TWI411861B - 鏡頭模組 - Google Patents

Description

鏡頭模組

本發明涉及鏡頭模組，尤其涉及一種具有自動對焦功能之鏡頭模組。

隨著多媒體技術發展，數位相機、攝像機愈來愈為廣大消費者所青睞，於人們對數位相機、攝像機追求小型化地同時，又希望於同一位置可拍攝不同距離之影像，並獲得清晰圖像畫面，由此，具有自動對焦功能之鏡頭模組應運而生。

自動對焦技術使得鏡頭模組能根據物體之遠近，自動調整鏡頭模組之成像光學元件位置，以使得鏡頭模組之成像平面上成像清晰，從而數位相機、攝像機等取像裝置可拍攝距離不同之被攝物體之清晰圖像。一般地，具有自動對焦功能之鏡頭模組通常採用致動單元來調節成像光學元件之位置。

音圈馬達(Voice-Coil Motor，VCM)係近來應用較多之致動單元，其藉由平衡馬達與彈簧回返裝置控制成像光學元件之位置。Tae-Kyu Kim等人於2006年5月發表於In Proceedings of IEEE International Conference on Acoustics,Speech,and Signal Processing(ICASSP)第3卷之文獻“Fast Auto-Focus Control Algorithm Using the VCM Hysteresis Compensation in the Mobile Phone Camera”揭示了一種移動電話之相機模組快速對焦控制方法。然而，具有音圈馬達致動單元之鏡頭模組不但結構複雜、成本較高，而且自動對焦行程亦較為有限。

有鑑於此，提供一種結構簡單、成本較低、具有較大自動對焦行程之鏡頭模組實屬必要。

以下將以實施例說明一種鏡頭模組，其結構簡單、成本較低，並具有較大之自動對焦行程。

一種鏡頭模組，其包括鏡筒、鏡座、至少一磁性體、複數電磁鐵及一個控制器。該鏡筒與鏡座藉由螺紋旋合。該至少一磁性體固設於鏡筒。該複數電磁鐵固設於鏡座，環繞鏡筒排列，且與磁性體相對。該控制器用於控制與該磁性體磁極相對的電磁鐵產生與該磁性體相斥的磁力，所述控制器同時用於控制與該磁性體磁極相對的電磁鐵相鄰的其中一個電磁鐵產生與該磁性體相吸引的磁力，進而帶動該鏡筒相對於鏡座旋轉，從而實現自動對焦。

本技術方案之鏡頭模組結構簡單、成本較低，其藉由控制器控制該複數電磁鐵之磁場方向以改變鏡筒與鏡座間之扭力，從而可使得鏡筒相對於鏡座旋轉，並進一步調節鏡筒內之成像光學元件與鏡座內之影像感測器之距離，實現焦距或放大倍數之自動調整。並且，由於鏡筒與鏡座具有較長之旋合螺紋，因此本技術方案之鏡頭模組具有較大自動對焦行程。

10，20，30‧‧‧鏡頭模組

11，21，31‧‧‧鏡筒

110‧‧‧筒壁

1101‧‧‧內壁

1102‧‧‧外壁

111‧‧‧第一端部

112‧‧‧第二端部

12‧‧‧光學鏡片組

121‧‧‧對焦透鏡組

1211，1212，1213‧‧‧透鏡

122‧‧‧濾光片

123‧‧‧間隔體

13，23，33‧‧‧鏡座

131‧‧‧第一座體

132‧‧‧第二座體

133‧‧‧凸台

14‧‧‧影像感測器

141‧‧‧電路板

15，35‧‧‧磁性體

16，26，36‧‧‧電磁鐵

1601‧‧‧軟磁部

1602‧‧‧無磁部

1603‧‧‧線圈

1604‧‧‧電源部

161，261‧‧‧第一電磁鐵

162，262‧‧‧第二電磁鐵

163，263‧‧‧第三電磁鐵

17，27，37‧‧‧控制器

251‧‧‧第一永久磁鐵

252‧‧‧第二永久磁鐵

264‧‧‧第四電磁鐵

265‧‧‧第五電磁鐵

266‧‧‧第六電磁鐵

361‧‧‧支架

圖1係本技術方案第一實施例提供之鏡頭模組之剖示圖。

圖2係本技術方案第一實施例提供之鏡頭模組之俯示圖。

圖3係本技術方案第一實施例提供之鏡頭模組進行自動對焦前之俯示圖。

圖4係本技術方案第一實施例提供之鏡頭模組進行自動對焦時之俯示圖。

圖5係本技術方案第一實施例提供之鏡頭模組進行自動對焦後之俯示圖。

圖6係本技術方案第二實施例提供之鏡頭模組之俯示圖。

圖7係本技術方案第二實施例提供之鏡頭模組進行自動對焦前之俯示圖。

圖8係本技術方案第二實施例提供之鏡頭模組進行自動對焦後之俯示圖。

圖9係本技術方案第三實施例提供之鏡頭模組之剖示圖。

下面將結合附圖及複數實施例，對本技術方案提供之鏡頭模組作進一步之詳細說明。

請一併參閱圖1及圖2，本技術方案第一實施例提供之鏡頭模組10可進行自動對焦，其包括鏡筒11、光學鏡片組12、鏡座13、影像感測器14、磁性體15、複數電磁鐵16以及控制器17。

該鏡筒11為圓筒體，由筒壁110圍合而成。筒壁110具有相對之內壁1101及外壁1102，該內壁1101用於藉由黏膠方式收容、固定光 學鏡片組12。該外壁1102局部或全部設置有外螺紋，以便於配合旋入鏡座13。該鏡筒11具有相對之第一端部111及第二端部112，該第一端部111靠近物側，具有階梯孔1110，該階梯孔1110可用於控制經由被攝物體反射而入射至鏡筒11內之光線入射角。該第二端部112靠近像側，通常收容於鏡座13內。本實施例中，僅於靠近第二端部112之部分外壁1102設置外螺紋。

該光學鏡片組12用於對被攝物體進行光學成像，其可包括沿光軸方向依次設置之對焦透鏡組121及濾光片122。對焦透鏡組121靠近第一端部111設置。本實施例中，對焦透鏡組121依次包括三個透鏡1211，1212及1213。三個透鏡1211，1212及1213之間設置有間隔體123，以防止相鄰兩個透鏡之間因接觸或碰撞而導致透鏡損傷。該三個透鏡1211，1212及1213之材料不限，其可為玻璃、塑膠或複合透鏡。該三個透鏡1211，1212及1213之形狀亦不限，其可為球面透鏡，亦可為非球面透鏡。另外，對焦透鏡組121之透鏡數量亦不限於三個，其可為兩個，四個或其它個數。該濾光片122靠近第二端部112設置。濾光片122可為紅外截止濾波片、紫外截止濾光片或其它濾光片。

該鏡座13包括第一座體131及第二座體132。第一座體131與鏡筒11之第二端部112配合，從而可收容部分或全部鏡筒11。第二座體132位於第一座體131下方並與第一座體131連接成一體。該第二座體132用於收容影像感測器14。本實施例中，第一座體131為圓環體，其內徑與鏡筒11之外徑相同，且第一座體131之內壁1311設置有與鏡筒11之外螺紋相配合之內螺紋，以收容設置有外 螺紋之部分鏡筒11。第二座體132為方形筒體，其長度、寬度均大於第一座體131之外徑，因此，第二座體132與第一座體131之連接處具有一凸台133。當然，第二座體132亦可為其他形狀，其尺寸亦可與第一座體131之尺寸大致相同。

該影像感測器14收容於第二座體132，用於接收被攝物體經由光學鏡片組12形成之光學成像，並將該光學成像轉換成相應之電子影像訊號作為輸出訊號。本實施例中，影像感測器14連接於電路板141上，並藉由電路板141傳輸、轉換影像感測器14之輸出訊號。該影像感測器14可選用電荷耦合器件(CCD)感測器或互補金屬氧化物半導體(CMOS)感測器。該影像感測器14之解析度可為1.3百萬圖元，2百萬圖元，3百萬圖元或更高。通常來說，當該影像感測器14之解析度為3百萬圖元及以上時，相應之對焦透鏡組121可設置有4片或更多片非球面透鏡。

磁性體15用於與電磁鐵16相互作用，磁性體15可設置於鏡筒11之外壁1102，亦可設置於鏡筒11之外壁1102與內壁1101之間，即，嵌設於鏡筒11之筒壁110內。磁性體15可以為永久磁鐵，以具有永久磁性，也可以為電磁鐵，僅於通電情況下具有磁性。本實施例中，磁性體15為永久磁鐵，其呈長條形，固設於鏡筒11之外壁1102，且其縱長方向平行於鏡筒11之軸線。優選地，為避免影響鏡筒11之外螺紋，磁性體15可靠近鏡筒11之第一端部111設置。該磁性體15可藉由黏結固定、螺釘固定、支架固定等方法固設於鏡筒11。該磁性體15可為合金永磁材料，例如稀土永磁材料、釤鈷永磁材料、釹鎳鈷永磁材料等，亦可為鐵氧體永磁材料，例如 燒結鐵氧體永磁材料、黏結鐵氧體永磁材料、注塑鐵氧體永磁材料等。

該複數電磁鐵16等間距地環繞鏡筒11排列，且相對於鏡筒11之軸線對稱分佈。複數電磁鐵16可固設於鏡座13之第一座體131外壁、第一座體131頂部，亦可固設於凸台133，還可固設於第二座體132外壁。本實施例中，鏡頭模組10包括八個長條狀之電磁鐵16，八個電磁鐵16間隔一定距離地固設於第一座體131頂部，其縱長方向均與磁性體15之縱長方向平行。並且，每一電磁鐵16均包括圍繞有線圈1603之軟磁部1601及未圍繞線圈1603之無磁部1602。該軟磁部1601與磁性體15相對，即，軟磁部1601之磁極與磁性體15之磁極相對，以使電磁鐵16與磁性體15之間具有相互作用力。本實施例中，軟磁部1601與永久磁鐵平行，軟磁部1601於鏡筒11軸線方向上之長度相近或略大於永久磁鐵於鏡筒11軸線方向上之長度，軟磁部1601之兩個磁極分別與永久磁鐵之兩個磁極沿垂直於鏡筒11軸線方向相對設置，從而電磁鐵16與永久磁鐵之間具有較強相互作用力。該線圈1603與電源部1604連接，可藉由電源部1604對線圈1603中電流之流向進行控制，從而對軟磁部1601之磁場方向進行控制，如此電磁鐵16之軟磁部1601之磁極可根據需要進行相應之控制或改變。

當然，每一電磁鐵16可僅具有軟磁部1601。即，無磁部1602亦可圍繞有線圈1603而成為軟磁部。每一軟磁部1601亦可不藉由無磁部1602而藉由一支架連接、固定於鏡座13。

該控制器17用於根據影像感測器14之輸出訊號控制複數電磁鐵16 之磁場方向，故控制器17與影像感測器14、複數電磁鐵16均有連接。控制器17可包括處理電路及驅動電路，該處理電路用於處理影像感測器14之輸出訊號，該驅動電路用於控制複數電磁鐵16之線圈電流流向。確切地說，控制器17與電路板141、電源部1604均具有連接關係。處理電路從電路板141處獲得圖像或數位訊號並對該訊號進行處理，得出光學鏡片組12需要移動之方向及距離。驅動電路根據處理電路之處理結果驅動電源部1604，進而控制每一電磁鐵16之線圈1603之電流流向，即，控制每一電磁鐵16之磁場方向。

由於複數電磁鐵16之磁場方向可改變，磁性體15與複數電磁鐵16間之作用力可發生變化，從而可帶動鏡筒11相對於鏡座13發生相對轉動直至磁性體15與複數電磁鐵16間之作用力趨於穩定。因而，控制器17可藉由控制複數電磁鐵16之磁場方向使得鏡筒11內之光學鏡片組12相對於鏡座13內之影像感測器14上下移動，從而實現鏡頭模組10之自動對焦過程。

例如，請參閱圖3，鏡頭模組10進行自動對焦前，永久磁鐵15與第一電磁鐵161相對，且永久磁鐵之N極靠近物側即靠近鏡筒11之第一端部111，永久磁鐵之S極靠近鏡筒11之像側即靠近鏡筒11之第二端部112。當控制器17之處理電路對影像感測器14之輸出訊號處理後認為應當使得鏡筒11帶動對焦透鏡組121向下移動，而鏡筒11之外螺紋為向下安裝之右旋螺紋時，鏡筒11應當順時針旋轉即向右旋轉，以向下移動。具體地，驅動電路應當控制與永久磁鐵相對之第一電磁鐵161之線圈電流流向，使得第一電磁鐵161 之N極與永久磁鐵15之N極相對、第一電磁鐵161之S極與永久磁鐵之S極相對，並控制與該第一電磁鐵161相鄰且位於其右側即旋轉方向側之第二電磁鐵162之線圈電流流向，使得第二電磁鐵162之S極靠近第一端部111，第二電磁鐵162之N極靠近第二端部112，如圖4所示。從而，第一電磁鐵161與永久磁鐵15之間具有斥力、第二電磁鐵162對永久磁鐵15具有引力，將使得永久磁鐵向第二電磁鐵162靠近直至永久磁鐵15與第二電磁鐵162相對。請參閱圖5，即，永久磁鐵將帶動鏡筒11相對於鏡座13向右旋轉1/8圓周(45度)，從而使得鏡筒11帶動對焦透鏡組121向下移動1/8螺距。 同理，重複如上調節，即可使得鏡筒11不斷向下移動，直至移動至指定距離。如此，鏡頭模組10可藉由鏡筒11相對於鏡座13之自動旋轉而實現光學鏡片組12與影像感測器14間之距離變化，即，可實現自動對焦。

請再次參閱圖4，如果控制器17控制第一電磁鐵161、第二電磁鐵162之線圈電流流向時，同時亦控制與第一電磁鐵161相鄰且位於其左側即逆時針方向側之第三電磁鐵163之磁場方向，使得第三電磁鐵163與永久磁鐵之間亦具有斥力，則可使得鏡筒11具有更大之扭力向右旋轉即往順時針方向旋轉，從而可獲得更快之自動對焦效果。

另外，鏡頭模組10之電磁鐵16之數量可視自動對焦之精度而定，可為4個、6個、10個或其他個數。

當然，鏡頭模組10之磁性體15之數量亦可為兩個或兩個以上。

請參閱圖6，本技術方案第二實施例之鏡頭模組20與第一實施例之鏡頭模組10大致相同，其不同之處在於：鏡頭模組20具有相對設置之第一永久磁鐵251及第二永久磁鐵252。

請參閱圖7，如果鏡頭模組20進行自動對焦前，第一永久磁鐵251、第二永久磁鐵252分別與第一電磁鐵261、第二電磁鐵262相對，且第一永久磁鐵251之N極、第二永久磁鐵252之S極均靠近鏡筒21之物側即靠近第一端部。當控制器27認為應當使得光學鏡片組向上移動，而鏡筒21之外螺紋為向下安裝之右旋螺紋時，控制器27應當控制第一電磁鐵261之N極靠近第一端部並與第一永久磁鐵251之N極相對，同時使得位於第一電磁鐵261左側之第三電磁鐵263之S極、位於第一電磁鐵261右側之第四電磁鐵264之N極均靠近鏡筒21之第一端部。同時控制器27還可控制第二電磁鐵262之S極、位於第二電磁鐵262左側之第五電磁鐵265之N極、位於第一電磁鐵261右側之第六電磁鐵264之S極均靠近鏡筒21之第一端部。從而，第一永久磁鐵251與第一電磁鐵261、第四電磁鐵264相斥，與第三電磁鐵263相吸，即，第一電磁鐵261、第三電磁鐵263、第四電磁鐵264將使得第一永久磁鐵251帶動鏡筒21向左旋動。同時，第二永久磁鐵252與第二電磁鐵262、第六電磁鐵266相斥，與第五電磁鐵265相吸，即，第二電磁鐵264、第五電磁鐵265、第六電磁鐵266將使得第二永久磁鐵252亦帶動鏡筒21向左旋動。

由於第一永久磁鐵251、第二永久磁鐵252受到之作用力方向一致，均可使得鏡筒21相對於鏡座23向左旋轉，因此，本實施例之鏡 頭模組20相較於第一實施例之鏡頭模組10可具有更快旋轉速度，可更快實現自動對焦過程。即，第一永久磁鐵251可更快旋轉至與第三電磁鐵263相對，第二永久磁鐵252可更快旋轉至與第五電磁鐵265相對，如圖8所示。此時，鏡筒21帶動光學鏡片組向上移動1/8螺距。

當然，鏡頭模組20之電磁鐵26之數量亦可為其他個數。永久磁鐵25之數量亦可為兩個以上，僅需每一永久磁鐵25受到之作用力方向一致即可。

另外，第一永久磁鐵251、第二永久磁鐵252也可以用電磁鐵替換，僅需於需要自動對焦時具有相應磁性即可。

請參閱圖9，本技術方案第三實施例之鏡頭模組30與第一實施例之鏡頭模組10大致相同，其不同之處在於：電磁鐵36藉由支架361固設於磁性體35下方，電磁鐵36之一個磁極與磁性體35之一個磁極沿平行於鏡筒31軸線方向相對設置。從而，同樣可藉由控制器37改變電磁鐵36之磁場方向改變電磁鐵36與磁性體35間之作用力，並進一步使得磁性體35帶動鏡筒31相對於鏡座33旋轉，實現自動對焦。

本技術方案之鏡頭模組結構簡單、成本較低，其藉由控制器控制該複數電磁鐵之磁場方向以改變鏡筒與鏡座間之扭力，從而使得鏡筒相對於鏡座旋轉，並進一步調節鏡筒內之成像光學元件與鏡座內之影像感測器間之距離，實現焦距或放大倍數之自動調整。並且，由於鏡筒與鏡座具有較長之旋合螺紋，因此本技術方案之 鏡頭模組具有較大自動對焦行程。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，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援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧鏡頭模組

11‧‧‧鏡筒

110‧‧‧筒壁

1101‧‧‧內壁

1102‧‧‧外壁

111‧‧‧第一端部

112‧‧‧第二端部

12‧‧‧光學鏡片組

121‧‧‧對焦透鏡組

1211，1212，1213‧‧‧透鏡

122‧‧‧濾光片

123‧‧‧間隔體

13‧‧‧鏡座

131‧‧‧第一座體

132‧‧‧第二座體

133‧‧‧凸台

14‧‧‧影像感測器

141‧‧‧電路板

15‧‧‧磁性體

16‧‧‧電磁鐵

1601‧‧‧軟磁部

1602‧‧‧無磁部

1603‧‧‧線圈

1604‧‧‧電源部

17‧‧‧控制器

Claims (13)

1. 一種鏡頭模組，包括鏡筒與鏡座，該鏡筒與鏡座藉由螺紋旋合，其改進在於，該鏡頭模組還包括一磁性體、複數電磁鐵及一控制器，該磁性體固設於鏡筒，該複數電磁鐵固設於鏡座，環繞鏡筒排列，且與磁性體相對，該控制器用於控制與該磁性體磁極相對的電磁鐵產生與該磁性體相斥的磁力，所述控制器同時用於控制與該磁性體磁極相對的電磁鐵相鄰的其中一個電磁鐵產生與該磁性體相吸引的磁力，進而帶動該鏡筒相對於鏡座旋轉，從而實現自動對焦。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭模組，其中，該複數電磁鐵等間距地環繞鏡筒排列。
3. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭模組，其中，該磁性體固設於鏡筒外壁。
4. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭模組，其中，該磁性體嵌設於鏡筒之筒壁內。
5. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭模組，其中，該磁性體為永久磁鐵。
6. 如申請專利範圍第5項所述之鏡頭模組，其中，該複數電磁鐵設置於磁性體下方，電磁鐵之一個磁極與永久磁鐵之一個磁極沿平行於鏡筒軸線方向相對設置。
7. 如申請專利範圍第5項所述之鏡頭模組，其中，該複數電磁鐵與永久磁鐵平行設置，電磁鐵之兩個磁極分別與永久磁鐵之兩個磁 極沿垂直於鏡筒軸線方向相對設置。
8. 如申請專利範圍第7項所述之鏡頭模組，其中，每一電磁鐵沿鏡筒軸線方向之長度與永久磁鐵沿鏡筒軸線方向之長度相同。
9. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭模組，其中，該鏡座包括用於收容鏡筒之第一座體及與連接於第一座體下方之第二座體，該第二座體與第一座體之連接處具有一凸台，該複數電磁鐵固設於第一座體之外壁、第一座體之頂部、凸台或第二座體之外壁。
10. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭模組，其中，該控制器包括處理電路及驅動電路，該處理電路用於處理接收訊號，該驅動電路用於控制複數電磁鐵之線圈電流流向。
11. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭模組，其中，該鏡頭模組還包括光學透鏡組及影像感測器，該光學透鏡組收容於鏡筒，用於對被攝物體進行光學成像，該影像感測器收容於鏡座，用於接收被攝物體經由光學透鏡組形成之光學成像。
12. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭模組，其中，每一電磁鐵均包括圍繞有線圈的軟磁部及未圍繞線圈的無磁部。
13. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭模組，其中，該磁性體藉由黏膠、螺釘或支架固設於鏡筒。