TW201905568A - 微型光學變焦模組 - Google Patents

Abstract

一種微型光學變焦模組，其包括底座和連接在底座上的上的外殼，外殼與底座圍成一收容空間，且外殼的第一面上形成有開口。其還包括設置在該收容空間內的並與該開口相對的可動鏡頭組件、用於驅動該可動鏡頭組件沿光軸方向和垂直於光軸方向中的至少一個方向移動的驅動部件、以及固定於該外殼的第一面上的固定鏡頭元件。本發明將鏡頭組分設為可動和不可動兩部分，藉由可動部分在光軸方向上的移動實現變焦、在垂直於光軸方向上的移動實現防抖，驅動部件的承載重量減少，從而實現小型化，使攝像頭的整體更薄。

Description

微型光學變焦模組

本發明涉及光學成像技術領域，具體涉及一種微型光學變焦模組。

伴隨著近年來的科技發展，各類移動設備如筆記本電腦、平板電腦、手機或智慧手錶等可穿戴設備逐漸朝著輕薄、小型化發展。而在這些設備中，很多都需要用到微型攝像頭，為了使設備本身更加輕薄，對微型攝像頭也提出了更高的要求。一方面要求解析度高，另一方面又要求尺寸上更加小巧，而解析度的增加也意味著成像的光電元件尺寸會越來越大。同時，為了成像的品質，微型攝像頭一般都配備有光學變焦系統，這就更進一步增大了攝像頭的厚度和體積。傳統的光學變焦方式一般是採用音圈馬達或者步進馬達承載鏡頭組，藉由移動鏡頭組實現變焦功能。但是隨著解析度的增加，鏡頭組的體積不可避免要變大，當鏡頭模組過大時，承載鏡頭的馬達為了達到移動鏡頭組的功率也無法實現小型化，再加上鏡頭組等光電元件，導致整體攝像頭的體積也無法縮小。

有鑑於此，吾等發明人乃潛心進一步研究，並著手進行研發及改良，期以一較佳設作以解決上述問題，且在經過不斷試驗及修改後而有本發明之問世。

有鑒於此，有必要提供一種體積較小且厚度較薄的微型光學變焦模組。

一種微型光學變焦模組，包括：底座；連接在底座上的上的外殼，外殼與底座圍成一收容空間,且外殼的第一面上形成有開口；設置在該收容空間內的、與該開口相對應的可動鏡頭組件；設置在該收容空間內、用於驅動該可動鏡頭元件沿光軸方向和垂直於光軸方向中的至少一個方向移動的驅動部件；以及固定於該外殼的第一面上的固定鏡頭元件。

進一步的，該固定鏡頭元件包括第二透鏡及用於支撐保護第二透鏡的第二鏡座，在該微型光學變焦模組靜止不動且驅動部件未通電的情況下，該固定鏡頭元件與該可動鏡頭組件的光軸重合。

作為一種實施方式，該可動鏡頭元件包括第一透鏡及固定第一透鏡的第一鏡座。該驅動部件包括：固定在底座上的電路板；繞光軸方向纏繞並固定在第一鏡座外周的對焦線圈；設置在對焦線圈外周側並與對焦線圈隔空相對設置的複數磁鐵；用於固定該複數磁鐵的框架；用於將第一鏡座懸架支撐於該框架內側並可沿該可動鏡頭組件的光軸方向移動的板彈簧，該板彈簧的內周側連接該鏡座，其外周側連接該框架；以及複數沿光軸方向延伸的直線彈簧，其一端連接至底座側，另一端連接至該框架側，以將該框架懸架支撐為可沿垂直於該可動鏡頭元件的光軸方向移動的狀態。其中，該電路板上設置有與該複數磁鐵隔空對置的複數防抖線圈。

進一步的，該固定鏡頭元件的靠近被攝物體的一側設有光路改變機構，該光路改變機構包括第三鏡座，一折射鏡連接於該第三鏡座上，用於將來自被攝物體方向的光折射向該固定鏡頭組件。

進一步的，該折射鏡可旋轉連接在該第三鏡座上。

作為另一種實施方式的，該可動鏡頭元件包括第一透鏡及固定第一透鏡的第一鏡座。該驅動部件包括：固定在底座上的電路板，該可動鏡頭元件的光軸平行於該電路板表面；設置在電路板上的、繞垂直於電路板表面的方向纏繞的複數驅動線圈；固定在第一鏡座朝的向電路板的一面上的複數磁鐵，該複數磁鐵與該複數驅動線圈隔空對置；以及複數沿垂直於電路板表面的方向延伸的直線彈簧，其一端連接在第一鏡座側，另一端連接在底座側，用於將第一鏡座懸架支撐為可以沿該可動鏡頭元件的光軸方向和垂直於該可動鏡頭元件的光軸方向移動的狀態。

進一步的，還包括複數固定在第一鏡座上的簧片，該簧片包括用於固定在第一鏡座上的固定部以及從固定部上延伸而出的彈性懸臂，該彈性懸臂延伸出第一鏡座外而呈懸空狀態，該直線彈簧的一端與該彈性懸臂相連，另一端連接該電路板。

進一步的，該第一鏡座的位於光軸兩側的側面上分別向外延伸而出一承載部，該簧片為兩片，分別固定在兩個承載部上。

進一步的，從垂直於電路板的方向觀察，每個承載部均呈T型，且較寬的一端位於遠離第一鏡座的側面處，較窄的一端的端部連接第一鏡座的側面；該簧片的固定部的形狀與承載部相同並與承載部固定，該彈性懸臂的至少一部分延伸出承載部外而呈懸空狀態。

進一步的，該彈性懸臂經過多次彎折以分別沿光軸方向和垂直於光軸的方向延伸，且其兩端分別與固定部的較寬的端部和較窄的端部相連。

本發明將鏡頭組分設為可動鏡頭元件和固定鏡頭元件，藉由可動部分在光軸方向上的移動可以實現對焦和變焦功能，也可實現垂直於光軸方向的移動實現防抖功能，驅動部件的承載重量減少，從而實現驅動部件的小型化、輕薄化，使得攝像頭的整體厚度更薄，降低了耗電量。

關於吾等發明人之技術手段，茲舉數種較佳實施例配合圖式於下文進行詳細說明，俾供 鈞上深入了解並認同本發明。

下面將結合具體實施例和附圖對本發明作進一步詳細描述。

第一實施例：

參照第1圖至第4圖，本發明提供的一種微型光學變焦模組包括底座1和連接在底座上的外殼2，外殼2與底座1圍成一收容空間,且外殼2的頂面（第一面）上形成有一開口21。該微型光學變焦模組還包括設於收容空間內與外殼開口21相對設置的可動鏡頭元件3、設於收容空間內用於驅動可動鏡頭元件3沿著其光軸方向或垂直於其光軸方向運動的驅動部件4、以及固定在外殼1的頂面上的固定鏡頭元件5。

固定鏡頭元件5包括第二透鏡52和用於支撐保護第二透鏡52的第二鏡座51，以及固定在外殼2的第一面上的框形的第二底座53。在微型光學變焦模組未處於工作狀態下，也即微型光學變焦模組靜止不動且驅動部件4未通電的情況下，固定鏡頭元件5與可動鏡頭組件3的光軸應重合。為方便描述，下文中提及的光軸均指微型光學變焦模組未處於工作狀態下時固定鏡頭元件5與可動鏡頭組件3的光軸。且靠近被攝物體的一側為光軸前方，遠離被攝物體的一側為光軸後方。可動鏡頭組件3包括第一透鏡32和用於固定第一透鏡的第一鏡座31。

具體的，驅動部件4主要包括固定在底座1上的電路板41、固定在電路板41上的防抖線圈47、繞著光軸的方向纏繞在第一鏡座31週邊的對焦線圈42和環繞設置在對焦線圈週邊的複數磁鐵43。其中，底座1呈方形，中部開有通孔11，電路板41中部也開有對應的通孔411。第一鏡座31外形為規則八邊形，中部形成有用於固定透鏡的通孔。對焦線圈42繞第一鏡座31外周壁纏繞，也呈八邊形狀。磁鐵43固定於一框架44上。框架44大體為方形，套設在第一鏡座31週邊。在框架44的四個邊處均設置有用於容納磁鐵43端部的凹槽441。本實施例中環繞著對焦線圈設置有4個磁鐵，磁鐵為長方體，端部插接在框架44的凹槽441之中，與對焦線圈42的外周側隔空對置。

驅動部件4還包括用於將第一鏡座31懸架支撐於框架44內側，並可沿光軸方向移動的板彈簧45。板彈簧45整體呈片/板狀，包括大體呈圓環形的內周側451、與框架44四角處對應的四個固定片作為外周側452、以及連接內周側和外周側的彈性腕部453。其中內周側與第一鏡座31相連接，外周側連接於框架44的四角上，腕部沿徑向和周向以及平行於框架四邊的方向延伸，以具有預設彈性。本實施例中，板彈簧45設有兩片，分別位於框架44和第一鏡座31沿光軸方向的兩端。當對焦線圈42通電，產生的洛倫茲力使得第一鏡座31（對焦線圈42）可相對框架44（磁鐵43）在光軸的方向移動，實現對焦和變焦功能。

驅動部件4還包括沿著光軸方向延伸的複數直線彈簧46，本實施例中設置有4個直線彈簧。直線彈簧46的一端連接在底座1側，另一端連接在框架44側。本實施例中，直線彈簧46設置在四角處，一端連接在底座1一側的電路板41的角部，另一端連接在框架44一側的位於光軸方向前方（靠近被攝物體一側）的板彈簧45的角部。在直線彈簧46的支撐下，第一鏡座31和固定有磁鐵43的框架44懸架於底座1上。

固定在電路板41上的防抖線圈47為複數與磁鐵43隔空相對設置的線圈，防抖線圈47均繞平行於光軸的方向纏繞，呈長圓形。第1圖中，防抖線圈47為形成（藉由蝕刻等方式）在電路板上的平板線圈，其他實施例中，防抖線圈可為由導電線纏繞形成的複數獨立的線圈。當防抖線圈47通電，產生的洛倫茲力與磁鐵43相互作用，使得框架44（磁鐵43）帶動透鏡相對底座1（防抖線圈47）在垂直於光軸的方向移動，實現防抖。

電路板41用於為對焦線圈42和防抖線圈47供電，並控制供電量的大小。

具體實施時，微型光學變焦模組保持光軸方向與成像元件垂直，並經由底座設置在成像元件上方。工作時，光線從固定鏡頭元件5的第二透鏡52通過，隨後通過可動鏡頭元件3的第一透鏡32，電路板41向驅動部件4的對焦線圈42輸出電流，在磁鐵43的作用下第一鏡座31經由洛倫茲力的推動實現在光軸方向上的移動，從而帶動可動鏡頭組件在光軸方向上移動，到達洛倫茲力和板彈簧的恢復力的平衡點，實現對焦和變焦的功能，使得成像元件上得到清晰的圖像。當有抖動發生時，驅動部件對防抖線圈通電，在磁鐵和直線彈簧的作用下，可動鏡頭組件可在垂直於光軸的方向上移動達到防抖的目的。

第二實施例：

參照第5圖至第7圖，本實施例提供的一種微型光學變焦模組包括底座1和連接在底座上的上的外殼2，外殼2與底座1圍成一收容空間,且外殼2的一個側面（定義為第一面）上形成有一開口21。該微型光學變焦模組還包括設於收容空間內與外殼開口21相對設置的可動鏡頭元件3、設於收容空間內用於驅動可動鏡頭元件沿著光軸方向或垂直於光軸方向運動的驅動部件4、以及固定在外殼的第一面上的固定鏡頭元件5。此外，在固定鏡頭元件5的靠近被攝物體的一側設有一光路改變機構。

固定鏡頭元件5包括第二透鏡52和用於支撐保護第二透鏡52的第二鏡座51，以及固定在外殼2的第一面上的框形的第二底座53。在微型光學變焦模組未處於工作狀態下，也即微型光學變焦模組靜止不動且驅動部件4未通電的情況下，固定鏡頭元件5與可動鏡頭組件3的光軸重合。為方便描述，下文中提及的光軸均指微型光學變焦模組未處於工作狀態下時固定鏡頭元件5與可動鏡頭組件3的光軸，且靠近被攝物體的一側為光軸前方，遠離被攝物體的一側為光軸後方。可動鏡頭組件包括第一透鏡32和用於固定第一透鏡32的第一鏡座31。

光路改變機構6包括第三鏡座61，第三鏡座上設有一折射鏡62，折射鏡62用於將來自被攝物體方向的光折射向固定鏡頭組件。折射鏡62與第三鏡座61之間可為可轉動連接，光路改變機構還可包括可驅動折射鏡62旋轉以改變光線的折射路徑的驅動機構。

驅動部件4主要包括固定在底座1上的電路板41、固定在電路板41上的驅動線圈47’、固定在第一鏡座31的朝向電路板41一面的複數磁鐵43，以及沿著垂直於電路板方向延伸的複數直線彈簧46。其中，底座1和電路板41均為方形板狀。驅動線圈47’為繞著垂直於電路板的方向纏繞的複數長圓形線圈，本實施例中，採用了四個形成（藉由蝕刻等方式）在一單獨的電路板上的驅動線圈47’，該單獨的電路板大體呈方形，驅動線圈47’分別設置在該單獨的電路板的四邊處,且線圈邊與電路板邊平行。其他實施例中，驅動線圈47’可為由電線纏繞而出的獨立線圈。

第一鏡座31大體呈方形，定義其與電路板41相對的一面為底面，與電路板41相背的一面為頂面，與外殼2的開口21相對和相背的一對側面為第一側面，與第一側面相鄰的面為第二側面。則磁鐵43固定在第一鏡座31的底面上，且與驅動線圈47’隔空相對設置。透鏡保持在貫穿第一鏡座31的第一側面的孔中，並與外殼2的開口21相對。

第一鏡座31的兩個第二側面上均向外側延伸而出一承載部311，312。從垂直於電路板41的方向觀察，每個承載部311，312均呈T型，且較寬的一端（T字的橫部）位於遠離第二側面處，較窄的一端（T字的豎部）的端部連接第二側面。每個承載部311，312上均固定一簧片7。

簧片7呈板/片狀，其具有一形狀與承載部311在垂直於電路板41的方向上的形狀相同的固定部71，還具有從固定部的位於光軸方向上的兩個端部延伸而出的兩個彈性懸臂72。也即，簧片7包括一個固定部71和連接在固定部兩端的兩個彈性懸臂72，固定部與承載部311固定連接，彈性懸臂72懸空在承載部311外側，且彈性懸臂72在不受力的情況下與固定部位於同一平面內。具體的，本實施例中，每個彈性懸臂72的端部從簧片7的固定部71的較寬的一端（T字的橫部）的端部沿光軸方向延伸，然後彎折並朝向第一鏡座31的第二側面方向延伸，然後彎折朝向固定部的較窄的部分延伸，然後繼續彎折朝向第一鏡座31的第二側面方向延伸，最後在靠近第一鏡座31的第二側面的位置再次彎折朝向固定部的較窄的部分延伸，並最終與固定部的較窄的部分的靠近端部處連接。

本實施例中設置有4個直線彈簧46，直線彈簧46的一端連接在第一鏡座31側，具體為簧片7的彈性懸臂72上，另一端連接在底座1側，具體為電路板41的角部。藉由直線彈簧46，保持著透鏡的第一鏡座31被懸架支撐在底座1上，使得第一鏡座31可沿平行於電路板的方向移動。

當驅動線圈47’通電時，在磁鐵43的作用下，其產生洛倫茲力與磁力相互作用，可推動可動鏡頭組件在光軸方向或垂直於光軸的方向上移動，實現對焦或變焦和防抖的功能。

具體實施過程中，電路板41給位於光軸方向上的一組驅動線圈47’通電，在磁鐵43的作用下經由洛倫茲力的推動實現可動鏡頭組件3的第一透鏡32在光軸方向上移動，實現對焦和變焦的功能。電路板41給位於垂直於光軸方向上的一組驅動線圈47’通電，在磁鐵43的作用下經由洛倫茲力的推動實現可動鏡頭組件3的第一透鏡32在垂直於光軸的方向上移動，實現防抖的功能。

工作時，來自被攝物體的光線首先進入到折射鏡62，折射鏡將光線折射到固定鏡頭元件5處，光線從固定鏡頭元件的第二透鏡52通過，隨後通過可動鏡頭元件3的第一透鏡32，電路板41向驅動部件的驅動線圈47’輸出電流，驅動可動鏡頭元件3移動，使得成像元件上得到清晰的圖像。

本實施例中，簧片7固定於第一鏡座31的兩個承載部311,312上，其他實施例中，可取消承載部，簧片7的固定部71可直接固定於第一鏡座31的頂面或底面或第二側面上，只要彈性懸臂72的至少一部分處於無遮擋的懸空狀態，以連接直線彈簧46的端部，實現板彈簧功能即可。彈性懸臂72可與固定部71不在同一個平面，例如固定部可為L形，一部分固定在第一鏡座的第二側面上，另一部分向第一鏡座外側延伸並與彈性懸臂連接，使得彈性懸臂懸空。

其他實施例中，承載部的較寬的一端可與第一鏡座的第二側面相連，而較窄的一端為自由端。

其他實施例中，簧片的彈性臂的形狀可變形，只要其經過多次彎折並沿光軸方向和垂直於光軸的方向延伸，也可達到相似的彈性變形和恢復效果。彈性臂的兩端分別與簧片的固定部71的較寬的端部和較窄的端部相連，從而懸空。

在這兩個實施例中，可動鏡頭元件3的第一透鏡32可從外殼2的開口21中伸出，從而凸出於外殼2外部，因此需要第二底座53架高/隔離第二鏡座51。其他實施例中，若可動鏡頭組件3的第一透鏡32不會伸出開口21，則可取消第二底座53，第二鏡座51可直接固定在外殼2上。

本發明將鏡頭組分設為可動鏡頭組件和固定鏡頭組，藉由驅動部件驅動可動部分在光軸方向上的移動可以實現對焦和變焦功能，驅動可動部分在垂直於光軸的方向上移動可實現防抖功能，驅動部件的承載重量大幅減少，從而實現驅動部件的小型化、輕薄化，使得攝像頭的整體厚度更薄,寬度更窄，進而可提高驅動效率降低耗電量。

綜上所述，本發明所揭露之技術手段確能有效解決習知等問題，並達致預期之目的與功效，且申請前未見諸於刊物、未曾公開使用且具長遠進步性，誠屬專利法所稱之發明無誤，爰依法提出申請，懇祈 鈞上惠予詳審並賜准發明專利，至感德馨。

惟以上所述者，僅為本發明之數種較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

〔本發明〕

1‧‧‧底座

11‧‧‧通孔

2‧‧‧外殼

21‧‧‧開口

3‧‧‧可動鏡頭元件

31‧‧‧第一鏡座

311‧‧‧承載部

312‧‧‧承載部

32‧‧‧第一透鏡

4‧‧‧驅動部件

41‧‧‧電路板

411‧‧‧通孔

42‧‧‧對焦線圈

43‧‧‧磁鐵

44‧‧‧框架

441‧‧‧凹槽

45‧‧‧板彈簧

451‧‧‧內周側

452‧‧‧外周側

453‧‧‧彈性腕部

46‧‧‧直線彈簧

47‧‧‧防抖線圈

47’‧‧‧驅動線圈

5‧‧‧固定鏡頭元件

51‧‧‧第二鏡座

52‧‧‧第二透鏡

53‧‧‧第二底座

6‧‧‧光路改變機構

61‧‧‧第三鏡座

62‧‧‧折射鏡

7‧‧‧簧片

71‧‧‧固定部

72‧‧‧彈性懸臂

第1圖為本發明提供的一種微型光學變焦模組實施例一的結構示意圖。 第2圖為第一實施例磁鐵和框架部分結構示意圖。 第3圖為第一實施例可動鏡頭元件的結構示意圖。 第4圖為第一實施例板彈簧的結構示意圖。 第5圖為本發明提供的一種微型光學變焦模組第二實施例的結構示意圖。 第6圖為第二實施例可動鏡頭元件和簧片部分的結構示意圖。 第7圖為第二實施例的折射鏡結構示意圖。

Claims (10)

1. 一種微型光學變焦模組，其改良在於包括： 底座； 連接在底座上的上的外殼，外殼與底座圍成一收容空間,且外殼的第一面上形成有開口； 設置在該收容空間內的、與該開口相對應的可動鏡頭組件； 設置在該收容空間內、用於驅動該可動鏡頭元件沿光軸方向和垂直於光軸方向中的至少一個方向移動的驅動部件；以及 固定於該外殼的第一面上的固定鏡頭元件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微型光學變焦模組，其中該固定鏡頭元件包括第二透鏡及用於支撐保護第二透鏡的第二鏡座，在該微型光學變焦模組靜止不動且驅動部件未通電的情況下，該固定鏡頭元件與該可動鏡頭組件的光軸重合。
3. 如申請專利範圍第2項所述之微型光學變焦模組，其中該可動鏡頭組件包括第一透鏡及固定第一透鏡的第一鏡座； 該驅動部件包括： 固定在底座上的電路板； 繞光軸方向纏繞並固定在第一鏡座外周的對焦線圈； 設置在對焦線圈外周側並與對焦線圈隔空相對設置的複數磁鐵； 用於固定該複數磁鐵的框架； 用於將第一鏡座懸架支撐於該框架內側並可沿該可動鏡頭組件的光軸方向移動的板彈簧，該板彈簧的內周側連接該鏡座，其外周側連接該框架；以及 複數沿光軸方向延伸的直線彈簧，其一端連接至底座側，另一端連接至該框架側，以將該框架懸架支撐為可沿垂直於該可動鏡頭元件的光軸方向移動的狀態； 其中，該電路板上設置有與該複數磁鐵隔空對置的複數防抖線圈。
4. 如申請專利範圍第2項所述之微型光學變焦模組，其中該固定鏡頭元件的靠近被攝物體的一側設有光路改變機構，該光路改變機構包括第三鏡座，一折射鏡連接於該第三鏡座上，用於將來自被攝物體方向的光折射向該固定鏡頭組件。
5. 如申請專利範圍第4項所述之微型光學變焦模組，其中該折射鏡可旋轉連接在該第三鏡座上。
6. 如申請專利範圍第4項所述之微型光學變焦模組，其中該可動鏡頭組件包括第一透鏡及固定第一透鏡的第一鏡座； 該驅動部件包括： 固定在底座上的電路板，該可動鏡頭元件的光軸平行於該電路板表面； 設置在電路板上的、繞垂直於電路板表面的方向纏繞的複數驅動線圈； 固定在第一鏡座的朝向電路板的一面上的複數磁鐵，該複數磁鐵與該複數驅動線圈隔空對置；以及 複數沿垂直於電路板表面的方向延伸的直線彈簧，其一端連接在第一鏡座側，另一端連接在底座側，用於將第一鏡座懸架支撐為可以沿該可動鏡頭元件的光軸方向和垂直於該可動鏡頭元件的光軸方向移動的狀態。
7. 如申請專利範圍第6項所述之微型光學變焦模組，其中還包括複數固定在第一鏡座上的簧片，該簧片包括用於固定在第一鏡座上的固定部以及從固定部上延伸而出的彈性懸臂，該彈性懸臂延伸出第一鏡座外而呈懸空狀態，該直線彈簧的一端與該彈性懸臂相連，另一端連接該電路板。
8. 如申請專利範圍第7項所述之微型光學變焦模組，其中該第一鏡座的位於光軸兩側的側面上分別向外延伸而出一承載部，該簧片為兩片，分別固定在兩個承載部上。
9. 如申請專利範圍第8項所述之微型光學變焦模組，其中從垂直於電路板的方向觀察，每個承載部均呈T型，且較寬的一端位於遠離第一鏡座的側面處，較窄的一端的端部連接第一鏡座的側面；該簧片的固定部的形狀與承載部相同並與承載部固定，該彈性懸臂的至少一部分延伸出承載部外而呈懸空狀態。
10. 如申請專利範圍第9項所述之微型光學變焦模組，其中該彈性懸臂經過多次彎折以分別沿光軸方向和垂直於光軸的方向延伸，且其兩端分別與固定部的較寬的端部和較窄的端部相連。