TW200941110A - Electromagnet for lens driving mechanism thereof - Google Patents

Description

200941110 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種運用電磁推力之鏡頭驅動裝置，係應用於一 自動對焦或變焦之鏡頭組，尤指一種利用電磁鐵產生推力，藉由推 力與推升機構而驅動並控制鏡頭進行滑動移位者。 【先前技術】 〇 數位相機使用之自動對焦或變焦鏡頭模組，由於空間有限，其 裴置必須符合輕、薄、短小的條件，又必須精密耐用。傳統的自動 對焦或變焦鏡頭模組大多使用音圈馬達(VCM)、壓電馬達、或線圈 電磁力以驅動鏡組，如美國專利US7, 295, 388、US6, 654,185、 US7, 298, 562 ’其使用複數組電磁體來分別控制鏡頭的不同方向的 位移；或如美國專利US2007/0097532、US2004/0130808，其藉由 控制輸入線圈電流的方向使線圈產生不同磁場，進而與鏡頭殼體上 的磁性元件產生吸力或斥力來移動鏡頭；或如使用音圈馬達（v〇ice ❹coil motor，簡稱VCM)者’其係利用線圈、磁鐵、與彈性件（如 彈簧或彈片）配合形成，如美國專利US7, 262, 927、US7,196, 978、 US7, 002, 879、US6, 961，_、US6, 687, 062、US2007/0133110，日 本專利 JP2005-037865、JP2005-258355、W02007/026830 等；或如 使用壓電材料所形成之壓電馬達（piezoelectric motor)來控制 鏡頭的位移’如美國專利US2007/0146894，US7, 212, 358、 US2003/0227560，日本專利 jp2〇〇6-293083、JP2006-101611 等。 如第1圖所示’此傳統鏡頭模組之架體100上，設置四個永久 磁鐵103〜106形成一磁場，套筒107設置於架體100上，鏡片ιοί 5 200941110 結合固定於線圈102，此線圈102位於套筒107内。使線圈1〇2通 電後，以產生磁場，而可與由四個永久磁鐵103〜106所建立的磁俨 方向及磁極之間形成向上或向下之電磁力以驅動鏡頭移動。然而豕 永久磁鐵103〜106在迴焊高溫時（約260。〇將會使磁鐵退^、。因 此上述習用之以線圈電磁力及永久磁鐵之驅動震置在組裝時皆不 可使用迴焊（reflow)方式，致在量產效率上受到限制。 白 再者，有一種是利用形狀記憶合金（shaped mem〇ry 孙， ❹ 簡稱SMA)之鏡頭移位機構，其係利用SMA之熱縮冷漲之特性以作 為制動器（actuator)之驅動力源，如美國專利us 6,3〇7 678、 US 6,449,434、US2007/0058070、US2007/0047938，’ 日本專利 JP2005-275270、JP2005-195998等，然而，猶熱縮冷漲的動作較 慢，無法簡易達成即時自動對焦或變焦之功效。 有鑑於習知技藝之各項問題，為了能夠兼顧解決之，本發明人 基於多年研究開發與諸多實務鎌，提出一種運用電磁鐵產生推力 之鏡頭驅職置’以作為改善上述缺點之實财式與依據。 ❽【發明内容】 電磁推力之鏡頭 不易小型化、簡 有鑑於此，本發明之目的就是在提供一種運用 ，動裝置’辑決f知技藝之複雜構的鏡頭模組 單化、與無法使用迴焊組裝之缺點。 其、商^本之目的提出一種運用電磁推力之鏡頭移位機構， =適用t自動對焦或變焦鏡頭模組。此鏡頭移位機構包含-架 體、一套Λ、一鏡片夾持部、一鏡片、一推板、複數個電磁鐵及一 6 200941110 彈，元件。套筒係與架體相結合固定，以使套筒可在架體上 具有一第一推升麵。鏡片係結合固定於鏡片夾持部中鏡 _、部具有—第二推升機構，且透過第二推升機構與第-推升播 2套f相連結’可_夾__鏡頭之中心軸方向位移。 :中’推板係位於套筒之外壁、複數個電磁鐵係分別設置於 上、而彈性兀件係連接架體與套筒。當電磁鐵通電後可產生一 藉由電磁鐵彼此之間的電磁場產生之斥力或吸力， Ο Ο H套筒雜，並透過第-推升機構作動第二推升機_驅動鏡片 夾持和使鏡片夾持部沿中心軸從一第一位置位移至一第二位 對電磁鐵供電時，彈性元件產生—回復力使套筒轉動，並 升機構作動第二推升機構來轉制夾持部，使鏡 寺Dp沿中心軸從第二位置回復至第一位置。 蛾而可設相對面之二個電磁鐵通以不同方向電流，使電磁鐵 &面產生相同方向之磁場為斥力之推力，以推動套筒轉動。 一 2中’第-推升機構與第二推升機構之組合較佳為一滑軌槽與 固疋柱之組合’且HJ定柱係穿設於滑軌槽巾且可於滑執槽中移 動0 其中第推升機構與第二推升機構之組合較佳為一套筒螺紋 切面與-則夾持部螺紋切面之組合，且套筒螺紋切面與夾持部螺 f切面係相匹配’當鏡片夾持部位於第一位置時，套筒螺紋切面係 與夾持部螺紋貼合。 ★其中，第一推升機構與第二推升機構較佳為一第一螺紋設置於 套筒内侧與另一與之相配合之第二螺紋設置於鏡片夾持部之外 壁，而鏡片夾持部與套筒係透過彼此螺紋嚙合而相連結。 200941110 彈性70件可為壓縮式彈簧或賴簧，並可設置於推 板與架體之間’或可妓於套筒與架體之間，以產生—回復力。 其中，彈性元件亦可連接於推板及架體之間。 承上所述，因依本㈣之電磁推力之_ 置 以下優點： ^ ⑴此鏡頭驅動裝置之構造簡單容易製造 的提升，可延長產品的使用壽命。 j罪度 ° ⑵峨雛姆置目不含有永久_，可_辦，提高量 產之可能性。 $ ⑶此鏡頭驅動裝置可控制鏡片爽持部做快速之移動以 速變焦或快速自動變焦之目的。 、 ⑷此鏡頭移位機構之控制機輸簡單，製作組震簡單、成本 低廉。 【實施方式】 本發伽下所揭示之實施例，乃是針對本發明制電.力之 鏡頭驅動裝置之主要構成元件*作綱，因此本發明町所揭示之 實施例雖是應用於-自動對焦或變焦鏡頭模組中，但就—般具有自 動對焦或變;t魏讀職組而言，除了本發賴揭示之運用 推力之綱驅練置外’其他結構乃屬—舰知之技術，因此 在此領域中熟悉此項技藝之人士瞭解，本發明所揭示自動對焦或 焦鏡頭模組之構成元件並不限制於以下所揭示之實施例結 1 是該自動對焦或變焦鏡頭模組之各構成元件是可以進I許多改 變、修改、甚至等效變更的，例如：該鏡頭模組中架體、套5筒的形 200941110 •狀設計並不限制，也就是鏡頭模組之内部空間設計並不限制；或由 鏡片、鏡片夾卿及-套筒組成之鏡_整體形狀或結構型態也不 限制，如該鏡片可包含由單一鏡片或數個鏡片構成之鏡#，且鏡片 -般可先容設在-鏡片夹持部内而再與一套筒結合形成一鏡頭；或 本發明電賴組之侧的線賴（turn)數、線_徑（或線圈内 徑截面積）、電磁鐵電流進出方向及大小等也不限制，且可依據電 磁力定理及相關安培右手定律計算，如下列式（1)及式 ❹ F = k^i--m2 Ο) r2 (2) 其中，B為磁通量密度（Guass)，μ〇為真空導磁率 (penneability)’^為電磁鐵鐵心導磁率，丨為線圈電流(Amp)， N/L是電磁鐵單位長度之線圈阻數’以常數^卜⑽分別為兩 電磁鐵之磁通量(單位為maxwell)，而ml(m2)為電磁鐵之磁通量密 度乘以電磁鐵鐵心端面面積(cm2)可計算出，r為兩電磁鐵鐵心端 面的距離，F是吸力或斥力大小，而F是吸力或斥力則受電流方 Q向所決定。由式（1)與式(2)可分別計算本發明兩電磁鐵(2〇71/2〇72) 的磁通量魏及計算Μ吸力或斥力大小與方向，藉峨合鏡頭之 重量以設計最佳驅動力。 以下將參照相關圖示，說明依本發明實施例之運用電磁推力之 鏡頭驅動裝置，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同 之符號標示來說明。 請參閱第2圖至第4圖，其分別繪示本發明之運用電磁推力之 鏡頭驅動裝置之第一實施例之立體圖、剖面圖及俯視圖，在本實施 例，第一推升機構為一為一滑軌槽2〇8，第二推升機構為一固定柱 200941110 209之組合。在第2圖中，鏡頭驅動裝置包含一架體（frame) 2〇1、 一套筒(barrel) 202、一鏡片夾持部（lens holder) 203、一鏡 片（lens) 204、一推板(kicker) 205、一彈性元件（springelement) 206 及複數個電磁鐵(eiectr〇magnet parts) 2071、2072。鏡片 204係與鏡片夾持部203結合固定，並隨著鏡片夾持部2〇3移動。 推板205係設置於套筒202外壁並與套筒202固定，而電磁鐵2072

係與推板205相結合，電磁鐵2071設置於架體2〇1上，彈性元件 206之兩端係連結推板205及架體201。套筒202係與架體201結 合固定，可在架體2〇1上旋轉。鏡片夾持部2〇3具有一固定柱2〇9， 套筒202具有一滑軌槽208，且滑軌槽2〇8之軌跡與套筒2〇2之中 心軸方向具有一夾角。當鏡片炎持部2G3設置於套筒2G2中，固定 柱209係穿叹於滑軌槽208時，則鏡片夾持部2⑽與套筒go?可藉 由固定柱209及滑軌槽2〇8而相結合。 曰

請續參閱第5圖及第6圖，其分別緣示本發明之運用電磁推力 之鏡頭驅絲置H施舰行伽之立翻關面_。電磁鐵 2071及2072係以相對面所配置，當電磁鐵謂通以逆時針之電 時’即電流正極進人電賴，依據安培右手謂，電磁鐵 在端Φ之輯拍為N極，顧謂通_時針之電流 2時’電磁鐵2072在電磁鐵2071相對端面之磁場方向為|^極， 兩個電磁鐵2G71與2072端φ產生姻方向之磁場形成斥 205遠Γί筒2〇2可於架體2〇1上旋轉，所以此斥力係迫使推板 鐵2071進而使套筒202進行旋轉。由於固定柱· 209延—中’所以當套筒202進行旋轉時亦帶動固定柱 中心軸:軌槽2〇8移動，進而帶動鏡片央持部203於套筒2〇2之 向進行旋轉位移。以第5圖為例，當套筒202往右邊轉動， 200941110 則固定柱209被迫旋轉上升，當套筒2〇2往左邊轉動，則固定柱 209被迫旋轉下降，可使鏡片夾持部2〇3沿中心軸方向進行旋轉位 移。 由於彈性元件206之兩端係連結推板2〇5及架體2〇1，所以當 推板205遠離電磁鐵2071時，亦擠壓到彈性元件206而使彈性元 件206產生回復力，且隨著套筒202轉動的角度越大，彈性元件 - 206被擠壓程度越尚而回復力越大，直到斥力與回復力之強度相 等’鏡片夾持部203便停止轉動。第5圖與第2圖相比，第5圖所 示之固定柱209及鏡片夾持部203之位置係高於第2圖所示之位置 時’彈性元件206受到擠壓而變形。當停止對電磁鐵2〇71〜2072通 電，則電磁鐵2071及2072之間的斥力消失，彈性元件206之回復 力對推板205提供-與上述斥力相反之彈簧力，迫使推板2〇5遠離 架體201，連帶使得套筒202往回轉動，直到彈性元件2〇6恢復原 狀，鏡片夹持部203才停止轉動。在鏡片夾持部2〇3轉動過程中， 固定柱209順著滑軌槽208向下滑動，使鏡片夾持部2〇3回到第2 圖所示之位置。 ❾ 其中，滑軌槽208的軌跡形狀、長度及套筒2〇2之中心轴方向 之夾角’可隨著應用需要而改變。例如，若滑執槽2〇8的軌跡之軌 跡為-直線’則鏡片夾持部2〇3的軸向移動與套筒2〇2轉動弧長(侧 向移動距離)係依循tan(0)關係，0為滑軌槽2〇8與套筒2〇2之 中心軸方向之夾角。 ’、 _在本實施例中，對於電磁鐵2071〜2072施以電流大小，配合彈 性讀206及套筒202轉矩，可以計算出鏡片夾持部2〇3在中心軸 的位移量d，或可由實驗得知，如表一： 200941110 表一，電流控制鏡片位移量 電磁鐵2071/電磁鐵2072 電流(mA) 100/100 方向 逆/順 位移量d(mm) 0.2 100/200 逆/順 0.25 200/100 逆/順 0.3 100/100 順/順 -0.3 ❹ Ο 請參閱第7圖至第9圖，其分猶示本發明之運用電磁推力之 動裝置之第二實施例之立體分解圖、立體組合圖及作動圖。 ^本實施例中’第-推升機構為一套筒螺紋切面肌，第二推 ，為-祕部敎減搬之組合，第二實施例與第—實施例不同 在於.套筒202具有-套筒螺紋切φ ，鏡片夹持部2〇3且有一 夹持部螺紋切面4G2，且套筒螺紋切面仙與夾持部螺紋切面4〇2 係相貼合，致使鏡片夾持部2〇3與套筒2〇2可相連結而鏡片夹持 201 具有-溝槽·及一導引裝置(未繪示於圖 中）’溝槽403與導引裝置係相結合使鏡片夾持部2〇3不能旋轉， 而僅能沿著套筒202之中心軸方向位移，如第8圖所示。第8圖係 繪示鏡頭驅練置於電麵2G71〜2()72未通電時之織。當電磁鐵 2071〜2072通電使電磁鐵2071〜2072之間產生-斥力，此斥力迫使 推板205遠離電磁鐵2071，連帶使得套筒2〇2轉動。如第9圖所 示，當套筒202轉動時，套筒螺紋切面4〇1推動夾持部螺紋切面 402 ’進而帶動鏡片夾持部203向上位移一位移量d。 在本實施例，彈性元件206係連結於套筒202與架體201 (未 緣於圖7至圖9)之間’當停止對電磁鐵2071〜2072通電後，斥力 消失’則彈性元件206之回復力追使套筒2〇2往回轉，藉此鏡片夾 持部203回復到原狀態，如第8圖所示。 200941110 請參閱第10圖及第u圖，其分別繪示本發明之鏡頭驅動裝置 之第三實施例之立體組合圖及作動圖，在本實施例中，第一推升機 構為一第一螺紋(本實施例使用公螺紋)設置於套筒内侧’第二推升 機構為一第二螺紋（本實施例使用母螺紋)設置於鏡片夾持部之外 壁。第三實施例與上述實施例不同在於：鏡片夾持部203之外壁具 有一公螺紋602，套筒202之内側具有一母螺紋（圖中未顯示），鏡 片夾持部203係設置於套筒202中，並透過公螺紋6〇2與母螺紋相 嚙合而與套筒202相結合，而鏡片夾持部203及架體201分別具有 © 一溝槽601及一導引裝置（未繪示於圖中），由於溝槽6〇1與導引裝 置結合使鏡片夾持部2〇3不能旋轉，而僅能沿著套筒202之中心軸 (同鏡頭之中心軸）方向位移。第1〇圖係繪示鏡頭驅動裝置於電磁 鐵2071〜2072未通電之狀態。 當電磁鐵2071〜2072如上所述被通以不同方向之電流時，電磁 鐵2071〜2072之間產生-斥力’此斥力迫使推板2〇5遠離電磁鐵 2071，進而帶動套筒202轉動。由於溝槽6〇1與架體2〇1上之導引 裝置結合’使鏡片夾持部203只能延著套筒2〇2之中心轴方向移 ©動’而不能轉動’因此’當套筒202轉動時，母螺紋推動公螺紋 602 ’進而使鏡片夾持部203向上移動，如第n圖所示，因為鏡片 夾持邛203向上移動的關係使得部份公螺紋602顯露出來。 在本實施例，彈性元件206係連結於套筒2〇2與架體2〇1 (未 緣於圖H)及圖η)之間’當停止對電磁鐵挪卜·供電後，斥 力肩失’則彈性7G件2〇6之回復力迫使套筒2〇2往回轉，藉此使鏡 片夾持部203回復到原狀態，如f 1〇圖所示。其中，公螺紋6〇2 並不限於設置在鏡片夾持部2G3之外壁，亦㈣置於套筒 202之内 側，而母螺紋則設置於鏡片夾持部203之外壁。凡是可讓鏡片夾持 13 200941110 部203與套筒202相响合之螺紋皆在本發日月之保護範圍内。 邻比個實施射的套筒皆具有—第—推升機構，鏡片炎持 L白2拖第一推升機構’而且鏡片失持部係_第二推升機構與 滑軌槽208，而第二推升機構係為固定柱2〇9;而在第二m為 係為一套筒螺紋切面4〇1 ’而第二推升機構係為-夾 ^部螺紋切面4〇2;在第三實施例中，第一推升機構係為一第一螺 、上第二推升機構係為一第二螺紋(如母歡）。而 並不以此為限，任何讓套筒之轉動能帶動 鏡片夾持《卩移動的機構皆在本發明之保護範圍内。 此外’上述三個實施例係以電磁鐵2071〜2072通電產生斥力作 ，舉例來酬本發明之_軸裝置之作動，但並抑此為限，凡 是利用複數個電磁鐵通電所產生_磁場，由彼此間電磁場之方向 生斥力或吸力’與彈性树之回復力來使套筒來_動，進而 =動鏡片夾持部於第-位置與第二位置之間移動之鏡頭驅動裝 ’皆在本發日月之保護範圍内。在上述實施例之說明中 ❹=鏡片續部在第-位置之狀態，而第5 _繪示鏡片夾持= -位置之狀態。第8圖係繪示鏡片夾持部在第—位置之狀態，而 第9圖鱗示鏡片夾持部在第二位置之狀態而第1〇圖係ς示鏡 片夾持部在第-位置之狀態，而第η圖係搶示鏡片夹持部在第二 位置之狀態。 而電磁鐵2071〜2072之電磁鐵心可利用軟磁材料（s〇ft magnet)製成，該軟磁材料具有易磁化且易退磁的特性，其在電磁 鐵通電後中非常谷易被磁化，可將磁力線集中於電磁鐵心端面，但 200941110 ❹ :，磁鐵不通電時，電磁鐵心之磁力也隨即消失，也就是軟磁材料 身無保持磁化的能力；而目前軟磁材料主要成份可為高純度鐵 (熟鐵、軟鐵）、含碳量很低的鋼、石夕鋼、鐵鎳合金(Fe_Ni Aii〇y 或PennaHoys)、鎂鋅合金（Mg—Zn aU〇y )、鎳鋅合金（【Μ t l〇y)、猛鋅合金（Mn-Zn alloy)、或金屬玻璃（metamc以咖） 等，均可耐受迴烊高溫，所以本發曰月之鏡頭驅動裝置可具有較高的 $效率。而彈性元件之彈性型態可為一壓縮式(c卿謂i〇n)彈 =或伸張式(extension)彈簣’赌構魏如線_簧或非線圈彈 簧、數目或設立位置等並不關，可隨鏡頭㈣裝置之财需要或 通入電磁鐵之電流方向而改變。 以上所述僅為舉讎，_為關性者。任何未麟本發明之 精神與範4 ’而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申 清專利範圍中。 【圖式簡單說明】 第1圖係緣示習知技藝之示意圖； 第2圖係繪示本發明之運用電磁推力之鏡頭驅動裝置之第一實施 例之立體圖； 第3圖係繪示本發明之本發明之運用電磁推力之鏡頭驅動裝置之 第一實施例之剖面圖； 第4圖係繪示本發明之係繪示本發明之本發明之運用電磁推力之 鏡頭驅動裝置之第一實施例之俯視圖； 第5圖係繪示第2圖所示之鏡片夾持部位於第二位置之立體圖； 第6圖係繪示第2圖所示之鏡片夾持部位於第二位置之剖面圖； 15 200941110 第7圖係繪示本發明之運用電磁推力之鏡頭驅動裝置之第二實施 例之立體分解圖； 第8圖係繪示本發明之運用電磁推力之鏡頭驅動裝置之第二實施 例之立體組合圖； 第9圖係繪示本發明之運用電磁推力之鏡頭驅動裝置之第二實施 例之作動圖； 第10圖係繪示本發明之運用電磁推力之鏡頭驅動裝置之第三實 施例之立體組合圖；以及 第11圖係繪示本發明之運用電磁推力之鏡頭驅動裝置之第三實 施例之作動圖。 【主要元件符號說明】 100、201 :架體； 1(U、204 :鏡片； 102 :線圈； 103〜106 :永久磁鐵； 107、202,：套筒； 203 :鏡片夾持部； 205 :推板； 206 :彈性元件； 2071、2072 :電磁鐵； 208 :滑軌槽； 209 :固定柱； 401 :套筒螺紋切面； 402 :夾持部螺紋切面； 403、601 :溝槽；以及 602 :公螺紋。 16

Claims (1)

1. 200941110 十、申請專利範圍： 1. -種運用電磁推力之鏡頭移位機構，係適用於一自動對焦或 變焦鏡頭模組，該鏡頭移位機構包含： 一架體； 一套筒’健棘聽合蚊，錢縣筒可在該架 體上旋轉，且該套筒具有一第一推升機構； ❹

   -鏡片夾持部，具有H升機構，且透過該第二 推升機構及該第-推升機構與該套筒相連結且該鏡 持部係可沿著該鏡頭之中心軸方向位移； 一鏡片，係結合固定於該鏡片夾持部中； 一推板，係位於該套筒之外壁； 複數個電磁鐵’係分別設置於該架體及該推板；以及 一彈性元件，係連接該套筒及該架體； 咖該些電磁鐵通電後藉由電磁鐵彼此之間的電 t產生之斥力或吸力推動該推板使絲筒轉動，並透過 構作動該第二推升機構以驅動該鏡片夾持 夾持部從—第—位置位移至-第二位置，而 ^止對該些電磁鐵通電時，藉由該雅元件所產生一回 ^力使該套筒轉動，並透過該第-推升機構作動該第二推 該鏡片夾持部，使該鏡片夾持 : 置回復至該第一位置。 mu恤德瓣力之輸動裝 ' 冑構為—滑軌槽’該第二推升機構為- 17 ，94111〇 =定柱，且該固定柱係穿設於該滑軌槽且可於該滑軌槽中移 I 項所述之運用電磁推力之鏡頭驅動裝 升機構係為-夾持部=2一套筒螺紋切面，而該第二推 部螺紋切面係=螺===峨 . 吏田該鏡片夾持部在該第一位置時， Ο ❹ 面與該夹持部螺紋貼合，而該鏡片夾持部具有 該溝槽相導引裝置’該導引裝置係與 部沿著鏡頭中心；向=持概旋轉’進而使鏡片夹持 置申第1項所述之運用電雜力之鏡頭驅絲 二Si 機構為一第一螺紋，該第二推升機構為 片杰二’且該第—螺紋係與該第二螺紋相匹配，而該鏡 而相、查二、該套筒係透過該第一螺紋係與該第二螺紋喊合 編盘^ +使虽該鏡片夾持部在該第—位置時，該套筒螺紋 持部螺紋貼合，而_夾持部具有—溝槽，而 應之導弓1裝置，购裝置係與該溝槽相 &==輪崎，㈣制瓣沿著鏡 Hi利範圍第1項所述之運用電磁推力之鏡頭驅動裝 置，/、中該彈性元件係連接於該架體與該推板。 利範圍第1項所述之運用電磁推力之鏡頭驅動裝 置’八中該彈性元件係為一磨縮式彈簧或伸張式彈著。 18