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含晃動補償的光學對焦裝置

Abstract

本發明含晃動補償的光學對焦裝置主要包含鏡頭組件、菱鏡組、以及固定菱鏡組的菱鏡組載座組件所組成。鏡頭組件由光學鏡頭與固定光學鏡頭的鏡頭載座所構成。菱鏡組則是由複數個單體菱鏡,複數個單體菱鏡在擺放位置上可構成至少光線二次折射,使得入射光被轉換方向成不同方向的反射光。反射光將穿過光學鏡頭而投射在感光元件上。菱鏡組載座組件包含軌道裝置,使得菱鏡組得以在驅動力驅使下藉著該軌道裝置在兩個軸向進行預定距離的移動。依據晃動補償訊號調整該驅動力,使得該菱鏡組產生位移,導致該入射光射向該第一單體菱鏡時產生補償偏移,同時相對的反射光投射在該感光元件上時也產生相對於該補償偏移的偏移,實現晃動補償。

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G02B7/04 Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
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TWI721735B

Taiwan

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English
Inventor
黃志明
許价輝

Worldwide applications
2019 TW 2020 CN

Application TW108147980A events
2021-03-11
Application granted

Description

含晃動補償的光學對焦裝置
本發明係關於一種光學對焦裝置;特別關於一種含晃動補償的光學對焦裝置。
為了對鏡頭組或硬碟的磁頭臂做精密的定位控制,通常都會採用音圈馬達(Voice Coil Motor,VCM)來移動鏡頭組或硬碟的磁頭臂。
在光學系統中,當電流通過線圈時會與永久磁鐵之磁場產生一推進力:勞倫茲力(Lorentz Force,根據弗萊明左手定則),使得剛性連接永久磁鐵的承座被移動,同時帶動固定在承座上的鏡頭組,而達到光學變焦、對焦的目的。 受限於智慧型手機輕薄化的趨勢,傳統攝像頭模組結構將無法滿足高倍光學變焦的要求。為了解決這問題,已有廠商推出潛望式攝像頭,其藉由菱鏡將光線轉折,使得高倍光學變焦所需的結構可以與手機機體平行,而可變相將模組高度降低,因此潛望式攝像頭走向了手機攝像頭的舞台,讓大倍率變焦成為了可能。只是在感光元件的畫素尺寸變小影響下,光學變焦倍數越大,對於震動就越敏感,此時需導入防手震技術,以此補償手部晃動,穩定拍照成像品質。
在防手震功能中,包括電子防手震(electronic image stabilizer,EIS)與光學防手震(OIS)系統兩種。電子防手震(EIS)系統是將影像感測元件(image sensor)所擷取的數位化影像(digital image)進行優化處理,以補正振動造成的影像 失焦(out of focus)而產生的糢糊影像(blurred images),但效果有限。而光學防手震(OIS)則是在照相模組中增加影像穩定器(Image Stabilizer,IS)結構,當振動發生時藉由補償訊號,調整鏡頭(lens)與影像感測元件(image sensor)之間相對位置,減低影像模糊發生機率。
習知潛望式鏡頭無法直接套用傳統的光學防手震技術,而無法提供較優值的成像品質。
為此,本發明之主要目的在提供一種含晃動補償的光學對焦裝置,主要包含鏡頭組件、菱鏡組、以及固定菱鏡組的菱鏡組載座組件所組成。鏡頭組件由光學鏡頭與固定光學鏡頭的鏡頭載座所構成。菱鏡組則是由複數個單體菱鏡,複數個單體菱鏡在擺放位置上可構成至少光線二次折射,使得入射光被轉換方向成不同方向的反射光。反射光將穿過光學鏡頭而投射在感光元件上。菱鏡組載座組件包含軌道裝置,使得菱鏡組得以在驅動力驅使下藉著該軌道裝置在兩個軸向進行預定距離的移動。依據晃動補償訊號調整該驅動力,使得該菱鏡組產生位移,導致該入射光射向該第一單體菱鏡時產生補償偏移,同時相對的反射光投射在該感光元件上時也產生相對於該補償偏移的偏移,實現晃動補償。
關於本創作之優點與精神可以藉由以下的新型詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
10:裝置
101:保護外殼
102:菱鏡組
103:光學鏡頭
104:鏡頭載座
105:圓球組
106a~106d:磁石
107:圓球
108:菱鏡載座
109:圓桿
110:移動載座
111a~111b:圓桿
112:底座
114a~114c:線圈
115:PCB
116a~116c:位置感測元件
117a~117c:導磁片
220:感光元件
102a:第一單體菱鏡
102b:第二單體菱鏡
201:入射光
202:反射光
102a1、102b1:光線入射位置
202a、202b:光路
第1圖係本發明含晃動補償的光學對焦裝置之示意圖。
第2圖係本發明含晃動補償的光學對焦裝置之示意圖。
第3圖係本發明含晃動補償的光學對焦裝置之示意圖。
第4A~4B圖係本發明含晃動補償的光學對焦裝置之示意圖。
請參考第1圖,第1圖係本發明含晃動補償的光學對焦裝置之示意圖。如第1圖所示,本發明含晃動補償的光學對焦裝置10包含保護外殼101、菱鏡組102、光學鏡頭103、鏡頭載座104、圓球組105、磁石106a~106d、圓球107、菱鏡載座108、圓桿109、移動載座110、圓桿111a~111b、底座112、感光元件220、線圈114a~114c、PCB115、位置感測元件116a~116c、導磁片117a~117c。這其中,該菱鏡組載座組件主要由菱鏡組102、菱鏡載座108所組成。光學鏡頭103、鏡頭載座104組成鏡頭組件。底座112則是用以安裝有鏡頭組件、菱鏡組載座組件的。使得該菱鏡組102或鏡頭載座104產生位移的該驅動力可為音圈馬達、記憶合金、壓電馬達,其中導磁片117a、磁石106a組成驅動鏡頭組件的音圈馬達,而複數個導磁片117b~117c、磁石106b~106d組成該菱鏡組載座組件的音圈馬達。菱鏡組載座組件包含軌道裝置,使得菱鏡組102得以在驅動力(當線圈114b~114c通過電流,產生+/- X、+/- Y等軸向之勞倫茲力)驅使下,藉著該軌道裝置可在兩個軸向進行預定距離的移動。固定該光學鏡頭103的該鏡頭載座104,可與光學鏡頭為一體式結構或是分開之兩件式結構;而固定該菱鏡組的該菱鏡組載座,可與該菱鏡組為一體式結構,或分離之兩件式結構。
為了降低菱鏡組載座組件、鏡頭組件在底座112上移動的摩擦力,需要設計有相對的軌道裝置。該菱鏡組載座組件、鏡頭組件的軌道裝置則由圓球組105、圓桿109單獨或混合搭配組成。具體來說,可供該菱鏡組在兩個軸向進行該預定距離的該軌道裝置中的移動介質可為複數個圓桿、複數個圓球、或單一圓桿搭配單一圓球或複數個圓球,其中該圓桿或圓球可為金屬或非金屬材質。
該磁石與該導磁片之間彼此存在有吸引力,使得該菱鏡組載座組件、鏡頭組件被吸引貼附在該底座112之上,該驅動力需大於該吸引力才得以讓該菱鏡組載座組件、鏡頭組件進行該預定距離的移動。需特別注意的是,導磁片大小(與磁石的磁吸引力有正相關性)與移動組件的重量會有相關聯(磁吸力將滑動件吸緊靠、防止脫離,影響成像品質),實務操作上會依據移動組件重量調整導磁片尺寸與外型,而導磁片置於磁石下方處,易於產生磁吸引力(吸引力與距離平方成反比)。
請參考第2圖,第2圖係本發明含晃動補償的光學對焦裝置之示意圖。如第2圖所示,菱鏡組102是由複數個單體菱鏡102a~102b所組成。複數個單體菱鏡102a~102b在擺放位置上可構成至少光線二次折射,使得入射光201被轉換方向成不同方向的反射光202。反射光202將穿過光學鏡頭103而投射在感光元件220上。這其中,在複數個單體菱鏡102a~102b中第一個接受該入射光者被定義為第一單體菱鏡102a,而接收來自第一單體菱鏡102a光線者則為第一單體菱鏡102b。這裡需要強調的是,單體菱鏡的數量按照光路設計而定,為方便說明起見,本發明實施例以兩個單體菱鏡來描述,但並未限制只能由兩個單體菱鏡來組成。
簡單來說,在本發明含晃動補償的光學對焦裝置10中,在菱鏡組沿著兩個軸向移動時維持在同一平面上之下,該菱鏡組102得以在驅動力驅使下藉著該軌道裝置在兩個軸向進行預定距離的移動。當手機發生晃動時,藉由陀螺儀感知、圖像處理器(ISP,Image Signal Processor)、位置感測元件116a~116c以及相關演算法,在此四者配合產生一晃動補償訊號,使得本發明含晃動補償的光學對焦裝置10依據該晃動補償訊號,調整該驅動力,使得該菱鏡組102產生位移,導致該入射光射201向該第一單體菱鏡102a時產生補償偏移,同時相對的該反射光202投射在該感光元件220上時也產生相對於該補償偏移的偏移,實現晃動補償。
請參考第3圖,第3圖係本發明含晃動補償的光學對焦裝置之示意圖。如第3圖所示,在本實施例中,複數個單體菱鏡的數量為二,包含第一單體菱鏡102a、第二單體菱鏡102b,而第一單體菱鏡102a、該第二單體菱鏡102b均能大致垂直反射光線。射入該第一單體菱102a的該入射光201將會落在光線入射位置102a1,接著該光線被反射後射入第二單體菱鏡102b上的光線入射位置102b1,而且與被該第二單體菱鏡102b反射而離開的該反射光202彼此大致呈現垂直,使得該入射光201被轉換方向成不同方向的該反射光202,最終反射光202將穿過光學鏡頭103而投射在感光元件220上。
當手機發生搖晃,並且手機產生出所需的補償訊號,本發明含晃動補償的光學對焦裝置10將依據該晃動補償訊號,調整該驅動力,使該菱鏡組102發生移動。也就是,該菱鏡組102可以沿著第一軸向(X方向)移動或是第二軸向(Y方向)移動移動,但需注意的是X方向、Y方向移動可以分別依序進行,也可以同步進行,底下將分別描述該菱鏡組102在X方向、Y方向移動所帶來 的偏移補償效果。
如第3圖所示,該菱鏡組102沿著第一軸向(X方向)移動時,由於第二單體菱鏡102b的反射面為斜面,導致射向該第一單體菱鏡的該入射光201產生與第二軸向(Y方向)平行的位移,也就是原本的光路202a變成光路202b,而產生第二軸向(Y方向)上T’的該補償偏移,同時投射在該感光元件202上的該反射光202也產生與該第二軸向(Y方向)平行的T’的該補償偏移,該第一軸向(X方向)與該第二軸向(Y方向)在同一平面上。
請參考第4圖,第4圖係本發明含晃動補償的光學對焦裝置之示意圖。如第4圖所示,菱鏡組102沿著該第二軸向(Y方向)移動時,導致射向該第一單體菱鏡102a的該入射光201產生與該第二軸向(Y方向)大致垂直的第三軸向(Z方向)的S’補償偏移,同時投射在該感光元件220上的該反射光202也產生與該第三軸向(Z方向)平行的S’補償偏移。
藉由以上較佳具體實施例之詳述,係希望能更加清楚描述本創作之特徵與精神,而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本創作之範疇加以限制。相反地,其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本創作所欲申請之專利範圍的範疇內。
102‧‧‧菱鏡組
102a‧‧‧第一單體菱鏡
102b‧‧‧第二單體菱鏡
103‧‧‧鏡頭組件
108‧‧‧菱鏡載座
201‧‧‧入射光
202‧‧‧反射光
220‧‧‧感光元件

Claims (8)
Hide Dependent

  1. 一種含晃動補償的光學對焦裝置,包含:一鏡頭組件,由一光學鏡頭與固定該光學鏡頭的一鏡頭載座所構成;一菱鏡組,由複數個單體菱鏡,複數個單體菱鏡在擺放位置上可構成至少光線二次折射,使得一入射光被轉換方向成不同方向的一反射光,該反射光將穿過該光學鏡頭,而投射在一感光元件上,在複數個單體菱鏡中第一個接受該入射光者被定義為第一單體菱鏡;以及一菱鏡組載座組件,用以固定該菱鏡組,且包含一軌道裝置,使得該菱鏡組得以在一驅動力驅使下藉著該軌道裝置在兩個軸向進行一預定距離的移動,該菱鏡組沿著兩個軸向移動時維持在同一平面上;其中,依據一晃動補償訊號,調整該驅動力,使得該菱鏡組產生位移,導致該入射光射向該第一單體菱鏡時產生一補償偏移,同時相對的該反射光投射在該感光元件上時也產生相對於該補償偏移的偏移,實現晃動補償。 其中該菱鏡組沿著一第一軸向移動時,導致射向該第一單體菱鏡的該入射光產生與一第二軸向平行的該補償偏移,同時投射在該感光元件上的該反射光也產生與該第二軸向平行的該補償偏移,該第一軸向與該第二軸向在同一 平面上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之含晃動補償的光學對焦裝置,其中固定該菱鏡組的該菱鏡組載座,可與該菱鏡組為一體式結構,或分離之兩件式結構。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之含晃動補償的光學對焦裝置,其中複數個單體菱鏡的數量為二,包含該第一單體菱鏡、一第二單體菱鏡,該第一單體菱鏡、該第二單體菱鏡均能大致垂直反射光線,射入該第一單體菱鏡的該入射光與被該第二單體菱鏡反射而離開的該反射光彼此大致呈現垂直,使得該入射光被轉換方向成不同方向的該反射光。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之含晃動補償的光學對焦裝置,其中該菱鏡組沿著該第二軸向移動時,導致射向該第一單體菱鏡的該入射光產生與該第二軸向大致垂直的一第三軸向的該補償偏移,同時投射在該感光元件上的該反射光也產生與該第三軸向平行的該補償偏移。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之含晃動補償的光學對焦裝置,其中該菱鏡組沿著該第一軸向移動、第二軸向移動可以依序進行或是同步進行。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之含晃動補償的光學對焦裝 置,其中使得該菱鏡組或鏡頭載座產生位移的該驅動力可為音圈馬達、記憶合金、壓電馬達。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之含晃動補償的光學對焦裝置,其中該含晃動補償的光學對焦裝置進一步包含用以安裝有一鏡頭組件、一菱鏡組載座組件的一底座,該音圈馬達由固定於該底座上複數個導磁片、固定於該菱鏡組載座組件的一磁石所組成,該磁石與該導磁片之間彼此存在有一吸引力,使得該菱鏡組載座組件被吸引貼附在該底座之上,該驅動力需大於該吸引力才得以讓該菱鏡組載座組件進行該預定距離的移動。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之含晃動補償的光學對焦裝置,其中可供該菱鏡組在兩個軸向進行該預定距離的該軌道裝置中的一移動介質可為複數個圓桿、複數個圓球、或單一圓桿搭配單一圓球或複數個圓球,其中該圓桿或圓球可為金屬或非金屬材質。