CN101408658A

CN101408658A - 具有形状记忆合金的镜头移位机构

Info

Publication number: CN101408658A
Application number: CNA2007101638626A
Authority: CN
Inventors: 徐三伟; 黄志雄; 吴诗斌
Original assignee: E Pin Optical Industry Co Ltd
Current assignee: E Pin Optical Industry Co Ltd
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2009-04-15

Abstract

本发明为一种具有形状记忆合金(SMA)的镜头移位机构，其是适用在一自动对焦镜头模块，所述的SMA线具有两相对端与一介于两相对端之间的中间活动段，其中所述的两相对端是固定住，而所述的中间活动段的长度向中间点是拉紧悬挂在镜头夹持部的外缘上所设一对应钩件上，使中间活动段相对于两相对端形成紧张状态；当SMA线受热时，所述的中间活动段可收缩而牵引镜头上的对应钩件，以驱动所述的镜头在光轴上滑动移位而达成自动对焦效果；又进一步可在镜头夹持部上配置一回复弹性件，当SMA线冷却而膨胀回复原来长度时，可提供回复力以使镜头回复至原位；又进一步可在镜头夹持部与容腔之间设置相对应配合的导轨装置，以使镜头组可在容腔内稳定地滑动移位。

Description

具有形状记忆合金的镜头移位机构

技术领域

本发明涉及的是一种镜头移位机构(lens displacement mechanism)，尤指一种通过形状记忆合金线(SMA线)与弹簧力来控制镜头的前/后移位以进行自动对焦，供可应用在一自动对焦镜头模块。

背景技术

目前使用的数字相机、具拍摄功能的手机、笔记型计算机等手持式电子装置上，常设有一可自动对焦(auto-focusing，简称AF)的微型相机(镜头)模块(compact camera module，简称CCM)，而所述的镜头模块基本上包含：一容腔(housing)；一由镜片群(lens group)与一镜头夹持部(lens holder)组成的镜头，其是套设在所述的容腔内且位于光轴上，并可朝接近物(object)的方向以滑动方式或螺旋转动方式进行移位；与一镜头移位(控制)机构(lensdisplacement/control mechanism)，主要用以驱动所述的镜头在光轴上产生滑动方式或螺旋转动方式的移位动作，以达成自动对焦的功效。

常见的现有镜头移位机构的设计包含有：一种称为压电马达(piezoelectricmotor)，其是利用压电(piezoelectric)材料原理形成，但一般所使用的压电材料无法耐受回焊(reflow)高温，而可耐受回焊高温的特别压电材料又相当昂贵；又一种称为音圈马达(voice coil motor，简称VCM)，其是利用电磁力与弹性件(如弹簧或弹片)配合形成，但在回焊(reflow)温度时将会损坏音圈马达或降低磁力，因此上述现有的压电马达与音圈马达在组装时都不可使用回焊，致在量产效率上受到限制；又一种具有形状记忆合金(shape memory alloy，简称为SMA)而形成者，其是利用一SMA装置(SMA device)，而通过SMA的「热缩冷涨」特性以驱使镜头产生移位效果，由于SMA可达5％收缩量，远大于一般材质的热涨冷缩变形量，且SMA可耐受回焊高温，致在组装时可使用回焊，故可增加组装产量而有具体实用价值。而目前在镜头移位机构的设计领域中已有甚多利用SMA的现有技术，如：US5,185,621A、US5,279,123A、US5,459,544A、US6,307,678B2、US6,449,434B1、WO2005001540、US20020136548、US2007058070、US2007047938、JP64000938、JP9127398、JP62067738、JP3196781、JP2006329111、JP2005275270、JP2005195998、JP2005156892、JP2004184775、JP2004129950、JP2004069986、JP2004038058、JP2000056208等，而上述各专利案虽然都是利用SMA作为镜头移位的驱动力，但所揭示的技术手段或驱动方式却各有不同；惟，上述各现有技术的结构大部分仍较为复杂，体积相对较大，不符合镜头模块的小型化要求，例如US6,449,434B1，其是利用一SMA线，使其两相对端固定住，并使其介于两相对端之间的中间活动段的长度向中间点(longitudinal mid-point)拉紧悬挂在一可枢转运动的制动器(actuator)的外缘一沟槽上以作为驱动施力点，而所述的制动器的外缘上另设一相对的凸梢并卡入一镜头夹持部(lens holder)的外缘一卡槽中以作为应力点，使可通过所述的SMA线热缩冷涨的特性以驱动所述的制动器(actuator)枢转一角度，使所述的制动器(actuator)上所述的相对的凸梢也同步枢转一角度，进而通过凸梢与镜头夹持部的外缘上卡槽之间的配合，而同步驱动所述的镜头夹持部枢转一角度，使镜头夹持部可通过其它结构如一上、中、下三段式阶梯结构而进入上、中、下三段不同的位置，以达成镜头移位并定位的调整功能，也就是达成镜头的对焦功能。由上可知，US6,449,434B1或其它现有技术虽然相同利用SMA线作为驱动力源，但却都须再通过其它连动装置如制动器(actuator)或其它相类似的杠杆装置等才能驱动镜头夹持部移位，也就是，现有技术在SMA线与镜头夹持部(lens holder)之间几乎都另设一连动装置，用以使SMA的收缩驱动力通过所述的连动装置而转换成镜头夹持部(lens holder)的驱动力；因此现有技术在SMA的应用上，其镜头移位(控制)机构的结构与运动方式过在复杂而不够简化，相对影响镜头模块小型化与降低成本的设计要求，不利于量产化，故仍有进一步改进空间。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种具有形状记忆合金(SMA)的镜头移位机构(lens displacement mechanism using shape memory alloy)，适用在一自动对焦镜头模块(auto-focusing lens module)，其是利用一形状记忆合金线(shape memoryalloywire，简称为SMA线)，使所述的SMA线的两相对端(opposite ends)固定住，并使介于两相对端之间的中间活动段(intermediate movable portion)的长度向中间点(longitudinal mid-point)拉紧悬挂在镜头夹持部(lens holder)外缘上所设的一对应钩件上，使所述的中间活动段相对于两相对端形成紧张状态；通过上述结构，当SMA线因电流导通而受热时，所述的中间活动段可收缩而牵所述的对应钩件，以驱动所述的镜头在光轴上滑动移位而达成自动对焦效果。

本发明再一目的乃在于提供一种具有形状记忆合金(SMA)的镜头移位机构，其可利用一条以上的SMA线如两条或三条或四条等，使所述的SMA线以环周缘对称或等间距方式布设在镜头的外周缘处，并使各SMA线的两相对端固定住，而其介于两相对端之间的中间活动段则分别各自拉紧悬挂在镜头外缘上一分别对应设立的钩件上，使各SMA线的中间活动段相对于两相对端形成紧张状态；通过上述结构，当各SMA线因电流同步导通而受热时，各SMA线的中间活动段可同步收缩并牵引镜头上的对应钩件，以同步驱动所述的镜头在光轴上滑动移位而达成自动对焦效果。

本发明又一目的在于提供一种具有形状记忆合金(SMA)的镜头移位机构，其进一步可在镜头上配置一回复弹性件(return spring element)，当SMA线因电流切断而冷却并膨胀回复至原来长度时，所述的回复弹性件可对镜头提供一相对的回复力，以使所述的镜头回复至原位而达成自动对焦效果。

本发明另一目的在于提供一种具有形状记忆合金(SMA)的镜头移位机构，其进一步可在镜头与容腔的壁缘之间设置相对应配合的导轨装置，如一导槽与一导轨对应配合，以使镜头可在容腔内稳定地滑动移位。

附图说明

图1是本发明第一实施例的立体示意图；

图2是图1的上视示意图；

图3是图1一侧面示意图；

图4是本发明第二实施例的立体示意图；

图5是图4的上视示意图；

图6是图4一侧面示意图；

图7是本发明第三实施例的立体示意图；

图8是图7的上视示意图；

图9是图7一侧面示意图。

附图标记说明：1-镜头移位机构；10-形状记忆合金线/SMA线；11-相对端；12-中间活动段；13-长度向中间点(longitudinal mid-point)；2-镜头模块；20-容腔；21-镜头；22-镜片群；23-镜头夹持部(lens holder)；24-架体；25-钩件；26-导轨装置；261-导槽；262-导轨；27-架体；30-回复弹性件。

具体实施方式

为使本发明还加明确详实，兹列举较佳实施例并配合下列图示，将本发明的结构及其技术特征详述如后：

本发明以下所公开的实施例，是针对本发明镜头移位机构的主要构成组件或直接相关的组件而作说明，因此本发明以下所揭示的实施例虽是应用在一自动对焦镜头模块中，但就一般具有自动对焦功能的镜头模块而言，除了本发明所揭示的镜头移位机构外，其它结构乃属一般通知的技术，因此一般在此领域中熟悉此项技艺的人士了解，本发明所揭示自动对焦镜头模块的构成组件并不限制在以下所揭示的实施例结构，也就是所述的自动对焦镜头模块的各构成组件是可以进行许多改变、修改、甚至等效变换的，例如：所述的镜头模块中容腔(housing)的形状设计并不限制，也就是镜头模块之内部空间设计并不限制；或由镜片群(lens group)与一镜头夹持部(lens holder)组成的镜头的整体形状或结构型态也不限制，如所述的镜头(lens)可包含由单一镜片或数个镜片构成的镜片群，且单一镜片或镜片群一般可先容设在一固定件内而再与一镜头夹持部(lens holder)结合形成一镜头；或所述的镜头夹持部(lens holder)的形状或结构型态也不限制，其在组装上可作各种不同设计，供可配合所述的镜头模块的外壳、内部空间、容腔(housing)或内部其它构成组件等以组装成一体而形成一镜头模块；或所述的SMA线的使用线数与所驱动的镜头数也不限制，可由一SMA线驱动一镜头或由多组SMA线驱动一个镜头或多个镜头。

参考图1-3所示，其分别是本发明一实施例的立体、上视与一侧面示意图。本发明具有形状记忆合金(SMA)的镜头移位机1，是可应用在一自动对焦镜头模块2中，其中所述的镜头模块2基本上至少包含一容腔(housing)20，供一镜头21在容腔20内的光轴X上可滑动移位；所述的镜头21一般包含一由单一镜片(lens)或数个镜片(如二镜片)构成的镜片群22以及一供容设所述的镜头群22的镜头夹持部(lens holder)23，也就是镜片群22与镜头夹持部23一般是组成一可同步移动的镜头21，且套设在容腔20内而可在光轴X上滑动移位，但所述的镜头21包含镜片群22或镜头夹持部(lens holder)23的结构或组装型态并不限制。

本发明镜头移位机构1包含至少一形状记忆合金线(shape memoryalloywire，简称为SMA线)10，其可随着应用在SMA线的温度而产生一种麻田散/沃斯田铁结构变换(martensite/austenite transformation)的特性；当一SMA线(或SMA装置)受热达到沃斯田铁转换起始温度(autenitic start temperature)与沃斯田铁转换结束温度(autenitic finish temperature)之间时，可呈现「热缩」特性；而当冷却至麻田散铁转换起始温度(martensite start temperature)与麻田散铁转换结束温度(martensite finish temperature)之间时，可呈现「冷胀」特性。而通过SMA在线导通电流以使其产生温度升降及其其热缩冷涨特牲，可使镜头21滑动移位。

本发明的特征在于：所述的SMA线10具有两相对端(opposite ends)11与一中间活动段(intermediate movable portion)12介于两相对端11之间，其中所述的两相对端11是固定位，如可固定在镜头模块2的容腔20的外缘处的架体24上，至于两相对端11的固定方式并不限制，包括夹固、黏固、焊固等不同方式，但以能简易加工而完成固定为佳。所述的中间活动段12的长度向中间点(longitudinal mid-point)13是拉紧悬挂在镜头21外缘上一对应钩件25上，其中所述的对应钩件25可设在镜片群22的固定件的外缘上或设在镜头夹持部(lens holder)23的外缘上，以使所述的中间活动段12在悬挂所述的钩件25的后可相对于两相对端11形成紧张状态；通过上述结构，当所述的SMA线10因电流导通而受热时，所述的SMA线10的中间活动段12可收缩并牵引所述的钩件25，以驱动所述的镜头21在光轴X上滑动移位而达成自动对焦效果。

本发明利用SMA线10的数目与各SMA线10在镜头21的环周缘外的布设方式并不限制，兹选择利用一条、两条与四条SMA线10作为实施例，分别说明如下：

<第一实施例>

参考图1-3所示，本实施例是利用一条SMA线10，当物距由远而近时，镜头21则远离成像侧朝向物体侧移位以达到对焦的目的；在本实施例中，镜头21与成像面距离变化如表一：

表一

物距(mm)	70	100	600	1000	无穷远
物距(mm)	70	100	600	1000	无穷远	镜头移动距离(mm)	0.243	0.167	0.023	0.011	0

当对焦时，镜头21是受控制而移动，即，自动对焦的镜头21是由一对焦按钮所控制(图未示)，当使用者按下对焦按钮时，则可通过电极31，32两端对镜头移位机构1供电，当控制电流流经SMA线10后，可因SMA线10的阻抗而产生焦耳热(Jouleheat)，使SMA线10受热而收缩，而因SMA线10的长度、温度与控制电流之间为一近似线性关系，进而可通过SMA线10收缩量而控制镜头21的适当位移，以使镜头21与成像面距离改变，以达成对焦的目的。

在本实施例中，SMA线10使用材质为镍钛合金、线径为0.002”的SMA线，控制电流与SMA长度变化分别如表二所示。

表二

物距(mm)	70	100	600	1000	无穷远
物距(mm)	70	100	600	1000	无穷远	镜头移动距离(mm)	0.243	0.167	0.023	0.011	0
控制电流(mA)	50	35	20	15	0	镜头移动距离(mm)	0.243	0.167	0.023	0.011	0

上述经由电极31，32两端对镜头移位机构1供电的结构与导电连接方式，包含通过电路板或电子线路以控制经过所述的SMA线10的电流的导通或切断以及经过所述的SMA线10的电流强弱等，并不限制，由于所述的设计并非属于本发明镜头移位机构1的主要构成组件，也非本发明的特征所在，且利用目前电子相关技术即能达成设计目的者，故不在此再详加叙述。

本实施例进一步可在镜头21上配置一回复弹性件(return spring element)30如弹簧或弹片，当SMA线10因电流切断而冷却致膨胀回复至原来长度时，所述的回复弹性件30可对镜头21提供一与SMA线10的收缩牵引力反向的回复力，也就是与所述的SMA线10的中间活动段12因收缩而牵引镜头21移位的方向相反，以使所述的镜头21回复至原位，也就是回复至所述的SMA线10的中间活动段12未受热收缩的前的位置。至于所述的回复弹性件30的弹性型态如压缩弹簧或伸张式弹簧、数目或设立位置并不限制，如：可利用一压缩弹簧设立在镜头21与物侧外盖(图未示)之间如图1-3所示设在镜头21的上端，以对镜头21提供一与SMA线10收缩牵引力反向的压缩弹簧力；也可利用一伸张式弹簧设立在镜头21因SMA线10收缩而牵引移位的相反端(图未示，即如图1-3设在镜头21的下端)，以对镜头21提供一与SMA线10收缩牵引力相反的伸张弹簧力，用以将镜头21朝原位拉回。

本实施例进一步可在镜头21与容腔20之间设置一组相对应配合的导轨装置26，如利用镜头模块2的容腔20的外缘处与镜头21较接近或密接的架体27上设置一与镜头21相配合的导轨装置26，如在架体27与镜头21之间分别设置可对应配合的导槽261与导轨262，以使镜头21可通过所述的导轨装置26而在容腔20内稳定地滑动移位；至于所述的导轨装置26的设立位置与数目并不限制，可视镜头21滑动的稳定性需要与/或架体26与镜头21之间的组装型态而选择导轨装置26的设立位置与数目。

<第二实施例>

参考图4-6所示，本实施例是利用两条SMA线10，所述的两条SMA线10是以环周缘对称或等间距布设在镜头21的外周缘处为佳；本实施例的两条SMA线10其各两相对端11是固定在镜头21外缘的二对称边上，且使各中间活动段12分别以其长度向中间点13各自拉紧悬挂在分别设在镜头21外缘的对称边上的钩件25上，使各SMA线10的中间活动段12相对于两相对端11形成紧张状态；通过上述结构，当两条SMA线10因电流导通而受热时，各SMA线10的中间活动段12可同步收缩并牵引镜头21上的对应钩件25，以同步驱动所述的镜头21在光轴X上滑动移位而达成自动对焦效果。

本实施例进一步可在镜头21上配置一回复弹性件30如弹簧或弹片，当SMA线10因电流切断而冷却致膨胀回复至原来长度时，所述的回复弹性件30可对镜头21提供一与SMA线10收缩牵引力反向的回复力以使所述的镜头21回复至原位。

本实施例进一步可在镜头21与容腔20之间设置一组导轨装置26，所述的导轨装置26是设置在镜头21的外周缘上两条SMA线10之间的一侧边上，以使镜头21可通过所述的组导轨装置26而在容腔20内稳定地滑动移位。

又本实施例也可在镜头21与容腔20之间设置两组导轨装置26，所述的两组导轨装置26可配合两条SMA线10而以对称方式设置或以邻接方式设置；以镜头21的外周缘所形成的圆形当作一X-Y面并分成四个象限为例说明，当以对称方式设置时，所述的两条SMA线10是分别设在第一、三象限而两组导轨装置26分别设在第二、四象限。当以邻接方式设置时，两条SMA线10条分别设在第一、二象限而两组导轨装置26分别设在第三、四象限，也就是，若以图4-图6所示方形体的四侧边为例说明，所述的两条的SMA线10是布设在镜头外周缘相邻的两侧边处，并使各SMA线10的两相对端固定位，而各中间活动段则分别拉紧悬挂在镜头外缘上一对应钩件上，而两组导轨装置26则设置在两条SMA线10的对面侧边处。

而设置一组或两组导轨装置26的主要目的是使镜头21可通过所述的导轨装置26而在容腔20内稳定地滑动移位。一般而言，第二实施例中设有两条SMA线10，致其收缩牵引力的作用效果比第一实施例只设一条SMA线10为佳。

<第三实施例>

参考图7-图9所示，本实施例是利用四条SMA线10，所述的四条SMA线10是以环周缘对称或等间距布设在镜头21的外周缘处为佳，也就是四条SMA线10的各两相对端11是分别固定在镜头21的四对边上，使各SMA线10的中间活动段12分别以其长度向中间点13各自拉紧悬挂在镜头21外缘的相对边上对应设立的钩件25上，使各SMA线10的中间活动段12相对于两相对端11形成紧张状态；通过上述结构，当四条SMA线10因电流导通而受热时，各SMA线10的中间活动段12可同步收缩并牵引镜头21上的对应钩件25，以同步驱动所述的镜头21在光轴X上滑动移位而达成自动对焦效果。

由于本实施例的四条SMA线10是固定在镜头21的四对边上，可对镜头21提供平衡的收缩牵引力，基本上已可使镜头21在容腔20内稳定地滑动移位，故以本实施例而言，所述的导轨装置26可视需要而选择设置或不设置。又若搭配适当的影像质量回授(feedback)机制以分别调控四条SMA线10，则可精密微调镜头的倾斜(tilt)，可还进一步增进影像质量。

本发明的结构设计与现有者比较，至少可具有下列优点：

<1>、本发明的SMA线10不须通过其它连动机构如制动器(actuator)、扳机(trigger)或其它相类似的杠杆装置等而可直接驱动镜头21滑动移位，可简化镜头自动对焦移位机构的结构与运动方式，符合镜头模块小型化与降低成本的设计要求，有利于量产化。

<2>、本发明可耐回焊(reflow)高温，可提高量产化的可能性。

<3>、本发明的SMA线10的中间活动段12的长度向中间点13是拉紧悬挂在镜头21外缘的一钩件25上，使SMA线10呈“V”型架构，故可得到较长的行程，也就是使用相同的SMA线10，其收缩牵引力可对镜头21提供较长的移位量；且可通过电子电路的回授控制或SMA线10的长度-温度-阻抗之间的关系，可精确控制镜头21的移位量，也就是可精确控制镜头21的对焦位置。

<4>、本发明若利用两条或以上的SMA线10并环周缘对称或等间距布设在镜头21的外周缘处如第三实施例，则可搭配适当的影像质量回授(feedback)机制以分别调控各条SMA线10，可以补正镜头21的倾斜或偏摇(tilt/yaw/pitch)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种具有形状记忆合金的镜头移位机构，其用于一自动对焦镜头模块，所述的镜头模块至少包含一容腔、一镜头与一镜头移位机构，所述的镜头包含一镜片群与一镜头夹持部，套设在所述的容腔内，并在光轴上朝接近或远离物的方向滑动移位；所述的镜头移位机构包含至少一条的形状记忆合金线，所述的形状记忆合金线因通电流而升温收缩，当不通电流而冷却时回复至原来长度，以驱动所述的镜头滑动移位，而其特征在于：所述的形状记忆合金线具有两相对端与一介于两相对端之间的中间活动段，其中所述的两相对端是固定住，而所述的中间活动段的长度向中间点是拉紧悬挂在镜头外缘上所设的一对应钩件上，使中间活动段相对于两相对端形成紧张状态；当所述的形状记忆合金线受热时，所述的中间活动段收缩而牵引镜头上的对应钩件，以驱动所述的镜头在光轴上滑动移位而达成自动对焦。

2.根据权利要求1所述具有形状记忆合金的镜头移位机构，其特征在于：所述的一条以上的形状记忆合金线是以环周缘对称方式或等间距方式布设在镜头的外周缘处，并使各形状记忆合金线的两相对端固定住，而其介于两相对端之间的中间活动段则分别拉紧悬挂在镜头外缘上一对应钩件上。

3.根据权利要求1所述具有形状记忆合金的镜头移位机构，其特征在于：其进一步在镜头上配置一回复弹性件，当所述的形状记忆合金线因电流切断而冷却致膨胀回复至原来长度时，所述的回复弹性件对镜头提供一与所述的形状记忆合金线收缩牵引力反向的回复力，以使所述的镜头回复至原位。

4.根据权利要求1所述具有形状记忆合金的镜头移位机构，其特征在于：所述的形状记忆合金线的两相对端是固定在镜头模块的容腔外缘处的架体上。

5.根据权利要求4所述具有形状记忆合金的镜头移位机构，其特征在于：所述的形状记忆合金线的两相对端的固定方式是包含夹固、黏固、焊固方式。

6.根据权利要求1所述具有形状记忆合金的镜头移位机构，其特征在于：其进一步在镜头与容腔之间设置相对应配合的导轨装置。

7.根据权利要求6所述具有形状记忆合金的镜头移位机构，其特征在于：所述的导轨装置包含对应配合的一导轨与一导槽，所述的导轨与导槽分别设在镜头模块的容腔外缘的架体上或镜头的外缘上对应处。

8.根据权利要求6所述具有形状记忆合金的镜头移位机构，其特征在于：所所述的导轨装置至少一组。

9.根据权利要求1所述具有形状记忆合金的镜头移位机构，其特征在于：所述的镜头移位机构设立两组导轨装置以配合两条形状记忆合金线，其中所述的两条形状记忆合金线布设在镜头外周缘相邻的两侧边处，而使所述的两组导轨装置设置在所述的两条形状记忆合金线的对面侧边处。