TWI495338B - 相機模組 - Google Patents

Description

相機模組

本發明涉及相機模組技術領域，特別涉及一種具有光學防抖功能之相機模組。

相機模組藉由快門控制光線投射到影像感測器之時間長短，比如，快門速度為1/2秒時，表示影像感測器感光時間為1/2秒，若在這1/2秒內由於抖動原因同一束光線於影像感測器上發生移動，影像感測器就會記錄該光線運動軌跡，使拍攝之照片模糊不清。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月在Control Systems Magazine,IEEE(Volume 26,Issue 2,Page(s)：21-22)上發表之論文“Optical image stabilization for digital cameras”。

相機模組防抖技術主要分為電子防抖與光學防抖兩大類。其中，電子防抖主要指在相機模組上採用強制提高影像感測器感光參數同時加快快門速度並針對影像感測器上大約2/3面積上取得之圖像進行分析，然後利用邊緣圖像進行補償之防抖技術，惟，由於在圖像處理過程中不可避免要拋棄部分圖像資訊，因此實際上電子防抖技術降低影像感測器利用效率。

光學防抖技術又可分為鏡頭防抖與成像器件防抖防抖兩類。鏡頭 防抖主要指在鏡頭模組中設置專門防抖補償鏡片組，根據相機模組抖動方向與程度，補償鏡片組相應調整位置與角度，使光路保持穩定，惟，增加補償鏡片組會增加相機模組在光軸方向總高度，不利於相機模組輕薄化。成像器件防抖主要指在感知相機模組抖動後，改變影像感測器位置或角度來保持成像穩定性，惟，成像器件防抖需採用高精度機構改變影像感測器位置或角度，相應地大大增加相機模組製造成本。

有鑑於此，提供一種無需設置專門防抖補償鏡片組且結構較為簡單、成本較低之相機模組實屬必要。

下面將以具體實施例說明一種相機模組。

一種相機模組，包括電路板、設置在電路板上之影像感測器、固定桿、處理器及用於感測該影像感測器相對待拍攝物體偏移量之位移感測器，及相對影像感測器設置之鏡頭模組。該鏡頭模組具有第一側面與第二側面。該相機模組還包括第一磁鐵、第二磁鐵、及多根撓性支撐體。該第一側面、第二側面上分別固設有多根與該鏡頭模組光軸平行之第一導線與第二導線。該固定桿的一端固定於該電路板上，另一端支撐該第一磁鐵及該第二磁鐵並使該第一磁鐵及第二磁鐵與該第一導線及第二導線分別相對設置且均相對該影像感測器固定，該第一磁鐵與第二磁鐵之磁場方向成60到150度間之角度。該鏡頭模組以該多根撓性支撐體支撐於該電路板上。該處理器根據該偏移量控制該第一導線及第二導線中之電流使該鏡頭模組由於第一導線與第二導線受到安培力運動，從而使拍攝時間內被拍攝物體經由鏡頭模組成像始終位於影像感測 器相同位置。

一種相機模組，包括電路板、設置在電路板上之影像感測器、處理器及用於感測該影像感測器相對待拍攝物體偏移量之位移感測器，及相對影像感測器設置之鏡頭模組。該鏡頭模組具有環形之上表面與下表面，以及連接於該上表面與下表面間之側面。該相機模組還包括第一磁鐵、第二磁鐵、第三磁鐵、第四磁鐵及多根撓性支撐體。在該側面圓週方向成90度等間距設置有多根與該鏡頭模組光軸平行之第一導線、第二導線、第三導線與第四導線。該第一磁鐵、第二磁鐵、第三磁鐵與第四磁鐵分別相對該第一導線、第二導線、第三導線與第四導線設置且相對該影像感測器固定。該第一磁鐵與第二磁鐵磁場方向垂直，該第三磁鐵與第四磁鐵磁場方向垂直。該鏡頭模組以該多根撓性支撐體支撐於該電路板上。該處理器根據該偏移量控制該第一導線、第二導線、第三導線與第四導線中之電流使該鏡頭模組由於第一導線、第二導線、第三導線與第四導線受到安培力運動，從而使拍攝時間內被拍攝物體經由鏡頭模組成像始終位於影像感測器相同位置。

相較於先前技術，本技術方案之相機模組利用連接於電路板與鏡頭模組之撓性支撐體支撐鏡頭模組，並利用固定於鏡頭模組第一側面、第二側面或其側面之與鏡頭模組光軸平行之至少兩組導線分別在其相對之至少兩磁鐵形成之磁場中產生安培力帶動鏡頭模組在垂直於其光軸之兩垂直軸向上移動，且可藉由處理器控制提供給相應導線之電流以可精確控制該組導線產生之安培力大小，從而調整該相機模組由於抖動產生之偏移量，使鏡頭模組相對該影像感測器移動以消除由於影像感測器移動帶來之影像模糊，達 到防抖目的，其無需設置專門防抖補償鏡片組，可降低相機模組在光軸方向高度，有利於相機模組薄型化，且節省使用防抖補償鏡片組之成本。

100、200‧‧‧相機模組

30、230‧‧‧電路板

20、220‧‧‧影像感測器

70、270‧‧‧位移感測器

80、280‧‧‧處理器

10、210‧‧‧鏡頭模組

60、260‧‧‧撓性支撐體

41、241‧‧‧第一導線

42、242‧‧‧第二導線

51、251‧‧‧第一磁鐵

52、252‧‧‧第二磁鐵

32‧‧‧表面

22‧‧‧影像感測面

11‧‧‧第一側面

12‧‧‧第二側面

13‧‧‧第三側面

14‧‧‧第四側面

15、201‧‧‧上表面

16、202‧‧‧下表面

53、250‧‧‧固定體

54、255‧‧‧固定桿

102‧‧‧物點

104‧‧‧像點

204‧‧‧側面

243‧‧‧第三導線

244‧‧‧第四導線

253‧‧‧第三磁鐵

254‧‧‧第四磁鐵

圖1係本技術方案第一實施例提供之相機模組之示意圖。

圖2係第一實施例之相機模組處於原始狀態之示意圖。

圖3係第一實施例之相機模組發生抖動狀態之示意圖。

圖4係第一實施例之相機模組修正抖動狀態之示意圖。

圖5係本技術方案第二實施例提供之相機模組之示意圖。

下面將結合附圖與複數實施例對本技術方案之相機模組作進一步詳細說明。

請參閱圖1，本技術方案第一實施例提供之光學防抖相機模組100，包括電路板30、影像感測器20、位移感測器70、處理器80、鏡頭模組10、撓性支撐體60、第一導線41、第二導線42、第一磁鐵51、第二磁鐵52。。

電路板30具有表面32，影像感測器20、位移感測器70及處理器80設置在表面32上，且影像感測器20與位移感測器70相對電路板30固定。鏡頭模組10與影像感測器20相對設置。影像感測器20具有與鏡頭模組10光軸垂直之影像感測面22。撓性支撐體60一端與表面32相連，另一端與鏡頭模組10相連從而將鏡頭模組10撓性支撐於電路板30上。在撓性支撐體60未變形時影像感測面22中心位於鏡頭模組10光軸之延長線上。第一導線41與第二導線42固定於鏡 頭模組10上，第一磁鐵51、第二磁鐵52分別相對第一導線41與第二導線42設置，當第一導線41與第二導線42中通以電流時，其受到安培力作用。

位移感測器70用於感測影像感測器20相對被拍攝物體之偏移量。本實施例中，位移感測器70為干涉式光纖陀螺儀，工作時，其向不同方向發出檢測光束，並使得複數不同檢測光束在光學環路中前進，所述光學環路為一環形通道，光學環路隨著待感測物一起運動時，檢測光束在光學環路中之光程相對於光學環路靜止時檢測光束在光學環路中之光程將產生變化，從而使得不同檢測光束之間產生干涉，利用這種干涉即可測量環路轉動速度從而檢測得到相機模組100抖動情況。具體地，將垂直於鏡頭模組10光軸且垂直於第一側面11之方向定義為第一軸向X，垂直於鏡頭模組10光軸且垂直於第二側面12之方向定義為第二軸向Y，平行於鏡頭模組10光軸之方向定義為第三軸向Z。位移感測器70主要用於感測相機模組100發生抖動時，相機模組100自身在垂直於其光軸方向之第一軸向X與第二軸向Y之偏移量。當然，該位移感測器70亦可為其他具有位移改變感測功能之感測器。例如，該位移感測器70還可以為紅外感測器。

處理器80與位移感測器70電連接，其用於根據該位移感測器70感測到之偏移量控制該第一導線41及第二導線42中之電流使該鏡頭模組10由於第一導線41與第二導線42受到安培力運動，從而使鏡頭模組10相對該影像感測器20移動以消除由於相機模組100抖動帶來之影像模糊。

本實施例中，鏡頭模組10呈長方形狀，其具有第一側面11、第二 側面12、第三側面13、第四側面14、上表面15與下表面16。下表面16與影像感測器20相對，上表面15相對於下表面16遠離影像感測器20，即上表面15位於鏡頭模組10物側，下表面16位於鏡頭模組10像側。第一側面11、第二側面12、第三側面13與第四側面14垂直連接於上表面15與下表面16之間。本實施例中，第一側面11與第二側面12相互垂直，第三側面13與第四側面14相互垂直，第三側面13與第一側面11平行。第一導線41、第二導線42分固定於第一側面11與第二側面12，且第一導線41、第二導線42均為多根，且與鏡頭模組10光軸平行。第一導線41與第二導線42兩端電連接至電路板30中，處理器80可控制通過該導線之電流大小。

撓性支撐體60包括四根柔性導線，在未變形狀態下，該四根柔性導線與鏡頭模組10光軸平行，其一端分別與第一側面11、第二側面12、第三側面13以及第四側面14相交處相連。當然，該柔性導線還可固連於鏡頭模組10之下表面16。柔性導線之粗細設置可根據鏡頭模組10自身之品質確定。一般地，撓性支撐體60應使得相機模組100在振動時鏡頭模組10不會碰到第一磁鐵51與第二磁鐵52，或者撓性支撐體60在垂直於鏡頭模組10光軸之兩垂直方向之彎曲角度不大於20度為宜。柔性導線可與電路板30及第一導線41、第二導線42電連接，從而電路板30可經由該柔性導線為第一導線41、第二導線42提供電流，避免使用額外之導線。此外，柔性導線還替換為其他符合撓曲性能之撓性體，此時第一導線41與第二導線42可藉由與額外設置之導線與電路板30電連接而獲得電流，而不必借助於撓性支撐體60。

第一磁鐵51與第二磁鐵52分別相對第一導線41與第二導線42設置 。本實施例中，第一磁鐵51、第二磁鐵52分別收容固定於兩固定體53內，兩固定體53分別藉由兩固定桿54連接固定至電路板30上。從而，第一磁鐵51、第二磁鐵52與影像感測器20之相對位置可保持不變。固定體53可為具有電磁遮罩功能之罩體，以將撓性支撐體60與第一磁鐵51與第二磁鐵52隔離，從而第一磁鐵51與第二磁鐵52不會對撓性支撐體60產生磁效應，撓性支撐體60本身不會由於產生安培力而撓曲。此外，第一磁鐵51與第二磁鐵52還可藉由其他固定方式與電路板30相對固定，例如可將電路板30、第一磁鐵51、第二磁鐵52均固定設置於收容該鏡頭模組10鏡座內(圖未示)。第一磁鐵51與第二磁鐵52之磁場方向成60到150度間之角度。本實施例中，第一磁鐵51與第二磁鐵52之N極分別指向第一導線41與第二導線42，即，第一磁鐵51與第二磁鐵52之磁場方向相互垂直。因此，當第一導線41與第二導線42通電後，分別受到相互垂直之兩個方向上之安培力，從而第一導線41與第二導線42在安培力作用下可帶動鏡頭模組10平移。

採用相機模組10進行拍照時，可藉由供給第一導線41或第二導線42一合適電流，以使鏡頭模組10可吸附固定於該第一磁鐵51或第二磁鐵52上。當快門開始進行拍照時，取消該電流，經過一定時間(此時間依賴於具體選用之撓性支撐體60之迴復性能)鏡頭模組10迴復到初始位置。此外，快門開啟前，亦可藉由一定位機構(例如馬達驅動之彈片)使鏡頭模組10與影像感測器30相對固定，從而使得鏡頭模組10在快門關閉時並不會由於其與撓性支撐體60連接而產生晃動，亦即鏡頭模組10處於初始位置待命。當需要拍攝時，可將該定位機構鬆開，則鏡頭模組10可平移運動。

請參閱圖2，其為相機模組100快門開啟時鏡頭模組10成像示意圖，其中物點102之像點104在影像感測器20中心。參閱圖3，若相機模組100在第一軸向X正向發生抖動，位移感測器70感測到相機模組10在第一軸向X正向之偏移量為X1。處理器80從位移感測器70獲取該偏移量資訊後，通過計算分析得出鏡頭模組10在第一軸向X負向之補償位移量為X2。處理器80可計算出分別供給第一導線41與第二導線42之電流之大小關係，使得鏡頭模組10在相同時間t內在第一軸向X負向之補償位移量為X2。此時，由於第一磁鐵51與第二磁鐵52之N極分別指向第一導線41與第二導線42，鏡頭模組10所受安培力方向為第一軸向X負向與第二軸向Y負向；第一導線41之電流方向垂直指向電路板30，第二導線42電流方向垂直遠離電路板30。

處理器80得出供給電流大小之演算法如下：第一軸向X負向之補償位移量為：X2=a1t2/2=F1t2/2m=B1I1L1t2/2m，(1)

第二軸向Y負向之補償位移量為：Y2=a2t2/2=F2t2/2m=B2I2L2t2/2m，(2)

其中，a1、a2分別表示鏡頭模組10在第一軸向X與第二軸向Y之加速度，F1、F2分別表示鏡頭模組10在第一軸向X與第二軸向Y所受安培力，B1、B2分別表示第一磁鐵51與第二磁鐵52之磁感應強度， I1、I2分別表示供給第一導線41與第二導線42之電流強度，L1、L2分別表示多根第一導線41垂直於第一磁鐵51磁場方向之導線總長度與多根第二導線42垂直於第二磁鐵52磁場方向之導線總長度，m表示鏡頭模組10與第一導線41、第二導線42之總重量。

由式(1)及式(2)可得：I1/I2=X2 B2 L2/Y2 B1 L1。

由於X2、Y2、B1、B2、L1、L2、m均為可測量之參數，從而可得I1與I2之比值，只需設定一電流I1之數值，即可算得另一電流I1之數值，並可由式(1)或式(2)計算出通電時間t。因此，處理器80即可在時間t內供給第一導線41電流I1，在時間t內供給第二導線42電流I2。若只需在第一軸向修正時，由於供給第一導線41之電流I1與時間t之平方為一定值，所以可設定時間t並計算出電流I1。從而使得鏡頭模組10在時間t內沿第一軸向X負向獲得補償位移量X2，以對相機模組100之抖動進行修正。參閱圖4，在鏡頭模組10補償位移量X2後，物點102之像點104仍然位於影像感測器20中心，亦即消除抖動造成之影像偏移。此外，Y方向上之補償與X方向上之補償相類似。

請參閱圖5，本技術方案第二實施例提供之光學防抖相機模組200與第一實施例提供之光學防抖相機模組100大致相同，其不同之處在於，該鏡頭模組210呈筒狀，其具有環形之上表面201與下表面202，以及連接於該上表面201與下表面202間之側面204。

相機模組200包括第一導線241、第二導線242、第三導線243與第四導線244。第一導線241、第二導線242、第三導線243與第四導 線244均與鏡頭模組210光軸平行設置。該第一導線241、第二導線242、第三導線243與第四導線244等間距固定於側面204，即第一導線241、第二導線242、第三導線243與第四導線244在圓週方向呈90度間隔分佈於側面204。

相機模組200包括三根撓性支撐體260。該撓性支撐體260連接於鏡頭模組210與電路板230之間，撓性支撐體260與第一導線241、第二導線242、第三導線243、第四導線244及電路板230均電連接。該三根撓性支撐體260在圓週方向呈120度間隔連接與鏡頭模組210之下表面202。

處理器280設於電路板230上，處理器280與位移感測器270及撓性支撐體260均電連接。

相機模組200還包括分別與上述第一導線241、第二導線242、第三導線243與第四導線244相對之第一磁鐵251、第二磁鐵252、第三磁鐵253與第四磁鐵254。該第一磁鐵251、第二磁鐵252、第三磁鐵253與第四磁鐵254均與影像感測器220相對固定。當然，為配合上述鏡頭模組210之結構，該第一磁鐵251、第二磁鐵252、第三磁鐵253與第四磁鐵254在垂直於鏡頭模組210光軸方向之截面可為圓弧形面。該第一磁鐵251、第二磁鐵252、第三磁鐵253與第四磁鐵254固設於一固定體250上。該固定體250位於鏡頭模組210下方，固定體250通過固定桿255固設於電路板230。鏡頭模組210可相對固定體250運動。該固定體250將撓性支撐體260與第一磁鐵251、第二磁鐵252、第三磁鐵253、第四磁鐵254隔離。本實施例中，該固定體250為一截面為環形之金屬平板，其可隔離第一磁鐵251、第二磁鐵252、第三磁鐵253、第四磁鐵254與撓性 支撐體260間之磁效應，避免撓性支撐體260受到安培力作用而產生移動。

此外，該相機模組相對之磁鐵與導線還可以為其他形狀結構，只需該導線具有與鏡頭模組光軸平行，磁鐵之磁極與該導線相對即可。

相較於先前技術，本技術方案之相機模組利用連接於電路板與鏡頭模組之撓性支撐體支撐鏡頭模組，並利用固定於鏡頭模組第一側面、第二側面或其側面之與鏡頭模組光軸平行之至少兩組導線分別在其相對之至少兩磁鐵形成之磁場中產生安培力帶動鏡頭模組在垂直於其光軸之兩垂直軸向上移動，且可藉由處理器控制提供給相應導線之電流以可精確控制該組導線產生之安培力大小，從而調整該相機模組由於抖動產生之偏移量，使鏡頭模組相對該影像感測器移動以消除由於影像感測器之移動帶來之影像模糊，達到防抖之目的，其無需設置專門防抖補償鏡片組，可降低相機模組在光軸方向高度，有利於相機模組薄型化，且節省使用防抖補償鏡片組之成本。

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。

100‧‧‧相機模組

30‧‧‧電路板

20‧‧‧影像感測器

70‧‧‧位移感測器

80‧‧‧處理器

10‧‧‧鏡頭模組

60‧‧‧撓性支撐體

41‧‧‧第一導線

42‧‧‧第二導線

51‧‧‧第一磁鐵

52‧‧‧第二磁鐵

32‧‧‧表面

22‧‧‧影像感測面

11‧‧‧第一側面

12‧‧‧第二側面

13‧‧‧第三側面

14‧‧‧第四側面

15‧‧‧上表面

16‧‧‧下表面

53‧‧‧固定體

54‧‧‧固定桿

Claims (10)

1. 一種相機模組，包括電路板、設置在電路板上之影像感測器、固定桿、處理器及用於感測該影像感測器相對待拍攝物體偏移量之位移感測器，及相對影像感測器設置之鏡頭模組，該鏡頭模組具有第一側面與第二側面，其中：該相機模組還包括第一磁鐵、第二磁鐵、及多根撓性支撐體，該第一側面、第二側面上分別固設有多根與該鏡頭模組光軸平行之第一導線與第二導線，該固定桿的一端固定於該電路板上，另一端支撐該第一磁鐵及該第二磁鐵並使該第一磁鐵及第二磁鐵與該第一導線及第二導線分別相對設置且均相對該影像感測器固定，該第一磁鐵與第二磁鐵之磁場方向成60到150度間之角度，該鏡頭模組以該多根撓性支撐體支撐於該電路板上，該處理器根據該偏移量控制該第一導線及第二導線中之電流使該鏡頭模組由於第一導線與第二導線受到安培力運動，從而使拍攝時間內被拍攝物體經由鏡頭模組成像始終位於影像感測器相同位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之相機模組，其中，該第一磁鐵與第二磁鐵之磁場方向相互垂直，該鏡頭模組之第一側面與第二側面相互垂直。
3. 如申請專利範圍第1項所述之相機模組，其中，該鏡頭模組包括平行且相對之上表面與下表面該第一側面與第二側面連接於該上表面與下表面之間，該下表面與影像感測器相對，該撓性支撐體固連於該下表面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之相機模組，其中，該撓性支撐體之數量為四根。
5. 如申請專利範圍第4項所述之相機模組，其中，該鏡頭模組包括與第一側面平行之第三側面，以及與第二側面平行之第四側面，該第三側面與第四側面垂直，該四根撓性支撐體之一端分別與第一側面、第二側面、第 三側面以及第四側面相交處相連。
6. 如申請專利範圍第1項所述之相機模組，其中，該第一導線與第二導線均為直導線。
7. 如申請專利範圍第1項所述之相機模組，其中，進一步包括固定該第一磁鐵與第二磁鐵之固定體，該固定體具有電磁遮罩功能以可將撓性支撐體與第一磁鐵、第二磁鐵隔離。
8. 如申請專利範圍第7項所述之相機模組，其中，該固定桿的該另一端藉由支撐該固定體來支撐該第一磁鐵及該第二磁鐵。
9. 一種相機模組，包括電路板、設置在電路板上之影像感測器、處理器及用於感測該影像感測器相對待拍攝物體偏移量之位移感測器，及相對影像感測器設置之鏡頭模組，該鏡頭模組具有環形之上表面與下表面，以及連接於該上表面與下表面間之側面，其中：該相機模組還包括第一磁鐵、第二磁鐵、第三磁鐵、第四磁鐵及多根撓性支撐體，在該側面之圓週方向成90度等間距設置有多根與該鏡頭模組光軸平行之第一導線、第二導線、第三導線與第四導線，該第一磁鐵、第二磁鐵、第三磁鐵與第四磁鐵分別相對該第一導線、第二導線、第三導線與第四導線設置且相對該影像感測器固定，該第一磁鐵與第二磁鐵之磁場方向垂直，該第三磁鐵與第四磁鐵之磁場方向垂直，該鏡頭模組以該多根撓性支撐體支撐於該電路板上，該處理器根據該偏移量控制該第一導線、第二導線、第三導線與第四導線中之電流使該鏡頭模組由於第一導線、第二導線、第三導線與第四導線受到安培力運動，從而使拍攝時間內被拍攝物體經由鏡頭模組成像始終位於影像感測器相同位置。
10. 如申請專利範圍第9項所述之相機模組，其中，該鏡頭模組之下表面與影像感測器相對，該撓性支撐體之數量為三根，該三根撓性支撐體在圓週方向成120度等間距固連於該下表面。