TWI450011B - 致動器及具有該致動器之相機模組 - Google Patents

Description

致動器及具有該致動器之相機模組

本發明涉及光學防抖技術，特別涉及一種能實現光學防抖之致動器及具有該致動器之相機模組。

隨著數位相機技術不斷發展，相機之機身往往既小且輕，容易造成手震，導致影像模糊。以下三種情況容易產生模糊之影像：一，長焦聚拍攝，由於長鏡頭會將相機之振幅放大，輕微之抖動亦會造成較大之模糊，因此手部震動對畫面清晰度之影響較使用廣角鏡頭明顯。二，弱光環境拍攝，於室內、黃昏等弱光源環境，相機會將快門速度調得較慢以增加入光量，因此較易發生手震。三，微距拍攝，細微物件於鏡頭高倍放大之情況下，輕微震動亦會變得相當明顯。這些情況都可造成手震，使得影像變得模糊。由於所拍攝之物體距離遠大於相機晃動之位移，所以通常手震造成影像模糊之主要原因都係相機本身之偏轉，而非相機本身之位移，特別係於遠距離拍攝時這種情形特別嚴重。因此，防手震技術之本質係校正取像過程中，相機之抖動引起光線對應於相機模組上之成像位置之偏移。為補償由於抖動造成之光線偏移量，上世紀九十年代開始出現利用影像穩定系統以防止抖動之相機模組。具體請參閱Cardani B.等人2006年4月於Control Systems Magazine,IEEE(Volume 26,Issue 2,Page(s)：21-22) 上發表之論文“Optical image stabilization for digital cameras”。

有鑑於此，提供一種能夠於拍攝過程中防止由於相機之抖動造成成像偏移之致動器及相機模組實屬必要。

一種致動器，包括第一框架、第二框架、驅動元件以及彈性元件。所述第二框架收容於所述第一框架內。所述驅動元件包括設置於所述第一框架之第一磁性元件與設置於所述第二框架之第二磁性元件。所述第二磁性元件具有複數靠近第一磁性元件之磁極，所述複數靠近第一磁性元件之磁極中之N極與S極沿所述第一框架之軸線方向交替分佈。所述第一磁性元件與第二磁性元件相對設置，用於產生驅動力以驅動第二框架於垂直於所述第一框架之軸線方向之平面內移動。所述彈性元件為彈片，具有相對之第一端部與第二端部。所述第一端部固定於所述第二框架。所述第二端部用於與所述第一框架相連接。所述彈性元件彈性連接於所述第一框架與第二框架之間，用於在驅動元件產生驅動力時發生彈性形變。

一種相機模組，包括鏡頭、影像感測器與如上項所述之致動器，所述鏡頭與影像感測器光學耦合，所述鏡頭或影像感測器收容於所述第二框架。

相較於現有之採用普通磁鐵之制動器，本技術方案實施例提供之致動器之靠近第一磁性元件之複數磁極之N極與S極沿所述第一框架之軸線方向交替分佈，從而可於不增加線圈之前提下，使得線圈與磁鐵元件之間之相互吸引或排斥作用力加倍，進而可向第二 框架以及待驅動物體提供加倍之驅動力。具有上述致動器之相機模組可於發生震動時，鏡頭或影像感測器可迅速發生足夠大之補償運動。

10‧‧‧致動器

11‧‧‧第一框架

13‧‧‧第二框架

15‧‧‧驅動元件

17‧‧‧彈性元件

110‧‧‧第一框體

111‧‧‧第二框體

112‧‧‧第一連接桿

113‧‧‧第二連接桿

114‧‧‧第三連接桿

115‧‧‧第四連接桿

116‧‧‧第一收容空間

117‧‧‧第一收容槽

118‧‧‧第二收容槽

119‧‧‧第三收容槽

120‧‧‧第四收容槽

121‧‧‧第一凸柱

122‧‧‧第二凸柱

130‧‧‧第三框

131‧‧‧第四框

132‧‧‧第一連接柱

133‧‧‧第二連接柱

134‧‧‧第三連接柱

135‧‧‧第四連接柱

136‧‧‧第二收容空間

137‧‧‧第一收容孔

138‧‧‧第二收容孔

139‧‧‧第三收容孔

140‧‧‧第四收容孔

150‧‧‧第一磁性元件

151‧‧‧第二磁性元件

152、252‧‧‧線圈

153‧‧‧多極磁鐵

170‧‧‧彈片

171‧‧‧第一彈性臂

172‧‧‧第二彈性臂

173‧‧‧第一端部

174‧‧‧第二端部

175‧‧‧第三端部

176‧‧‧第四端部

177‧‧‧連接孔

253‧‧‧磁鐵組

30‧‧‧相機模組

31‧‧‧鏡頭

32‧‧‧影像感測器

圖1係本技術方案第一實施例提供之致動器之組合示意圖。

圖2係本技術方案第一實施例提供之致動器之分解示意圖。

圖3係圖1沿III-III線之剖視示意圖。

圖4係本技術方案第一實施例提供之致動器中一第一磁性元件與一第二磁性元件之相互作用示意圖。

圖5係本技術方案第二實施例提供之致動器中一第一磁性元件與一第二磁性元件之相互作用示意圖。

圖6係本技術方案第三實施例提供之相機模組之剖視示意圖。

下面將結合附圖與複數實施例對本技術方案之致動器及相機模組作進一步詳細說明。

請一併參閱圖1至圖3，本技術方案第一實施例提供一種致動器10，包括第一框架11、第二框架13、驅動元件15與彈性元件17。

所述第一框架11包括第一框體110、第二框體111、第一連接桿112、第二連接桿113、第三連接桿114與第四連接桿115。所述第一框體110與第二框體111相對設置，所述第一連接桿112、第二連接桿113、第三連接桿114與第四連接桿115均垂直連接於所述第一框體110與第二框體111之間。所述第一框體110、第二框體 111、第一連接桿112、第二連接桿113、第三連接桿114與第四連接桿115共同構成一個第一收容空間116。所述第一框體110與第二框體111均可為方形，且均平行於XY平面。所述第一連接桿112、第二連接桿113、第三連接桿114與第四連接桿115分別連接於所述第一框體110之一個頂角與第二框體111相應之頂角之間。所述第一連接桿112、第二連接桿113與第一框體110及第二框體111共同構成一個第一收容槽117。所述第二連接桿113、第三連接桿114與第一框體110及第二框體111共同構成一個第二收容槽118。第三連接桿114、第四連接桿115與第一框體110及第二框體111共同構成一個第三收容槽119。第四連接桿115、第一連接桿112與第一框體110及第二框體111共同構成一個第四收容槽120。所述第一收容槽117、第二收容槽118、第三收容槽119與第四收容槽120均可為方形。所述第一收容槽117與第三收容槽119相對，且均平行於YZ平面。所述第二收容槽118與第四收容槽120相對，且均平行於XZ平面。所述第一連接桿112靠近第一框體110處具有一個第一凸柱121，所述第三連接桿114靠近第一框體110處具有一個第二凸柱122，所述第一凸柱121與第二凸柱122均可為圓柱狀。所述第一凸柱121自所述第一連接桿112靠近所述第四收容槽120之表面向所述第四收容槽120內垂直延伸。第三連接桿114靠近所述第二收容槽118之表面向所述第二收容槽118內延伸。

所述第二框架13收容於所述第一框架11之第一收容空間116。所述第二框架13與所述第一框架11結構相似。所述第二框架13包括第三框130、第四框131、第一連接柱132、第二連接柱133、第三連接柱134與第四連接柱135。所述第三框130與第四框131相對設置，所述第一連接柱132、第二連接柱133、第三連接柱134與第 四連接柱135均垂直連接於所述第三框130與第四框131之間。所述第三框130、第四框131、第一連接柱132、第二連接柱133、第三連接柱134與第四連接柱135共同構成一個第二收容空間136。所述第二收容空間136可用於收容待驅動之物體，如鏡頭、影像感測器等。所述第三框130與第四框131均可為方形，且均平行於XY平面。所述第一連接柱132、第二連接柱133、第三連接柱134與第四連接柱135分別連接於所述第三框130之一個頂角與第四框131相應之頂角之間。所述第一連接柱132、第二連接柱133與第三框130及第四框131共同構成一個第一收容孔137。所述第二連接柱133、第三連接柱134與第三框130及第四框131共同構成一個第二收容孔138。所述第三連接柱134、第四連接柱135與第三框130及第四框131共同構成一個第三收容孔139。所述第四連接柱135、第一連接柱132與第三框130及第四框131共同構成一個第四收容孔140。所述第一收容孔137、第二收容孔138、第三收容孔139與第四收容孔140均可為方形。所述第一收容孔137與第三收容孔139相對，且均平行於YZ平面。所述第二收容孔138與第四收容孔140相對，且均平行於XZ平面。

所述驅動元件15包括設置於所述第一框架11之第一磁性元件150與設置於所述第二框架13之第二磁性元件151，所述第一磁性元件150與第二磁性元件151相對設置，用於產生驅動力以驅動第二框架13於垂直於所述第一框架11之軸線方向之平面內移動。所述第一磁性元件150與第二磁性元件151中，至少一個為電磁鐵，從而可藉由控制流過該電磁鐵之電流來控制所述驅動元件15產生之驅動力。本實施例中，所述第一磁性元件150為電磁鐵。當然，所述第一磁性元件150與第二磁性元件151還可均為電磁鐵。

所述第一磁性元件150包括收容於所述第一框架11之第一收容槽117、第二收容槽118、第三收容槽119與第四收容槽120之複數線圈152。所述複數線圈152中，至少有兩個相鄰設置，即，平行於YZ平面與XZ平面之收容槽均收容有線圈152。本實施例中，所述線圈152之數量為四個，所述第一框架11之每一收容槽內各收容有一個線圈152。四個線圈152中，平行於YZ平面設置之兩個線圈152中藉由之電流方向相反，例如，自X軸正向看，若第一收容槽117內之線圈152電流方向為逆時針，第三收容槽119內之線圈152電流方向則為順時針。平行於XZ平面設置之兩個線圈152中藉由之電流方向亦相反，例如，自Y軸正向看，若第二收容槽118內之線圈152電流方向為逆時針，第四收容槽120內之線圈152電流方向則為順時針。

所述第二磁性元件151包括收容於所述第二框架13之第一收容孔137、第二收容孔138、第三收容孔139與第四收容孔140之複數多極磁鐵153。所述複數多極磁鐵153之設置方向均與所述複數線圈152相對應，以與所述複數線圈152相互作用產生驅動力。本實施例中，與所述複數線圈152相對應地，所述多極磁鐵153之數量亦為四個，分別收容於所述第二框架13之第一收容孔137、第二收容孔138、第三收容孔139與第四收容孔140。本實施例中，每一多極磁鐵153均具有六個磁極，其中，靠近線圈152之一側具有三個磁極，沿Z軸正方向依次為N極、S極以及N極。遠離線圈152之一側具有與靠近線圈152之三個磁極一一對應之三個磁極，沿Z軸正方向依次為S極、N極以及S極。

所述彈性元件17彈性連接於所述第一框架11與第二框架13之間， 用於在驅動元件15產生驅動力時發生彈性形變，並於驅動元件15不產生驅動力時向所述第二框架13提供彈性回復力。所述彈性元件17包括兩個彈片170。所述彈片170包括相連接之第一彈性臂171與第二彈性臂172。所述第一彈性臂171與第二彈性臂172之夾角為鈍角，優選地，所述夾角於120°至150°之間。所述第一彈性臂171包括相對之第一端部173與第二端部174。所述第二彈性臂172包括相對之第三端部175與第四端部176。所述第三端部175連接於所述第一彈性臂171之第二端部174。所述第四端部176具有連接孔177。所述連接孔177之形狀與所述第一凸柱121或第二凸柱122之形狀相對應，以使得彈片170與第一框架11之間可藉由連接孔177與所述第一凸柱121或第二凸柱122之間之配合而連接。所述第二彈性臂172之第三端部175連接於所述第一彈性臂171之第二端部174。一個彈片170包圍所述第二框架13靠近第二收容孔138以及第一收容孔137處，即，其第一端部173固定於所述第三連接柱134，第二端部174靠近YZ平面並與所述第二連接柱133相對，所述第三端部175靠近XZ平面並與所述第二連接柱133相對，第四端部176用於與第一連接桿112相連接。另一個彈片170包圍所述第二框架13靠近第四收容孔140以及第三收容孔139處，即，其第一端部173固定於所述第一連接柱132，第二端部174靠近YZ平面並與所述第四連接柱135相對，所述第三端部175靠近XZ平面並與所述第四連接柱135相對，第四端部176用於與第三連接桿114相連接。當然，所述彈性元件17還可為彈簧或其他結構之彈片等，僅需其能提供XY平面之彈性形變及彈性回復力即可。

工作時，自X軸正向看，假設向第一收容槽117內之線圈152通以逆時針方向之電流，向第三收容槽119內之線圈152通以順時針方 向之電流。所述第一收容槽117內之線圈152於靠近第三框130處之電流方向為沿Y軸負方向，於靠近第四框131處為沿Y軸正方向。根據右手定則，第一收容槽117內之線圈152於靠近第三框130處且與多極磁鐵153相對處產生之磁力線為沿Z軸負方向，靠近第四框131與多極磁鐵153相對處產生之磁力線為沿Z軸正方向。由於第一收容孔137內之多極磁鐵153產生之磁場於靠近第三框130處為沿Z軸負方向，於靠近第四框131處為沿Z軸正方向。所述通電之線圈152於靠近第三框130與第四框131處產生之磁場均與所述多極磁鐵153相排斥，從而產生可驅動第二框架13沿X軸負方向移動之驅動力，如圖4所示。同樣地，所述第三收容槽119內之線圈152產生與第三收容孔139內之多極磁鐵153相吸引之磁場，從而亦產生可驅動第二框架13沿X軸負方向移動之驅動力。如此，驅動元件15可驅動第二框架13沿X軸負方向移動。

同樣地，自Y軸正向看，向第二收容槽118內之線圈152逆時針方向之電流，向第四收容槽120內之線圈152通以順時針方向之電流。所述第二收容槽118內之線圈152可產生與第二收容孔138內之多極磁鐵153相排斥之磁場，從而可驅動第二框架13沿Y軸負方向移動。第四收容槽120內之線圈152可產生與第四收容孔140內之多極磁鐵153相吸引之磁場，從而亦可驅動第二框架13沿Y軸負方向移動。如此，驅動元件15可驅動第二框架13沿Y軸負方向移動。

可理解，如果同時向沿平行於YZ平面與XZ平面設置之線圈152通以電流，則可實現驅動第二框架13於XY平面之任意大小、任意方向之位移。

當然，所述多極磁鐵153靠近線圈152側之磁極分佈方式不一定為沿Z軸正向依次為N極、S極以及N極，亦可為S極、N極、S極之分佈方式。或者，於第二框架13之第一收容孔137、第二收容孔138、第三收容孔139與第四收容孔140中，不同之收容孔內置入具有不同之磁極分佈方式之多極磁鐵153。如此，僅需改變與之相對之線圈152中之電流之方向，亦可驅動第二框架13於XY平面發生預期之位移。

可理解，所述第一磁性元件150之線圈152之數量以及第二磁性元件151之多極磁鐵153之數量均不限於四個，兩個或三個亦均可實現驅動第二框架13於XY平面發生任意大小、任意方向之位移。當線圈152與多極磁鐵153之數量均為兩個時，僅需兩個線圈152或多極磁鐵153相鄰設置。所述第一磁性元件150之複數線圈152還可設置於所述第二框架13，相應地，所述第二磁性元件151之複數多極磁鐵153可設置於第一框架11。

相較於現有之採用普通磁鐵之制動器，本技術方案實施例提供之致動器10之靠近第一磁性元件150之複數磁極之N極與S極沿所述第一框架11之軸線方向交替分佈，從而可於不增加線圈152之前提下，使得線圈152與多極磁鐵153之間之相互吸引或排斥作用力加倍，進而可向第二框架13以及待驅動物體提供加倍之驅動力。

請參閱圖5，本技術方案第二實施例提供之致動器與第一實施例之致動器10大致相同，其區別在於，所述第一框架之每一收容槽內均收容有兩個線圈252，所述兩個線圈252沿Z方向相鄰排列。所述第二磁性元件包括複數磁鐵組253，每一磁鐵組253均包括複數磁鐵。本實施例中，每一磁鐵組253均包括四個條形磁鐵，從 而每一磁鐵組253均具有八個磁極，其中，靠近線圈252之一側具有四個磁極，沿Z軸正方向依次為N極、S極、N極以及S極，遠離線圈252之一側亦具有四個磁極，沿Z軸正方向依次為S極、N極、S極以及N極。

工作時，向線圈252內通以方向相反之電流，兩個線圈252靠近磁鐵組253之一側之磁力線方向自第二框體向第一框體處依次為沿Z軸負方向、沿Z軸正方向與沿Z軸負方向。同時，所述磁鐵組253靠近線圈252之一側之磁力線方向自第二框體向第一框體處依次為沿Z軸正方向、沿Z軸負方向與沿Z軸正方向。從而線圈252與磁鐵組253之間相互吸引，產生可驅動第二框架沿X軸正方向移動之驅動力。

由於兩個線圈252相鄰處之磁場相互疊加，線圈252與磁鐵組253之間產生之驅動力比使用單個條形磁鐵與一個通有相同大小電流之線圈之間之驅動力大兩倍多。

請參閱圖6，本技術方案第三實施例提供一種相機模組30，其包括鏡頭31、影像感測器32與第一實施例中之致動器10。所述鏡頭31與影像感測器32光學耦合，所述致動器10用於驅動所述鏡頭31或影像感測器32以對相機模組之振動進行補償。本實施例中，所述鏡頭31收容於所述第二框架13之第二收容空間136，從而當所述第二框架13於垂直於所述第一框架11之軸線方向之平面內移動時，所述鏡頭31亦隨之運動以對相機模組30之震動進行補償。當然，還可將所述影像感測器32收容於所述第二框架13，藉由驅動所述影像感測器32以對相機模組30之震動進行補償。優選地，所述鏡頭31可採用自動對焦鏡頭，如先前技術中常用之將鏡頭31設 置於音圈馬達致動器之活動裝筒內即可。此時，所述多極磁鐵153遠離線圈152之一側之複數磁極亦可用於與該音圈馬達致動器相配合以實現鏡頭31之自動對焦。

本技術方案提供之相機模組30採用了致動器10，從而於發生震動時，所述第二框架13可迅速提供足夠大之驅動力帶動鏡頭31或影像感測器32發生相應之補償運動。

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‧‧‧致動器

11‧‧‧第一框架

13‧‧‧第二框架

15‧‧‧驅動元件

150‧‧‧第一磁性元件

151‧‧‧第二磁性元件

Claims (9)

1. 一種致動器，其包括：第一框架；第二框架，其收容於所述第一框架內；驅動元件，其包括設置於所述第一框架之第一磁性元件與設置於所述第二框架之第二磁性元件，所述第一磁性元件與第二磁性元件相對設置，用於產生驅動力以驅動第二框架於垂直於所述第一框架之軸線方向之平面內移動；以及彈性元件，所述彈性元件為彈片，具有相對之第一端部與第二端部，所述第一端部固定於所述第二框架，所述第二端部用於與所述第一框架相連接，所述彈性元件彈性連接於所述第一框架與第二框架之間，用於在驅動元件產生驅動力時發生彈性形變；其中，所述第二磁性元件具有複數靠近第一磁性元件之磁極，所述複數靠近第一磁性元件之磁極中之N極與S極沿所述第一框架之軸線方向交替分佈。
2. 如申請專利範圍第1項所述之致動器，其中，所述第二磁性元件還具有複數遠離第一磁性元件之磁極，所述複數遠離第一磁性元件之磁極與複數靠近第一磁性元件之磁極一一對應，且所述複數遠離第一磁性元件之磁極中之N極與S極亦沿所述第一框架之軸線方向交替分佈，所述第二磁性元件靠近或遠離第一磁性元件之磁極之數量均大於或等於三個。
3. 如申請專利範圍第1項所述之致動器，其中，所述第二磁性元件包括複數磁鐵組，每個磁鐵組均包括複數沿所述第一框架之軸線方向依次排列之磁鐵，所述第一磁性元件包括與複數磁鐵組對應之複數線圈。
4. 如申請專利範圍第1項所述之致動器，其中，所述第二磁性元件包括複數多極磁鐵，每個多極磁鐵均具有複數靠近第一磁性元件之磁極與複數遠離第一磁性元件之磁極，所述第一磁性元件包括與複數多極磁鐵對應之複數線圈。
5. 如申請專利範圍第3或4項所述之致動器，其中，所述第一磁性元件中之複數線圈與複數磁鐵組一一對應或者與複數多極磁鐵一一對應。
6. 如申請專利範圍第3或4項所述之致動器，其中，所述第一磁性元件中之兩個線圈對應於第二磁性元件中之一個多極磁鐵或一個磁鐵組。
7. 如申請專利範圍第1項所述之致動器，其中，所述彈片之第二端部具有連接孔，所述第一框架具有與所述連接孔相對應之凸柱，所述凸柱與連接孔相配合以使彈片與所述第一框架相連接。
8. 如申請專利範圍第1項所述之致動器，其中，所述彈片包括相連接之第一彈性臂與第二彈性臂，所述第一端部位於第一彈性臂遠離第二彈性臂之一端，所述第二端部位於第二彈性臂遠離第一彈性臂之一端，所述第一彈性臂與第二彈性臂之間之夾角為120°-150°。
9. 一種相機模組，包括鏡頭、影像感測器與如申請專利範圍第1項所述之致動器，所述鏡頭與影像感測器光學耦合，所述鏡頭或影像感測器收容於所述第二框架內。