ES2908652T3

ES2908652T3 - Enfoque automático y estabilización de imagen óptica en una cámara compacta de plegado

Info

Publication number: ES2908652T3
Application number: ES19170753T
Authority: ES
Inventors: Ephraim Goldenberg; Gal Shabtay; Gal Avivi; Michael Dror; Gil Bachar; Itay Yedid
Original assignee: Corephotonics Ltd
Current assignee: Corephotonics Ltd
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2022-05-03
Anticipated expiration: 2036-04-15
Also published as: US11131836B2; KR20190025763A; EP4220267A2; US9927600B2; EP3283915A1; CN108535840B; US10613303B2; EP3696587C0; US10571666B2; ES2907810T3; KR102480080B1; US10962746B2; EP3283915B1; US20180196238A1; KR102088603B1; US20200150403A1; KR20230007523A; KR20190025761A; KR20200017560A; CN111175926A

Abstract

Una cámara (300) de apertura dual que comprende: a) un módulo de cámara de plegado (100, 200, 1100) que comprende un elemento de plegado de la trayectoria óptica (OPFE) (102, 208, 1108) para plegar la luz desde una primera trayectoria óptica (205, 1105) a una segunda trayectoria óptica (206, 1106), un sensor de imagen (106, 202, 1102) de módulo de cámara de plegado y un módulo de lente (104, 204, 1004, 1104) de cámara de plegado con un eje de lente a lo largo de un segundo eje óptico (206, 1106) paralelo con la segunda trayectoria óptica (206, 1106), en donde el módulo de cámara de plegado (100, 200, 1100) está diseñado para mover el módulo de lente (104, 204, 1004, 1104) de cámara de plegado en una primera dirección paralela al segundo eje óptico (206, 1106) y en una segunda dirección perpendicular a la primera dirección y para inclinar el OPFE (102, 208, 1108) alrededor de la segunda dirección, estando las primera y segunda direcciones en un plano que incluye el segundo eje óptico (206, 1106) y siendo perpendicular a la primera trayectoria óptica (205, 1105); y en donde el módulo de lente (104, 204, 1004, 1104) es móvil para tener una distancia focal de lente en el intervalo de 6 a 15 mm, y en donde el módulo de cámara de plegado (100, 200, 1100) está diseñado para permitir en enfoque y la estabilización de la imagen óptica (OIS); y b) un módulo de cámara sin plegado (280) que comprende un sensor de imagen de cámara sin plegado y un módulo de lente de cámara sin plegado con un eje de lente a lo largo de un primer eje óptico (252) perpendicular al segundo eje óptico (206, 1106).

Description

DESCRIPCIÓN

Enfoque automático y estabilización de imagen óptica en una cámara compacta de plegado

Referencia cruzada a aplicaciones relacionadas

Esta solicitud reivindica la prioridad de las solicitudes de patentes provisionales de los EE. UU. N° 62/148.435 presentadas el 16 de abril de 2015 y N° 62/238.890 presentada el 8 de octubre de 2015, ambas solicitudes tienen el mismo título

Campo de la invención

Las realizaciones descritas en esta memoria se refieren en general a cámaras digitales y en particular a cámaras digitales de lente de plegado y cámaras digitales de apertura dual de una lente de plegado.

Antecedentes de la invención

En los últimos años, los dispositivos móviles como los teléfonos móviles (y en particular los teléfonos inteligentes), las tabletas y los laptops se han hecho omnipresentes. Muchos de estos dispositivos incluyen una o dos cámaras compactas que incluyen, por ejemplo, una cámara principal orientada hacia atrás (es decir, una cámara en la cara trasera del dispositivo, encarada hacia el lado contrario al usuario y que con frecuencia es usada para fotografías casuales) y una cámara encarada hacia delante secundaria (es decir, una cámara situada en la cara delantera del dispositivo y que es utilizada con frecuencia para videoconferencias).

Aunque de naturaleza relativamente compacta, el diseño de la mayoría de estas cámaras es similar a la estructura tradicional de una cámara fotográfica digital, es decir, comprende un módulo de lente (o un conjunto de varios elementos ópticos) situado sobre un sensor de imagen. El módulo de lente refracta los rayos de luz entrantes y los dobla para crear una imagen de una escena en el sensor. Las dimensiones de estas cámaras están determinadas en gran medida por el tamaño del sensor y por la altura de la óptica. Por lo general, éstos están fijados entre sí por medio de la distancia focal ("f”) de la lente y de su campo de visión (FOV) - una lente que tiene la imagen de un determinado FOV en un sensor de un tamaño determinado y tiene una longitud focal específica. Manteniendo el FOV constante, cuanto mayores son las dimensiones del sensor (por ejemplo, en un plano X-Y), mayor es la distancia focal y la altura de la óptica.

En tiempos recientes, se ha sugerido una estructura de "módulo de cámara de plegado" para reducir la altura de una cámara compacta. En la estructura del módulo de cámara de plegado, un elemento de plegado de la trayectoria óptica (denominado en lo sucesivo en esta memoria "OPFE"), por ejemplo, es añadido a un prisma o a un espejo (también denominado en esta memoria un "elemento reflectante") para inclinar la dirección de propagación de la luz de forma perpendicular a la superficie posterior del teléfono inteligente y paralela a la superficie posterior del teléfono inteligente. Si el módulo de cámara de plegado es parte de una cámara de apertura dual, esto proporciona una trayectoria óptica doblada a través de un módulo de lente (por ejemplo, una lente Tele). Dicha cámara es denominada en la memoria presente "cámara de apertura dual con lente de plegado" o "cámara de apertura dual con lente de plegado". En general, el módulo de cámara de plegado puede ser incluido en una cámara de múltiples aperturas, por ejemplo, junto con dos módulos de cámara "sin plegado" en una cámara de triple apertura.

Además del módulo de lente y del sensor, las cámaras modernas incluyen en general igualmente un mecanismo de movimiento mecánico (actuación) con dos propósitos principales: enfocar la imagen sobre el sensor y estabilizar la imagen óptica (OIS). Para enfocar, con cámaras más avanzadas, la posición del módulo de lente (o al menos de un elemento de lente del módulo de lente) puede ser cambiada por medio de un actuador y la distancia de enfoque puede ser cambiada según el objeto o la escena capturada.

La tendencia de las cámaras fotográficas digitales es aumentar las capacidades de zoom (por ejemplo, a 5x, 10x o más) y, en las cámaras de teléfonos móviles (y en especial las de los teléfonos inteligentes), reducir el tamaño del píxel del sensor y aumentar el número de píxeles. Estas tendencias dan como resultado una mayor sensibilidad a las sacudidas de la cámara por dos razones: 1) mayor resolución y 2) mayor tiempo de exposición debido a los píxeles más pequeños del sensor. Se requiere un mecanismo OIS para mitigar este efecto.

En cámaras habilitadas para la OIS, la posición lateral del módulo de lente puede ser movida, o todo el módulo de cámara puede ser inclinado de manera rápida para cancelar las sacudidas de la cámara durante la captura de la imagen. Las sacudidas de la cámara desplazan respecto a 6 grados de libertad el módulo de cámara, es decir, movimientos lineales en X-Y-Z, balanceo ("inclinación entorno al" o "inclinación alrededor del") eje X, guiñada (inclinación alrededor del eje Z) y cabeceo (inclinación alrededor del eje Y). Si bien el movimiento lineal en X-Y-Z afecta de manera insignificante a la calidad de la imagen y no tiene que ser compensado, se requiere la compensación de los ángulos de inclinación. Los sistemas OIS mostrados en diseños conocidos (véase, por ejemplo, la patente de los EE. UU. US 20140327965A1) corrigen la guiñada y el cabeceo, pero no el movimiento de balanceo. La patente de los EE. UU. US 20140327965 describe (resumen): el módulo de control de retroalimentación de bucle cerrado de tres ejes para el dispositivo de accionamiento de lentes electromagnéticas comprende un elemento Hall de 6 pines. Dos pines del elemento Hall están acoplados a un módulo de enfoque automático para proporcionar una corriente para impulsar el módulo de enfoque automático para realizar operaciones de enfoque automático a lo largo del eje Z; mientras que otros cuatro pines del elemento Hall están acoplados a una unidad de control. La unidad de control detecta las posiciones axiales X-Y del módulo de enfoque automático en relación con un módulo OIS y genera una señal de control que luego se envía al elemento Hall. Por lo tanto, el elemento Hall no solo puede proporcionar su propia función de control de retroalimentación según la posición axial Z de la lente, sino que también puede controlar el módulo de enfoque automático en función de la señal de control correspondiente a las posiciones axiales XY del módulo de enfoque automático, a fin de lograr el objetivo del control de retroalimentación de circuito cerrado de tres ejes para el dispositivo de accionamiento de lentes electromagnéticas.

El documento WO2014/100516 describe (resumen): algunas realizaciones proporcionan un aparato para controlar el movimiento de un componente de cámara. En algunas realizaciones, el aparato incluye un módulo de actuador. El módulo de actuador incluye una pluralidad de imanes. Cada imán de la pluralidad de imanes está polarizado con dominios magnéticos sustancialmente alineados en la misma dirección a lo largo de cada imán. El aparato incluye además una bobina dispuesta rígidamente alrededor de una lente. Cada imán de la pluralidad de imanes contribuye a las fuerzas para ajustar el enfoque de la lente en base a las fuerzas de Lorentz generadas por la bobina.

El documento US 2006187338 (D1) de MAY describe (resumen): un teléfono con cámara incluye una etapa de teléfono para generar señales de voz, un primer sensor de imagen para generar una primera salida de sensor, una primera lente gran angular de distancia focal fija para formar una primera imagen de la escena en el primer sensor de imagen, un segundo sensor de imagen para generar una segunda salida de sensor y un segundo teleobjetivo de distancia focal fija apuntando en la misma dirección que el primer lente y formando una segunda imagen de la misma escena en la segunda imagen sensor. Un elemento de control selecciona la salida del primer sensor del primer sensor de imagen o la salida del segundo sensor del segundo sensor de imagen. Una sección de procesamiento produce las señales de imagen de salida a partir de la salida del sensor seleccionado, y una etapa celular procesa las señales de imagen y voz para su transmisión a través de una red celular.

El documento WO 2014/072818 (D2) de CHEO describe (resumen): se describen sistemas de lentes de zoom en miniatura y métodos para fabricarlos. Un sistema ejemplar incluye un primer prisma posicionado para recibir luz incidente desde una entrada al sistema de lentes en miniatura, al menos una primera lente varifocal posicionada para recibir la luz que sale del prisma, al menos una lente base posicionada para recibir la luz después de atravesar la primera lente varifocal, un detector posicionado para recibir la luz después de pasar a través de la lente base, y un primer actuador configurado para mover la primera lente varifocal en al menos una dirección perpendicular al eje de propagación de la luz que pasa a través de la primera lente varifocal. El sistema de lentes en miniatura tiene una pequeña altura z y se puede implementar en dispositivos móviles como teléfonos móviles.

El documento US2012249815A1 (D3) de BOHN et al. describe (resumen): En realizaciones de una cámara de trayectoria de imagen plegada, un dispositivo incluye un módulo de lente de cámara que enfoca una imagen, que es recibida como luz reflejada. Un sensor de imagen captura la imagen de la luz reflejada que está dirigida al sensor de imagen. El dispositivo incluye también una o más ópticas que doblan la luz reflejada de la imagen a lo largo de una trayectoria de imagen dirigida a través del módulo de lente de la cámara y dirigida al sensor de imagen. La trayectoria de la imagen dirigida a través del módulo de lente de la cámara puede ser aproximadamente perpendicular a un eje a lo largo del que la luz reflejada de la imagen es recibida por medio de una abertura del dispositivo. Alternativamente, la trayectoria de la imagen dirigida a través del módulo de lente de la cámara es aproximadamente paralela al eje a lo largo del que se recibe la luz reflejada de la imagen por medio de la abertura del dispositivo.

En un aspecto, la presenta invención se refiere a una cámara de apertura dual, que comprende: un módulo de cámara de plegado que comprende un OPFE para plegar la luz de una primera trayectoria óptica a una segunda trayectoria óptica, un sensor de imagen del módulo de cámara de plegado y un módulo de lente de cámara de plegado con un eje de lente a lo largo de un segundo eje óptico paralelo a la segunda trayectoria óptica. El módulo de cámara de plegado está diseñado para mover el módulo de lente de la cámara de plegado en una primera dirección paralela al segundo eje óptico y en una segunda dirección perpendicular a la primera dirección y para inclinar el OPFE alrededor de la segunda dirección, estando la primera y segunda direcciones en un plano que incluye el segundo eje óptico y que es perpendicular a las trayectorias primera y óptica. El módulo de lente de la cámara de plegado es móvil para tener una distancia focal de lente en el intervalo de 6 a 15 mm, y el módulo de la cámara de plegado está diseñado para permitir el enfoque y la estabilización óptica de imagen (OIS); y un módulo de cámara sin plegado que comprende un sensor de imagen de cámara sin plegado y un módulo de lente de cámara sin plegado con un eje de lente a lo largo de un primer eje óptico perpendicular al segundo eje óptico.

En una realización de la presente invención, la cámara de apertura dual es una en la que el OPFE incluye un prisma o un espejo.

En una realización de la presente invención, la cámara de apertura dual comprende además un subconjunto de accionamiento de lente configurado para causar el movimiento del módulo de lente de la cámara plegada en la primera y segunda direcciones y un subconjunto de accionamiento del OPFE configurado para provocar que el OPFE se incline alrededor de la segunda dirección para compensar la inclinación del módulo de la cámara de plegado alrededor de la segunda dirección.

En una realización de la presente invención, la cámara de apertura dual comprende además un controlador de actuación configurado para recibir una entrada de datos que indican la inclinación al menos en una dirección y una entrada de datos de sensores de posición acoplados al subconjunto de accionamiento de la lente y, en respuesta a la entrada de datos, configurado para generar instrucciones para el subconjunto de accionamiento de la lente para que causen el movimiento del módulo de lente de la cámara de plegado en la segunda dirección para la OIS.

En una realización de la presente invención, la cámara de apertura dual es una en la que el subconjunto de accionamiento de la lente incluye una pluralidad de pares de bobina-imán para accionar el movimiento del módulo de lente de la cámara de plegado.

En una realización de la presente invención, la cámara de apertura dual es una en la que el subconjunto de accionamiento del OPFE incluye al menos un par de bobina-imán para accionar la inclinación de OPFE.

En una realización de la presente invención, la cámara de apertura dual es una en la que el controlador de actuación está configurado además para recibir datos de entrada que indiquen el enfoque, y, en respuesta a la entrada de datos, está configurado para generar instrucciones para el subconjunto de accionamiento de la lente para causar un movimiento en la primera dirección para el autoenfoque (AF)

En una realización de la presente invención, la cámara de apertura dual es una en la que el controlador de actuación está configurado además para recibir una entrada de datos que indiquen la inclinación al menos en una dirección y una entrada de datos de sensores de posición acoplados al subconjunto de accionamiento del OPFE y, en respuesta a la entrada de datos, configurada para generar instrucciones al subconjunto de accionamiento del OPFE para causar la inclinación del OPFE.

En una realización de la presente invención, la cámara de apertura dual es una en la que la pluralidad de pares de bobina-imán incluye dos pares de bobina-imán.

En una realización de la presente invención, la cámara de apertura dual es una en la que al menos uno de la pluralidad de los pares de bobina-imán está colocado entre el módulo de lente de la cámara de plegado y el sensor de imagen de la cámara de plegado.

En una realización de la presente invención, la cámara de apertura dual es una en la que el al menos un par de bobinaimán está colocado debajo del OPFE.

En una realización de la presente invención, la cámara de apertura dual es una en la que los sensores de posición son sensores Hall.

En una realización de la presente invención, la cámara de apertura dual es una en la que el módulo de cámara de plegado tiene una altura (H) de cámara de plegado en la dirección x que puede estar en el intervalo de 4 a 7 mm.

En un aspecto, la presente invención está dirigida a un teléfono inteligente que incluye la cámara de apertura dual descrita en este documento. En una realización de la presente invención, la cámara de apertura dual es una en la que el módulo de cámara sin plegado tiene una distancia focal de la lente en el intervalo de 3 a 5 mm.

Descripción breve de los dibujos

Se describen a continuación ejemplos no limitadores de realizaciones descritas en esta memoria haciendo referencia a las Figuras adjuntas a la memoria que se enumeran a continuación de este párrafo. Los dibujos y las descripciones pretenden iluminar y aclarar las realizaciones descritas en esta memoria, y no deben de ninguna manera ser considerados como limitadores. Los elementos similares de los diferentes dibujos pueden estar indicados con números similares. Los elementos de los dibujos no están necesariamente dibujados a escala.

La Figura 1 muestra una ilustración esquemática de un módulo de cámara de plegado que comprende mecanismos de AF y OIS, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita;

La Figura 2A muestra esquemáticamente una vista isométrica de un módulo de cámara de plegado que comprende mecanismos de AF y OIS, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita;

La Figura 2B muestra esquemáticamente un diagrama de bloques funcional de un dispositivo que incluye un módulo de cámara de plegado operativo para realizar el AF y la OIS, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita;

La Figura 3A muestra esquemáticamente una vista isométrica de una cámara de apertura dual que incluye el módulo de cámara de plegado de la Figura 2 junto con un segundo módulo de cámara vertical, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita;

La Figura 3B muestra esquemáticamente una vista exterior de una cámara de apertura dual que incluye el módulo de cámara de plegado de la Figura 2 junto con un segundo módulo de cámara vertical, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita;

La Figura 4 muestra esquemáticamente una vista isométrica de la cámara de apertura dual de la Figura 3A con el módulo de lente plegado retirado de su montaje y girado hacia abajo, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita;

La Figura 5A muestra una vista isométrica en despiece ordenado de una realización de un subconjunto de accionamiento del OPFE, en el que el OPFE en forma de prisma, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita; La Figura 5B muestra una vista lateral de parte del subconjunto de accionamiento del OPFE de la Figura 5A, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita;

La Figura 5C muestra una vista en despiece ordenado isométrico de un subconjunto de accionamiento del OPFE, en el que el OPFE tiene la forma de un espejo, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita;

La Figura 5D muestra una vista lateral de parte del subconjunto de accionamiento del OPFE de la Figura 5C, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita;

La Figura 5E muestra esquemáticamente los movimientos de AF y de la OIS del módulo de lente y el movimiento de inclinación de la OIS del OPFE, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita;

La Figura 6 muestra varias vistas de otra realización de un subconjunto de accionamiento del OPFE en el que el OPFE con forma de prisma, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita: (a) vista isométrica, (b) vista lateral exterior, (c ) vista lateral interior y (d) vista isométrica inferior;

La Figura 7 muestra detalles de un actuador de un módulo de cámara de plegado descrito en la memoria presente, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita;

La Figura 8 muestra el actuador de la Figura 7 a lo largo de un corte A-A mostrado en la Figura 7 en una vista isométrica;

La Figura 9A muestra el actuador de la Figura 7 a lo largo de un corte A-A mostrado en la Figura 7 en una vista lateral; La Figura 9B muestra una simulación magnética a lo largo del mismo corte A-A, donde las flechas muestran la dirección del campo magnético, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita;

La Figura 10 muestra una disposición para el accionamiento de la lente con tres actuadores, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita;

La Figura 11 muestra una disposición para el accionamiento de la lente con dos actuadores, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita;

La Figura 12A muestra esquemáticamente una vista isométrica de otro módulo de cámara de plegado que comprende mecanismos de AF y de OIS, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita;

La Figura 12B muestra esquemáticamente una vista isométrica de la cámara de apertura dual de la Figura 12A con el módulo de lente plegado retirado de su montaje, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita;

La Figura 12C muestra esquemáticamente una vista isométrica de la cámara de apertura dual de la Figura 12A con el módulo de lente de plegado en (a) una vista regular y (b) invertida, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita; y

La Figura 13 muestra esquemáticamente un imán del módulo con lente de plegado de la Figura 12C revestido con un revestimiento de absorción y dispersión, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita.

Descripción detallada

La Figura 1 muestra una ilustración esquemática de un diseño que proporciona un módulo de cámara de plegado de "baja altura". La Figura muestra un módulo de cámara de plegado 100 que comprende un OPFE 102, un módulo de lente 104 configurado para contener mecánicamente elementos de la lente en su interior y un sensor de imagen 106. Un OPFE 102 puede ser, por ejemplo, uno cualquiera de un espejo, un prisma o un prisma cubierto con una superficie reflectante metálica. El OPFE 102 puede ser fabricado a partir de varios materiales que incluyen, por ejemplo, plástico, vidrio, un metal reflectante o una combinación de dos o más de estos materiales. Según algunos ejemplos no limitadores, el módulo de lente de la cámara 100 tiene una distancia focal de 6-15 mm ("lente Tele"), y puede ser instalado en una cámara de apertura dual junto con un segundo módulo de cámara sin plegado que tiene una lente de distancia focal de 3-5 mm ("lente ancha") y un segundo sensor (no mostrado).

La funcionalidad del AF de la lente Tele es conseguida moviendo el módulo 104 de la lente a lo largo del eje Z. El solicitante ha encontrado que la funcionalidad de la OIS para la cámara 100 puede ser conseguida al menos de dos maneras. Para compensar la inclinación de la cámara alrededor del eje Z, el módulo de lente 104 puede ser desplazado en la dirección Y y/o el OPFE 102 puede ser inclinado alrededor del eje Z o del eje X. Sin embargo, el análisis óptico realizado por el solicitante ha demostrado que la inclinación del OPFE alrededor del eje Z introduce además una inclinación no deseable de la imagen alrededor del eje Z (balanceo) sobre el sensor 106. Por tanto, esta solución es insuficiente, ya que contradice el criterio básico en el que se basa la funcionalidad de la OIS y porque aumenta también el tiempo de fusión computacional (necesario para generar una imagen fusionada en una cámara de apertura dual a partir de la fusión de la imagen panorámica, generada por la lente ancha, y una imagen Tele, generada por la lente Tele) debido a la disparidad de imágenes de los sensores Tele y Wide (ancho).

El solicitante ha encontrado además que para compensar la inclinación de la cámara alrededor del eje Y, el módulo de lente puede ser movido en la dirección X y/o el OPFE puede ser inclinado alrededor del eje Y. Sin embargo, el solicitante ha descubierto además que cuando es desplazado el módulo de lente en la dirección X, la altura del módulo aumenta. Desplazar el módulo de lente en la dirección X para la OIS y en la dirección Z para enfocar puede requerir que se aumente la altura del módulo hasta aproximadamente 9-9,5mm para una lente con un diámetro de 6-6,5mm, como es el caso de las soluciones de la OIS conocidas. Este aumento de altura se refleja directamente en el grosor del teléfono y es no deseable según los requisitos de diseño de los teléfonos inteligentes modernos.

En consecuencia, la materia objeto ahora descrita incluye un módulo de cámara de plegado que comprende mecanismos de AF y de la OIS de una manera que permite el mantenimiento de una altura deseada del módulo de cámara de plegado. Además, la incorporación de dichos mecanismos y capacidades no presenta como resultado una penalización de la altura de la cámara. La materia objeto ahora descrita contempla además una cámara de apertura dual de lente de plegado que incorpora dicho módulo de cámara de plegado.

Las realizaciones descritas en esta memoria ilustran módulos de cámara de plegado y cámaras de doble apertura con lente de plegado en las que la funcionalidad de la OIS se divide entre dos elementos ópticos de la siguiente manera: un desplazamiento del módulo de lente de plegado a lo largo de un eje (por ejemplo, el eje Y) y el giro de la OPFE sobre un eje paralelo al mismo eje.

En una realización, se proporciona un módulo de cámara de plegado que comprende un OPFE para plegar la luz desde una primera trayectoria óptica a una segunda trayectoria óptico, estando la segunda trayectoria óptica a lo largo del segundo eje óptico. El módulo de la cámara de plegado comprende además un sensor de imagen, y un módulo de lente que porta un conjunto de lentes con un eje de simetría a lo largo del segundo eje óptico, en donde el módulo de lente está diseñado para moverse en una primera dirección y en una segunda dirección ortogonal a la primera dirección, estando la primera y segunda direcciones en un plano que contiene el segundo eje óptico y perpendicular a un plano que contiene las primeras y segunda trayectorias ópticas, y en donde el OPFE está diseñado para inclinarse alrededor de la segunda dirección.

Debe tenerse en cuenta que, tal como se usa en esta memoria, "inclinación alrededor de una dirección" significa inclinación alrededor de una línea o eje en, o paralelo a, la dirección.

En la descripción siguiente (y según se muestra en la Figura 2 al menos), un elemento reflectante (OPFE) 208 refleja la luz de una primera trayectoria o dirección óptica 205 a una segunda trayectoria o dirección óptica 206 (esta última converge con el segundo eje óptico). Tanto la primera como la segunda direcciones ópticas definen un plano (aquí "primer plano") que contiene ambos ejes ópticos.

El siguiente sistema de coordenadas ortogonales X-Y-Z se elige a modo de ejemplo y solo con fines de explicación: el eje Z es paralelo a (o coaxial con) el segundo eje óptico, el segundo eje óptico es un eje del módulo de cámara de plegado que se describe a continuación; el eje Y es ortogonal a un primer eje óptico y al segundo eje óptico; el eje X es ortogonal a los ejes Y y Z.

La Figura 2A muestra esquemáticamente una vista isométrica de un módulo de cámara de plegado numerado 200, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita. El módulo de cámara de plegado 200 comprende un sensor de imagen 202 que tiene una superficie de imagen en el plano X-Y, un módulo de lente 204 con un eje óptico 206 definido anteriormente como "segundo eje óptico" y un OPFE 208 que tiene un plano de superficie 210 inclinado hacia la superficie del sensor de imagen, de manera que la luz que llega a lo largo de una primera trayectoria o dirección óptica 205 es inclinada por el OPFE hacia el segundo eje óptico o la dirección 206.

El módulo de cámara de plegado 200 comprende además un subconjunto de accionamiento de lente 230 (mostrado en la Figura 4) para mover el módulo de lente 204 en el plano Y-Z ("segundo plano"). El subconjunto de accionamiento de la lente 230 comprende un barril de lente 214 (fabricado, por ejemplo, de plástico), que aloja elementos de la lente 204. El subconjunto de accionamiento de la lente 230 comprende además una estructura colgante que comprende cuatro miembros colgantes flexibles 216a-d que cuelgan el barril de lente 214 sobre una base 218 (véase la Figura 4). Los miembros 216a-d son paralelos entre sí. En algunas realizaciones, los miembros 216a-d pueden tener la forma de cuatro cables y pueden ser denominados "resortes de cable" o "polos". Los miembros colgantes 216a-d permiten un movimiento en el plano que es conocido en la técnica y está descrito, por ejemplo, en la solicitud de patente PCT publicada N° WO2015/068056 del solicitante, cuya descripción y figuras se incorporan en este documento como referencia en su totalidad. La estructura colgante con los elementos 216a-d permite, por tanto, un primer tipo de movimiento del módulo de lente respecto a la base sustancialmente en el plano Y-Z bajo la actuación de tres actuadores. Un actuador puede ser, por ejemplo, de un tipo llamado a veces en la técnica "motor de bobina de voz" (VCM). El subconjunto de accionamiento de la lente 230 comprende además tres imanes 222a-c (mostrados en la Figura 4) que forman parte de tres estructuras magnéticas (por ejemplo, VCM) denominadas a continuación primer actuador, segundo actuador y tercer actuador, respectivamente. Cada actuador comprende una bobina además de un imán respectivo. De este modo, el primer actuador comprende el imán 222a y una bobina 224a, el segundo actuador comprende el imán 222b y una bobina 224b y el tercer actuador comprende el imán 222c y una bobina 224c.

El módulo de cámara 200 comprende además un subconjunto de accionamiento del OPFE que permite la inclinación del OPFE 208. Una primera realización numerada 260 de dicho subconjunto de accionamiento es mostrada en las Figuras 5A-E.

La Figura 2B muestra esquemáticamente un diagrama de bloques funcional del dispositivo 250 que incluye un módulo de cámara de plegado tal como el módulo 200, operativo para realizar el AF y la OIS. El dispositivo puede ser, por ejemplo, un dispositivo electrónico portátil tal como un teléfono inteligente. El dispositivo 250 incluye, además del módulo de cámara de plegado 200, un giróscopo 262, un motor de actuación/controlador de OIS\AF 264 (simplemente denominado también "controlador de actuación") y un controlador del dispositivo portátil/teléfono 266. El módulo de cámara de plegado se muestra incluyendo los elementos descritos anteriormente y a continuación. El rendimiento de la OIS y el AF por dispositivo (por ejemplo, un teléfono inteligente) 250 se describe en detalle a continuación. En general, el giróscopo 262 proporciona datos de entrada indicativos de la inclinación al menos en una dirección al controlador 264. De manera similar, los sensores de posición 226a-c y 246 (el último descrito a continuación) están configurados para proporcionar entradas de posición al motor/controlador 264. El controlador del dispositivo\teléfono 266 está acoplado al sensor de imagen y está configurado para proporcionar instrucciones al controlador de actuación 264. Las instrucciones incluyen, por ejemplo, la posición deseada del AF y/o el conmutador de activación/desactivación de la OIS. El controlador de actuación 264 puede proporcionar comandos de activación, que responden a la entrada de datos desde el giróscopo y los sensores de posición, a las bobinas de activación 224a-c y 244 (la última se describe a continuación) para generar un movimiento que compense la inclinación detectada y/o para obtener una posición de enfoque deseada.

El módulo de cámara de plegado 200 puede, por ejemplo, estar incluido en una cámara de apertura dual con lente de plegado descrita en la solicitud de patente publicada de los EE. UU. US 20160044247 del solicitante. La Figura 3A muestra esquemáticamente una vista isométrica de una cámara 300 de apertura dual con lente de plegado que incluye el módulo de cámara de plegado de la Figura 2 junto con un segundo módulo de cámara vertical. La Figura 3B muestra esquemáticamente la cámara 300 en una vista exterior. La cámara 300 incluye, además del módulo de cámara de plegado 200, un módulo de cámara vertical (sin plegado) 280 que tiene un primer eje óptico 252 que es perpendicular al segundo eje óptico y al segundo plano. La altura de la cámara de apertura dual está indicada por H. H puede estar comprendida, por ejemplo, entre 4mm y 7mm.

La Figura 4 muestra, para mayor claridad, la cámara 300 que incluye el módulo de cámara de plegado 200 con el subconjunto de accionamiento de la lente 230 (que comprende el barril de la lente 214 y sus polos 216a-d) desmontados de la base 218 y vueltos del revés, mostrando un lado inferior con dos secciones de placa 220a y 220b. Los tres imanes 222a-c están situados (por ejemplo, rígidamente ensamblados/montados/pegados) en las secciones de la placa inferior.

Las tres bobinas 224a-c correspondientes están situadas en la base 218. Cuando está ensamblado el subconjunto 230 de accionamiento de la lente, los imanes 222a, 222b y 222c están situados justo por encima de las bobinas 224a, 224b y 224c, respectivamente. Según se describe a continuación (sección de la "operación magnética"), en funcionamiento, una fuerza de Lorentz puede ser aplicada a la bobina 224a a lo largo de la dirección del eje Y y a dos imanes 222b-c a lo largo de la dirección del eje Z. Según se describe a continuación (sección de la "operación mecánica"), el hecho de tener estas tres fuerzas en los tres imanes permite tres grados de libertad mecánica al movimiento del centro de masa del subconjunto de accionamiento de la lente 230: movimientos lineales Y y Z, e inclinación alrededor del movimiento del eje X.

El movimiento del subconjunto de accionamiento de la lente 230 en las direcciones Y y Z (es decir, en el plano Y-Z) puede ser medido mediante sensores de posición, por ejemplo sensores de Hall-bar (o simplemente "Hall-bars") 226ac que están acoplados al campo magnético creado por, respectivamente, los imanes 222a-c. Cuando el módulo de lente se mueve en el plano Y-Z, el campo magnético detectado por las Hall-bars 226a-c cambia y el movimiento puede ser detectado en tres puntos, según es conocido en la técnica. Esto permite la determinación de tres tipos de movimiento, es decir, movimiento en la dirección Y, movimiento en la dirección Z e inclinación alrededor del movimiento del eje X.

La Figura 5A muestra una vista isométrica en despiece ordenado del subconjunto de accionamiento del OPFE 260, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita. Según el ejemplo ilustrado, el subconjunto de accionamiento del OPFE 260 incluye resortes de articulación 236a-b que suspenden el prisma y que pueden convertir el movimiento lineal en movimiento angular. Estos resortes de articulación permiten la inclinación del prisma 208 alrededor de un eje de articulación 232, que es paralelo o está a lo largo del eje Y. La inclinación puede ser, por ejemplo, ± 1° desde una posición cero (reposo) del prisma.

En una realización mostrada en la Figura 5A, los resortes de articulación pueden tener la forma de soportes flexibles de una sola pieza 236a y 236b, cada uno fijado a un lado del prisma. El prisma y su plano de superficie reflectante 210, el eje de articulación 232 y el soporte flexible 236b son mostrados también en una vista lateral en la Figura 5B. El subconjunto de accionamiento 260 incluye además un actuador 238 (denominado en adelante "cuarto" actuador) que incluye un imán 242 acoplado rígidamente al prisma 208 (en el ejemplo ilustrado-por medio de un adaptador 215) y de una bobina 244 acoplada rígidamente a una base 212’.

Con respecto a un resorte de articulación, éste puede ser diseñado de dos formas diferentes al menos. En un diseño, mencionado y mostrado en las Figuras 5A y 5B, el resorte articulado puede comprender dos soportes flexibles de una sola pieza 236a y 236b fijados a cada lado del prisma. Otro diseño está ilustrado en las Figuras 5C y 5D. La Figura 5C muestra una vista en despiece ordenado isométrica de otra realización de un subconjunto de accionamiento del OPFE 260’, en el que el OPFE tiene la forma de un espejo 208. La Figura 5D muestra el subconjunto de accionamiento 260' ensamblado, en una vista lateral. El subconjunto de accionamiento 260’ incluye un resorte de articulación que tiene dos conjuntos de resortes de hojas montados en cada lado del espejo, un primer conjunto que tiene dos miembros de resorte 240a y 240b perpendiculares entre sí y un segundo conjunto que tiene dos elementos de resorte 240c y 240d perpendiculares entre sí. El eje de giro está formado alrededor de una línea virtual dibujada entre los puntos de intersección de cada conjunto de resortes 240a-b y 240c-d. La Figura 5E muestra esquemáticamente los movimientos del AF y de la OIS del módulo de lente y el movimiento de inclinación de la OIS del OPFE.

El resorte de articulación de cualquiera de las realizaciones presentadas puede convertir la fuerza en cualquier dirección paralela al plano X-Z en un momento alrededor del eje Y, de manera que se crea una inclinación alrededor del eje Y.

Según se describe haciendo referencia a las Figuras 5C y 5D y más adelante, en funcionamiento, una fuerza de Lorentz puede estar aplicada entre la bobina 244 y el imán 242 para mover el imán 242 en una dirección indicada por una flecha 254 (Figura 5D). Esta fuerza (y el movimiento del imán) es convertido a continuación por la articulación en un movimiento de inclinación alrededor del eje Y indicado por una flecha 256 (Figura 5D). El movimiento es medido con un sensor Hall-bar 246. En el módulo de cámara 200, el cuarto actuador está dispuesto de tal manera que la fuerza aplicada está en la dirección X-Z o -X+Z, (a 45 grados a ambos ejes X y Z, véase a continuación la sección de la "operación magnética"). Sin embargo, en otros ejemplos, la orientación del cuarto actuador puede ser tal que la fuerza está dirigida a cualquier ángulo del plano X-Z, siempre que se aplique un par alrededor del eje de la articulación 232 (por ejemplo, el cuarto actuador según se muestra en la realización de la Figura 5A). Los actuadores y los sensores Hall-bars del módulo de cámara 200 se enumeran en la Tabla 1.

Tabla 1

Según la materia del objeto ahora descrito, el módulo de cámara 200 comprende además o está operativamente conectado al menos a un controlador (por ejemplo, el controlador 264) configurado para controlar el funcionamiento de la lente y los subconjuntos de accionamiento del OPFE 230 y 260 para generar un movimiento para compensar las sacudidas de la cámara que inclinan el módulo de cámara cuando está en uso, proporcionando así la OIS. El controlador está configurado para recibir datos detectados indicativos de la posición de la lente y de la posición del OPFE e información de inclinación del giróscopo y, basándose en los datos recibidos, generar instrucciones para causar la actuación de los subconjuntos 230 y 260 para crear el movimiento del módulo de lente y el OPFE que compensa la inclinación involuntaria del módulo de cámara de plegado (y, por tanto, proporcionar la OIS).

La inclinación OPFE compensa la inclinación de la cámara alrededor del eje Y. El movimiento del módulo de lente de plegado en la dirección Y compensa la inclinación de la cámara alrededor del eje Z. El controlador recibe datos sobre la inclinación alrededor de Y e inclina el OPFE alrededor del eje Y en consecuencia.

El controlador recibe datos sobre la inclinación alrededor de Z y mueve el módulo de lente en la dirección Y en consecuencia. Puede haber una inclinación no deseable del módulo de lente sobre el eje X. Según se explica a continuación, en algunos ejemplos, el controlador puede estar configurado para recibir datos que indican dicha inclinación no deseable y para proporcionar órdenes para los subconjuntos de accionamiento 230 y 260 para crear potencia de inclinación para que se inclinen en una dirección opuesta a la inclinación no deseable.

La Figura 6 muestra varias vistas de otra realización de un subconjunto de accionamiento del OPFE, numerado 290, en el que el OPFE tiene la forma de un prisma 308 con una superficie reflectante 310, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita: (a) vista isométrica, (b) vista lateral exterior, (c) vista lateral interior y (d) vista isométrica inferior.

El subconjunto de accionamiento del OPFE 290 comprende una estructura colgante que incluye cuatro miembros colgantes flexibles 292a-d que cuelgan el prisma 308 sobre una base 320. Los miembros colgantes flexibles 292a-d son similares a los miembros colgantes flexibles 216a-d, excepto que en lugar de ser paralelos están inclinados. Por tanto, se los conoce como "miembros colgantes inclinados". Los miembros colgantes inclinados 292a-d están montados de manera fija sobre la base 320 en un extremo del miembro respectivo y fijados al prisma en el otro extremo del miembro por medio de los puntos de articulación 298a y 298b y por medio de los paneles laterales 296a y 296b. En particular, los miembros colgantes inclinados 292a y 292b están fijados por medio del punto de articulación 298a al panel lateral 296a y los miembros colgantes inclinados 292c y 292d están fijados por medio del punto de articulación 298b al panel lateral 296b. Los paneles laterales están acoplados de manera fija a los lados opuestos del prisma. Los miembros colgantes inclinados 292a-d permiten la inclinación del prisma 308 alrededor de un eje de articulación (virtual) 294, que es paralelo o a lo largo del eje Y. El subconjunto de accionamiento 290 incluye además un "quinto" actuador que incluye un imán 344 acoplado rígidamente al prisma 308 y una bobina 346 acoplada rígidamente a la base 320. Este actuador tiene una capacidad similar a la del cuarto actuador que comprende el imán 244 y la bobina 246.

En funcionamiento, puede estar aplicada una fuerza de Lorentz entre la bobina 344 y el imán 346 para mover el imán 346 hacia la izquierda (flecha 352) o hacia la derecha (flecha 354). Esta fuerza (y el movimiento del imán) es convertida a continuación por los miembros colgantes inclinados en un movimiento de inclinación ("péndulo") alrededor del eje 294. La inclinación puede ser típicamente de ± 1° desde una posición cero (reposo) del prisma. El movimiento es medido por una Hall-bar (no mostrada) según se ha explicado anteriormente. Una realización de este tipo permite aumentar la sensibilidad de la Hall-bar a la acción de inclinación, al aumentar el movimiento relativo entre el imán 244 y la Hall-bar.

Operación óptica de los elementos de los actuadores

En las cámaras compactas, el enfoque y, en particular, el autoenfoque (AF) son realizados cambiando todo el módulo de lente respecto al sensor de imagen de la cámara, de manera que se cumple la siguiente ecuación:

donde "f" es la distancia focal, "u" es la distancia entre el objeto y la lente y "v" es la distancia entre la lente y el sensor de imagen. En el módulo de cámara 200, el enfoque (y el enfoque automático) pueden ser realizados cambiando el módulo de la lente 204 a lo largo del eje Z.

Según se describe en esta memoria, la OIS está configurada para compensar las sacudidas de la cámara que desplazan el módulo de cámara respecto a seis grados de libertad (X-Y-Z, balanceo, guiñada y cabeceo). Sin embargo, según se ha mencionado anteriormente, el movimiento lineal en X-Y-Z afecta de manera insignificante a la calidad de la imagen y no tiene que ser compensado. El movimiento de guiñada del módulo de cámara (inclinación alrededor del eje Z en el módulo de cámara 200) produce un movimiento de la imagen a lo largo del eje Y en el sensor de imagen. El movimiento de guiñada puede entonces ser compensado por el módulo de cámara 200 mediante un desplazamiento del módulo de lente 204 a lo largo del eje Y. El movimiento de cabeceo del módulo de cámara (inclinación alrededor del eje Y en el módulo de cámara 200) da lugar a un movimiento de la imagen a lo largo del eje X en el sensor. El movimiento de cabeceo puede ser compensado por el módulo de cámara 200 con una inclinación del prisma 206 alrededor del eje Y.

Funcionamiento magnético de los elementos de los actuadores

Se hará referencia ahora al funcionamiento de cada uno de los cuatro actuadores, describiendo en detalle y como ejemplo de funcionamiento del primer actuador. El funcionamiento del segundo, tercer, cuarto y quinto actuadores es similar. La Figura 7 muestra elementos del primer actuador, es decir, la bobina 224a y el imán 222a, con la Hall-bar 226a asociada. La bobina 224a puede tener, por ejemplo, una forma de disco-rectángulo (estadio), de manera que tenga un vértice largo 710 y un vértice corto 712. Según un ejemplo, la bobina 224a puede estar hecha de un cable de cobre cubierto por una capa delgada de plástico (revestimiento) con diámetros interior/exterior, respectivamente, dentro del intervalo de 40-60 pm, con varias decenas de espiras por bobina, de manera que la resistencia total es típicamente del orden de 10-30 ohmios por bobina. El imán 222a puede ser, por ejemplo, un imán permanente, hecho de una aleación de neodimio (por ejemplo, Nd²FeuB) o de una aleación de samario-cobalto (por ejemplo, SmCos). El imán 222a puede ser fabricado (por ejemplo, sinterizado) de manera que cambie la dirección de los polos magnéticos: en el lado izquierdo, el polo magnético norte está encarado a la dirección X negativa, mientras que en el lado derecho el polo norte está encarado hacia la dirección X positiva. Dichos imanes de "cambio polar" son conocidos en la técnica y han sido descritos, por ejemplo, en la solicitud de patente PCT WO2014/100516A1.

La Figura 8 y la Figura 9A muestran el primer actuador a lo largo de un corte A-A mostrado en la Figura 7 en vistas isométrica y lateral respectivamente. Se muestra que la bobina 224a tiene un diámetro de 60 pm y 48 espiras por bobina. En la Figura 9A, la marca de un punto "." indica la corriente que sale del plano de la página hacia el lector (dirección Z positiva) y una marca "x" indica la corriente en la dirección Z negativa. Los polos magnéticos del imán 222a están indicados, al igual que la posición de la Hall-bar 226a.

La Figura 9B muestra una simulación magnética a lo largo del mismo corte A-A, donde las flechas muestran la dirección del campo magnético. Se conoce que la fuerza de Lorentz es igual a:

donde I es la corriente en la bobina, B es el campo magnético y dL es un elemento de cable. Por tanto, resultará evidente que para el estado de corriente/imán indicado, una fuerza que se encuentra principalmente en la dirección Y negativa es aplicada por el imán a la bobina. Según la tercera ley de Newton, la bobina del imán aplica una fuerza igual y negativa, principalmente en la dirección positiva de Y.

En la realización presentada en esta memoria, la Hall-bar está situada en la zona vacía en medio de la bobina 224a. En otras realizaciones, la Hall-bar puede estar situada en otra posición (por ejemplo, a continuación de la bobina), siempre que esté acoplada magnéticamente al elemento magnético correspondiente.

Estructura mecánica de cuatro resortes

Se puede usar una estructura mecánica que comprende cuatro cables redondos para el movimiento sobre el plano en mecanismos de la OIS, véase, por ejemplo, la solicitud de patente PCT W02015/060056 publicada por el solicitante, cuya descripción y Figuras han sido incorporadas en su totalidad a esta memoria como referencia. La Tabla 2 que sigue a continuación enumera ejemplos del primer modo de movimiento respecto a seis grados de libertad para cables con un diámetro dentro del intervalo de 50-100 pm hechos, por ejemplo, de metal (por ejemplo, aleación de acero inoxidable) y que llevan un conjunto de accionamiento de doble eje con una masa de 0,5-1 gramos.

Tabla 2

El intervalo de frecuencia típico para el movimiento en tres modos, el modo Y, el modo Z y el modo de “inclinación alrededor de X" es mucho más pequeño que para los otros tres modos. Esto significa que físicamente, el movimiento en el modo X, en el modo de "inclinación alrededor de Y" y en el modo de "inclinación alrededor de Z" son mucho más rígidos y es poco probable que ocurran bajo fuerzas pequeñas como las que existen en el sistema (en el orden de 0,01 N).

Según se ha explicado anteriormente, el movimiento a lo largo del eje Y permite la actuación de la OIS, mientras que el movimiento a lo largo del eje Z permite la actuación del AF en los módulos conocidos de cámara de apertura única (por ejemplo, según se describe en PCT/IB2014/062181), un movimiento de inclinación alrededor del eje X (en las realizaciones mostradas en esta memoria, un eje paralelo al primer eje óptico) no influye en la imagen, ya que los módulos de lente son axisimétricos respecto a este eje. En las realizaciones de cámaras de lente de plegado descritas en esta memoria, el eje X se encuentra en el plano que contiene la primera y la segunda trayectorias ópticas y es perpendicular al segundo eje óptico. En las cámaras descritas en esta memoria, una inclinación del eje X puede causar distorsión o desplazamiento de la imagen, por lo que no es deseable. Por tanto, se describen a continuación dos métodos de prevención de la "inclinación del eje X no deseable".

Un primer método para evitar la inclinación del eje X es cancelarlo activamente. Se describe este método haciendo referencia al módulo de cámara 200. Según se ha explicado anteriormente, la operación del primer actuador crea una fuerza sobre el imán 222a en la dirección ± Y, mientras que la operación de los actuadores segundo y tercero crea una fuerza sobre los imanes 222b y 222c en la dirección ± Z. Sin embargo, dado que las fuerzas aplicadas a los imanes son aplicadas también al subconjunto de accionamiento de la lente 230, que es un cuerpo rígido, la traslación de la fuerza sobre cada imán es trasladada también a un momento en el centro de masa del subconjunto de accionamiento de la lente 230. La Tabla 3 muestra el resultado de la fuerza aplicada sobre cada uno de los imanes 222a-c al centro de masa del subconjunto del actuador de lente 230. El uso de una combinación de los tres actuadores (primero, segundo y tercero) puede crear fuerza en el plano Z-Y y un momento alrededor del eje X de manera que se consigue el movimiento deseado, concretamente, la creación del movimiento Y para la OIS, la creación del movimiento Z para el autoenfoque y la eliminación de cualquier inclinación del eje X no deseable.

Tabla 3

Un segundo método para evitar la inclinación del eje X es "pasivo" y se basa en reducir las fuerzas del momento creadas por el primero, segundo y tercer actuador. Este método se demuestra esquemáticamente utilizando las disposiciones de los actuadores mostradas en la Figura 10 y en la Figura 11.

la Figura 10 muestra un barril de lente 1014 que lleva un módulo de lente 1004 con componentes de tres actuadores (primero, segundo y tercero) similares a los actuadores en las realizaciones anteriores (imanes 1022a, 1022b y 1022c situados justo por encima de las bobinas 1024a, 1024b y 1024c, respectivamente). Los actuadores que incluyen estos elementos no producen una inclinación no deseable alrededor del eje X. Debe tenerse en cuenta que el imán 1022b y la bobina 1024b son mostrados en esta memoria extendiéndose sustancialmente (es decir, con una dimensión longitudinal) a lo largo del ancho total del barril de la lente (en la dirección Y). Esta disposición permite colocar el imán y la bobina entre el barril de la lente y el sensor. Esto resulta beneficioso, ya que aunque una parte del actuador está situada debajo del barril de la lente, la altura total del módulo (en la dirección X) aumenta por debajo de la altura requerida. De manera ejemplar, la longitud del imán 1022b y de la bobina 1024b en la dirección Y puede ser de aproximadamente 7-8 mm y el ancho del imán 1022b y de la bobina 1024b en la dirección Z pueden ser de aproximadamente 2-3 mm. La altura de todas las bobinas es, por ejemplo, de aproximadamente 0,5 mm. La disposición del primero, segundo y tercer actuadores es tal que el momento en el centro de masa del subconjunto de accionamiento de la lente es mínimo. Es decir, estos actuadores no producen una inclinación no deseable alrededor del eje X. La Tabla 4 muestra la traslación de la fuerza en cada uno de los imanes 1022a-c al centro de masa del subconjunto de accionamiento de la lente.

Tabla 4

La Figura 11 muestra una disposición para el accionamiento de la lente con dos actuadores, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita. La disposición del actuador usa solo dos actuadores (por ejemplo, el primero y el segundo) de los actuadores de la Figura 10. Esta disposición es más sencilla, ya que puede conseguir el mismo resultado retirando un actuador de la disposición de la Figura 10.

La Figura 12A muestra esquemáticamente una vista isométrica de otro módulo de cámara de plegado numerado 1100, según un ejemplo de la materia objeto ahora descrita. Debe tenerse en cuenta que el sistema de coordenadas X-Y-Z está orientado de manera diferente que en las Figuras 1-11. El módulo de cámara de plegado 1100 comprende un sensor de imagen 1102 que tiene una superficie de imagen en el plano XY, un módulo de lente 1104 con un eje óptico 1106 definido anteriormente como "segundo eje óptico" y un OPFE 1108 que tiene un plano de superficie 1110 inclinado hacia la superficie del sensor de imagen, de manera que la luz que llega a lo largo de una primera trayectoria o dirección óptica 1105 es inclinada por el OPFE hacia el segundo eje o dirección óptica 1106.

La Figura 12B muestra el módulo de cámara de plegado 1100 con el módulo de lente plegado retirado de su montaje. La Figura 12C muestra el módulo de lente plegada en (a) una vista isométrica regular y (b) invertida.

En una realización, el módulo de cámara 1100 comprende un subconjunto de accionamiento de la lente para mover el módulo de lente 1104 para el enfoque automático en la dirección Z. Este subconjunto puede incluir un solo actuador con un imán 1122ab y una bobina 1124b. En otras realizaciones, el módulo de cámara 1100 puede comprender un subconjunto de accionamiento de lente para mover el módulo de lente 1104 en el plano Y-Z. Sin embargo, a diferencia del subconjunto de accionamiento de la lente de 3 actuadores que se muestra en las Figuras 3 y 10, el subconjunto de accionamiento del módulo de cámara de plegado 1100 comprende cuatro actuadores que operan en el módulo de lente. En otras palabras, se añade un "quinto" actuador adicional al primero, segundo y tercer actuadores del subconjunto de accionamiento de la lente: en esta memoria, el primer actuador incluye un imán 1122ab y una bobina 1124a, el segundo actuador incluye el imán 1122ab y la bobina 1124b, el tercer actuador incluye un imán 1122c y una bobina 1124c. El actuador añadido ("el quinto") incluye un imán 1122d y una bobina 1124d. La disposición del imán y la bobina es similar a la de la Figura 10, ya que el imán 1122b y la bobina 1124b están situados entre el módulo de lente y el sensor de imagen, lo que permite una actuación eficiente del eje Z (para el enfoque automático). Los actuadores que incluyen el imán 1122ab y la bobina 1124a, el imán 1122ab y la bobina 1124b y el imán 1122d y una bobina 1124d pueden ser usados activamente para evitar una inclinación no deseable alrededor del eje X. Dos sensores Hall-bar 1126b’ y 1126b" miden el desplazamiento en la dirección Z y la inclinación alrededor del eje X. Un sensor Hall-bar 1126e mide el desplazamiento en la dirección Y.

La dimensión de la bobina larga en la dirección Y proporciona una alta eficiencia para la acción del enfoque automático en la dirección Z. Para ilustrar cómo la potencia eléctrica (P^e) y la fuerza mecánica (F) de una bobina dependen del tamaño de la bobina, se puede analizar un caso simple de una bobina de una sola espira. Una bobina con una superficie de la sección transversal de cable S está dispuesta en un plano Y-Z y tiene, por ejemplo, una forma rectangular con dos lados de longitud L^yparalelos a Y y dos lados de longitud L^z, paralelos a Z. El imán permanente (ferromagnético) que produce el campo magnético en la bobina está diseñado para maximizar la fuerza entre la bobina y el imán en la dirección Z (F^z), como resultado de la corriente I que fluye por la bobina. En este caso, F^z, = 2k^dL^ydonde k¹es una constante que depende (entre otros) de la intensidad del campo magnético. La potencia eléctrica de la bobina P^e= 2k²l²S(L^z+ L^y), donde k²es una constante diferente. Los motores magnéticos eficientes tienen una alta F^z, para una baja P^e. Un factor de eficiencia (E^f= F^z/P^e) puede ser deducido como:

o, usando I=F^z/(2^k1L^y)

De lo anterior, resultará evidente que si L^yes aumentada en un factor de 2 (quedando igual todo lo demás), E^faumenta en un factor mayor que 2. Por tanto, cuanto más larga sea la bobina en la dirección Y, mejor. La situación del imán 1122c entre el módulo de lente y el sensor de imagen permite, de manera ventajosa, alargar el imán en la dirección Y aproximadamente al ancho del portador del módulo de lente. A modo de ejemplo, la bobina 1124c tiene una dimensión larga o vértice (típicamente de aproximadamente 7-8 mm) en la dirección Y y una dimensión corta o vértice (típicamente de aproximadamente 2-3 mm) en la dirección Z. En general, para bobinas de espira simple o múltiple, cuanto más larga sea la bobina en la dirección perpendicular a la fuerza magnética, más eficiente es el motor magnético que utiliza esta bobina.

La situación del imán del actuador de AF entre el módulo de lente y el sensor de imagen puede causar reflexiones de la luz que llega a lo largo del eje óptico de la lente (eje Z). Dichas reflexiones pueden afectar la imagen adquirida por el sensor de imagen de la cámara de plegado. Para evitar dichas reflexiones, el imán (es decir, el imán 1122c) puede estar cubierto con un revestimiento de absorción y dispersión (Figura 12C y Figura 13), por ejemplo, un revestimiento Actar Black Velvet fabricado por Actar Ltd., Kiryat Gat, Israel. Alternativamente o además, el imán puede tener perturbaciones en forma de ondas u otras formas para dispersar aún más la luz reflejada. Alternativamente, una estructura de placa delgada ondulada ("yugo") 1130 con un recubrimiento de absorción y dispersión como el anterior puede estar fijada al imán.

En resumen, algunas realizaciones de cámara descritas en esta memoria incluyen al menos las características siguientes:

1. Funcionalidad del AF de la OIS de bucle totalmente cerrado.

2. Diseño delgado, sin penalización de altura.

3. Diseño de bajo costo:

• Circuitería integrada para sensores de la OIS, del AF y de la cámara.

• Masa en movimiento que es completamente pasiva - no es necesario llevar electricidad a los objetos en movimiento. Aunque esta descripción ha sido descrita en términos de ciertas realizaciones y métodos asociados en general, las alteraciones y permutaciones de las realizaciones y métodos resultarán evidentes para los expertos en la materia. Por ejemplo, mientras que la incorporación de un módulo de cámara de plegado descrito en esta memoria a una cámara de apertura dual ha sido descrito con cierto detalle, un módulo de cámara de plegado puede ser incorporado a una cámara de apertura múltiple que tiene más de dos módulos de cámara. Por ejemplo, aunque el uso de Hall-bars como ejemplo de sensores de posición ha sido descrito en detalle, otros sensores de posición (por ejemplo, sensores de posición de tipo microelectromecánico (MEMS)) pueden ser usados para los fines establecidos en esta memoria. La descripción debe ser entendida como que no está limitada por las realizaciones específicas descritas en esta memoria.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una cámara (300) de apertura dual que comprende:

a) un módulo de cámara de plegado (100, 200, 1100) que comprende un elemento de plegado de la trayectoria óptica (OPFE) (102, 208, 1108) para plegar la luz desde una primera trayectoria óptica (205, 1105) a una segunda trayectoria óptica (206, 1106),

un sensor de imagen (106, 202, 1102) de módulo de cámara de plegado y un módulo de lente (104, 204, 1004, 1104) de cámara de plegado con un eje de lente a lo largo de un segundo eje óptico (206, 1106) paralelo con la segunda trayectoria óptica (206, 1106), en donde el módulo de cámara de plegado (100, 200, 1100) está diseñado para mover el módulo de lente (104, 204, 1004, 1104) de cámara de plegado en una primera dirección paralela al segundo eje óptico (206, 1106) y en una segunda dirección perpendicular a la primera dirección y para inclinar el OPFE (102, 208, 1108) alrededor de la segunda dirección, estando las primera y segunda direcciones en un plano que incluye el segundo eje óptico (206, 1106) y siendo perpendicular a la primera trayectoria óptica (205, 1105); y

en donde el módulo de lente (104, 204, 1004, 1104) es móvil para tener una distancia focal de lente en el intervalo de 6 a 15 mm, y en donde el módulo de cámara de plegado (100, 200, 1100) está diseñado para permitir en enfoque y la estabilización de la imagen óptica (OIS); y

b) un módulo de cámara sin plegado (280) que comprende un sensor de imagen de cámara sin plegado y un módulo de lente de cámara sin plegado con un eje de lente a lo largo de un primer eje óptico (252) perpendicular al segundo eje óptico (206, 1106).

2. La cámara (300) de apertura dual de la reivindicación 1, en la que el OPFE (102, 208, 1108) incluye un prisma o un espejo.

3. La cámara (300) de apertura dual de la reivindicación 1 o reivindicación 2, que comprende además un subconjunto de accionamiento de la lente (230) configurado para causar el movimiento del módulo de lente (104, 204, 1004, 1104) de la cámara de plegado en la primera y segunda direcciones y un subconjunto de accionamiento del OPFE (260, 260’, 290) configurado para causar que el OPFE (102, 208, 1108) se incline alrededor de la segunda dirección para compensar la inclinación del módulo de la cámara de plegado (100, 200, 1100) alrededor de la segunda dirección.

4. La cámara (300) de apertura dual de la reivindicación 4, que comprende además un controlador de actuación (264, 314) configurado para recibir la entrada de datos que indican la inclinación en al menos una dirección y la entrada de datos de sensores de posición (226a-c, 246) acoplados al subconjunto de accionamiento de la lente (230) y, en respuesta a la entrada de datos, configurados para generar instrucciones para que el subconjunto de accionamiento de la lente (230) cause el movimiento del módulo de lente de la cámara de plegado en la segunda dirección para la OIS.

5. La cámara (300) de apertura dual de la reivindicación 3 o reivindicación 4, en la que el subconjunto de accionamiento de la lente (230) incluye una pluralidad de pares de bobina-imán para accionar el movimiento del módulo de lente de la cámara de plegado.

6. La cámara (300) de apertura dual de una cualquiera o más de las reivindicaciones 3 a 5, en la que el subconjunto de accionamiento del OPFE (260, 260’, 290) incluye al menos un par de bobina-imán para accionar la inclinación del OPFE.

7. La cámara (300) de apertura dual de una cualquiera o más de las reivindicaciones 4 a 6, en la que el controlador de actuación (264, 314) está configurado además para recibir datos de entrada que indiquen el enfoque, y, en respuesta a la entrada de datos, configurado para generar instrucciones para que el subconjunto de accionamiento de la lente (230) cause un movimiento en la primera dirección para el autoenfoque (AF).

8. La cámara (300) de apertura dual de una cualquiera o más de las reivindicaciones 5 a 7, en la que el controlador de actuación (264, 314) está configurado además para recibir una entrada de datos que indiquen la inclinación en al menos una dirección y una entrada de datos de sensores de posición (226a-c, 246) acoplados al subconjunto de accionamiento del OPFE (260, 260’, 290), y, en respuesta a la entrada de datos, configurado para generar instrucciones para que el subconjunto de accionamiento del OPFE (260, 260’, 290) cause la inclinación del OPFE (102, 208, 1108).

9. La cámara (300) de apertura dual de una cualquiera o más de las reivindicaciones 5 a 8, en la que la pluralidad de pares de bobina-imán incluyen dos pares de bobina-imán.

10. La cámara (300) de apertura dual de una cualquiera o más de las reivindicaciones 5 a 9, en la que al menos uno de la pluralidad de pares de bobina-imán está colocado entre el módulo de lente (104, 204, 1004, 1104) y el sensor de imagen de cámara de plegado (106, 202, (106, 202, 1102).

11. La cámara (300) de apertura dual de una cualquiera o más de las reivindicaciones 6 a 10, en la que al menos uno de los pares de bobina-imán está colocado debajo del OPFE (102, 208, 1108).

12. La cámara (300) de apertura dual de una cualquiera o más de las reivindicaciones 5 a 11, en la que los sensores de posición (226a-c, 246) son sensores Hall.

13. La cámara (300) de apertura dual de una cualquiera o más de las reivindicaciones precedentes, en la que el módulo de cámara de plegado tiene una altura (H) de cámara de plegado en la dirección x que puede estar en el intervalo de 4 a 7 mm.

14. Un teléfono inteligente (250) que incluye la cámara (300) de apertura dual de una cualquiera o más de las reivindicaciones 1 a 13.

15. La cámara de apertura dual de una cualquiera o más de las reivindicaciones 1 a 13, en la que el módulo de cámara sin plegado tiene una distancia focal de lente en el intervalo de 3 a 5 mm.