CN101312493B - 用来稳定图像感测元件的图像稳定装置 - Google Patents

Abstract

一种用来稳定一图像感测元件的图像稳定装置，包含有一传动件，其上形成有一导槽；一旋转马达，包含有一环形转子以及一环形定子，传动件连接于环形转子上，环形转子设于环形定子的一侧，环形转子与环形定子互相配合使环形转子相对环形定子旋转；一承载座，用来承载图像感测元件，承载座包含有一轴柱，轴柱相对于传动件以可滑动的方式穿设于导槽内；以及一线性马达，耦接于传动件与承载座的轴柱，用来带动承载座在导槽内滑动。

Description

用来稳定图像感测元件的图像稳定装置

技术领域

本发明提供一种图像稳定装置，尤其一种可侦测图像感测元件的水平与垂直方向改变量，并计算出修正量，以修正图像感测元件的图像稳定装置。

背景技术

近年来摄录像设备为了方便携带而有体积越来越小的设计趋势，然而因重量变轻以及体积缩小的缘故，这些摄录像设备却变得更不容易稳定地用手把持住而不产生晃动，而影响到拍照或摄影的图像品质。一般来说，数字图像撷取装置大多采用光学或数字防手振机制，光学防手振机制乃是利用移动镜片或图像感测元件进行水平或垂直移动，藉以修正手振所引起的歪斜，其所产生的逆向修正可使相机不因晃动而产生模楜图像；而数字防手振机制乃藉由算法及图像处理的方式，修正因晃动而产生的模糊图像。

参阅图1与图2，一图像撷取装置10可为例如是一数字相机、一数字摄影机。图像撷取装置10包含有一图像感测元件12，用来将图像撷取装置10的镜头所接收的光线转换成电气信号，图像感测元件12可为一感光耦合元件(charge coupled device，CCD)或一互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)等。图像撷取装置10另包含一承载座14，用来承载图像感测元件12；一水平传感器16，用来感测承载座14的一水平位移量(X方向位移量)；一垂直传感器18，用来感测承载座14的一垂直位移量(Y方向位移量)；水平磁力装置20，用来驱动承载座14于水平方向(X方向)移动；垂直磁力装置22，用来驱动承载座14于垂直方向(Y方向)移动；以及一控制单元26，用来依据水平传感器16所感测到的水平位移量与垂直传感器18所感测到的垂直位移量，控制水平磁力装置20以及垂直磁力装置22驱动承载座14，藉以修正图像撷取装置10因平行或垂直方向移动所引起的图像感测元件12的位移。

现有技术的图像撷取装置10利用水平磁力装置20与垂直磁力装置22补偿承载座14于X-Y平面上的手振位移，然此机构设计所使用磁力的驱动元件，例如水平磁力装置20、垂直磁力装置22，会有磁力残存的问题。

发明内容

本发明提供一种图像稳定装置，以解决上述问题。

本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部份或全部目的或是其它目的，本发明的图像稳定装置包含：一传动件，其上形成有一导槽；一旋转马达，包含有一环形转子，传动件的两端连接于环形转子上，以及一环形定子，环形转子设于环形定子的外侧或内侧，环形转子与环形定子互相配合使环形转子相对环形定子旋转；一承载座，用来承载图像感测元件，承载座包含有一轴柱，轴柱相对于传动件以可滑动的方式穿设于导槽内；一线性马达，耦接于传动件与承载座的轴柱，用来带动承载座在导槽内滑动，线性马达包含至少一线性滑动件，其套接于轴柱，以及至少一线性定子，安装于传动件的导槽的一侧，用来驱动线性滑动件在导槽内滑动；一水平传感器，用来感测承载座的水平位移量；一垂直传感器，用来感测承载座的垂直位移量；一计算单元，用来依据水平位移量与垂直位移量计算出旋转修正量以及径向修正量；一控制单元，耦接于计算单元，用来依据旋转修正量以及径向修正量控制旋转马达与线性马达的作动；一刻度盘，设置于环形转子上；一第一传感器，设置于环形定子上且位于相对应于刻度盘的位置，用来感测刻度盘的一旋转位移量；一刻度杆，设置于线性滑动件上；一第二传感器，设置于线性定子上方且位于相对应于刻度杆的位置，用来感测刻度杆的平移位移量；以及一回授单元，用来比较旋转马达与第一传感器所传来的信号以产生一第一回授信号，并且用来比较线性马达与第二传感器所传来的信号以产生一第二回授信号。其中，控制单元还用来依据第一回授信号控制旋转马达的作动，并且用来依据第二回授信号控制线性马达的作动。

附图说明

图1为现有技术图像撷取装置的功能方块示意图；

图2为现有技术图像撷取装置采用光学防手振机制的示意图；

图3为本发明图像撷取装置的功能方块示意图；

图4与图5为本发明图像稳定装置的零件分解示意图。

图6与图7为本发明图像稳定装置于不同视角的零件分解示意图；

图8为本发明另一实施例图像稳定装置的零件分解示意图；

图9为卡式坐标系与极坐标系的转换关系图；

图10为本发明一实施例图像感测元件补偿该旋转修正量以及该径向修正量的示意图。

【主要元件符号说明】

10图像撷取装置                 12图像感测元件

14承载座                       16水平传感器

18垂直传感器                   20水平磁力装置

22垂直磁力装置                 26控制单元

110图像撷取装置                112图像感测元件

114图像稳定装置                116承载座

118水平传感器                  120垂直传感器

122计算单元                    124旋转马达

126线性马达                128控制单元

130传动件                  132导槽

134轴柱                    136环形转子

138环形定子                140刻度盘

142第一传感器              144回授单元

146固定元件                148线性滑动件

150线性定子                152刻度杆

154第二传感器              156固定件

158套筒                    160平板

162第一凸柱                164孔洞

166第二凸柱                168孔洞

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下结合附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

参阅图3，本实施例中，一图像撷取装置110可为：例如一数字相机、一数字摄影机。图像撷取装置110包含有一图像感测元件112，用来将图像撷取装置110的镜头所接收的光线转换成电气信号，图像感测元件112可为一感光耦合元件或一互补金属氧化物半导体等。图像撷取装置110另包含一图像稳定装置114，用来稳定图像感测元件112，亦即用来修正图像撷取装置110因例如手振或任何震动所引起图像感测元件112的位移量。图像稳定装置114包含有一承载座116，用来承载图像感测元件112；一水平传感器118，用来感测承载座116的水平位移量；一垂直传感器120，用来感测承载座116的垂直位移量；一计算单元122，用来依据水平位移量与垂直位移量计算出一旋转修正量以及一径向修正量；一旋转马达124；一线性马达126；以及一控制单元128，耦接于计算单元122，用来依据旋转修正量以及径向修正量控制旋转马达124与线性马达126的作动。

参阅图4至图7，图像稳定装置114另包含有一传动件130，其上形成有一导槽132，承载座116包含有一轴柱134，其以可相对于传动件130滑动的方式穿设于导槽132内。旋转马达124可为一超音波旋转马达，其具有体积小与旋转速度快的优点，旋转马达124包含有一环形转子(rotor)136，传动件130的两端连接于环形转子136；以及一环形定子(stator)138，安装于环形转子136的外侧(亦可设置于内侧)，用来驱动环形转子136转动。环形定子138可包含压电材料(piezoelectric material)，当接收电压时会以一波形摆动藉以利用摩擦力带动环形转子136旋转。图像稳定装置114另包含有至少两固定件156，用于连接传动件130与环形转子136。每一固定件156包含有一套筒158，设置于传动件130的一端与环形定子138的内侧；一平板160；一第一凸柱162，设置于平板160上，第一凸柱162用来穿设于传动件130之一端上所设的一孔洞164内；以及一第二凸柱166，设置于平板160上，第二凸柱166用来穿设于套筒158内且卡合于环形转子136的一孔洞168。故当环形转子136相对于环形定子138进行旋转时，环形转子136会带动传动件130随之旋转，而抵接于环形定子138的内侧与传动件130一端的套筒158亦会随之进行旋转，藉以精准定位传动件130的转动量。参阅图8，不同于前述实施例，在此实施例中，固定件156可为一螺丝，用来锁固传动件130与环形转子136，同理当环形转子136相对于环形定子138进行旋转时，环形转子136亦会带动传动件130随之旋转。

图像稳定装置114另包含有一刻度盘140，设置于环形转子136上；以及至少一第一传感器142，设置于环形定子138上且位于相对应于刻度盘140的位置，用来感测刻度盘140的旋转位移量。参阅图3，图像稳定装置114另包含有一回授单元144，用来比较旋转马达124与第一传感器142所传来的信号以产生一第一回授信号，其中控制单元128可依据该第一回授信号控制旋转马达124的作动。图像稳定装置114另包含有至少一固定元件146，设置于环形定子138上，用来固定承载座116于一初始位置或可侦测承载座116是否回复至该初始位置，亦即将承载座116定位于尚未经过手振修正补偿的位置，而固定元件146可为一磁性元件，用來吸附承载座116以避免其因旋转惯性而继续移动。

此外，线性马达126可为一超音波线性马达，其具有体积小与移动速度快的优点，线性马达126包含有至少一线性滑动件(slider)148，其套接于承载座116的轴柱134；以及至少一线性定子150，安装于传动件130的导槽132的一侧，用来驱动线性滑动件148在导槽132内滑动。线性定子150可包含压电材料，当接收电压时会以一波形摆动藉以利用摩擦力带动线性滑动件148滑动行进。图像稳定装置114另包含有一刻度杆152，设置于线性滑动件148上；以及至少一第二传感器154，设置于线性定子150上且位于相对应于刻度杆152的位置，用来感测该刻度杆的平移位移量。参阅图3，图像稳定装置114的回授单元144可用来比较线性马达126与第二传感器154所传来的信号以产生一第二回授信号，其中控制单元128可依据该第二回授信号控制线性马达126的作动。

在此详细介绍本发明图像稳定装置114的作动原理，首先水平传感器118与垂直传感器120可分别感测承载座116因使用者手振而产生的该水平位移量(X方向位移量)与该垂直位移量(Y方向位移量)，之后计算单元122会依据该水平位移量与该垂直位移量计算出该旋转修正量以及该径向修正量。参阅图9，图9为卡式坐标系与极坐标系的转换关系图，卡式坐标系(X-Y坐标)与极坐标系(R-θ坐标)的转换关系系为：

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\ΔX}}{\mathrm{\ΔY}}\right)$

$R=\sqrt{{\mathrm{\ΔX}}^2+{\mathrm{\ΔY}}^2}$

而该水平位移量与该垂直位移量以及该旋转修正量与该径向修正量的转换关系系可参照上述关系：

之后控制单元128会依据该旋转修正量以及该径向修正量控制旋转马达124与线性马达126的作动，藉由控制旋转马达124与线性马达126驱动承载座116移动该旋转修正量以及该径向修正量，可修正图像撷取装置110因平行移动手振(该水平位移量)或垂直移动手振(该垂直位移量)所引起的图像感测元件112歪斜。参阅图10，图10为本发明一实施例图像感测元件112补偿该旋转修正量以及该径向修正量的示意图，图像感测元件112可于旋转马达124的圆周方向旋转该旋转修正量以及于径向移动该径向修正量，以使图像感测元件112于X-Y平面上反向平移该水平位移量(X方向位移量)与该垂直位移量(Y方向位移量)，而达到逆向修正图像撷取装置110因平行或垂直移动手振所引起的图像感测元件112歪斜的目的。

当旋转马达124与线性马达126驱动承载座116移动该旋转修正量以及该径向修正量以逆向修正图像感测元件112的歪斜状况后，第一传感器142可感测到因环形转子136转动该旋转修正量而造成刻度盘140旋转的该旋转位移量，刻度盘140上设有多个细微刻度，故第一传感器142可感测到刻度盘140旋转了多少个细微刻度，并输出一相对应信号至回授单元144，回授单元144会比较第一传感器142所侦测到的刻度盘140的该旋转位移量是否符合旋转马达124带动承载座116旋转的该旋转修正量，若是则无须回馈修正旋转马达124；若否，则回授单元144输出该第一回授信号至控制单元128，控制单元128会依据该第一回授信号控制旋转马达124的作动，亦即依据该旋转修正量与该旋转位移量的差异回馈修正旋转马达124的作动，以使旋转马达124正确地驱动承载座116旋转该旋转修正量。同理，第二传感器154可感测到因线性滑动件148平移该径向修正量而造成刻度杆152移动的该平移位移量，刻度杆152上设有多个细微刻度，故第二传感器154可感测到刻度杆152平移了多少个细微刻度，并输出一相对应信号至回授单元144，回授单元144会比较第二传感器154所侦测到的刻度杆152的该平移位移量是否符合线性马达126带动承载座116移动的该径向修正量，若是则无须回馈修正线性马达126；若否，则回授单元144输出该第二回授信号至控制单元128，控制单元128会依据该第二回授信号控制线性马达126的作动，亦即依据该径向修正量与该平移位移量的差异回馈修正线性马达126的作动，以使线性马达126正确地驱动承载座116移动该径向修正量。

相较于现有技术，本发明的图像稳定装置先侦测该图像感测元件的水平与垂直方向振动量，并通过卡式坐标与极坐标的转换关系与该水平与垂直方向振动量计算出该旋转修正量与该径向修正量，且依据该旋转修正量与该径向修正量修正该图像感测元件的歪斜状况，此机构设计利用较少的驱动元件(R方向与θ方向的驱动元件)，以使结构简单化，且导槽的结构设计可增加移动的精确度；此外，本发明改善了现有技术使用磁力驱动元件所产生的磁力残存问题，且实时回馈讯号有助于手振补偿的准确性，故本发明可提供一简单且有效的光学防手振机制。

惟以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (8)

1.一种用来稳定一图像感测元件的图像稳定装置，包括：

一传动件，其上形成有一导槽；

一旋转马达，包含：

一环形转子，该传动件的两端连接于该环形转子上；以及

一环形定子，该环形转子设于该环形定子的外侧或内侧，该环形转子与该环形定子互相配合使该环形转子相对该环形定子旋转；

一承载座，用来承载该图像感测元件，该承载座包含有一轴柱，该轴柱相对于该传动件以可滑动的方式穿设于该导槽内；

一线性马达，耦接于该传动件与该承载座的该轴柱，用来带动该承载座在该导槽内滑动，包含：

至少一线性滑动件，其套接于该轴柱；以及

至少一线性定子，安装于该传动件的该导槽的一侧，用来驱动该线性滑动件在该导槽内滑动；

一水平传感器，用来感测该承载座的一水平位移量；

一垂直传感器，用来感测该承载座的一垂直位移量；

一计算单元，用来依据该水平位移量与该垂直位移量计算出一旋转修正量以及一径向修正量；

一控制单元，耦接于该计算单元，用来依据该旋转修正量以及该径向修正量控制该旋转马达与该线性马达的作动；

一刻度盘，设置于该环形转子上；

一第一传感器，设置于该环形定子上且位于相对应于该刻度盘的位置，用来感测该刻度盘的一旋转位移量；

一刻度杆，设置于该线性滑动件上；

一第二传感器，设置于该线性定子上方且位于相对应于该刻度杆的位置，用来感测该刻度杆的一平移位移量；以及

一回授单元，用来比较该旋转马达与该第一传感器所传来的信号以产生一第一回授信号，并且用来比较该线性马达与该第二传感器所传来的信号以产生一第二回授信号；

其中，所述控制单元还用来依据该第一回授信号控制该旋转马达的作动，并且用来依据该第二回授信号控制该线性马达的作动。

2.如权利要求1所述的图像稳定装置，还包括至少二固定件，用于连接该传动件与该环形转子。

3.如权利要求2所述的图像稳定装置，其中每一该固定件包括：

一套筒；

一平板；

一第一凸柱，设置于该平板上，该第一凸柱用来穿设于该传动件的一端上所设的一孔洞内；以及

一第二凸柱，设置于该平板上，该第二凸柱用来穿设于该套筒内且连接于该环形转子上所设的一孔洞内。

4.如权利要求2所述的图像稳定装置，其中每一该固定件为一螺丝，用来锁固该传动件与该环形转子。

5.如权利要求1所述的图像稳定装置，还包括一固定元件，设置于该环形定子上，用来固定该承载座于一初始位置。

6.如权利要求5所述的图像稳定装置，其中该固定元件为一磁性元件。

7.如权利要求1所述的图像稳定装置，其中该旋转马达为一超音波旋转马达。

8.如权利要求1所述的图像稳定装置，其中该线性马达为一超音波线性马达。

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