TWI483053B - 自動對焦及縮放模組、光學模組及使用螺紋導螺桿作為驅動元件以防止在系統中之後座力的方法 - Google Patents

Description

自動對焦及縮放模組、光學模組及使用螺紋導螺桿作為驅動元件以 防止在系統中之後座力的方法 【相關申請案】

本申請案主張於2005年9月8日所提出之同時未決的美國暫時申請案第60/715,533號，發明名稱為「3X縮放迷你模組」的優先權，該案之整體揭示內容在此列為本發明之參考資料。

本發明是關於照相機光學，尤其是關於一種自動對焦及縮放模組。

近年來，在數位相機技術方面已多有發展。其中一種發展便是致力於將光學和機械部份，微型化至毫米和次毫米的等級。照相機移動部位的減少，使得現代數位相機和光學技術得以實作在更廣泛範圍的裝置內，而這些裝置亦被設計和建造成越來越小的波形因素(form factor)裝置。舉例來說，諸如行動電話、個人數位助理(PDA)、以及手腕及/或口袋錶之類的商用個人電子裝置，皆已配備微型數位相機。除此之外，較大的波形因素裝置亦可搭配其他特徵裝載在一起。舉例來說，典型的視訊攝錄像機除了用以動態視訊錄製的機械裝置和電路外，通常都還會內建一個負責拍攝「靜態」相片的數位相機。

然而，現代數位相機在實作方面卻受到種種不同的限 制，這些限制包含了成本、尺寸、特徵和複雜度。舉例來說，減少尺寸通常會增加成本、減少特徵、及/或增加複雜度。

本發明是關於一種光學模組，其包含一第一光學組、一第二光學組、以及一影像測器。該第一光學組和第二光學組可提供一具有焦距和放大倍率的影像給該影像感測器。

在本發明的某些實施例中，一光學模組包含一第一光學組，其與一第一導螺桿(lead screw)之螺紋部份耦合。旋轉該第一導螺桿可使該第一光學組沿著該第一導螺桿的軸移位。該第一導螺桿是由一第一致動器旋轉，而一第一感測目標可允許偵測該第一導螺桿的轉動。在本發明的某些實施例中，該光學模組更包含一第二光學組，其與一第二導螺桿之螺紋部份耦合。旋轉該第二導螺桿可使該第二光學組沿著該第二導螺桿的軸移位。該第二導螺桿是由一第二致動器旋轉，而一第二感測裝置可偵測該第二導螺桿的轉動。

本發明亦可包含一外殼，且該第一光學組合和第二光學組合皆裝置在該外殼內。

該第一感測目標可包含一密閉表面，其具有不同光學特性的相鄰區域，其係以對稱於該第一導螺桿之軸或旋轉的交替樣式配置。該第二感測目標可包含一密閉表面，其 具有不同光學特性的相鄰區域，其係以對稱於該第二導螺桿之軸或旋轉的交替樣式配置。較佳地，該第二感測目標可用以測量該第二光學組沿著該第二導螺桿之移位，而該第一感測目標可用以測量該第一光學組沿著該第一導螺桿之移位。更佳地，該第一感測目標可在解析度小於10微米下測量至少10mm的範圍，而該第二感測目標可在解析度小於10微米下測量至少2mm的範圍。

在某些實施例中，該第一導螺桿包含一具有一第一外螺紋直徑之螺紋部份、一具有一第一外直徑之非螺紋部份、以及一第一致動註冊特徵。該第一光學組與一第一導螺桿的螺紋部份耦合，以便旋轉該第一導螺桿可得到該第一光學組沿著該第一導螺桿之軸的移位。一第一防止傳動彈簧(gearlash prevention spring)可使該第一光學組朝向該第一導螺桿之非螺紋部份偏斜。該第一圓柱振動致動器可藉由來自相鄰於該外殼和該第一致動器之一第一預負載彈簧的彈簧力，而維持該非螺紋部份並對抗該第一導螺桿之該致動註冊特徵。該第一圓柱振動致動器可藉由與該外殼彈性耦合而限制在一節點內。第一感測裝置可偵測該第一導螺桿之旋轉。

在某些實施例中，該第一外螺紋直徑大於該第一外直徑。在其他實施例中，該第一外螺紋直徑則小於該第一外直徑。在另外一些實施例中，該第一外螺紋直徑等於該第一外直徑。

在某些實施例中，該第二導螺桿包含一具有一第二外 螺紋直徑之螺紋部份、一具有一第二外直徑之非螺紋部份、以及一第二致動註冊特徵。該第二光學組與一第二導螺桿的螺紋部份耦合，以便旋轉該第二導螺桿可得到該第二光學組沿著該第二導螺桿之軸的移位。一第二防止傳動彈簧(gearlash prevention spring)可使該第二光學組朝向該第二導螺桿之非螺紋部份偏斜。該第二圓柱振動致動器可藉由來自相鄰於該外殼和該第二致動器之一第二預負載彈簧的彈簧力，而維持該非螺紋部份並對抗該第二導螺桿之該致動註冊特徵。該第二圓柱振動致動器可藉由與該外殼彈性耦合而限制在一節點內。第二感測裝置可偵測該第二導螺桿之旋轉。

較佳地，該第一致動註冊特徵裝置於該第一導螺桿之螺紋部份和非螺紋部份之間。同樣地，該第二致動註冊特徵較佳地裝置於該第二導螺桿之螺紋部份和非螺紋部份之間。

在某些實施例中，該第二外螺紋直徑大於該第二外直徑。在其他實施例中，該第二外螺紋直徑則小於該第二外直徑。在另外一些實施例中，該第二外螺紋直徑等於該第二外直徑。

本發明的某些實施例是關於一種自動對焦和縮放模組，其包含一圓柱振動致動器，其形式是在駐波樣式中振動以驅動置於其內之一軸轉動。根據這些實施例之自動對焦縮放模組，其包含一外殼、一光學組合、以及一影像感測器，其中，該光學組可提供一具有焦距和放大倍率的影 像給該影像感測器。該光學組合包含一導螺桿，其包含一具有一外螺紋直徑之螺紋部份、一具有一外直徑之非螺紋部份、以及一致動註冊特徵。一光學組與該導螺桿的螺紋部份耦合，以便旋轉該導螺桿可得到該光學組沿著該導螺桿之軸的移位。一圓柱振動致動器可藉由來自相鄰於該外殼和該致動器之一預負載彈簧，而維持該非螺紋部份並對抗該導螺桿之該致動註冊特徵，且藉由與該外殼彈性耦合而限制在其較佳駐波樣式之一節點內。該感測裝置可偵測該導螺桿之旋轉。較佳地，該致動註冊特徵裝置於該螺紋部份和非螺紋部份之間。

在本發明的某些實施例中，自動對焦和縮放模組包含一第一導螺桿、一第二導螺桿、一第一光學組合、一第二光學組合以及一影像感測器，其中第一光學組和第二光學組係經配置用以將具有焦距和大小的影像提供該影像感測器。

在某些實施例中，一第一光學組合包含一第一導螺桿，其包含一具有一第一外螺紋直徑之螺紋部份、一具有一第一外直徑之非螺紋部份、以及一致動註冊特徵，其中，該致動註冊特徵裝置於該螺紋部份和非螺紋部份之間。一第一光學組包含一第一彈簧鉸鍊組合，其具有兩個以相對位置配置的螺紋咬合臂，其可耦合該第一導螺桿之螺紋部份。因此，旋轉該第一導螺桿可使該第一光學組沿著該第一導螺桿的軸移位。該彈簧鉸鍊組合係耦合至該第一導引插腳和該第二導引插腳。一第一致動器係旋轉該第一導螺 桿。一第一感測裝置則可偵測該第一導螺桿之旋轉。

在某些實施例中，該第一外螺紋直徑大於該第一外直徑。在其他實施例中，該第一外螺紋直徑則小於該第一外直徑。在另外一些實施例中，該第一外螺紋直徑等於該第一外直徑。

本發明的某些實施例是關於一種使用螺紋導螺桿作為驅動元件以防止在系統中之後座力的方法，其步驟係包含：提供具有一軸和一螺紋區域之一導螺桿，該螺紋區域具有一螺紋深和螺距。在其對面位置提供一彈簧鉸鍊組合，其具複數個咬合臂的牙，用以耦合該導螺桿之螺紋部份，以便旋轉該導螺桿可得到該第二光學組沿著該第二導螺桿之軸的移位，其中，咬合該臂之牙具有一牙深和一牙距，其中，該牙深實質上小於該螺距深，而該牙距大於該螺距。

本發明之光學模組較佳地包含一稜鏡元件耦合至一光學組，其中，該稜鏡將一影像以相對於該模組平面之一角度傳至該光學組。

在稍後的內容中，為了解釋本發明，將描述許多細節和修改之處。然而，熟習此技藝之人士當瞭解，本發明可在不使用這些特定細節的情況下據以實施。在其他的事例中，習知的結構和裝置將以區塊圖的形式表示，以避免關於本發明的敘述受到非必要細節所混淆。

A. 結構

第1圖所示為根據本發明之某些實施例所得之自動對焦和縮放模組1000示意圖。如圖所示，該模組1000包含一前光學組400、一後光學組500、以及一影像感測器1010。該前光學組400及後光學組500典型地包含一或多個諸如鏡頭的光學元件。舉例來說，第4圖所示之模組1000在前光學組400和後光學組500都包含數個光學鏡頭。然而，熟習此技藝之人士將可識別出更複雜或是更簡單的光學組配置方式。

B. 組合細節

第1圖和第2圖更詳細地顯示模組1000的細節。某些實施例之該模組包含互相連接之一前端和後端外殼，且其藉由導引插腳對齊。該導引插腳更用於引導桶柱的移動。第5A圖顯示該外殼，包含該後端元件1050和該前端元件1060，其提供一個結構性的骨架給不同組合之模組1000。該導螺桿組合200、300，以及該導引插腳600、700係與該外殼耦合。此耦合可固定元件相互間和該影像感測器1010之目標區域1012間的位置，並提供自動對焦和縮放模組的底架，以便能放大影像並在該目標區域1012上縮放。

與該前端外殼接觸的是該前端桶柱和選擇性的稜鏡。該模組的外殼較佳地更包含一裝箱和一覆蓋機制。該覆蓋 機制較佳地可避免光線漏出和灰塵污染影響到模組的內部元件，尤其是該鏡頭組和該影像感測器。與該後端外殼接觸的是該影像感測器，以及選擇性的紅外線(IR)濾波器及/或低通濾波器。

影像感測器

如圖所示，該影像感測器1010較佳地定義一平面。在第1圖中，此平面平行於x-y平面。典型地，該模組1000可沿著平行於z軸的影像向量，而提供一影像給該影像感測器1010。

導引插腳

第1圖顯示根據本發明之某些實施例所得之自動對焦和縮放模組的導引插腳配置。某些實施例包含一對導引插腳，但某些實施例則使用不同數量的導引插腳。不論其數量為何，該導引插腳600和700典型地係沿著該模組1000的線性軸裝置，使得該後端桶柱530和前端桶柱430可相對於該影響感測器1010移動。在該模組1000中，會對齊主要的導引插腳600和輔助的導引插腳700，使得其軸實質上相互平行且平行於z軸。除此之外，亦會對齊該導螺桿組合200和300，使得其軸實質上相互平行，且平行於該z軸以及該導引插腳600和700。

典型地，該導引插腳600和700係與該外殼之該前端元件1060和該後端元件1050耦合，其耦合在該影像感測 器1010之影像向量的相對側。然而，熟習此技藝之人士當可使用其他配置方式。該導螺桿200和300典型地與該外殼之該前端元件1060和該後端元件1050耦合，其耦合在影像感測器1010的同一側。

在某些實施例中，由該導引插腳600和700所提供給該後端桶柱530的移動範圍大約為7毫米。在某些實施例中，由該導引插腳600和700所提供給該前端桶柱430的移動範圍大約為2毫米。然而，由於移動範圍的緣故，某些實施例之該導引插腳600和700，通常會影響該模組1000的形成因素。因此，某些實施例會更包含修改及/或隱蔽該模組1000之形成因素的裝置。

稜鏡特徵

本發明亦可包含選擇性的稜鏡特徵，此特徵可使該自動對焦和縮放模組以不同的方位配置及/或裝置。舉例來說，特定實施方式的水平寬度通常會受到限制，以便該模組較佳地可在封裝的垂直平面上有較縱長的配置。此方向使得上述沿著該導引插腳之前端和後端桶柱的移動範圍，可實施具有較小寬度及/或深度形成因素的裝置上。

第1圖和第5B圖所示為本發明某些實施例之稜鏡特徵。第1圖包含一模組1000，其中，在前端桶柱430上裝置有一稜鏡100。該稜鏡100以相對於該前端桶柱430之一角度，重新導引來自一影像之光線。如上所述，該前端桶柱430典型地覆蓋一前光學組，該前光學組包含一或多 個諸如第5B圖之前鏡頭440的前光學元件。因此，該稜鏡100使該模組1000可以不同方向配置在一裝置內，而該裝置典型地係固定在相對於所視及/或所拍攝物件之角度上。

第5B圖顯示裝置於本發明實施例之模組1000上之稜鏡100的小形成因素。在這些實施例中，稜鏡固定器及稜鏡支架的組合，較佳地使該稜鏡裝置於相鄰該模組1000之該前鏡頭440之處。如上所述，該稜鏡100典型地重新引導來自目標影像的光線，該影像係在相對於該模組1000之該前鏡頭440之角度上。

鏡頭系統

如圖所示，該後光學組500和前光學組400具有預先定義的構造。該後光學組500更包含該後桶柱530、該後導引套510、以及該後導引槽520。該後桶柱典型地覆蓋該後鏡頭540。該後桶柱530實質上為一個具有中央軸的圓柱體。該後鏡頭540係用以導引光線沿著該後桶柱530之中央軸前進。該後導引套510實質上為一個耦合該後桶柱530的延伸圓柱體，使該後桶柱530之中央軸和該後導引套510之軸實質上為平行。該後導引槽520具有一個槽特徵，用以作為圓柱體的介面。

前光學組400進一步包含前端桶柱430、前端導引套410以及前導引槽420，該前端桶柱通常係將該前鏡頭440收藏在內(例如第五B圖中)。前端桶柱430實質上是一種具有中央軸的圓柱體，而該前鏡頭440經配置用以引導光 沿著前端桶柱430的中央軸。前端導引套410則是一種與前端桶柱430耦合的延長的、實質為圓柱體，使得前端桶柱430的中央軸實質上係與前端導引套410的一軸平行。此外，前導引槽420則是一種經配置為與一圓柱介面連接的分槽特徵。

鏡頭導引插腳介面

現在請參照第5B圖，該前光學組400包含該前導引套410，其耦合該主要導引插腳600。如圖所示，該前導引套410實質上相對於該前桶柱430延伸，除此之外，該前導引套410緊緊地連接該前桶柱430。此配置方式可避免該前光學組400在相對於該主要導引插腳600之y-z平面或是x-z平面旋轉，但允許在該x-y平面旋轉，此乃假設該導引插腳沿著z軸放置。該後光學組500包含該後導引套510，其耦合該主要導引插腳600。如圖所示，該後導引套510實質上相對於該後桶柱530延伸，除此之外，該後導引套510緊緊地連接該後桶柱530。此配置方式可避免該後光學組500在相對於該主要導引插腳600之y-z平面或是x-z平面旋轉，但允許在該x-y平面旋轉，此乃假設該導引插腳沿著z軸放置。

現在請參照第1圖，該前光學組400亦包含該前導引槽420，用以耦合該輔助導引插腳700。在該導引槽420和該輔助導引插腳700之間的耦合，可避免該前光學組400在相對於該導引插腳600或700的x-y平面內旋轉。在該 前光學組400和該導引插腳600和700之間的耦合，使得該前光學組400可沿著由該兩導引插腳所定義的軸(第1圖的z軸)移位，但是不會在與該軸正交的軸(在此為x和y軸)內移動。

該後光學組500亦包含該後導引槽520，用以耦合該輔助導引插腳700。在該導引槽520和該輔助導引插腳700之間的耦合，可避免該後光學組500在相對於該導引插腳600或700的x-y平面內旋轉。在該後光學組500和該導引插腳600和700之間的耦合，使得該後光學組500可沿著由該兩導引插腳所定義的軸(第1圖的z軸)移位，但是不會在與該軸正交的軸(在此為x和y軸)內移動。

導螺桿組合

請參照第3圖，所示為該導螺桿組合300’與該外殼截面耦合的實施例，該外殼包含該後端元件1050’和該前端元件1060’。該導螺桿組合300’係圍繞該導螺桿1建構。該組合包含該致動器20、該耦合螺帽30、以及該感測目標50。除此之外，該組合包含預負載彈簧10以及反傳動彈簧40。該導螺桿1包含一螺紋區域5和兩個非螺紋區域。該致動器20與一第一非螺紋區域耦合，同時該感測目標50與一第二非螺紋區域耦合。當與該外殼耦合時，該導螺桿組合300’便接觸該後端元件1050’和該前端元件1060’的特定特徵。這些特徵包含該導螺桿保留井(retention well)1051和1065，以及傳動彈簧參考特徵1063。較佳地，這些特徵包 含軸承(bearing)以協助該導螺桿旋轉。

第5C圖說明第3圖所示形式之導螺桿組合300與該外殼截面耦合的實施例，該外殼包含該前端元件1060和該後端元件1050。如圖所示，該導螺桿300的軸與該後光學組500和該前光學組400之鏡頭組所形成之光學路徑平行。

感測目標

根據本發明之某些實施例所得之導螺桿組合包含一感測目標。第3圖所示之導螺桿組合300’包含一感測目標50，其配置於該導螺桿保留井1065和該傳動彈簧參考特徵1063之間。典型地，一感測目標包含作為一導螺桿之第二非螺紋區域之註冊特徵的介面。舉例來說，從第5A圖之部份截面圖中可看出，該導螺桿260包含在其非螺紋區域內的註冊特徵。如圖所示，該導螺桿260之該第二非螺紋區域包含該感測目標註冊特徵261。該註冊特徵261可作為該感測目標250之對應特徵的介面。

致動器

致動器20係位於部份的第一非螺紋區域之上。典型地，致動器20是作為該導螺桿之第一非螺紋區域之註冊特徵的介面。舉例來說，如第5A圖所示，該導螺桿260在其第一非螺紋區域內包含該致動註冊特徵263，該致動註冊特徵263及致動器220對應的特徵可作為彼此的介面。

除此之外，該致動器20典型地可透過多個裝置耦合該 外殼。在該導螺桿組合300’中，該預負載彈簧10將該致動器20與該外殼之後端元件1050’耦合在一起，使該致動器20倚靠該導螺桿1之參考特徵。在另一個實施例中，第5A圖之該導螺桿組合200包含該預負載彈簧210，其施加彈簧力在該外殼之後端元件1050和該致動器220上，以迫使該致動器220的特徵倚靠該導螺桿260之致動註冊特徵263。稍後將參照第12A至12D圖，詳細討論另一種致動器、預負載彈簧、和註冊特徵的配置方式。

另一種耦合裝置則為致動器接觸墊片(例如：第1圖的1023、1022)，其可使一致動器保持在相對於該外殼的固定位置，使得該致動器以旋轉模式驅動一導螺桿。舉例來說，該致動器接觸墊片1020可避免該致動器20相對於該外殼旋轉。

除了將該致動器20耦合至該導螺桿1之外，該預負載彈簧10在該導螺桿1旋轉之後，立即提供預負載給該軸承。典型地，軸承係與該外殼耦合，且位於該導螺桿保留井1051和1065上。在某些實施例中，在傳動彈簧參考特徵1063上亦可配有額外的軸承。為了適當的運作，許多種軸承的設計皆需要供應一些最小限制力，以維持住不同位置的軸承，典型地將此種限制力稱為「預負載(preload)」。在本發明的某些實施例中，該預負載彈簧施加限制力於位在該導螺桿導保留井1051和1065內的軸承上。

本發明亦考量致動器和導螺桿間的種種不同介面裝置。舉例來說，第12A圖顯示本發明在該致動器20和該導 螺桿60間的較佳介面。該致動器20與該導螺桿60之非螺紋區域耦合。該致動器20之一特徵藉由該預負載彈簧10倚靠該導螺桿60之一致動註冊特徵63，該預負載彈簧10施加力於外殼2和該致動器20上。在此實施例中，該致動註冊特徵63係配置於該導螺桿60之非螺紋區域和該螺紋區域之間，其中，該非螺紋區域的外直徑比該螺紋區域之外直徑小，且相對較短的第二非螺紋區域係配置於該致動註冊特徵63和該螺紋區域之間。

在另一個實施例中，第12B圖顯示根據本發明在該致動器20’和該導螺桿60’間的介面。該致動器20’與該導螺桿60’之非螺紋區域耦合。該致動器20’之一特徵藉由該預負載彈簧10倚靠該導螺桿60’之一致動註冊特徵63’，該預負載彈簧10施加力外殼2和該致動器20’上。在此實施例中，該致動註冊特徵63’係配置於該導螺桿60之非螺紋區域和該螺紋區域之間，其中，該非螺紋區域和該螺紋區域的外直徑大約相等。

在另一個實施例中，第12C圖顯示根據本發明在該致動器20”和該導螺桿60”間的介面。該致動器20”與該導螺桿60”之非螺紋區域耦合。該致動器20”之一特徵藉由該預負載彈簧10倚靠該導螺桿60”之一致動註冊特徵63”，該預負載彈簧10施加力外殼2和該致動器20”上。在此實施例中，該致動註冊特徵63”係配置於該導螺桿60”之非螺紋區域和該螺紋區域之間，其中，該非螺紋區域的外直徑比該螺紋區域的外直徑窄，且相對較長的第二非螺紋區域係 配置於該致動註冊特徵63”和該螺紋區域之間。

在另一個實施例中，第12D圖顯示根據本發明在該致動器20’’’和該導螺桿60’’’間的介面。該致動器20’’’與該導螺桿60’’’之非螺紋區域耦合。該致動器20’’’之一特徵藉由該預負載彈簧10倚靠該導螺桿60’’’之一致動註冊特徵63’’’，該預負載彈簧10施加力外殼部份2和該致動器20’’’上。在此實施例中，該致動註冊特徵63’’’係配置於該導螺桿60’’’之非螺紋區域和該螺紋區域之間，其中，該非螺紋區域的外直徑比該螺紋區域的外直徑大。同樣地，該預負載彈簧10’’’和該外殼部份2’’’係配置於該非螺紋區域和該螺紋區域之間。

耦合螺帽

一導螺桿組合典型地會包含一耦合螺帽。較佳地，一耦合螺帽包含作為該導螺桿之螺紋區域介面的牙。該耦合螺帽的牙則具有下列數項功能。在典型的配置中，配置該牙以便該導螺桿的旋轉可使該耦合螺帽沿著該導螺桿的長軸移位。舉例來說，在第1圖中，當該導螺桿200旋轉時，該耦合螺帽230便沿著該導螺桿之z軸移位。移位方向與旋轉方向有關，更精確地說則是其與該導螺桿螺紋方向有關。

一耦合螺帽典型地亦經由至少一彈簧耦合該外殼，用以偏移相對於該導螺桿螺紋之耦合螺帽的牙。舉例來說，第3圖的導螺桿組合300’包含一反傳動彈簧40，該反傳動 彈簧較佳地係與該致動器預負載彈簧分離。現在請參照第5A圖，該導螺桿組合200包含該反傳動彈簧240，其置於各該耦合螺帽230和該外殼之該前端元件1060之該傳動彈簧參考特徵1063之間，並施加彈簧力於其上。同樣地，該預負載彈簧210係置於該各該致動器220和相鄰於該導螺桿保留井1051之該後端元件1050面之間，並施加彈簧力於其上。

除此之外，該反傳動彈簧分開地將該外殼與該預負載彈簧耦合在一起，以便兩個彈簧的彈簧力可機械地互相分離。該導螺桿組合配置具有數種特徵可幫忙分離該彈簧力：1)該後端元件1050和該前端元件1060緊密耦合以形成該外殼；2)導螺桿的緊密度；3)該導螺桿260之螺紋區域205限制該耦合螺帽230軸的移動；以及4)該致動註冊特徵263限制該致動器220軸的移動。

鏡頭耦合螺帽介面

現在請參照第6圖，該前光學組400和後光學組500的主要導引套410和510，分別透過該耦合螺帽230和330耦合該導螺桿。主要導引套410和510皆耦合該主要導引插腳600。該後端主要導引套510包含一突出特徵512，其作為該耦合螺帽330之槽特徵的介面。第5B圖顯示該突出特徵512和該耦合螺帽330之槽特徵間的介面透視圖。該槽特徵係由該臂335形成，且包含該參考面336。該參考面336突出進入該耦合螺帽330之槽特徵，以形成一間隙便 於接收該突出特徵512。較佳地，該間隙和該突出特徵512尺寸相符，在兩者之間並無實質上的空隙存在。

同樣地，該前端主要導引套410包含一突出特徵412，其作為該耦合螺帽230之槽特徵的介面。該槽特徵係由該臂235形成，且包含該參考面236。該參考面236突出進入該耦合螺帽230之槽特徵，以形成一間隙便於接收該突出特徵412。較佳地，該間隙和該突出特徵412尺寸相符，在兩者之間並無實質上的空隙存在。

在此較佳配置下，耦合螺帽沿著導螺桿軸的移動，便會造成配對的導引套沿著導引插腳移位。由於該導引套緊密地與光學組元件耦合，因此耦合螺帽的移位便會造成配對光學組的移位。然而，耦合螺帽和導引套之間的簡單緊密連結便可達成此功能。藉由分離該導引套和耦合螺帽的非移位移動，便可使圖式的配置有更多的優點。該參考面和該導引套之該突出特徵間的小接觸區域可將摩擦力最小化，而使相對於該導引套之耦合螺帽在該導螺桿軸之正交軸上移動。此配置可將該耦合螺帽的最大機械振動或擾動與該光學組分離。除此之外，分離意味著需要控制該耦合螺帽的移位自由度，以便達到定位該光學組的所需精確度。

包含在典型導螺桿組合內之彈簧具有多種功用。舉例來說，該反傳動彈簧將一導螺桿參考特徵與一耦合螺帽耦合。此耦合可施加彈簧力於每個元件上，使該耦合螺帽遠離該參考特徵。

C. 功能

該前端光學組400為一第一光學組合的一部份，其包含該第一導螺桿組合200。該後端光學組500為一第二光學組合的一部份，其包含該第二導螺桿組合300。該第一和第二光學組合與該模組1000的其他元件，一起控制該光學組400和500相對於該影像感測器1010的移動和定位。

該導螺桿組合200包含一螺紋區域205。該耦合螺帽230提供該光學組400和該螺紋區域205間的一介面；旋轉該導螺桿260以使該光學組400移位。該耦合螺帽230與該導螺桿組合200的其他元件，不需要與其他結合便能進行移位，且允許該光學組400緊固地停止以作為外部參考。

該導螺桿組合200亦包含該致動器220，藉由旋轉該導螺桿260而驅動該光學組400的移動。該致動器220與該導螺桿組合200之不同彈簧元件相結合，可避免該耦合螺帽230負擔過度的摩擦，且使該致動器傳輸足夠的能量至該導螺桿260。

該導螺桿組合300包含一螺紋區域305。該耦合螺帽330提供該光學組500和該螺紋區域305間的一介面；旋轉該導螺桿360以使該光學組500移位。該耦合螺帽330與該導螺桿組合300的其他元件，不需要與其他結合便能進行移位，且允許該光學組500緊固地停止以作為外部參考。

該導螺桿組合300亦包含該致動器320，藉由旋轉該 導螺桿360而驅動該光學組500的移動。該致動器320與該導螺桿組合300之不同彈簧元件相結合，可避免該耦合螺帽330負擔過度的摩擦，且使該致動器傳輸足夠的能量至該導螺桿360。

該主要導引插腳600和輔助導引插腳700，與該光學組400和500搭配，再加上耦合螺帽230和330，不需要連結便可將該光學組之光學元件的位置維持在其移動範圍內。

加裝位置感測目標250和350於該導螺桿組合200和300內，與該模組1000之位置感測器1032、1033搭配，便可使用非線性致動器220、320以驅動該導螺桿260、360。

D. 操作細節

導引插腳配置

現在請參照第5B圖，該前端光學組400之該前端導引套410，係相對於該前端桶柱430的長度延伸(第5A圖)。同樣地，該後端光學組500包含延伸的後端導引套510，其耦合該主要導引插腳600。此種配置方式可防止該光學組400和500在相對於該主要導引插腳600之該y-z平面或是該x-z平面內旋轉，但允許其在該x-y平面內旋轉，此乃假設該導引插腳600沿著該z軸放置。除此之外，該導引套緊密地連接該桶柱。此配置方式可避免該光學組在相對於該主要導引插腳600之該y-z平面或是該x-z平面內旋轉，但允許其在該x-y平面內旋轉，此乃假設該導 引插腳600沿著該z軸放置。

現在請參照第1圖，該前端光學組400亦包含該前端導引槽420，用以耦合該輔助導引插腳700。同樣地，該前端光學組500亦包含該前端導引槽520。該導引槽和該輔助導引插腳700之間的耦合，可防止該前端和後端光學組在相對於該導引插腳600或700之x-y平面內旋轉。該前端和後端光學組與該導引插腳600和700之間的耦合，使得該光學組沿著兩個導引插腳所定義的軸(第1圖中的z軸)移位，但不會在與該軸正交的兩個軸內移動。

螺桿鏡頭耦合

第4圖、第7圖和第7B圖更進一步顯示一耦合螺帽和一導螺桿之間的介面細節，其係根據本發明所配置。在某些實施例中，如第4圖所示，一導螺桿260的公螺紋與耦合螺帽230的牙螺紋連扣。然而，在某些實施中則使用其他配置方式。舉例來說，在第7A圖中，一耦合螺帽2230較佳地包含一第一咬合臂2231和一第二咬合臂2232，各該咬合臂藉由該彈簧2233推動該導螺桿2260。除此之外，該耦合螺帽2230可作為一導引套2510的介面。較佳地，該導引套2510和該耦合螺帽2230係為「軟」耦合，以便對齊該導引螺桿/導引插腳的移動可在兩者之間移位。

第7B圖分別顯示該咬合臂2231和2232之耦合牙2231’和2232’間的介面，以及該該導螺桿2260之螺桿螺紋2261。該耦合牙2231’和2232’具有比該螺桿螺紋2261更平 坦的螺紋角度。換句話說，該螺桿螺紋2261的高度(放射狀測量)超過該耦合牙2231’和2232’的高度。此種配置方式需要該牙和該螺紋具有不同的螺距。如圖所示，該耦合牙2231’和2232’的螺距，較佳地超過該螺桿螺紋2261之螺紋螺距。沿著該導螺桿2260之該螺桿螺紋的螺距，最好是固定不變。因此，儘管該耦合螺帽2230沿著該導螺桿2260移動，但該耦合牙2231’和2232’以及與其耦合的螺紋間，還是會維持一個固定的比例。

在該耦合牙2231’和2232’及該螺桿螺紋2261間的螺紋角度梯度，搭配由彈簧2233驅動的咬合臂2231和2232，使得可經由該耦合螺帽2230的機械式牢固停止參考該光學組。在公螺紋-母螺紋耦合中，當旋轉導螺桿時，該耦合螺帽的機械式牢固停止便會造成結合和螺紋損害。相反地，在圖式的系統中，如果該導螺桿2260在該耦合螺帽2230的機械式牢固停止期間轉動，則陡峭的導螺桿2261便可作為該平坦耦合螺帽牙2231’和2232’的楔子，延伸該彈簧2233並驅動該咬合臂2231和2232。因此，在旋轉鬆開該耦合牙2231’和2232’期間，該耦合螺帽2230的機械式牢固停止便可防止結合。此種方式允許經由機械式牢固停止參考耦合至該耦合螺帽的光學組，而不需要在參考期間精確地切換該導螺桿。

除此之外，該梯度和該彈簧力可使與其互動之兩個螺紋部份間，各該耦合牙自然定位在中間。只要該彈簧力平均地施加在各該耦合牙上，該牙便會自然地置於相對於該 螺紋部份的預設位置內。此置中方式可降低「後座力」的發生機率，其常於具有匹配螺距和角度之螺紋的螺帽和螺栓間發生。後座力是當有空間使該螺帽螺紋在該螺栓螺紋套內移動時，該螺帽相對於該螺栓的跳動。

現在請參照第3圖，該反傳動彈簧40亦有助於避免後座力的產生。該彈簧40製造一彈簧力，其驅動該耦合螺帽30遠離該傳動彈簧參考特徵1063。該耦合螺帽的牙30典型地咬合該導螺桿之螺紋部份5的螺紋，因此該彈簧力將該耦合螺帽的牙30推向最接近該傳動彈簧參考特徵1063的螺紋面。

致動器配置方式

現在請參照第4圖，本發明的某些實施例包含具有一導螺桿260的致動器220，可藉由該致動器220旋轉該導螺桿260。較佳地，本發明的實施例包含用以確保該致動器有效操作的特徵。

舉例來說，本發明的某些實施例利用圓柱振動致動器來驅動非螺紋桿的轉動。一個此類致動器的例子便是壓電超音波馬達，其透過摩擦力作為非螺紋桿的介面，使該非螺紋桿可在不移位的情形下轉動。較佳地，當振動是以共振模式引起時，該圓柱致動器便會造成位於其內之非螺紋桿轉動。這些致動器較佳地係於一預定空間內運作，其係以實質上在其上作用力之固定集合定義。

第4圖和第6圖顯示根據本發明所配置之致動器220 和230的較佳配置方式。如上所述，當該振動致動器220和320藉由實質固定力裝置在定義空間內耦合時，其操作便會有較高的效率。舉例來說，如第4圖所示，該預負載彈簧210驅動該致動器220對著該導螺桿的制動註冊特徵263。此耦合會在該致動器220和該致動註冊特徵263之間形成一自然力，其會增加該致動器220和該導螺桿260間的任何潛在摩擦力。由於該致動器220經由摩擦力驅動該導螺桿260的轉動，因此該預負載彈簧210可增加該致動器220的潛在驅動力。然而，該致動器220和該導螺桿260間的過高摩擦力會降低旋轉該導螺桿的可達成率。較佳地，應選擇該預負載彈簧210的強度以最佳化效率，同時還能具有夠高的旋轉率。

除此之外，在圖式的實施例中，該致動註冊特徵263和該致動器220間的自然力，係僅由該預負載彈簧210所決定。然而反傳動彈簧240會沿著該導螺桿組合200施加其他力量，而這些力量係與該致動器220分離。該致動器220並不會沿著該導螺桿260移位，所以該致動器220和該外殼1002之間的間隔便維持固定。因此，由於該預負載彈簧210所施加於該致動器220和該外殼1002上的力量與期間的間隔成比例，所以在該致動器220運作期間，該力量實質上是維持固定不變的。

如第6圖所示，該預負載310提供類比功能給在該導螺桿組合300內之該致動器320。除此之外，第6圖顯示，經由該致動器接觸墊片1023，可將該致動器320上的選擇 點與該外殼1050耦合。

如上所述，該致動器320係於一定義空間內運作才具有優勢。該預負載彈簧310可將該致動器320維持在該導螺桿360之經度區域內。然而，在圖式較佳實施例內所使用致動器的較佳形式，需要額外的穩定度以施加旋轉力於導螺桿上。該致動器和導螺桿之間的互動可造成其相對於另一者的轉動。由於該模組1000需要該導螺桿360相對於該外殼1002旋轉，因此該致動器320便藉由致動器接觸墊片1023旋轉地固定在該外殼1002上。

使用該接觸墊片1023及其定位方向，可用來減少所有對該致動器320效率的負面影響。該致動器接觸墊片1023係位於該致動器320上稱為節點的位置，其實質上在該致動器320以較佳共振設定運作的期間都是靜止不動的。除此之外，該接觸墊片1023較佳地係以彈性材質製造，以便伸長和彈回，進而使該節點可在其位置上作有限制的移動。

儘管第6圖顯示兩個致動器接觸墊片1023，某些實施例可具有更多數量的致動器接觸墊片，而其他實施例則可能具有較少數量的致動器接觸墊片。除此之外，該致動器接觸墊片1022的功能與該致動器220耦合該外殼1002以轉動該導螺桿260類似。

較佳地，本發明的實施例利用位置感測系統回饋以控制該致動器。使用此種回饋系統便可在本發明的實施例中使用非線性致動器，其有助於本發明的再現性。

參考

較佳地，本發明的某些實施例包含特徵，其可使該鏡頭組在不具備機械結合系統下進行牢固機械停止。此機械停止較佳地用以作為控制該鏡頭組定位的參考。

現在請參照第7A圖和第7B圖，該耦合牙2231’和2232’及該螺桿螺紋2261間的的螺紋角度梯度，搭配由該彈簧2233所驅動的咬合臂2231和2232，可使該光學組藉由該耦合螺帽22230之機械式牢固停止進行參考。在公螺紋-母螺紋耦合中，當旋轉導螺桿時，該耦合螺帽的機械式牢固停止便會造成結合和螺紋損害。相反地，在圖式的系統中，如果該導螺桿2260在該耦合螺帽2230的機械式牢固停止期間轉動，則陡峭的導螺桿2261便可作為該平坦耦合螺帽牙2231’和2232’的楔子，延伸該彈簧2233並驅動該咬合臂2231和2232。因此，在旋轉鬆開該耦合牙2231’和2232’期間，該耦合螺帽2230的機械式牢固停止便可防止結合。此種方式允許經由機械式牢固停止參考耦合至該耦合螺帽的光學組，而不需要在參考期間精確地切換該導螺桿。

位置感測器

如其他地方所述，本發明之某些實施例包含位置感測特徵，用以提供回饋給該致動器控制系統，使得在使用非線性致動器馬達的情況下仍能精確地定位。一個位置感測 系統的例子便是包含位置感測器1032、1033，以及第1圖之該模組1000的位置感測目標250和350。

一位置感測系統提供鏡頭組在其移動範圍內的位置資料。在本發明的某些實施例中，一位置感測系統可追蹤光學組在10微米至10毫米範圍內的相對位置。

在某些實施例中，可使用與圓柱感測目標耦合之反射編碼感測器，用以測量導螺桿的旋轉。由於該光學組與該導螺桿耦合，加上知道螺紋螺距，因此導螺桿旋轉便正比於該光學組沿著該導螺桿軸的移位。

第10圖更詳細地顯示用於本發明之某些實施例內之一位置感測系統的細節。該發射器/偵測器3030包含第一感測器3034A、第二感測器3034B、以及該發射器3032。該遮罩結構3030’包含該發射窗3032’和四個感測窗3034A’、3034A”、3034B’和3034B”。在某些實施例中，該發射器/偵測器3030是一個光反射器。在某些實施例中，該發射器則為LED。

該感測目標3350的暗能帶吸收該發射器所發射的輻射，同時該感測目標的亮能帶則反射該發射器所發射的輻射。該感測器在該能帶相對於該感測窗移動時，便偵測吸收和反射的轉變。該第一感測器3034A和該第二感測器3034B偵測該轉變。較佳地，該第二感測器3034B與該第一感測器3034A偵測相位外的轉變。因此，經由搭配來自兩個感測器的相位外資料，控制系統便可偵測移動方向及其大小。雖然該感測系統是以圓柱感測目標作為說明，但 本發明的某些實施例亦包含使用線性目標的類似系統。

在傳統反射編碼中，當所使用的輻射到達該感測目標時，不能隨時間過度的散射。第8B圖顯示一系列光源(左手邊白方塊中)向一系列吸收和放射能帶(右手邊)發射光源的最大最佳能帶展開圖。第8C圖所示的細節則顯示20微米寬的光源。在此情況下，該最大最佳展開為10微米。在一般的情況下，這表示該空隙「d」應該小於56.7微米。因此，對第10圖所示具有相對較窄特徵的裝置而言，所需要的容限將會非常的小。然而，本發明的實施例包含不同的特徵和配置方式，可減輕或降低在反射編碼期間所使用之輻射擴散的問題。

某些允許使用較低解析度目標的技術會牽涉到硬體或軟體的測量。某些實施例使用額外的硬體及/或韌體(例如：用以計時和分析的計時器)，以便在偵測轉變間執行線性內插。然而，如果該致動器是非線性的，則進行內插會造成定位錯誤。

某些實施例使用較低解析度目標和重複圖樣，然後對該感測資料進行額外處理以得到較高有效解析度。此種例子包含在經由類比電路紀錄感測資料內的轉變並將輸出轉換成數位資料期間，進行多項門檻值的偵測。然而，這些實施例需要包含類比電路以及在感測期間對額外的類比/數位轉換器的校準。在某些實施例中，校準在開機時便自動完成。

某些實施例則結合線性內插和類比數位轉換器電路， 以便使用較低解析度目標。藉由使用這些技術和其他技術，本發明的實施例便可使用較低解析度目標。

較佳地，使用較低解析度感測目標，可使配置方式在任何特定時間僅需要少量的目標特徵位於感測視野內。第8A圖所示即為此形式的系統。如截面圖所示，一位置感測系統包含位於相距該發射器/偵測器3030有d距離的圓柱目標3350。該發射器/偵測器3030的視野包住該目標3350的區域，其包含最多兩個轉換。在某些實施例中，該發射器/偵測器可為光反射器。較佳地，一單一特徵(例如：線條)控制該視野。因此，便能將轉換偵測中的人為或錯誤降到最低。典型地，該目標的特徵大小可基於該視野而選擇。然而，所需要的解析度亦可作為決定偵測特徵大小的因子。

第11圖為用於本發明之某些實施例(包含較佳實施例)內之位置感測系統詳細示意圖。該發射器/偵測器4030包含該感測器4034、該發射器4032。該遮罩結構4030’包含該發射窗4032’和兩個感測窗4034’和4034”。在某些實施例中，該發射器係為LED。

該感測目標4350的暗能帶吸收該發射器所發射的輻射，同時該感測目標的亮能帶則反射該發射器所發射的輻射。該感測器在該能帶相對於該感測窗移動時，便偵測吸收和反射的轉變。較佳地，該感測器4034分開偵測感測窗4034’和4034”的轉變。在某些實施例中，該發射器/偵測器4030可為光反射器。

在某些實施例中，該感測器4034可偵測兩感測窗間的 相位外轉變。在這些實施例中，經由搭配來自兩個感測器的相位外資料，控制系統便可偵測移動方向及其大小。雖然該感測系統是以圓柱感測目標作為說明，但本發明的某些實施例亦包含使用線性目標的類似系統。

在某些實施例中，各該特徵涵蓋圓柱目標之圓周長的60度範圍。因此，在一實施例中，一個具有12mm周長的圓柱目標會包含六個以反射/吸收圖樣交錯的2mm條紋。然而，如果需要解析度大於每感測目標循環六個計數，最好能使用上述所提供之額外處理步驟。

除此之外，某些實施例會在將其提供給該感測目標之前，對來自LED所發射之輻射進行額外的處理。第10圖所示的方法稱為直接成像。第9A圖所示則為直接成像的另一實施例。來自發射器的輻射(白色矩形)由一目標反射至一偵測器(畫有影線的矩形)。直接成像需要該目標和該感測器非常靠近才行。

第9B圖所示為一系統，其使用一鏡頭以瞄準來自偵測器的輻射。瞄準方式可增加目標感測器的距離。最大距離和容限則由該輻射展頻所決定。

第9C圖所示為一系統，其使用針孔以避免來自鄰近區域的「滲出」以避免偵測轉變。在此情況下，反射輻射必須在到達該偵測器之前，通過位於靠近該目標表面位置的中央針孔。此系統需要較高密度的LEDs，因為通過針孔的光線相對較少。

E. 優點

如上述實施利所述，某些實施例的模組是經由電子機械控制設定連續的不同光學位置。這些不同光學位置有助於提供不同的攝影模式。經由可重複的位置和軟體控制，便可最佳化地預先設定不同的位置及/或攝影模式，以便該模組的對焦配置。因此，上述的某些實施例提供小形成因素內的不同固定焦點長度。這些實施例亦允許在小裝置上進行更複雜的實施，眾所皆知，小裝置可供多組聚焦光學及/或攝影機械的容量有所限制。舉例來說，某些實施例可在較簡單和壓縮過的裝置中包含複數個聚焦和縮放位置。由於上述的實施例需要有限制的移動範圍，且具有最小空間需求，因此這些實施例便可在超壓縮可攜式裝置內具有不同的應用，舉例來說，像是在行動電話和其他消費性電子產品中。

除此之外，在認識多聚焦功能優點的同時，上述實施例僅需要較曉得空間和有限制的移動範圍，同時具有較低的成本。

如上所述，某些實施例的光學元件會分成兩個組，其中一組裝於前端桶柱內，另一組則裝於後端桶柱內。舉例來說，如第4圖所示，該前端組包含鏡頭440、442、444和446，而後端組則包含鏡頭540、542、544和546。典型地，這些光學組侷限於間隔內的精確移動可使用上述的機制完成。

某些實施例之該自動對焦和縮放模組的形成因素，在 不包含稜鏡的情況下約為10 x 14 x 22mm，而在包含稜鏡的情況下則約為10 x 14 x 33mm。

儘管本發明之特徵和元件皆於實施例中以特定組合方式所描述，但實施例中每一特徵或元件能獨自使用，而不需與較佳實施方式之其他特徵或元件組合，或是與/不與本發明之其他特徵和元件做不同之組合。儘管本發明已經透過較佳實施例描述，其他不脫附本發明申請專利範圍之變型，對熟習此技藝之人士來說還是顯而易見的。

1、60、60”、60’’’、260、360、2260‧‧‧導螺桿

5、205‧‧‧螺紋區域

10、10’’’、20‧‧‧預負載彈簧

20’、20”、20’’’、220、320‧‧‧致動器

30、230、2230‧‧‧耦合螺帽

40、240‧‧‧反傳動彈簧

50、4350‧‧‧感測目標

63、63’、263‧‧‧致動註冊特徵

400、500‧‧‧光學組

200、300‧‧‧導螺桿組合

210、2233‧‧‧彈簧

230、330‧‧‧耦合螺帽

235、335‧‧‧臂

236、336‧‧‧參考面

250、350‧‧‧位置感測目標

412、512‧‧‧突出特徵

440、442、444、446、540、542、544、546‧‧‧鏡頭

1020、1022、1023‧‧‧致動器接觸墊片

1051、1065‧‧‧導螺桿保留井

3030、4030‧‧‧發射器/偵測器

3032、4032‧‧‧發射器

4034’、4034”‧‧‧感測窗

100‧‧‧稜鏡

261‧‧‧感測目標註冊特徵

310‧‧‧預負載

410‧‧‧前端導引套

420‧‧‧前導引槽

430‧‧‧前端桶柱

510‧‧‧後導引套

520‧‧‧後導引槽

530‧‧‧後端桶柱

540‧‧‧後鏡頭

600‧‧‧主要導引插腳

700‧‧‧輔助導引插腳

1000‧‧‧模組

1010‧‧‧影像感測器

1012‧‧‧目標區域

1030‧‧‧位置感測器

1050‧‧‧後端元件

1060‧‧‧前端元件

1063‧‧‧傳動彈簧參考特徵

2231‧‧‧第一咬合臂

2232‧‧‧第二咬合臂

2510‧‧‧導引套

2261‧‧‧螺桿螺紋

3034A‧‧‧第一感測器

3034B‧‧‧第二感測器

3350‧‧‧圓柱目標

4030’‧‧‧遮罩結構

4032’‧‧‧發射窗

4034‧‧‧感測器

藉由下文中一較佳實施例之描述、所給予的範例，並參照對應的圖式，本發明可獲得更詳細地瞭解，其中：第1圖為本發明之某些實施例之自動對焦和縮放模組透視圖；第2圖為本發明之某些實施例之自動對焦和縮放模組透視圖；第3圖為本發明之某些實施例之自動對焦和縮放模組之導螺桿組合側視圖；第4圖為本發明之某些實施例之自動對焦和縮放模組截面圖；第5A圖為本發明之某些實施例之自動對焦和縮放模組截面透視圖；第5B圖為本發明之某些實施例之自動對焦和縮放模組截面透視圖；第5C圖為本發明之某些實施例之自動對焦和縮放模組截面透視圖；第6圖為本發明之某些實施例之自動對焦和縮放模組側視圖；第7A圖為用於本發明之某些實施例之自動對焦和縮放模組的耦合機制截面圖；第7B圖為根據本發明之某些實施例而使用不同螺距之螺紋的耦合示意圖； 第8A圖為本發明之某些實施例之距離感測器示意圖；第8B圖為根據本發明之某些實施例，在距離感測期間所發生之波束展開示意圖；第8C圖為根據本發明之某些實施例，在距離感測期間所發生之波束展開示意圖；第9A圖為根據本發明之某些實施例，在距離感測期間發生波束展開示意圖中，直接成像以解決距離感測之示意圖；第9B圖為根據本發明之某些實施例，在距離感測期間發生波束展開示意圖中，以鏡頭為基礎成像以解決距離感測示意圖；第9C圖為根據本發明之某些實施例，在距離感測期間發生波束展開示意圖中，以針頭為基礎成像以解決距離感測示意圖；第10圖為根據本發明之某些實施例，用以感測位置之組合拆解透視圖；第11圖為根據本發明之某些實施例，用以感測位置之組合拆解透視圖；第12A圖為一組合部份截面圖，說明與本發明之某些實施例一致之致動裝置；第12B圖為一組合部份截面圖，說明與本發明之某些實施例一致之致動裝置；第12C圖為一組合部份截面圖，說明與本發明之某些實施例一致之致動裝置； 第12D圖為一組合部份截面圖，說明與本發明之某些實施例一致之致動裝置。

100‧‧‧稜鏡

200、300‧‧‧導螺桿組合

205‧‧‧反傳動彈簧

220、320‧‧‧致動器

230、330‧‧‧耦合螺帽

310‧‧‧預負載

350‧‧‧位置感測目標

400、500‧‧‧光學組

410‧‧‧前端導引套

412、512‧‧‧突出特徵

420‧‧‧前導引槽

430‧‧‧前端桶柱

510‧‧‧後導引套

520‧‧‧後導引槽

530‧‧‧後端桶柱

540‧‧‧後鏡頭

600‧‧‧主要導引插腳

700‧‧‧輔助導引插腳

1000‧‧‧模組

1010‧‧‧影像感測器

1012‧‧‧目標區域

1022‧‧‧致動器接觸墊片

1023‧‧‧致動器接觸墊片

Claims (50)

1. 一種光學模組，其包含：(a)一第一光學組，其與一第一導螺桿之螺紋部份耦合，使得旋轉該第一導螺桿可使該第一光學組沿著該第一導螺桿的一軸移位；(b)一第一致動器，用以旋轉該第一導螺桿；(c)一第一感測目標，其可偵測該第一導螺桿的轉動；(d)一第二光學組，其與一第二導螺桿之螺紋部份耦合，使得旋轉該第二導螺桿可使該第二光學組沿著該第二導螺桿的一軸移位；(e)一第二致動器，用以旋轉該第二導螺桿；(f)一第二感測目標，其可偵測該第二導螺桿的轉動；以及(g)一影像感測器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學模組，其中，該第一光學組和該第二光學組可提供一具有一焦距和一放大倍率的影像給該影像感測器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學模組，其中，該影像感測器可由包含一互補金屬氧化半導體(CMOS)和一電荷耦合裝置(CCD)所組成之群組中選出。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學模組，更包含與該第一光學組耦合之一稜鏡元件，其中，該稜鏡以與該模組的一平面呈一角度的一影像引導至該第一光學組上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學模組，其中，該第一感測目標和該第二感測目標至少其中之一包含一封閉表面，該封閉表面具有不同光學特性之鄰接區域，其係以與該軸對稱或是旋轉該第二導螺桿之一交錯圖樣配置。
6. 如申請專利範圍第5項所述之光學模組，更包含一主動感測陣列，用以發射一信號，並根據該發射信號之反射改變來偵測該第一感測目標和該第二感測目標至少其中之一的移動。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光學模組，其中，該主動感測陣列具有一視野。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光學模組，其中，各該感測目標區域大小相等，且該感測區域係經配置為與該主動感測陣列相應，使得該區域實質上可涵蓋所有視野。
9. 如申請專利範圍第5項所述之光學模組，其中，該第一感測目標可測量該第一光學組沿著該第一導螺桿的移位。
10. 如申請專利範圍第9項所述之光學模組，其中，該第一感測目標可在10微米或以下的解析度，測量該第一光學組的移位，其範圍至少10毫米。
11. 如申請專利範圍第5項所述之光學模組，其中，該第二感測目標可測量該第二光學組沿著該第二導螺桿的移位。
12. 如申請專利範圍第11項所述之光學模組，其中，該第二感測目標可在10微米或以下的解析度，測量該第二光學組的移位，其範圍至少2毫米。
13. 如申請專利範圍第1-12項任一項所述之光學模組，更包含：一外殼；一第一預負載彈簧；一第二預負載彈簧；以及其中該第一導螺桿具有一第一致動註冊特徵；該第二導螺桿具有一第二致動註冊特徵；該第一預負載彈簧驅動該第一致動器對著該第一致動註冊特徵；以及該第二預負載彈簧驅動該第二致動器對著該第二致動註冊特徵。
14. 如申請專利範圍第13項所述之光學模組，其中：該第一導螺桿具有一第一軸；該第二導螺桿具有一第二軸；以及該第二軸係與該第一軸分離。
15. 如申請專利範圍第1-12項任一項所述之光學模組，更包含：一第一彈簧；一第二彈簧；以及其中該第一導螺桿包含一非螺紋部份；該第二導螺桿包含一非螺紋部份； 該第一彈簧是配置以使該第一光學組朝向該第一導螺桿之該非螺紋部份偏斜；以及該第二彈簧是配置以使該第二光學組朝向該第二導螺桿之該非螺紋部份偏斜。
16. 如申請專利範圍第15項所述之光學模組，其中：該第一彈簧是配置以使該第一光學組沿著該第一導螺桿之該軸偏斜；以及該第二彈簧是配置以使該第二光學組沿著該第二導螺桿之該軸偏斜。
17. 一種自動對焦和縮放模組，其包含：(a)一外殼；(b)一第一光學組合，其包含：i)一第一導螺桿，其包含一具有一第一外螺紋直徑之螺紋部份、一具有一第一外直徑之非螺紋部份、以及一第一致動註冊特徵；ii)一第一光學組，其與該第一導螺桿之該螺紋部份耦合，使得旋轉該第一導螺桿而使該第一光學組沿著該第一導螺桿之一軸移位；iii)一第一彈簧，用以使該第一光學組朝向該第一導螺桿之非螺紋部份偏斜；iv)一第一致動器，其藉由來自一第一預負載彈簧之一彈簧力，而維持該第一導螺桿在該非螺紋部份上的旋轉並對抗該第一導螺桿之該致動註冊特徵；以及v)一第一感測裝置，用以偵測該第一導螺桿之旋 轉；(c)一第二光學組合，其包含：i)一第二導螺桿，其包含一具有一第二外螺紋直徑之螺紋部份、一具有一第二外直徑之非螺紋部份、以及一第二致動註冊特徵；ii)一第二光學組，其與該第二導螺桿之該螺紋部份耦合，以便旋轉該第二導螺桿而使該第二光學組沿著該第二導螺桿之軸移位；iii)一第二彈簧，用以使該第二光學組朝向該第二導螺桿之該非螺紋部份偏斜；iv)一第二致動器，其藉由來自一第二預負載彈簧之一彈簧力，而維持該第二導螺桿之該非螺紋部份並對抗該第二導螺桿之該致動註冊特徵；以及v)一第二感測裝置，用以偵測該第一導螺桿之旋轉；以及(d)一影像感測器。
18. 如申請專利範圍第17項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第一彈簧和該第二彈簧至少其中之一可避免傳動。
19. 如申請專利範圍第17項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第一彈簧具有一實質比該第一預負載彈簧低的彈簧係數。
20. 如申請專利範圍第17項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第二彈簧具有一實質比該第二預負載彈簧低 的彈簧係數。
21. 如申請專利範圍第17項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第一致動器和該第二致動器至少其中之一為一圓柱振動致動器。
22. 如申請專利範圍第17項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第一預負載彈簧緊連該外殼和該第一致動器。
23. 如申請專利範圍第17項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第二預負載彈簧緊連該外殼和該第二致動器。
24. 如申請專利範圍第17項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第一致動器和該第二致動器至少其中之一係藉由一彈性耦合至該外殼而限制在一節點內。
25. 如申請專利範圍第17項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第一光學組和該第二光學組係用以提供一具有一焦距和一放大倍率之一影像給該影像感測器。
26. 如申請專利範圍第17項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該影像感測器可由包含一互補金屬氧化半導體(CMOS)和一電荷耦合裝置(CCD)所組成之群組中選出。
27. 如申請專利範圍第17項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第一外螺紋直徑係大於該第一外直徑。
28. 如申請專利範圍第17項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第一致動註冊特徵係設置於該第一導螺桿之螺紋部份和非螺紋部份之間。
29. 如申請專利範圍第17項所述之自動對焦和縮放模組， 其中，該第二致動註冊特徵係設置於該第二導螺桿之螺紋部份和非螺紋部份之間。
30. 如申請專利範圍第17項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第二導螺桿之該非螺桿部份係設置於該第二致動註冊特徵和該螺紋部份之間。
31. 如申請專利範圍第17項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第一導螺桿之該非螺桿部份係設置於該第二致動註冊特徵和該螺紋部份之間。
32. 如申請專利範圍第17-31項任一項所述之自動對焦和縮放模組，其中：該第一彈簧是配置以使該第一光學組沿著該第一導螺桿之該軸朝向該第一導螺桿之該非螺紋部份偏斜；以及該第二彈簧是配置以使該第二光學組沿著該第二導螺桿之該軸朝向該第二導螺桿之該非螺紋部份偏斜。
33. 一種自動對焦和縮放模組，其包含：(a)一第一導引插腳；(b)一第二導引插腳；(c)一第一光學組合，其包含：i)一第一導螺桿，其包含一螺紋部份以及一非螺紋部份，該螺紋部份具有一第一外螺紋直徑，以及一具有一第一外直徑；ii)一第一光學組，其包含一第一彈簧鉸鍊組合，該第一彈簧鉸鏈組合具有兩個以相對位置配置的牙咬合 臂，且用以耦合該第一導螺桿之螺紋部份，使得旋轉該第一導螺桿可使該第一光學組沿著該第一導螺桿的一軸移位，且耦合該第一導引插腳和該第二導引插腳；iii)一第一致動器，用以旋轉該第一導螺桿；以及iv)一第一感測裝置，用以偵測該第一導螺桿之旋轉；(d)一第二光學組合，其包含：i)一第二導螺桿，其包含一螺紋部份以及一非螺紋部份，該螺紋部份具有一第二外螺紋直徑，以及該非螺紋部份具有一第二外直徑；ii)一第二光學組，其包含一第二彈簧鉸鍊組合，該第二彈簧鉸鍊組合有兩個以相對位置配置的牙咬合臂，且用以耦合該第二導螺桿之螺紋部份，使得旋轉該第二導螺桿可使該第二光學組沿著該第二導螺桿的一軸移位，且耦合該第一導引插腳和該第二導引插腳；iii)一第二致動器，用以旋轉該第一導螺桿；以及iv)一第二感測裝置，用以偵測該第一導螺桿之旋轉；以及(e)一影像感測器。
34. 如申請專利範圍第33項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第一光學組和該第二光學組係用以提供一具有一焦距和一放大倍率之一影像給該影像感測器。
35. 如申請專利範圍第33項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第一牙咬合臂之牙具有實質比該第一螺紋桿 之該螺紋部份淺的一螺紋深度。
36. 如申請專利範圍第33項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第二牙咬合臂之牙具有實質比該第二螺紋桿之該螺紋部份淺的一螺紋深度。
37. 如申請專利範圍第33項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該影像感測器可由包含一互補金屬氧化半導體(CMOS)和一電荷耦合裝置(CCD)所組成之群組中選出。
38. 如申請專利範圍第33項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第一外螺紋直徑係大於該第一外直徑。
39. 如申請專利範圍第33項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第二外螺紋直徑係大於該第二外直徑。
40. 如申請專利範圍第33項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第一致動註冊特徵係設置於該第一導螺桿之螺紋部份和非螺紋部份之間。
41. 如申請專利範圍第33項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第二致動註冊特徵係置於該第二導螺桿之螺紋部份和非螺紋部份之間。
42. 如申請專利範圍第33項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第二導螺桿之該非螺桿部份係設置於該第二致動註冊特徵和該螺紋部份之間。
43. 如申請專利範圍第33項所述之自動對焦和縮放模組，其中，該第一導螺桿之該非螺桿部份係設置於該第二致動註冊特徵和該螺紋部份之間。
44. 一種自動對焦和縮放模組，其包含：(a)一外殼；(b)一光學組合，其包含：i)一導螺桿，其包含一具有一外螺紋直徑之螺紋部份、一具有一外直徑之非螺紋部份、以及一致動註冊特徵；ii)一光學組，其耦合該導螺桿之一螺紋部份，使得旋轉該導螺桿可使該光學組沿著該導螺桿的一軸移位，iii)一圓柱振動致動器，該圓柱振動致動器的類型為在一駐波樣式中振動以驅動置於其內之一軸轉動，用以藉由一預負載彈簧緊連該外殼和該致動器，而維持該導螺桿在該非螺紋部份上的旋轉並對抗該導螺桿之該致動註冊特徵，且藉由與該外殼彈性耦合而限制在其較佳駐波樣式之一節點內；iv)一感測裝置，用以偵測該導螺桿之旋轉；以及c)一影像感測器，其中該光學組係用以提供一具有一焦距和一放大倍率之一影像給該影像感測器。
45. 如申請專利範圍第44項所述之自動對焦和縮放模組，該外螺紋直徑係大於該外直徑。
46. 如申請專利範圍第44項所述之自動對焦和縮放模組，該致動註冊特徵係設置於該螺紋部份和非螺紋部份之間。
47. 如申請專利範圍第44-46項任一項所述之自動對焦和 縮放模組，更包含一彈簧，該彈簧被配置以使該光學組朝向該導螺桿之該非螺紋部份偏斜。
48. 如申請專利範圍第47項所述之自動對焦和縮放模組，其中該彈簧是被配置以使該光學組沿著該導螺桿之該軸朝向該導螺桿之該非螺紋部份偏斜。
49. 一種使用一螺紋導螺桿作為一驅動元件以防止在一系統中之後座力的方法，其步驟包含：(a)提供具有一軸和一螺紋區域之一導螺桿，該螺紋區域具有一螺紋深度和螺距；以及(b)提供一彈簧鉸鍊組合，其具有以相對位置配置之複數個咬合臂的牙，用以耦合該導螺桿之螺紋部份，以便旋轉該導螺桿可得到光學組沿著該導螺桿之一軸的移位，其中，該咬合臂之牙具有一牙深和一牙距，其中，該牙深實質上小於該螺距深度，而該牙距大於該螺距。
50. 如申請專利範圍第49項所述之方法，其中搭配由彈簧鉸鍊驅動的該咬合臂，在耦合牙及螺桿螺紋間的螺紋角度梯度提供與其互動之兩個螺紋部份間每一耦合牙自然定位在中間。