TWI413345B

TWI413345B - 電磁驅動裝置

Info

Publication number: TWI413345B
Application number: TW100106137A
Authority: TW
Inventors: Chao Chang Hu; Chih Jumg Hung
Original assignee: Tdk Taiwan Corp
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2013-10-21
Also published as: US8462452B2; TW201236321A; US20120218650A1

Description

電磁驅動裝置

本發明是關於一種電磁驅動裝置，尤指一種利用電流磁場做為動力源來驅動光學變焦或對焦鏡頭組，且於未導通電力時可藉由磁鐵磁力來造成之一摩擦力以便將鏡頭固定於一定位上。

請參閱圖一所示，圖一為習用對焦鏡頭之立體分解示意圖。於習用對焦鏡頭中所使用的機械傳動式對焦機構9，其使用高成本的精密驅動元件91作為驅動設有鏡頭組92的承載座93的動力來源(例如：步進馬達、超音波馬達、壓電致動器....等等)以及相當多的傳動元件。不僅使得機械架構複雜，而具有組裝步驟繁瑣不易、體積大還有成本高昂之缺失，同時還有耗電量大的嚴重缺點，造成價格無法下降。

早期的照相技術非常複雜，必須仰賴人工測光、手動對焦、自助捲片，大量使用人力的結果，往往也是最容易出錯的環節。特別是重要的場景，一旦錯過就不再重來，攝影師的素質成為這個時期拍照的重要因素。隨著50、60年代大幅度機械自動化的發展，越來越多人相信自動化是未來世界的指標。先一步完成的自動測光技術和電動捲片機，充分指明了攝影技術確實有可能邁向自動化，而其中最為關鍵的部分，也是決定拍照的速率決定步驟的重點『自動對焦系統』，也成為當時各家相機製造商的指標研發項目。

而隨著科技的日新月益，傳統專用攝影裝置不僅不斷的提高畫質並朝著輕、薄、短、小的目標邁進，以便於適合多元化的資訊時代之新產品，而利用步進馬達機械式帶動的變焦鏡頭有著體積無法進一步減少的缺點，導致影響整體產品無法輕薄化的因素之一。

於另一方面，業者運用電磁技術，運用VCM電子迴授系統監控其線圈偏移量，來取代傳統步進馬達，更能進一步的減少驅動結構的體積。同時也針對各種不同功能產品進行整合，例如將攝影功能與行動通訊功能之手機結合、將攝影功能與個人數位助理(PDA)結合或是將攝影功能與筆記型電腦結合，令其具有更強大的視訊功能。

然而，由於這些手機、PDA、筆記型電腦等可攜式電子裝置都同樣具有電池容量有限的限制。因此，如何設計出一種變焦或對焦鏡頭的驅動裝置，其不僅可以較低之耗電量來驅動鏡頭執行變焦或對焦運動，且在完成變焦或對焦運動後，即使切斷電源供應也能將鏡頭維持在固定的位置上以達到省電的功效，亦成為業者進行研發的方向。

本發明的主要目的是在於提供一種電磁驅動裝置，利用磁力吸附原理來產生一摩擦力，使得在切斷電源供應時還能將一鏡頭模組固定於一定位上，藉以達到省電之目的。

為達上述之目的，本發明之電磁驅動裝置其定義有一中心軸，係包括有：一殼體、一被驅動物件以及一電磁驅動模組。該殼體係為一中空之座體，於其內部形成一容置空間。該被驅動物件可以是一鏡頭模組，其係容置於該容置空間內且受一導向機構之導引而可在殼體內沿該中心軸方向移動。該電磁驅動模組係設置於該容置空間之內，且與該鏡頭模組相對應。

該電磁驅動模組更包括有：複數個永久磁石、至少一導磁元件、以及一線圈位於該複數個永久磁石與該至少一導磁元件之間。該導磁元件係結合於鏡頭模組之上，且複數個永久磁石的位置分別與該導磁元件相對應，使得該鏡頭模組上之該線圈停止提供電磁力時，透過該導磁元件與該永久磁石交互吸附磁力而在導向機構處產生一摩擦力進而把該鏡頭模組固定於該容置空間之內。

為了能更清楚地描述本發明所提出之電磁驅動裝置，以下將配合圖式詳細說明之。

請參閱圖二、圖三、圖四所示，分別為本發明電磁驅動裝置之立體分解、立體組合、以及A-A剖面示意圖。其中，該電磁驅動裝置1，係定義有一中心軸5，其包括有：一殼體11、一被驅動物件(鏡頭模組13)、一電磁驅動模組15、一位置感測模組17、以及一影像感測模組19。該中心軸5係包括：一前方51以及一後方52兩軸線方向。該殼體11更包括：一上蓋111、一下蓋112、至少一導向機構113、以及一外殼114。於本實施例中，該被驅動物件可以是一鏡頭模組13，且該鏡頭模組13更包括有：一鏡頭131、以及一鏡頭承載座132；然而，於圖中未示之其他實施例中，該被驅動物件也可以是不包含鏡頭的其他可被驅動進行前後線性位移的物件者。該電磁驅動模組15更包括有：複數個永久磁石151、至少一導磁元件152、一線圈153、以及兩線圈端子154。該位置感測模組17更包括：一位置感應端子171、以及一位置感應器172。

該上蓋111係為一中空之蓋體，而該外殼114係為具有一貫孔1141之中空之薄外殼體結構，並覆蓋於該上蓋111且結合於該下蓋112之上。該上蓋111與該下蓋112相互結合時，實質上內部係構成具有一容置空間110的中空殼體結構，且將該鏡頭模組13容置於其內。於該上蓋111外圍預設位置處設有複數個容置槽1111分別提供該永久磁石151進行嵌附結合，更藉由該外殼114進一步限制該些永久磁石151於該上蓋111之定位上；同時，位於容置空間110內之該鏡頭模組13仍得以透過該貫孔1141處擷取外界影像。

於本發明較佳實施例中，該永久磁石151係為四個，而該導磁元件152係為兩個。該容置槽1111係與該永久磁石151之數量相對應且是分別設置於該上蓋111之四個側面上。而該些永久磁石151係分別嵌附於該些容置槽1111內，並容置於該外殼114之內緣且分別與該鏡頭承載座132週緣上所設置之該些導磁元件152相對應。於本實施例中，該導磁元件152的材質係為薄片狀之軛鐵，其數量只有兩個且是分別設置於鄰近該鏡頭承載座132之同一角落的兩側邊上。

該鏡頭模組13係位於該容置空間110內，並透過該導向機構113將該鏡頭模組13的中心線保持於該中心軸5之上並可沿該中心軸5之方向進行有限度的線性位移且無法旋轉。其中，該鏡頭131係設置於該鏡頭承載座132中央處，並與該鏡頭承載座132呈同步位移。該導向機構 113係延伸並結合於該上蓋111與下蓋112之間，且提供該鏡頭模組13於該容置空間110內進行軸向線性運動。該影像感測模組19係結合於該下蓋112後方，更透過下蓋112中央之一貫穿處1121與該容置空間110內之該鏡頭模組13相對應，並位於相同之該中心軸5之上，且經由該外殼114上之該貫孔1141對外界進行影像擷取。於本發明中，該導向機構113係可以是細長導桿搭配貫穿之導孔或是以狹長凸肋狀導軌搭配狹長內凹導槽其中之一為較佳。

於圖二所示之本較佳實施例中，該導向機構113係為兩導桿(以下該導向機構稱之為導桿)，且分別結合於該鏡頭模組13之兩對邊處之一導孔(或是導槽)1321上。並且，於兩導孔(或是導槽)1321上更分別設置了一摩擦件1322(請另參閱圖五)，各該摩擦件1322係分別鄰靠於導桿113上並與其產生一適量的摩擦力，且此一摩擦力的大小可藉由選擇摩擦件1322的材質或是尺寸來加以控制。此外，該兩導桿113之上、下兩端係分別固定於該上蓋111之一固定端1112以及該下蓋112之一結合端1122之上，於該容置空間110內形成與該中心軸5相同之軸向軌道以提供該鏡頭模組13透過兩導孔1321架置於兩導桿113之上，進而使該鏡頭模組13可受電磁驅動模組15通電驅動而在該容置空間110內沿該中心軸5之軸向穩固的前後線性移動且無旋轉之虞。

該線圈153是固定於該鏡頭模組13之外圍表面上，且位於該容置空間110內，介於該永久磁石151與該導磁元件152之間，藉由該線圈153所連接之兩線圈端子154並施以不同方向之預定電流產生不同之磁場方向，達到令該鏡頭承載座132於該容置空間110內因電流磁場改變而產生往該中心軸5之前方51或後方52兩種不同方向之軸向位移，進一步達到令該鏡頭131與該下蓋112後方所結合之該影像感測模組19進行對焦或變焦操作之目的。

於本發明實施例中，該線圈153係與設置於該下蓋112外側緣處之兩線圈端子154電性連接，並經由兩線圈端子154輸入電流後所產生驅動該鏡頭模組13向上移動之電磁力係為F1、該導磁元件152與該永久磁石151間之磁力的合力係為F2、以及該鏡頭模組13本身之重力係為F3(鏡頭模組之重量)。如圖五所示，由於該導磁元件152數量只有兩個且是分別設置於鄰近該鏡頭承載座132之同一角落的兩側邊上，因此，永久磁石151對於該兩導磁元件152之磁吸力的合力F2將如圖五所示般會把鏡頭承載座132往其對角線方向拉扯。如此一來，此磁吸力F2之拉扯力量將會在導向機構之導桿113與摩擦件1322之間產生一適量的摩擦力F4，且此一摩擦力的大小可藉由選擇摩擦件1322的材質或是尺寸、或是改變F2的大小來加以控制。

當未施加電源給線圈153時，為了達到使鏡頭模組13可因為導向機構處之導桿113與摩擦件1322間之摩擦力而保持在定位不動的效果，所以該導桿113與摩擦件1322間之摩擦力F4必須大於該鏡頭模組13本身之重力F3(也就是F4>F3)。而為了在線圈153通電後可驅使鏡頭模組13運動，所以，驅動該鏡頭模組13之電磁力F1必須大於導桿113與摩擦件1322間之摩擦力F4加上該鏡頭模組13本身之重力F3(也就是F1>F4+F3)。藉由變更永久磁石151的磁性大小或是線圈153之圈數設計可以調整F1的值，且藉由變更永久磁石151的磁性大小或是導磁元件152的面積尺寸可以調整F2的值，如此便能達到如上述之F4>F3及F1>F4+F3的條件。

也就是說，本發明電磁驅動裝置1係透過兩線圈端子154針對該線圈153輸入不同方向之預定電流時，使該線圈153產生不同方向之電磁力F1以形成不同之磁場方向，並進一步令該鏡頭承載座132於該容置空間110內也因該線圈153電流磁場(磁力線)改變而產生不同方向之軸向位移。也正因為該電磁力F1大於該導磁元件152與該導桿113與摩擦件1322間之摩擦力F4加上該鏡頭模組13本身之重力F3(F1>F4+F3)，因此，導致該鏡頭模組13得以透過該電磁力F1並藉由該導向機構113的輔助引導之下沿著該中心軸5往前方51或後方52進行位移變焦。

然而，當停止對該線圈153輸入電流時，該電磁力F1則相對停止其磁場作用，而因為該導向機構處之導桿113與摩擦件1322間之摩擦力F4係大於該鏡頭模組13本身之重力F3(F4>F3)之緣故，使得當完成對焦或變焦操作時，即可立即將線圈153斷電，而透過該導向機構處之導桿113與摩擦件1322間之摩擦力F4加以固定，令該鏡頭模組13可以保持在其定位上，進而達到省電之目的。

該位置感測模組17係用以感測並計算該鏡頭模組13與該殼體11間之相對位置。該位置感應端子171係結合於該上蓋111之上，且與該鏡頭模組13外緣預設位置處所結合之該位置感應器172相對應，藉以感測該鏡頭模組13於該殼體11的容置空間110內位移量。該位置感應端子171係更具有複數個金屬導腳1711以提供與外部控制電路連接之用。

唯以上所述之實施例不應用於限制本發明之可應用範圍，本發明之保護範圍應以本發明之申請專利範圍內容所界定技術精神及其均等變化所含括之範圍為主者。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。

9‧‧‧機械傳動式對焦機構

91‧‧‧驅動元件

92‧‧‧鏡頭組

93‧‧‧承載座

1‧‧‧電磁驅動裝置

11‧‧‧殼體

110‧‧‧容置空間

111‧‧‧上蓋

1111‧‧‧容置槽

1112‧‧‧固定端

112‧‧‧下蓋

1121‧‧‧貫穿處

1122‧‧‧結合端

113‧‧‧導向機構

114‧‧‧外殼

1141‧‧‧貫孔

13‧‧‧鏡頭模組

131‧‧‧鏡頭

132‧‧‧鏡頭承載座

1321‧‧‧導孔

1322‧‧‧摩擦件

15‧‧‧電磁驅動模組

151‧‧‧永久磁石

152‧‧‧導磁元件

153‧‧‧線圈

154‧‧‧線圈端子

17‧‧‧位置感測模組

171‧‧‧位置感應端子

1711‧‧‧金屬導腳

172‧‧‧位置感應器

19‧‧‧影像感測模組

5‧‧‧中心軸

51‧‧‧前方

52‧‧‧後方

圖一為習用對焦鏡頭之立體分解示意圖。

圖二為本發明電磁驅動裝置之立體分解示意圖。

圖三為本發明電磁驅動裝置之立體組合示意圖。

圖四為本發明電磁驅動裝置之A-A剖面示意圖。

圖五為本發明電磁驅動裝置之不含外殼與線圈之組合示意圖。