TW202040250A

TW202040250A - 鏡頭自動對焦驅動裝置

Info

Publication number: TW202040250A
Application number: TW108114645A
Authority: TW
Inventors: 丘祺緯
Original assignee: 致能機電工業股份有限公司
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2020-11-01
Also published as: US20200341233A1; TWI693461B; US11320626B2; US20220229266A1

Abstract

一種鏡頭自動對焦驅動裝置至少包括一固定環，其設置於基一座之一上表面；複數個限位元件，其分別立設於固定環；一鏡筒，其設置於基座之上，並實質位於該些限位元件之間，且鏡筒之一外側面具有複數個凸部及凹部，其中之一凹部係與對應的限位元件構成一設置空間；一致動器，其設置於基座之上表面，並且具有二組電極端子對以及二組對向設置的形狀記憶合金線，其中各形狀記憶合金線的中段係接觸於鏡筒之一對應的凸部，而其兩端係分別連結於各組電極端子對之電極；複數組滾珠，其位於對應之設置空間中，並且分別與限位元件及凹部的表面接觸。

Description

鏡頭自動對焦驅動裝置

本發明係關於一種鏡頭對焦驅動裝置，特別關於一種使用記憶合金(shape-memory alloy，SMA)線的鏡頭自動對焦驅動裝置。

手機相機模組之自動對焦(Auto Focus)致動器為當前智慧型手機不可或缺的標準配備之一，其在執行拍攝時需要移動鏡頭模組以達成自動對焦功能。

自動對焦致動器的設計也有許多不同的技術，例如音圈馬達(voice coil motor，VCM)、壓電馬達(piezoelectric motor)、形狀記憶合金線。目前最廣泛應用的為音圈馬達，其優勢為成本低廉、製作良率高、技術發展成熟。然而音圈馬達仍存在一些缺點，如對焦速度慢、耗電量大、受磁力影響等，因此許多新的技術仍不斷的被提出討論。形狀記憶合金相較於音圈馬達來說擁有成本較低、反應時間迅速的優勢，然而由於其變形曲線和輸入電流呈現非線性，並且具有遲滯現象，使得位置的控制不易。

記憶合金線具有被通以電流加熱後可以產生形變以改變長度，而當停止提供電流後可以伸展至原來長度的特性。因此，通過控制形狀記憶合金線的電流大小，則可以控制鏡頭模組的對焦位置。

然而，在移動鏡頭模組的過程中，其動態傾角的控制將影響整體的對焦效果的優劣。因此，如何提供一種鏡頭自動對焦驅動裝置，而能夠較為精確地控制鏡頭的動態傾角(dynamic tilt)，實屬當前重要課題之一。

有鑒於此，本發明之一目的在於提供一種鏡頭自動對焦驅動裝置，其可在執行對焦的過程中能夠控制鏡頭的動態傾角，進而較精確地執行對焦控制。

為達上述目的，本發明提供一種鏡頭自動對焦驅動裝置，其包括一基座、一導軌單元、一鏡筒、一致動器、複數組滾珠、一外殼以及二彈性元件。導軌單元設置於基座之一上表面，並具有一固定環及複數個限位元件。限位元件分別立設於固定環。鏡筒設置於基座之上，並且實質上位於該些限位元件之間，且鏡筒之一外側面具有複數個凸部及凹部，其中之一凹部係與對應的限位元件構成一設置空間。致動器設置於基座之上表面，並且具有二組電極端子對(electrode terminal pair)以及二組對向設置的形狀記憶合金(shape-memory alloy，SMA)線。各形狀記憶合金線係接觸於鏡筒之一對應的凸部，且各形狀記憶合金線之兩端係分別連結於各組電極端子對之電極。各形狀記憶合金線係藉由電流的驅動產生熱變形，進而驅動鏡筒相對於基座運動。各組滾珠係位於對應之設置空間中，並且分別與限位元件及凹部的表面接觸。外殼係與基座結合，以至少包覆導軌單元、鏡筒及致動器。二彈性元件係對向設置於鏡筒之一上表面與外殼之間，並於各形狀記憶合金線冷卻後提供一回復力使鏡筒朝基座的方向運動。

於本發明之一實施例中，其中該些限位元件係平均設置於該固定環上，並且各限位元件之間的夾角係為120度角。

於本發明之一實施例中，其中各限位元件係呈L形，並且L形之缺口朝向鏡筒之外側面。

承上所述，依據本發明之一種鏡頭自動對焦驅動裝置係利用導軌單元並配合二組SMA線使得鏡筒可沿著光軸而與基座相對移動。另外，藉由導軌單元中平均分配設置於固定環的限位元件配合各組滾珠，則可以限制鏡筒移動時的傾斜角，而可較為精確的控制鏡頭的自動對焦功能。

10‧‧‧鏡頭自動對焦驅動裝置

11‧‧‧基座

111‧‧‧中央通孔

112‧‧‧上表面

113‧‧‧支撐板

114a、114b、114c‧‧‧定位元件

1131‧‧‧第一面

1132‧‧‧第二面

12‧‧‧導軌單元

121‧‧‧固定環

122a、122b、122c‧‧‧限位元件

13‧‧‧鏡筒

131a、131b‧‧‧凸部

132a、132b、132c、132d‧‧‧凹部

14‧‧‧致動器

141a、141b‧‧‧電極端子對

142a、142b‧‧‧形狀記憶合金線

E1‧‧‧第一電極

E2‧‧‧第二電極

E3‧‧‧第三電極

E4‧‧‧第四電極

15a、15b、15c‧‧‧滾珠

16‧‧‧外殼

17a、17b‧‧‧彈性元件

18‧‧‧電路板

181‧‧‧第一面

182‧‧‧第二面

183‧‧‧霍爾感測元件

19‧‧‧磁性元件

A01、A02、A03‧‧‧夾角

P01、P02‧‧‧凸塊

第1圖係顯示依據本發明較佳實施例之一種鏡頭自動對焦驅動裝置的外觀示意圖。

第2圖係顯示依據本發明較佳實施例之鏡頭自動對焦驅動裝置的元件爆炸示意圖。

第3圖係顯示依據本發明較佳實施例之鏡頭自動對焦驅動裝置的上視示意圖。

第4圖係顯示依據本發明較佳實施例之鏡頭自動對焦驅動裝置的側視示意圖。

以下將透過實施例來解釋本發明內容，本發明的實施例並非用以限制本發明須在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以限制本發明。須說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示，且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例。另外，以下實施例中，相同的元件將以相同的元件符號加以說明。

第1圖係依據本發明較佳實施例之一種鏡頭自動對焦驅動裝置10的外觀示意圖。第2圖係顯示鏡頭自動對焦驅動裝置10的元件爆炸示意圖。第3圖係鏡頭自動對焦驅動裝置10的上視示意圖。第4圖係鏡頭自動對焦驅動裝置10的側視示意圖。

請同時參照第1圖及第2圖所示，本發明較佳實施例之鏡頭自動對焦驅動裝置10包括一基座11、一導軌單元12、一鏡筒13、一致動器14、三組滾珠15a、15b、15c、一外殼16、二個彈性元件17a、17b、一電路板18以及一磁性元件19。

基座11略呈矩形平板狀，且中央具有一中央通孔(through hole)111。基座11之一上表面112設置有一支撐板113以及三組定位元件114a、114b、114c。支撐板113具有一第一面1131及一第二面1132，並且立設(standing)於矩形基座11的一側邊。定位元件114a、114b、114c係沿著中央通孔111周圍的上表面112 平均分配設置。各組定位元件分別具有二個相鄰排列的凸塊P01、P02。

電路板18具有一第一面181及一第二面182，並且沿基座11之一側邊立設於上表面112。在本實施例中，電路板18係一軟性電路板(flexible printed circuit board，FPC)，其係第一面181接觸於支撐板113之第一面1131而固定於支撐板113上。另外，電路板18之第一面181還設置有一霍爾感測元件183，其係外露於支撐板113之第二面1132。藉此配置，可以有效地利用空間，以在有限的範圍內將整體縮小化。在其他實施例中，電路板亦可以選用具有剛性支撐的電路板，如此則可以省去基座上的支撐板。再者，電路板18上還可設置有電流驅動晶片或控制晶片等。

導軌單元12具有一固定環121及三個限位元件122a、122b、122c。固定環121係對應於中央通孔111而設置於基座11之上表面112，其實質上係位於三組定位元件114a、114b、114c所構成之圓形範圍內。三個限位元件122a、122b、122c分別立設於固定環121上，並且平均地設置於固定環121上。請同時搭配參照第3圖所示，三個限位元件122a、122b、122c於固定環121上的位置間的夾角A01、A02、A03係分別約為120度角。

在其他實施例中，限位元件的數量並非限定為三個，當鏡頭自動對焦驅動裝置的尺寸加大，或其中元件的材質強度較低，則可增加限位元件的數量，並將其平均設置於中央通孔的周圍。舉例說明，當限位元件的數量為四個時，其於固定環121上的位置間的夾角則係分別約為90度角。

再進一步說明，固定環121與限位元件122a、122b、122c之材質可分別包括金屬、塑鋼或塑膠。另外，限位元件122a、122b、122c分別係呈L形，其可藉由焊接接合、固化膠的膠合、高溫熔接或雷射焊接等技術而設置於固定環121上。在本實施例中，L形的限位元件係以其外週緣頂抵於定位元件的凸塊P01、P02，藉以確定限位元件的位置。

鏡筒13設置於基座11之上，並且實質上係位於限位元件122a、122b、122c所構成之圓形範圍之間。鏡筒13之一外側面具有二個凸部131a、131b以及四個凹部132a、132b、132c、132d。鏡筒13係用以連結鏡頭模組(圖中未顯示)，並且鏡筒13在安裝之後可以在基座11與外殼16之間的空間內沿著光的軸向移動，進而帶動鏡頭模組移動。

在本實施例中，L形的限位元件122a、122b、122c係分別以其缺口朝向鏡筒13的外側面而設置。更進一步而言，限位元件122a的缺口係對應於凹部132a、限位元件122b的缺口係對應於凹部132b以及限位元件122c的缺口係對應於凹部132c，並且在對應的各限位元件與各凹部之間，係分別構成一設置空間。

磁性元件19設置於鏡筒13之外側面之凹部132d，並且面對電路板18之霍爾感測元件183。磁性元件19係為具有極性的磁鐵(或稱磁石)，其係以同時顯露兩磁極之一側面對霍爾感測元件183設置。

致動器14係設置於基座11之上表面112，並且具有二組電極端子對(electrode terminal pair)141a、141b以及二組形狀記憶合金(shape-memory alloy，SMA)線142a、142b。電極端子對141a具有一第一電極E1以及一第二電極E2，而電極端子對141b則具有一第三電極E3以及一第四電極E4。形狀記憶合金線142a之兩端係分別連結於第一電極E1以及第二電極E2(請同時搭配參照第4圖)，而形狀記憶合金線142b之兩端則係分別連結於第三電極E3以及第四電極E4。致動器14可接受由電路板18上之電流驅動晶片或控制晶片的驅動或控制而作動。

四個電極E1、E2、E3、E4係分別約略位於矩形基座11的四個角落，而二組形狀記憶合金線142a、142b則係對向位於基座11的二側邊。另外，形狀記憶合金線142a的中段係連結於鏡筒13之凸部131a的下緣(如第4圖所示)，而形狀記憶合金線142b的中段則係連結於鏡筒13之凸部131b的下緣，據此，形狀記憶合金線142a、142b在初始狀態係約呈V形。形狀記憶合金線142a、142b係藉由電流的驅動產生熱變形而致使其長度縮短，進而可帶動鏡筒相對於基座而往上移動；當停止提供電流之後，將會使得形狀記憶合金線142a、142b冷卻而回復為原來的長度。更進一步說明，藉由控制電流的大小則可以控制形狀記憶合金線142a、142b收縮的程度，進而可以控制鏡筒13的位置。其中形狀記憶合金線142a、142b利用施加電流時產生的電阻來加熱是為已知的技術，因此在本文中省略了詳細的說明。

在本實施例中，第一電極E1、第二電極E2、第三電極E3以及第四電極E4係由導電金屬板所構成，其中第二電極E2與第四電極E4係相互電性連接，其可由同一導電金屬板所構成，可作為接地(ground)之用。

各組滾珠15a、15b、15c係位於對應的設置空間中，滾珠的材料可為金屬(如不鏽鋼)、抑或精密研磨陶瓷等具低摩擦係數的材料，並且分別與限位元件122a、122b、122c及凹部132a、132b、132c的表面接觸。藉由限位元件122a、122b、122c與鏡筒13的凹部132a、132b、132c可以分別將滾珠15a、15b、15c限制在設置空間中，當鏡筒13被致動器14驅動時，滾珠15a、15b、15c可以穩定地在限位元件122a、122b、122c與鏡筒13之凹部132a、132b、132c之間相對滾動。

外殼16係與基座11結合以形成一容置空間，並將上述元件包覆於容置空間中。外殼16配合基座的外型亦略呈矩形體，並且在本實施例中，外殼16之材質係為金屬。

值得一提的是，外殼16、固定環121以及鏡筒13分別具有與基座11之中央通孔111對應的通孔，以令鏡頭模組在組裝後能夠使得光線通過該些通孔而射至一影像感測器(image sensor)。

二個彈性元件17a、17b係對向設置於鏡筒13之上表面112與外殼16之間，並於各形狀記憶合金線142a、142b冷卻後提供一回復力使鏡筒13朝向基座11的方向運動。進一步說明，彈性元件17a、17b例如係壓縮彈簧，其二端係可分別透過固定元件(圖中未顯示)而連結固定於鏡筒13以及外殼16。藉此，當鏡筒13受到形狀記憶合金線142a、142b的驅動而移動後，將造成彈性元件 17a、17b因變形而儲存彈力，並且當解除形狀記憶合金線142a、142b對鏡筒13的驅動之後，則釋放彈性元件17a、17b所儲存的彈力而對鏡筒施予回復力，以使鏡筒13朝向基座11的方向移動。

綜上所述，依據本發明提供之鏡頭自動對焦驅動裝置，其係利用二組記憶合金線構成雙線式自動對焦致動器，可以在鏡頭模組的二側獨立控制，另外，利用三組滾珠搭配限位元件可以抑制鏡筒帶動鏡頭模組上下移動時的動態傾角。再者，鏡頭自動對焦驅動裝置藉由霍爾感測元件以及磁性元件還可作為位置回饋的閉迴路控制(closed-loop control)，進而可以更為精確的執行自動對焦功能。

本發明符合發明專利之要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士，爰依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包括於以下之申請專利範圍內。