表面环绕固定有一导体线圈并为一弹簧所包围。一磁铁与导体线圈相对着，该磁铁所提供的磁力线会朝着并切割过导体线圈，此时对导体线圈通以电流后便会对导体线圈产生一作用力，并连带带动镜头套筒移动。利用调整导体线圈上的电流大小，可控制作用力的强度以及镜头套筒的位置。

综上所述，本发明特殊结构的镜头驱动机构，其定位精确度高，易于控制，体积小。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在产品的结构或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的镜头驱动机构具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1A是本发明实施例的镜头驱动机构分解示意图。

图1B是本发明实施例的镜头驱动机构截面图。

图2A是本发明实施例的镜头驱动机构动作示意图。

图2B是本发明实施例的镜头驱动机构动作示意图。

100：镜头驱动机构                  102：镜头套筒

104：凸缘                          106：沟槽

108：镜头                          110：导体线圈

112：弹簧                          114：磁铁

116：导磁体                        118：机构套筒

120：磁力线                        122：方向

202：磁铁                          204：导体线圈

206：磁力线                        208：方向

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的镜头驱动机构其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本发明的基本构想在于利用电流及磁力线交互作用所产生的作用力来控制镜头的位置，利用此种方式可在不需外加传动机构的情况下直接带动镜头进行直线式的往覆运动，并且能够以简单的控制方式达到高定位精准度。

请参阅图1A所示，是本发明的1实施例的分解示意图。由图中可看出镜头驱动机构100中的一些主要元件，其中有镜头套筒102、镜头108、导体线圈110、弹簧112、两磁铁114、两磁铁114之间的导磁体116以及包覆住整个驱动机构的机构套筒118。

其中镜头套筒102的内部能够容纳并固定住镜头108，镜头套筒102的外部表面上则环绕并固定着导体线圈110。在本实施例中是利用环绕在镜头套筒102外表面上的环状沟槽106来固定住导体线圈110，亦即，将导体线圈110环绕在环状沟槽106之中。另外，镜头套筒102的外表面延伸出一与外表面垂直的凸缘104。当将弹簧112环套在镜头套筒102周围时，镜头套筒102的凸缘104与弹簧112便会互相接触，以承载住弹簧112使镜头套筒102不致于穿透弹簧112而出。

机构套筒118能够包覆住上述的所有元件，即内部包套住镜头108，外部缠绕有导体线圈110并为弹簧112所环绕的镜头套筒102。两环状的磁铁114及夹在两磁铁114之间的导磁体116皆被固定在机构套筒118的内表面上。

请参阅图1B所示，是图1A中的各个元件组立后的截面图，即整个镜头驱动机构100的截面图，可更清楚地看出各个元件之间的相对位置。镜头套筒102将镜头108包套起来，导体线圈110缠绕在镜头套筒102外表面上的环状沟槽106之中，弹簧112环绕着镜头套筒102，弹簧112的1端并与镜头套筒102外表面上的凸缘104相接，最后，内表面配置有两磁铁114及两磁铁间的导磁体116的机构套筒118再将镜头套筒102整个地包套住。其中，磁铁114及导磁体116的位置必须是面对着导体线圈110，也就是说由磁铁114及导磁体所发射出的磁力线必须要能够切割过导体线圈110。另外，以图1B的方向来看，磁铁114的位置必须要在镜头套筒102带动着弹簧112向右移动时，能够与弹簧112接相接触，用以挤压位于凸缘104与磁铁114之间的弹簧112。

请参阅图2A所示，是本发明实施例的镜头驱动机构动作示意图。本发明的镜头位置控制方法，由于镜头驱动机构100中的机构套筒118的位置是固定不动的，因此在及图2B中皆未将图1B中的机构套筒118绘示出来。首先看到两磁铁114与导磁体116接合的表面皆为N磁极，而另一未与导磁体116接合的表面则皆为S磁极。由磁性物质的特性可知，磁力线会由磁性物质的N磁极射往S磁极，因此图2A中的磁铁114所射出的磁力线当中，会有部分经由导磁体116引导，并射向并切割过导体线圈110的磁力线120。

根据劳伦斯定律(Lorentz Law)可知，若此时于导体线圈110上施加电流，则会在导体线圈110上产生一朝着方向122的作用力F，其大小为：

                        F＝rIL×B

其中，

I为导体线圈110上的电流强度；

L为导体线圈110的总长度；

B为磁通密度；以及

r为导体线圈110在磁场中的长度与其总长度的比例。

由本实施例的机构中可看出，导体线圈110的总长度L为一固定值，从磁铁114所产生，通过导体线圈110的磁力线120的磁通密度B也为一固定值，而因为磁铁114环绕着导体线圈110，导体线圈110整体皆为磁力线120所切割，所以可将比值r视为1。在这种情况下，作用力F的大小只与导体线圈110上所留过的电流强度I有关，两者并成正比关系，也就是说流经导体线圈110的电流越大，则导体圈上朝方向122的作用力越强。

因为导体线圈110是固定在镜头套筒102上的，因此当导体线圈110为朝着方向122的作用力所带动时，镜头套筒102及固定于其中的镜头108也会连带着往方向122移动。随着镜头套筒102往方向122的移动，弹簧112会因凸缘104与磁铁114相对位置的缩小而遭挤压，因此对镜头套筒102产生一与方向122相反的反作用力，此反作用力会随着弹簧112受挤压程度的增加而增加，也就是说若镜头套筒102想要有较大的移动量，就必须要在导体线圈110上加入较强大的电流，则在方向122上就会产生较大的作用力以抵抗来自弹簧112的反作用力。当作用力与反作用力达到平衡时，镜头套筒102与镜头108便会停止在一固定位置上。由上述原理可知，只要将流经导体线圈110的电流大小加以控制，便可将镜头套筒102移动到所想要的位置。当中止了流经导体线圈110的电流后，镜头套筒102会因弹簧112的反作用力而回到初始位置。

在图2A所表示的实施例中，是利用两环形磁铁114以及一能够提高磁通密度的环形导磁体116所组成。在图2B中提供了另一种仅以一环状磁铁来实现本发明的实施例。图2B中所表示的结构与图2A中所表示的结构是相似的，仅有磁铁的部份改成了仅有一个环状磁铁202，其中磁铁202与导体线圈204相对的表面具有N磁极，而背对导体线圈204的表面则具有S磁极。由此可知磁铁202所发射出的磁力线206一样是往导体线圈204的方向射去，并同样地切割过导体线圈204，所以在导体线圈204上通以电流后一样会产生一个朝着方向208的作用力，而其原理及控制方式皆与图2A所示的实施例相同。

要加以说明的是，上述说明中所提到的磁铁泛指任何可提供固定磁场的磁性物质，如一般常见的磁铁或是电磁铁，在上述的实施例中是利用了具有高残留磁通密度及矫顽磁力特性的钕铁硼(Nd-Fe-B)磁铁。而导磁体则泛指为任何能够将磁力线汇集为高磁通密度的均匀磁场的导磁材料。弹簧则能够为任何具有回复力的弹性物质所取代，如平板状的簧片或胶块等。

由以上有关镜头驱动机构的说明中可知，只要在导体线圈中施以适当大小的电流，即可将镜头移至所要求的位置。因此在一应用此种镜头驱动机构的可变焦摄影装置中，只需加入一变焦控制电路，便可轻易地移动镜头以达到变焦的目的。其中此变焦控制电路能够视实际的情况计算并输出适当大小的电流，所以可以使用如处理器一般的元件来加以实现。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1、一种镜头驱动机构，其特征在于其包括：

一镜头套筒，其中该镜头套筒的内部足以容纳固定一镜头装置，并具有一凸缘自该镜头套筒的外表面垂直延伸而出；

一导体线圈，环绕并固定于该镜头套筒的外表面；

一弹性装置，环绕于该镜头套筒周围；

一机构套筒，其中该镜头套筒的内部足以容纳该镜头套筒与该弹性装置；以及

一磁性装置，配置于该机构套筒的内表面，

其中，当将该镜头套筒及该弹性装置置于该机构套筒中时，该磁性装置会与该导体线圈相对，使当该导体线圈上流通有一电流时，该导体线圈会产生一作用力带动该镜头套筒移动，该镜头套筒在移动时，该凸缘与该磁性装置会同时分别从该弹性装置的两端压缩该弹性装置，以使该弹性装置对该镜头套筒产生一反作用力，可经由调整该电流的强度来控制该作用力的强度，以取得与该反作用力间的平衡，藉此将该镜头套筒移动至所需求的位置。

2、根据权利要求1所述的镜头驱动机构，其特征在于其中所述的镜头套筒的外表面具有环绕着该镜头套筒的|沟槽，该导体线圈是以缠绕于该沟槽中的方式固定在该镜头套筒之上。

3、根据权利要求1所述的镜头驱动机构，其特征在于其中所述的弹性装置为一弹簧。

4、根据权利要求1所述的镜头驱动机构，其特征在于其中所述的弹性装置为一板簧。

5、根据权利要求1所述的镜头驱动机构，其特征在于其中所述的磁性装置是由至少一磁铁组所组成，其中每一该至少一磁铁组皆由一对磁铁及该一对磁铁间的|导磁材料组合而成，该一对磁铁与该导磁体接合的表面具有相同的磁性。

6、根据权利要求5所述的镜头驱动机构，其特征在于其中所述的一对磁铁为钕铁硼磁铁。

7、根据权利要求1所述的镜头驱动机构，其特征在于其中所述的磁性装置是由至少一磁铁所组成，每一该至少一磁铁相对着该导体线圈的表面具有相同的磁性。

8、根据权利要求7所述的镜头驱动机构，其特征在于其中至少一所述的磁铁为钕铁硼磁铁。

9、根据权利要求1所述的镜头驱动机构，其特征在于其更包含一变焦控制电路，用以控制该电流的大小。

10、根据权利要求9所述的镜头驱动机构，其特征在于其中所述的变焦控制电路为一处理器。

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