ITMI20141945A1 - Attuatore per auto-focus di modulo di fotocamera - Google Patents

Description

ATTUATORE PER AUTO-FOCUS DI MODULO DI FOTOCAMERA

La presente invenzione ? inerente ad un nuovo e perfezionato attuatore per autofocus (AF) per moduli di fotocamera che incorpora un filo in lega a memoria di forma come elemento di azionamento, con particolare riferimento ai moduli di fotocamera per telefoni cellulari.

In generale l'uso di fili in lega a memoria di forma come elementi attuatori fornisce vari vantaggi rispetto ad altri sistemi di azionamento in termini di peso, consumo di energia, costi.

Questi vantaggi sono gi? stati riconosciuti anche nel campo dei moduli di fotocamera e sono stati oggetto di varie domande di brevetto, quali le domande di brevetto internazionale WO 2007/113478, WO 2011/122438 ed il brevetto US 8.159.762 che descrivono tutti moduli di fotocamera con un filo in lega a memoria di forma a contatto con il porta-lente (talvolta indicato nel campo come barilotto della lente) e fissato all?alloggiamento del modulo di fotocamera. Il riscaldamento controllato mediante effetto Joule del filo in lega a memoria di forma provoca la sua contrazione e il movimento del porta-lente rispetto all'alloggiamento.

Le due domande di brevetto internazionale sopra citate non affrontano i fenomeni di attrito tra alloggiamento e barilotto della lente ed i problemi connessi in termini di vita dell'attuatore, mentre questo aspetto ? invece considerato nel brevetto US 8.159.762 mediante organi di rotolamento interposti tra l?alloggiamento e il barilotto ed una forza di richiamo con una componente perpendicolare all'asse ottico per garantire il contatto tra gli organi di rotolamento ed il barilotto della lente. Anche se questa soluzione ? un miglioramento in termini di gestione della forza di attrito, questa componente perpendicolare significativa e costante provoca essa stessa una sollecitazione sulla struttura e in sistemi di azionamento utilizzati frequentemente, come in un AF di modulo di fotocamera, pu? portare a guasti prematuri od a compensare utilizzando componenti maggiorati, ad esempio utilizzando fili pi? grandi di quanto richiesto. Un altro inconveniente ? legato alla produzione di tali strutture meccaniche, in quanto non possono essere realizzate aggiungendo gli elementi uno sopra l'altro, ma richiedono la realizzazione e l'accoppiamento reciproco di sotto-insiemi.

Scopo della presente invenzione ? quello di superare l'inconveniente ancora presente nella tecnica nota in termini di gestione delle forze di attrito in un auto-focus basato su una lega a memoria di forma, ed in un suo primo aspetto consiste in un attuatore per auto-focus di modulo di fotocamera comprendente:

- un alloggiamento,

- un porta-lente mobile avente una sporgenza con un apice per ricevere un filo in lega a memoria di forma,

- un filo in lega a memoria di forma,

- almeno 4 sfere,

- una piastra di fondo,

- due terminali elettrici ad un'altezza diversa rispetto all'apice della sporgenza, - un circuito stampato flessibile,

- un elemento elastico di richiamo,

dove

- il circuito stampato flessibile viene fissato all?alloggiamento,

- la piastra di fondo e l'alloggiamento sono fissati tra loro, definendo un corpo principale dell?auto-focus,

- i due terminali elettrici sono fissati sul corpo principale dell?auto-focus,

- il filo in lega a memoria di forma ? a contatto con l'apice della sporgenza del porta-lente e le sue estremit? sono vincolate ai due terminali elettrici sul corpo principale,

- l'alloggiamento e il porta-lente mobile sono allineati tramite due canali laterali definenti due canali di guida che contengono e trattengono le sfere,

- l'elemento elastico di richiamo ? montato tra l'alloggiamento e il porta-lente ed esercita una forza di richiamo solo nella direzione dell'asse ottico.

Come da descrizione precedente i due terminali elettrici sono fissati e vincolati al corpo principale (alloggiamento piastra di fondo), e quindi questi elementi possono essere equivalentemente fissati sull?alloggiamento o sulla piastra di fondo, indipendentemente dal requisito di essere ad una diversa altezza rispetto all'apice della sporgenza del porta-lente.

L'invenzione verr? ulteriormente illustrata con l'ausilio delle seguenti figure, in cui:

? le figure 1 e 2 sono viste prospettiche esplose in verticale degli elementi che costituiscono un attuatore per AF secondo la presente invenzione,

? la figura 3 mostra una vista in sezione frontale dell'attuatore per AF delle figure 1 e 2 in condizione assemblata,

? la figura 4 ? una vista in trasparenza dall'alto dell'attuatore per AF di figura 3, e ? la figura 5 ? una vista in trasparenza dall'alto di una variante preferita di un attuatore per AF secondo la presente invenzione.

Nelle suddette figure le dimensioni ed il rapporto dimensionale degli elementi possono non essere corretti e in alcuni casi, come ad esempio per quanto riguarda il diametro del filo in lega a memoria di forma, sono stati modificati per migliorare la comprensione del disegno.

Viste prospettiche degli elementi incorporati in un attuatore 10 per AF secondo la presente invenzione sono mostrati nelle figure 1 (vista frontale) e 2 (vista laterale). In questa rappresentazione gli elementi sono separati verticalmente per consentirne l'identificazione. In particolare, l'attuatore 10 per AF comprende una calotta 11, un alloggiamento 12, una molla di richiamo 13, due serie di sfere di rotolamento 14, un porta-lente mobile 15, un magnete 16, un filo in lega a memoria di forma 17, due terminali 18, una piastra di fondo 19, un circuito stampato flessibile (FPC) 191, un sensore Hall 192.

Il porta-lente mobile 15 presenta una sporgenza frontale 20 per alloggiare il filo in lega a memoria di forma 17, in questo caso, la sporgenza ha un apice inferiore 21 ed il filo in lega a memoria di forma 17 ? trattenuto sotto di esso dall'azione di ritenzione svolta dai due terminali 18 posti ad un'altezza superiore (lungo l'asse ottico). Una variante prevede l'utilizzo di un apice superiore con il filo in lega a memoria di forma trattenuto sopra di esso dai terminali disposti ad un'altezza inferiore.

L?alloggiamento 12 e il porta-lente mobile 15 presentano canali laterali 100, 100', 101, 101' allineati verticalmente a coppie 100-101 e 100'-101' e definenti due canali di guida per trattenere le sfere 14. Questi elementi sono stati indicati nelle viste prospettiche delle figure 1 e 2, ed i canali laterali 100-100' sull'alloggiamento 12 sono ben riconoscibili nella vista dall'alto (vedere la seguente figura 4).

La struttura di AF mostrata nelle figure 1 e 2 comprende elementi, come un magnete 16 ed un sensore Hall 192 per rilevare la posizione del porta-lente mobile 15, che sono del tutto facoltativi anche se rappresentativi della forma realizzativa preferita di un attuatore per AF secondo la presente invenzione.

La figura 3 mostra una vista in sezione frontale dell'attuatore 10 assemblato comprendente il magnete 16 con l'indicazione di polarit? nord-sud e una configurazione preferita per la molla di richiamo 13, nella forma di una molla a balestra con i punti di contatto 131 arrotondati per esercitare una forza distribuita sul porta-lente 15.

In condizioni di riposo l'attuatore ? nella cosiddetta posizione di messa a fuoco all'infinito; quando il filo in lega a memoria di forma 17 ? riscaldato dal passaggio di corrente si accorcia ed esercita una forza sul porta-lente 15 spostandolo verso l'alto in modo che la lente sia messa a fuoco fino alla cosiddetta posizione macro (ossia mettendo a fuoco su un piano vicino). Quando la corrente di alimentazione si interrompe, l?elemento elastico di richiamo 13 che esercita una forza di richiamo verticale che si oppone alla trazione SMA spinge indietro il porta-lente 15 nella posizione all'infinito. Infinito e Macro rappresentano le due posizioni estreme dell?AF e quindi corrispondono alla quantit? di regolazione che l'attuatore per AF deve essere in grado di realizzare.

Un sensore e rilevatore di posizione sono presenti anche per determinare la posizione di equilibrio corretta durante il funzionamento dell'attuatore per AF, anche in questo caso esemplificati dal magnete 16 ancorato al porta-lente 15 e dal sensore Hall 192 collegato alla scheda FPC 191 (figura 2). La scheda FPC fornir? corrente al filo SMA 17 attraverso i terminali 18 per la sua attivazione tramite effetto Joule secondo la lettura del sensore Hall.

? importante sottolineare che con la configurazione dell'attuatore per AF secondo la presente invenzione, il mezzo elastico di richiamo 13 esercita una forza solo nella direzione verticale, ed ? la geometria dell'attuatore per AF che garantisce l'allineamento delle sfere ed il loro confinamento nei canali di guida.

Come accennato con riferimento alle figure 1 e 2, anche la configurazione reciproca pu? essere opportunamente impiegata, cio? apice superiore e terminali pi? bassi; in questo caso l'elemento elastico di richiamo ? sotto il porta-lente poich? il filo in lega a memoria di forma eserciter? una trazione verso il basso (direzione su-gi? definita rispetto all'elemento pi? basso dell'attuatore, ossia la piastra di fondo). In questo caso la posizione di riposo corrisponde a Macro, mentre la posizione completamente attivata corrisponde all'Infinito.

La figura 4 mostra una vista in trasparenza dall'alto dell'attuatore illustrato in figura 3, mentre la figura 5 mostra una variante preferita dell'attuatore in cui la sporgenza frontale 30 del porta-lente 15 comprende un apice 31 che fornisce un leggero scostamento, perpendicolarmente all'asse ottico e radialmente verso l'esterno, tra il filo in lega a memoria di forma ed i terminali, in modo che non giacciano in uno stesso piano verticale parallelo all'asse ottico. In altre parole, la sporgenza 30 ? sagomata in modo tale che il filo SMA segua un percorso a V non solo nel piano verticale (Fig.3) ma anche nel piano orizzontale (Fig.5) in modo da esercitare una trazione, all'attivazione, non solo nella direzione su-gi?, ma anche nella direzione anteriore-posteriore.

Con un tale angolo orizzontale le sfere rotolanti 14 saranno messe in condizioni ottimali di funzionamento e sottoposte anche ad una minima forza ortogonale (rispetto all'asse ottico). Questa configurazione in una certa misura e da un punto di vista operativo ? opposta rispetto a quella mostrata nel succitato brevetto US 8.159.762 poich? in questo caso ? il filo SMA che esercita la forza nella direzione ortogonale all'asse ottico e non la molla di richiamo. Inoltre, una tale componente ortogonale ? minima ed esercitata solo quando necessario, cio? durante l'attivazione dell?AF, e non in modo permanente come nel caso di una trazione trasversale da parte del mezzo di richiamo elastico nella tecnica nota.

L'attuatore per AF secondo la presente invenzione non ? limitato a un tipo specifico di fili in lega a memoria di forma, ma qualsiasi tipo di fili in lega a memoria di forma attivati per effetto Joule pu? essere utilmente impiegato. Detto questo, ? preferito l'uso di fili in lega a memoria di forma realizzati con leghe Ni-Ti ampiamente note nel settore con il nome di Nitinol, con diametri da 10 ?m a 50 ?m e commercialmente disponibili da una variet? di fonti, per esempio i fili venduti con il nome commerciale Smartflex da SAES Getters S.p.A., particolarmente preferito ? l'uso di fili da 25?m.

Per quanto riguarda il materiale delle sfere, non vi ? alcun requisito specifico a parte l?impiego di un materiale di durezza sufficiente, ad esempio ceramica o metallo (l?acciaio inox ? preferito). Per quanto riguarda il numero di sfere, preferito ? l'uso dello stesso numero di sfere in ciascuno dei due canali di guida, con un numero di almeno 2 sfere per canale. Preferibilmente il numero di sfere per canale non ? superiore a 5.

Per quanto riguarda il diametro delle sfere, esso ? preferibilmente compreso tra 30 e 150 um, pi? preferibilmente compreso tra 40 e 60?m.

Nella forma realizzativa che prevede l'uso di un apice 31 di sporgenza scostato, quest'ultimo allontana il punto medio del filo in lega a memoria di forma dall'asse ottico di una distanza compresa tra 0,3 e 1 mm.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Attuatore (10) di auto-focus per modulo di fotocamera comprendente: - un alloggiamento (12), - un porta-lente mobile (15) avente una sporgenza frontale (20) con un apice (21) per ricevere un filo in lega a memoria di forma (17), - un filo in lega a memoria di forma (17), - almeno 4 sfere (14), - una piastra di fondo (19), - due terminali elettrici (18) ad un'altezza diversa rispetto all'apice (21) della sporgenza, - un circuito stampato flessibile (191), - un elemento elastico di richiamo (13), dove - il circuito stampato flessibile (191) ? fissato all?alloggiamento (12), - la piastra di fondo (19) e l'alloggiamento (12) sono fissati tra loro, definendo un corpo principale dell?auto-focus, - i due terminali elettrici (18) sono fissati sul corpo principale dell?auto-focus, - il filo in lega a memoria di forma (17) ? a contatto con l'apice (21) della sporgenza del porta-lente e le sue estremit? sono vincolate ai due terminali elettrici (18) sul corpo principale, - l'alloggiamento (12) e il porta-lente mobile (15) sono allineati tramite due canali laterali (100, 100?; 101, 101?) definenti due canali di guida che contengono e trattengono le sfere (14), - l'elemento elastico di richiamo (13) ? montato tra l'alloggiamento (12) e il portalente (15) ed esercita una forza di richiamo solo nella direzione dell'asse ottico.
2. 2. Attuatore (10) di auto-focus per modulo di fotocamera secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il numero di sfere (14) per canale di guida non ? superiore a 5.
3. 3. Attuatore (10) di auto-focus per modulo di fotocamera secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che le sfere (14) hanno un diametro compreso tra 30 e 150?m, preferibilmente tra 40 e 60?m.
4. 4. Attuatore (10) di auto-focus per modulo di fotocamera secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l?elemento elastico di richiamo ? una molla a balestra (13).
5. 5. Attuatore (10) di auto-focus per modulo di fotocamera secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la molla a balestra (13) ha punti di contatto (131) arrotondati.
6. 6. Attuatore (10) di auto-focus per modulo di fotocamera secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre un magnete (16) fissato al porta-lente mobile (15) ed un sensore Hall (192) fissato alla scheda a circuito stampato flessibile (191).
7. 7. Attuatore (10) di auto-focus per modulo di fotocamera secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il filo in lega a memoria di forma (17) ? fatto di una lega Ni-Ti ed ha un diametro compreso tra 10 e 50?m.
8. 8. Attuatore (10) di auto-focus per modulo di fotocamera secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette sfere (14) sono fatte di acciaio inossidabile.
9. 9. Attuatore (10) di auto-focus per modulo di fotocamera secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il porta-lente mobile (15) presenta una sporgenza frontale (30) con un apice (31) che fornisce un leggero scostamento perpendicolarmente all?asse ottico e radialmente verso l?esterno, allontanando cos? il punto medio del filo in lega a memoria di forma dall'asse ottico di una distanza compresa tra 0,3 e 1 mm.