TWI409577B - 光學影像系統 - Google Patents

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TWI409577B
TWI409577B TW099127870A TW99127870A TWI409577B TW I409577 B TWI409577 B TW I409577B TW 099127870 A TW099127870 A TW 099127870A TW 99127870 A TW99127870 A TW 99127870A TW I409577 B TWI409577 B TW I409577B
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Li Pen Lin
Kuang Che Chen
Wen Chi Shih
Ying Shou Chen
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Primax Electronics Ltd
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Description

光學影像系統
本發明係關於一種光學影像系統，尤其係應用於可攜式電子裝置之攝像模組。
具有拍攝功能之行動通訊裝置以及個人數位助理器(Personal Digital Assistant，PDA)被廣泛地用來拍攝影像。在利用可攜式電子裝置之攝像模組進行拍攝時，很容易因外力影響而晃動，亦即俗稱的手震，造成拍攝所得之影像相當模糊不清。為了避免手震之情形發生，習知技術中具有一種防手震功能之光學影像系統。
以一設置有光學影像系統之行動通訊裝置來說明，請參閱圖1，其為習知光學影像系統應用於一行動通訊裝置之方塊示意圖。行動通訊裝置1包括有一光學影像系統10，且光學影像系統10包括一殼體100、一支撐部101、一攝像模組102、一震動感測元件103以及一擺動機構104(請參照圖2)。圖1中，光學影像系統10具有一光軸L，且支撐部101位於光軸L上。攝像模組102用以拍攝而產生影像，攝像模組102設置於設置於支撐部101上，且可相對於支撐部101擺動。攝像模組102包括一電路板1021以及一控制單元1022，控制單元1022設置於電路板1021上，且控制單元1022電性連接於震動感測元件103以及擺動機構104(請參照圖2)。震動感測元件103設置於光學影像系統10中，用以偵測光學影像系統10之傾斜情形，其中震動感測元件103係一陀螺儀。擺動機構104則用以控制攝像模組102之擺動。
關於光學影像系統10之詳細結構請參閱圖2，其為習知光學影像系統之結構剖面示意圖。圖2中，攝像模組102可相對於支撐部101往四個方向擺動，分別為第一方向D1、第二方向D2、垂直於第一方向D1之第三方向(未標示於圖中)以及與第三方向相反之第四方向(未標示於圖中)，且第一方向D1與第二方向D2係指本領域人士所熟知之Pitch軸向，而第三方向與第四方向係指本領域人士所熟知之Yaw軸向。擺動機構104包括複數電磁線圈1041、1042以及複數磁性體1043、1044，複數電磁線圈1041、1042設置於攝像模組102之四周，而複數磁性體1043、1044設置於殼體100上且接近於攝像模組102上之複數電磁線圈1041、1042，其中磁性體係為磁鐵。每一電磁線圈與每一磁性體用以控制攝像模組102於一個方向上之擺動：第一電磁線圈1041與第一磁性體1043對應於第一方向D1，第二電磁線圈1042與第二磁性體1044對應於第二方向D2，第三電磁線圈(未標示於圖中)與第三磁性體(未標示於圖中)對應於第三方向，第四電磁線圈(未標示於圖中)與第四磁性體(未標示於圖中)對應於第四方向。
接下來說明習知防手震功能之光學影像系統之運作情形，請再次參閱圖1，圖1顯示行動通訊裝置1處於靜止狀態，攝像模組102之光軸L與光學影像系統10互相平行，且光軸L平行於水平線。當使用者利用行動通訊裝置1之光學影像系統10進行拍攝並產生手震現象時，行動通訊裝置1、光學影像系統10以及攝像模組102皆往第一方向D1傾斜，且光軸L亦傾斜而不再平行於水平線，如圖3A所示。攝像模組102於傾斜狀態下進行拍攝而獲得之影像是因手震而模糊不清的，為了避免拍攝而獲得模糊不清之影像，當行動通訊裝置1、光學影像系統10以及攝像模組102皆往第一方向D1傾斜時，震動感測元件103偵測光學影像系統10往第一方向D1傾斜之角速度，並將該角速度轉換為角度變化量，例如正5度(假設光學影像系統10往第一方向D1傾斜之角度為正，而光學影像系統10往第二方向D2傾斜之角度為負)，且震動感測元件103輸出一對應於該角度變化量(亦即正5度)之一傾斜補償訊號予控制單元1022。
此時，控制單元1022根據傾斜補償訊號而產生進行負5度之一驅動訊號，以控制擺動機構104進行負5度之擺動，亦即使攝像模組102往第二方向D2進行5度之補償擺動。擺動機構104之第二電磁線圈1042被通電而產生一磁場，故第二電磁線圈1042得以被第二磁性體1046吸引而使攝像模組102往第二方向D2擺動5度，以使攝像模組102與光軸L皆與水平線平行而不傾斜，如圖3B所示。因此攝像模組102之拍攝不受手震影響而可獲得清晰之影像。
雖然控制單元1022命令擺動機構104進行負5度之補償擺動，但由於各種因素影響，使得攝像模組102無法確實往第二方向D2擺動5度，而可能僅往第二方向D2擺動3度，造成攝像模組102與光軸L仍傾斜而不平行於水平線，因此攝像模組102仍受手震影響而導致影像模糊。
本發明之目的在提供一種提升防手震效果光學影像系統。
於一較佳實施例中，本發明提供一種光學影像系統，應用於一可攜式電子裝置，該可攜式電子裝置具有一震動感測元件，連接於該光學影像系統，用以偵測該光學影像系統之傾斜並根據該光學影像系統之傾斜而產生一傾斜補償訊號，該光學影像系統具有一光軸，該光學影像系統包括：一支撐部，位於該光軸上；一攝像模組，設置於該支撐部上，且可相對於該支撐部擺動；一擺動機構，用以根據該傾斜補償訊號而使該攝像模組進行補償擺動；一第一擺動校正元件，設置於該攝像模組之一底部且位於該支撐部之一側，用以偵測該攝像模組於一第一方向以及一第二方向上之補償擺動，其中該第一擺動校正元件與該支撐部之間形成一第一延伸線；以及一第二擺動校正元件，設置於該攝像模組之該底部，且位於該支撐部之一另一側，該第二擺動校正元件用以偵測該攝像模組於一第三方向以及一第四方向上之補償擺動；其中該第二擺動校正元件與該支撐部之間形成一第二延伸線，且該第一延伸線垂直於該第二延伸線。
於一較佳實施例中，該可攜式電子裝置包括：一主電路板，連接於該攝像模組以及該擺動機構，且該震動感測元件設置於該主電路板上；以及一控制單元，設置於該主電路板上，用以根據該傾斜補償訊號而驅動該擺動機構。
於一較佳實施例中，當該擺動機構根據該傾斜補償訊號而使該攝像模組擺動至一第一位置，而該第一擺動校正元件以及該第二擺動校正元件偵測到該攝像模組擺動至一第二位置時，該第一擺動校正元件產生一第一擺動校正訊號予該控制單元，該第二擺動校正元件產生一第二擺動校正訊號予該控制單元，使該控制單元根據該第一擺動校正訊號以及該第二擺動校正訊號而使該攝像模組由該第二位置擺動至該第一位置。
於一較佳實施例中，本發明之光學影像系統更包括一軟性電路板，連接於該攝像模組以及該主電路板，用以傳輸該傾斜補償訊號予該控制單元。
於一較佳實施例中，該震動感測元件係一陀螺儀。
於一較佳實施例中，該攝像模組包括：一底板，設置於該攝像模組之該底部且與該支撐部接觸；一攝像電路板，設置於該底板上；一影像感測元件，設置於該攝像電路板上且被該光軸穿過，用以接收該攝像模組外之一光線而產生一影像；以及一對焦機構，位於該影像感測元件之上方且被該光軸穿過，用以使該攝像模組進行對焦。
於一較佳實施例中，該對焦機構包括：一鏡頭，被該光軸穿過，用以使該光線聚焦；以及一音圈馬達，用以移動該鏡頭而變更該鏡頭之一焦距。
於一較佳實施例中，本發明之光學影像系統更包括；一框架，套設於該攝像模組而位於該攝像模組之周圍；以及一殼體，覆蓋於該框架以及該攝像模組。
於一較佳實施例中，該擺動結構包括：複數電磁線圈，設置於該框架上，該每一電磁線圈用以被導電而產生一磁場；複數磁性體，設置於該殼體上且接近於該複數電磁線圈，用以因應該複數電磁線圈產生之該磁場而被吸引或被排斥，使該攝像模組擺動；以及一彈性體，連接於該攝像模組，用以使該攝像模組停止擺動而復位。
於一較佳實施例中，該第一擺動校正元件與該第二擺動校正元件係為光反射器，且該可攜式電子裝置係一行動通訊裝置或一個人數位助理。
於一較佳實施例中，該支撐部係一球體。
請參閱圖4，其為本發明光學影像系統應用於一可攜式電子裝置於一較佳實施例中之結構示意圖。可攜式電子裝置2包括一光學影像系統20、一主電路板21、一震動偵測元件22以及一控制單元23。光學影像系統20具有一光軸L*，且光學影像系統20連接於主電路板21。震動偵測元件22設置於主電路板21上，且連接於光學影像系統20，震動偵測元件22用以偵測光學影像系統20之傾斜並根據光學影像系統20之傾斜程度而產生一傾斜補償訊號。控制單元23設置於主電路板21上，於本較佳實施例中，控制單元23係為一微處理器，震動偵測元件22係為一陀螺儀(Gyroscope)，而可攜式電子裝置2係一行動通訊裝置或一個人數位助理。
接下來請參閱圖5，其為本發明光學影像系統於一較佳實施例中之結構剖面示意圖。光學影像系統20包括一支撐部201、一攝像模組202、一框架203、一殼體204、一擺動機構205、一第一擺動校正元件206、一第二擺動校正元件207(請參照圖6)以及一軟性電路板208。殼體204具有一殼體底板2041，支撐部201設置於殼體底板2041上且位於光軸L*上，於本較佳實施例中，支撐部201係為一球體。攝像模組202設置於支撐部201上，且攝像模組202可相對於支撐部201擺動。攝像模組202包括一底板2022、一攝像電路板2023、一影像感測元件2024以及一對焦機構2025。底板2022設置於攝像模組202之一底部2021且底板2022之一第二面與支撐部201接觸。攝像電路板2023設置於底板2022之一第一面上，而影像感測元件2024設置於攝像電路板2023上且被光軸L*穿過，影像感測元件2024用以接收攝像模組202外之一光線而產生一影像，於本較佳實施例中，影像感測元件2024係一互補式金屬氧化層半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)。對焦機構2025位於影像感測元件2024之上方且被光軸L*穿過，用以使攝像模組202進行對焦。對焦機構2025包括一鏡頭2025A以及一音圈馬達2025B，鏡頭2025A被光軸L*穿過，用以使光線聚焦，而音圈馬達2025B則用以移動鏡頭2025A以變更鏡頭2025A之一焦距。
請繼續參閱圖5，框架203套設於攝像模組202且位於攝像模組202之周圍，而殼體204覆蓋於框架203以及攝像模組202，使框架203與攝像模組202位於其中。擺動機構205電連接於主電路板21上之控制單元23，用以根據傾斜補償訊號而使攝像模組202進行補償擺動。擺動機構205包括複數電磁線圈2051、複數磁性體2052以及一彈性體2053。複數電磁線圈2051設置於框架203上，且每一電磁線圈2051用以被導電而產生一磁場。複數磁性體2052設置於殼體205上且接近於複數電磁線圈2051，用以因應複數電磁線圈2051產生之磁場而被吸引或被排斥，使攝像模組202擺動。而彈性體2053連接於攝像模組202，用以使攝像模組202停止擺動而復位。
接下來請同時參閱圖5以及圖6，圖6係為本發明光學影像系統於一較佳實施例中另一視角之局部結構示意圖。第一擺動校正元件206設置於攝像模組202之底部2021，亦即其底板2022之第二面上且位於支撐部201之一側，第一擺動校正元件206用以偵測攝像模組202於一第一方向D1*以及一第二方向D2*(亦即Pitch軸向)上之補償擺動，其中第一擺動校正元件206與支撐部201之間形成一第一延伸線L1。第二擺動校正元件207設置於攝像模組202之底部2021，亦即其底板2022之第二面上且位於支撐部201之一另一側，第二擺動校正元件207用以偵測攝像模組202於一第三方向D3*以及一第四方向D4*(亦即Yaw軸向)上之補償擺動，其中第二擺動校正元件208與支撐部201之間形成一第二延伸線L2，且第一延伸線L1垂直於第二延伸線L2。於本較佳實施例中，第一擺動校正元件206與第二擺動校正元件207係為光反射器。軟性電路板208連接於攝像模組202之攝像電路板2023以及可攜式電子裝置2之主電路板21，用以傳輸傾斜補償訊號予控制單元23。由圖1以及圖6可知，軟性電路板208被破孔而使支撐部201得以被設置於殼體204之殼體底板2041上，且支撐部201可與攝像模組202之底板2022接觸，而第一擺動校正元件206不被軟性電路板208遮蔽。另一方面，軟性電路板208之一側邊被裁切而使第二擺動校正元件207不被軟性電路板208遮蔽。
接下來說明本發明光學影像系統進行防手震之運作情形，請參閱圖7A、圖7B，圖7A以及圖7B係為光學影像系統於一較佳實施例中進行防手震之結構示意圖。當使用者利用可攜式電子裝置2之光學影像系統20進行拍攝並產生手震現象時，光學影像系統20以及攝像模組202因手震影響而皆往第一方向D1*傾斜一第一角度A1(假設第一角度A1係為5度，亦即正5度)，且光軸L*亦往第一方向D1*傾斜。此時，震動感測元件22偵測光學影像系統20之傾斜情形，並根據光學影像系統20之傾斜情形而產生一往第二方向D2*傾斜第一角度A1(亦即負5度)之傾斜補償訊號。傾斜補償訊號藉由軟性電路板208被傳輸至控制單元23，且控制單元23根據傾斜補償訊號而使對應於第一方向D1*之電磁線圈2051(位於圖7A中之右側)以及對應於第二方向D2*之電磁線圈2051(位於圖7A中之左側)通電而分別產生一磁場，左側之電磁線圈2051所產生之磁場吸引左側上半部之磁性體2052且排斥左側下半部之磁性體2052，而右側之電磁線圈2051所產生之磁場吸引右側下半部之磁性體2052且排斥右側上半部之磁性體2052，使攝像模組202往第二方向D2*擺動第一角度A1(亦即負5度)而到達一第一位置(也就是進行補償擺動)，其中當攝像模組202位於第一位置時，光軸L*不再傾斜而平行於水平線H，如圖7A所示。
然而，當攝像模組202實際進行補償擺動時，第一擺動校正元件206偵測攝像模組202之補償擺動，第一擺動校正元件206產生一第一光束B1而使第一光束B1投射至殼體底板2041上，且第一光束B1被殼體底板2041反射而被第一擺動校正元件206接收。由於攝像模組202進行補償擺動而使攝像模組202不平行於殼體底板2041，因此第一擺動校正元件206藉由第一光束B1之反射而可獲得攝像模組202進行補償擺動後攝像模組202與殼體底板2041間之角度。也就是說，當攝像模組202位於第一位置P1時，攝像模組202與殼體底板2041間之角度應為往第二方向D2*之第一角度A1(亦即負5度)。然而，由於各種因素影響，攝像模組202僅往第二方向D2*擺動一小於第一角度A1(負5度)之第二角度A2(假設為負3度)而到達一第二位置，如圖7B所示。因此第一擺動校正元件206偵側到攝像模組202與殼體底板2041間之角度為第二角度A2，並產生一第一擺動校正訊號予控制單元23。
控制單元23接收到第一擺動校正訊號而得知攝像模組202與殼體底板2041間之角度為第二角度A2，而非第一角度A1，並根據第一擺動校正訊號而使對應於第一方向D1*之電磁線圈2051(位於圖7B中之右側)以及對應於第二方向D2*之電磁線圈2051(位於圖7A中之左側)通電而分別產生磁場，左側之電磁線圈2051所吸引左側上半部之磁性體2052且排斥左側下半部之磁性體2052，而右側之電磁線圈2051所產生之磁場吸引右側下半部之磁性體2052且排斥右側上半部之磁性體2052，使攝像模組202由第二位置再往第二方向D2*擺動(其擺動幅度為第一角度A1與第二角度A2間之角度差，亦即2度)而到達第一位置。
此時，第一擺動校正元件206再次偵測攝像模組202之補償擺動，當第一擺動校正元件206偵側到攝像模組202與殼體底板2041間之角度為第一角度A1時(亦即攝像模組202到達第一位置)，第一擺動校正元件206停止偵側，否則第一擺動校正元件206將繼續偵側至攝像模組202到達第一位置為止。當攝像模組202進行第三方向D3*與第四方向D4*上之補償擺動時，則由第二擺動校正元件207來偵測攝像模組202之補償擺動，其運作原理與第一擺動校正元件206完全相同而不再贅述。當光學影像系統20拍攝完成時，連接於攝像模組202之彈性體2053緩衝攝像模組202之擺動，使攝像模組202停止擺動而回復至擺動前之位置。
需特別說明的是，本發明光學影像系統係一閉迴路控制系統，也就是不需要額外驅動第一擺動校正元件以及第二擺動校正元件，而可使第一擺動校正元件以及第二擺動校正元件再次偵測攝像模組之擺動，至攝像模組停止擺動為止。此外，光學影像系統並不限制每次僅可由第一擺動校正元件或第二擺動校正元件來偵測攝像模組於單一軸向(亦即兩個方向)之擺動，亦可使攝像模組同時進行兩個軸向(亦即四個方向)之擺動，並同時利用第一擺動校正元件以及第二擺動校正元件來偵測兩個軸向之擺動。
根據上述可知，本發明光學影像系統額外設置第一擺動校正元件以及第二擺動校正元件而對攝像模組之補償擺動進行偵測，以便判斷攝像模組是否確實擺動至可消除手震影響之位置。況且，第一擺動校正元件位於支撐部之一側，第二擺動校正元件位於支撐部之另一側，且第一擺動校正元件與支撐部之間所形成之第一延伸線垂直於第二擺動校正元件與支撐部之間所形成之第二延伸線。經過反覆實驗證明而可得知，分別設置於第一延伸線垂直於第二延伸線之位置上之第一擺動校正元件以及第二擺動校正元件可具有最佳之偵側準確性，因此可降低攝像模組進行補償擺動之次數，以延長光學影像系統之使用壽命。此外，本發明光學影像系統將震動偵測元件設置於光學影像系統之外，以儘可能地縮小光學影像系統之體積。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。
1．．．行動通訊裝置
2．．．可攜式電子裝置
10、20．．．光學影像系統
21．．．主電路板
22、103．．．震動感測元件
23、1022．．．控制單元
100、204．．．殼體
101、201．．．支撐部
102、202．．．攝像模組
104、205．．．擺動機構
206、207．．．擺動校正元件
208．．．軟性電路板
1041、1042、2051．．．電磁線圈
1043、1044、2052．．．磁性體
1021．．．電路板
2021．．．底部
2022．．．底板
2023．．．攝像電路板
2024．．．影像感測元件
2025．．．對焦機構
2053．．．彈性體
2041．．．殼體底板
2025A．．．鏡頭
2025B．．．音圈馬達
A1、A2．．．角度
D1、D2、D1*～D4*．．．方向
H．．．水平線
L、L*．．．光軸
L1、L2．．．延伸線
圖1係習知光學影像系統應用於一行動通訊裝置之方塊示意圖。
圖2係習知光學影像系統之結構剖面示意圖。
圖3A、3B係習知光學影像系統進行防手震之方塊示意圖。
圖4係本發明光學影像系統應用於一可攜式電子裝置於一較佳實施例中之結構示意圖。
圖5係本發明光學影像系統於一較佳實施例中之結構剖面示意圖。
圖6係本發明光學影像系統於一較佳實施例中另一視角之局部結構示意圖。
圖7A、7B係光學影像系統於一較佳實施例中進行防手震之結構示意圖。
20．．．光學影像系統
201．．．支撐部
202．．．攝像模組
204．．．殼體
206、207．．．擺動校正元件
208．．．軟性電路板
2022．．．底板
2023．．．攝像電路板
2052．．．磁性體
2053．．．彈性體
D1*、D2*、D3*、D4*．．．方向
L*．．．光軸
L1、L2．．．延伸線

Claims (11)

  1. 一種光學影像系統，應用於一可攜式電子裝置，該可攜式電子裝置具有一震動感測元件，連接於該光學影像系統，用以偵測該光學影像系統之傾斜並根據該光學影像系統之傾斜而產生一傾斜補償訊號，該光學影像系統具有一光軸，該光學影像系統包括：一支撐部，位於該光軸上；一攝像模組，設置於該支撐部上，且可相對於該支撐部擺動；一擺動機構，用以根據該傾斜補償訊號而使該攝像模組進行補償擺動；一第一擺動校正元件，設置於該攝像模組之一底部且位於該支撐部之一側，用以偵測該攝像模組於一第一方向以及一第二方向上之補償擺動，其中該第一擺動校正元件與該支撐部之間形成一第一延伸線；以及一第二擺動校正元件，設置於該攝像模組之該底部，且位於該支撐部之一另一側，該第二擺動校正元件用以偵測該攝像模組於一第三方向以及一第四方向上之補償擺動；其中該第二擺動校正元件與該支撐部之間形成一第二延伸線，且該第一延伸線垂直於該第二延伸線。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學影像系統，其中該可攜式電子裝置包括：一主電路板，連接於該攝像模組以及該擺動機構，且該震動感測元件設置於該主電路板上；以及一控制單元，設置於該主電路板上，用以根據該傾斜補償訊號而驅動該擺動機構。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光學影像系統，其中當該擺動機構根據該傾斜補償訊號而使該攝像模組擺動至一第一位置，而該第一擺動校正元件以及該第二擺動校正元件偵測到該攝像模組擺動至一第二位置時，該第一擺動校正元件產生一第一擺動校正訊號予該控制單元，該第二擺動校正元件產生一第二擺動校正訊號予該控制單元，使該控制單元根據該第一擺動校正訊號以及該第二擺動校正訊號而使該攝像模組由該第二位置擺動至該第一位置。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之光學影像系統，更包括一軟性電路板(Flexible Print Circuit，FPC)，連接於該攝像模組以及該主電路板，用以傳輸該傾斜補償訊號予該控制單元。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光學影像系統，其中該震動感測元件係一陀螺儀(Gyroscope)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光學影像系統，其中該攝像模組包括：一底板，設置於該攝像模組之該底部且與該支撐部接觸；一攝像電路板，設置於該底板上；一影像感測元件，設置於該攝像電路板上且被該光軸穿過，用以接收該攝像模組外之一光線而產生一影像；以及一對焦機構，位於該影像感測元件之上方且被該光軸穿過，用以使該攝像模組進行對焦。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之光學影像系統，其中該對焦機構包括：一鏡頭，被該光軸穿過，用以使該光線聚焦；以及一音圈馬達，用以移動該鏡頭而變更該鏡頭之一焦距。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光學影像系統，更包括：一框架，套設於該攝像模組而位於該攝像模組之周圍；以及一殼體，覆蓋於該框架以及該攝像模組。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光學影像系統，其中該擺動結構包括：複數電磁線圈，設置於該框架上，該每一電磁線圈用以被導電而產生一磁場；複數磁性體，設置於該殼體上且接近於該複數電磁線圈，用以因應該複數電磁線圈產生之該磁場而被吸引或被排斥，使該攝像模組擺動；以及一彈性體，連接於該攝像模組，用以使該攝像模組停止擺動而復位。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之光學影像系統，其中該第一擺動校正元件與該第二擺動校正元件係為光反射器，且該可攜式電子裝置係一行動通訊裝置或一個人數位助理(Personal Digital Assistant，PDA)。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之光學影像系統，其中該支撐部係一球體。
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