CN103176331B - 光学影像稳定器 - Google Patents

Abstract

一种光学影像稳定器，该光学影像稳定器中布置有磁体和线圈，使得磁体和线圈相互相对。还布置有霍尔传感器，使得该霍尔传感器的表面与所述磁体的一个表面相对。所述霍尔传感器通过产生相应的信号可以容易地检测镜头组的位置，所述相应的信号响应于根据在镜头组被驱动的一个方向上的所述磁体之间的间隙变化而产生的磁力改变，并且同时响应于当镜头组沿与间隙方向相交的方向移动而发生的磁力改变。

Description

光学影像稳定器

相关申请的交叉引用

本申请要求申请号为10-2011-0140262，申请日为2011年12月22日，名称为“Hand vibration correction device”的韩国专利申请的优先权，其全部内容在此作为参考引入到本申请。

技术领域

本发明涉及一种光学影像稳定器。

背景技术

由于相机模块具有更高分辨率的像素和更好的功能，因而被广泛用于包括移动设备的多种应用中，例如手机、笔记本电脑和平板电脑。同时，由于这些应用变得越来越小型且纤细，因而相机模块变得更小且更纤细。

而且，传统的自动对焦（AF）相机模块要求只具有一组镜头和一个自动对焦驱动单元，该自动对焦驱动单元驱动镜头组或者偶尔驱动用于增加镜头组的位置精确性的位置传感器。因此，这种相机模块相对于具有光学影像稳定器（OIS）的相机模块迅速变得小型化且纤细化。

换言之，光学影像稳定器要求具有自动对焦部件和光学影像稳定器驱动单元，该光学影像稳定器驱动单元沿两个方向（典型地为X方向和Y方向，以下称为“X和Y方向”）驱动镜头组，所述两个方向与光学轴线（Z轴）垂直相交。为了增加光学影像稳定器的操作精确性，通常要求能够测量镜头组的位置的位置传感器位于与光学轴线（Z轴）垂直相交的两个方向（X，Y）上。

因此，光学影像稳定器的小型且纤细外形可以由如何设置光学影像稳定器驱动单元和光学影像稳定器的位置传感器以及两者如何与光学影像稳定器布置而决定。

位置传感器的两种类型被广泛使用，包括霍尔传感器（Hall sensor）和光反射器（PR）传感器（photoreflector sensor）。光反射器传感器从传感器自身发射预定量的漫反射光，并且然后测量从相对的反射器板反射且回到传感器的光的数量和强度。这样，当光反射器传感器和相对的反射器板发生相对位移时产生光，光反射器传感器测量通过检测该光的数量或强度的变化而测量相对的反射器板的位置。

另外，霍尔传感器在响应电磁力变化时产生信号变化。由于这种特征，霍尔传感器已经广泛被用于测量自动对焦驱动单元的位置，所述自动对焦驱动单元由磁体和线圈构成。在通常由磁体和线圈构成的自动对焦驱动单元中，磁体以与霍尔传感器相对的方式使用，或者额外提供用于霍尔传感器的第三个磁体。

此处，由于霍尔传感器的尺寸普遍减小，在包括光学影像稳定器的相机模块中逐渐增加了对霍尔传感器的使用。

但是，光学影像稳定器要求沿X方向和Y方向独立且分别（不具有相互关系）驱动镜头组，以响应用户的手的振动。因此，存在的问题是使用一个霍尔传感器难以测量同时沿X方向和Y方向的任何位移。

也就是说，虽然一个霍尔传感器根据其如何组装而可以测量沿两个轴向的位移，但是这种类型的霍尔传感器实际为一种霍尔传感器芯片，其中包括两个传感器而不是单个霍尔传感器。因此，事实上，霍尔传感器并没有极大地促进光学影像稳定器的小型化或纤细化。

另外，与霍尔传感器相对的磁体通常布置为使得在霍尔传感器和磁体之间保持预定的间隙。霍尔传感器设置为使得当沿与所述间隙的方向垂直相交的方向产生相对位移时，能够进行检测。因为光学影像稳定器倾向于如上所述的小型化和纤细化，所以进一步提高了布置霍尔传感器和磁体的重要性。

在相关技术中的霍尔传感器和磁体的布置已经在专利文献1（US7881598B1)）和专利文献2（US2011-0013895A1）中明确公开。根据专利文献1，霍尔传感器安装为使得每个霍尔传感器与相应的一个磁体相对。当磁体沿X方向和/或Y方向移动时，在相对间隙不发生改变的情况下产生相对位移。

另外，专利文献2公开了通过将整个自动对焦模块倾斜而工作的光学影像稳定器，镜头组和摄影器沿与手抖动的相反方向连接于该光学影像稳定器。

在一个实施例中，当由两个霍尔传感器检测到沿间隙方向的位移时，计算镜头组和摄像器之间的倾斜度。

此外，专利文献3（KR0918816 B1）公开了一种采用光反射器传感器替代霍尔传感器的技术，其中，位置传感器不与磁体相对，而是与作为反射器板的部件相对。这种光反射器传感器测量在传感器和反射器板之间的间隙中的变化量。如果反射器板足够宽，当镜头组沿与间隙方向相交的方向驱动时，不存在信号变化。因此，沿X轴和Y轴布置的各个光反射器传感器可以独立地执行测量或者不存在信号耦合。

发明内容

然而，在专利文献1公开的霍尔传感器和磁体的布置中，由于磁体的厚度小，通过每个霍尔传感器产生的信号的线性部件可以非常小。

因此，当磁体沿X轴驱动时，霍尔传感器检测相对的磁体。当磁体沿Y轴驱动时，霍尔信号小。因此，在大多数情况下，响应于沿X轴向变量的信号被检测到，这是有问题的。另外，霍尔传感器沿相机模块的厚度方向布置，从而成为小型化和纤细化的阻碍因素。

专利文献2中公开的技术具有这样的问题：自动对焦模块必须沿与手抖动的相反方向倾斜。专利文献3具有的问题是，必须使用四个光反射器传感器，使得各个轴上成对，以便补偿光反射器传感器的初始敏感度，该初始敏感度根据外部温度而变化。

换言之，在上述专利文献3中作为位置传感器的光反射器传感器比霍尔传感器更加温度敏感，并且在一些情况下，为了精确测量或者为了补偿测量误差，温度校正是必要的。

因此，本发明谨记相关技术中产生的问题，并且本发明将提出一种光学影像稳定器，其中通过改进霍尔传感器和磁体之间的布置而很容易地实现小型且纤细的外形。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种光学影像稳定器，该光学影像稳定器包括：驱动单元，该驱动单元包括磁体和线圈，所述磁体沿相机模块的光学轴线（Z轴）设置；和霍尔传感器，该霍尔传感器的表面与所述磁体的表面相对。

在典型实施方式中，所述霍尔传感器比所述线圈的厚度小。

在典型实施方式中，所述霍尔传感器设置在所述线圈的内侧或外侧。

在典型实施方式中，所述霍尔传感器设置在所述磁体的S极和N极之间。

根据本发明的另一个方面，提供了一种光学影像稳定器，该光学影像稳定器包括：磁体，该磁体设置在包括自动对焦装置的自动聚焦单元内，以便镜头筒能够线性地移动，所述磁体沿光学轴线（Z轴）设置；线圈，该线圈设置在壳体内，该壳体内设有所述自动聚焦单元，并且所述线圈与所述磁体相对；和霍尔传感器，该霍尔传感器设置在所述壳体内，所述霍尔传感器的表面设置为与所述磁体的表面相对。

在典型实施方式中，所述线圈设置为多个所述线圈，所述线圈围绕镜头筒布置，使得所述线圈彼此相交。

在典型实施方式中，所述线圈设置为多个所述线圈，所述霍尔传感器设置在所述多个线圈中的至少两个线圈内。

在典型实施方式中，所述霍尔传感器布置在所述线圈的内侧或外侧。

在典型实施方式中，所述霍尔传感器比所述线圈的厚度小。

在典型实施方式中，所述霍尔传感器设置在所述磁体的S极和N极之间。

根据典型实施方式的结构，因为布置有霍尔传感器，使得霍尔传感器的一个表面与所述磁体的一个表面相对，所以霍尔传感器通过产生相应的信号可以容易地检测镜头组的位置，所述相应的信号响应于根据在镜头组被驱动的方向上的所述磁体之间的间隙变化而产生的磁力改变，并且同时响应于当镜头组沿与间隙方向相交的方向移动而发生的磁力改变。因此，本发明的光学影像稳定器可以具有小的尺寸且纤细的外形，与相关技术的光学影像稳定器相比，这可以容易地获得。

因为通过改善霍尔传感器和磁体之间的布置可以获得设计的自由度，所述光学影像稳定器可以容易地赋予小尺寸和纤细外形。

附图说明

当从结合附图的以下详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将更为清楚地得以理解，其中：

图1是显示根据本发明的具体实施方式的光学影像稳定器的示意图；

图2和图3是显示根据本发明的具体实施方式的光学影像稳定器被驱动的方向的放大图；

图4至图7是显示根据本发明的实施方式的霍尔传感器的布置示例的示意图；

图8是显示根据本发明的实施方式的光学影像稳定器的立体分解图，该光学影像稳定器安装在相机模块中。

具体实施方式

从以下描述和结合附图和典型实施方式中，本发明的目的、特别的优点和新颖性特征将更为清楚。在本发明的描述中，如果在确定对相关的已知技术的详细说明可能会导致本发明的主旨模糊不清时，该详细说明将被省略。

现在将更详细的参考本发明的典型实施方式，该实施方式的示例在附图中阐明。

根据本发明的典型实施方式的光学影像稳定器（OIS）包括驱动单元10，该驱动单元10包括磁体11，该磁体11沿相机模块100的光学轴线（Z轴）设置；以及霍尔传感器20，每个霍尔传感器20的一个表面与磁体11的相应表面相对。

每个霍尔传感器20产生信号变量以响应磁力的变化。通过这种方式，霍尔传感器20通过产生相应的信号来检测位置，所述相应的信号响应于跟随磁体之间的间隙变化而产生的磁力变化，以及响应于当镜头组111沿与间隙方向相交的方向移动时而产生的磁力变化。

因此，如图1所示，霍尔传感器20设置为使得各个霍尔传感器20的表面与磁体11的表面相对，该磁体11沿相机模块100的光学轴线（Z轴）的方向设置。然后，霍尔传感器20沿两个方向相互垂直交叉。当镜头组111沿X方向和Y方向设置时，霍尔传感器20和磁体11通过沿X方向和Y方向移动而同时经受磁力的变化，并且霍尔信号响应地改变。

换言之，当镜头组111只沿X方向移动时，霍尔传感器20只检测沿X方向的位移。但是，当同时产生沿Y方向的位移时，霍尔传感器20也可以检测沿Y方向的位移。这将在以下进行描述。

首先，如图2所示，当磁体11沿与间隙方向相交的方向被驱动时，将霍尔传感器20的敏感度值定义为α。如图3所示，当磁体沿间隙方向被驱动时，将霍尔传感器20的敏感度值定义为β。

此处，当镜头组111沿X方向和Y方向移动达到x和y时，由霍尔传感器20分别检测的信号值设为Hall_1和Hall_2，这可以整理为下面的公式1中。

公式1

Hall_1=α(y)·x+β(x)·y

Hall_2=-β(x)·x+α(y)·y

在公式1中，α(y)表示α不是常量，而是具有依赖于y的函数，即，α的值可以根据沿Y方向的距离改变。如果α的值不改变或者位移总量非常小，α(y)可以简化为常量值α。β(x)同样如此。

因此，如果霍尔传感器20和磁体11在本发明中设计为使得两者彼此相对，沿X方向和Y方向想要的位移x和y可以通过公式1获得。获取所述位移x和y如下：

公式2

x=[α(y)Hall_1-β(x)Hall_2]/[α(y)^2+β(x)^2]

y=[β(x)Hall_1+α(y)Hall_2]/[α(y)^2+β(x)^2]

因而，沿X方向和Y方向的位移能够从上面的公式2获得。因为霍尔传感器20不要求与相关技术一样布置在磁体11下方，因而具有上述结构的光学影像稳定器可以具有纤细的外形。当所述光学影像稳定器安装在相机模块100中时，霍尔传感器20并不增加任何部分的体积。因此，光学影像稳定器也可以小型化。

另外，由于霍尔传感器20通常可以形成为比线圈12的厚度小，因此很容易实现纤细的外形。特别地，如图4和图5所示，霍尔传感器20可以设置在线圈12中，该线圈12与磁体11相对，使得霍尔传感器20与磁体11相对。此处，由于霍尔传感器20形成为比线圈12的厚度小，所以整个外形可以被缩小。

霍尔传感器20也可设置在线圈12的内侧，特别是设置在线圈12的内部的中心。选择性地，如图6和图7所示，霍尔传感器20可以设置在线圈12的外侧，更具体地，与线圈12的一侧相邻。因此，根据相机模块100的设计，霍尔传感器20可以自由地检测镜头组111的沿X方向和Y方向的位移、全景（perspective）等。

另外，霍尔传感器20可以布置在磁体11的S极和N极之间，使得容易检测沿磁体11之间的间隙变化的方向上的位移，或者容易检测沿磁体11之间的间隙不改变的方向上的位移。

但是，霍尔传感器20和相对的磁体11之间的布置不应当理解为所必须的，而是应当理解为附加条件的，该附加条件是使得霍尔传感器容易检测沿间隙改变的方向上以及沿间隙不改变的方向上的位移。

根据本发明的典型实施方式的光学影像稳定器可以安装在如下的相机模块100内。如图8所示，磁体11沿光学轴线（Z轴）设置在自动聚焦单元120内。该自动聚焦单元120包括自动对焦（AF）装置121，以便包括镜头组111的镜头筒110可以线性移动。

镜头筒110在光学轴线（Z轴）的方向沿摩擦杆被驱动，以线性移动。此处，固定于自动聚焦单元120的支撑件122可以支撑镜头筒110，使得镜头筒110可以沿光学轴线（Z轴）被驱动。线性轴承组件123和轴承挡块124可以设置在镜头筒110的外侧。

自动对焦装置121包括压电驱动器（piezoelectric actuator）、音圈驱动器（voice coil actuator）等，使摄制对象的影像形成在使用这种驱动器的摄像器（image pickup device）上，并且调整形成的影像的焦距，以便可以产生清楚的影像。

本发明中的一种实施方式为采用压电驱动器。该压电驱动器振动以响应施加在其上的电压，从而沿光学轴线（Z轴）驱动镜头筒110。

磁体11设置在包括自动对焦装置121的自动聚焦单元120中，并且磁体11设置为六面体，其中磁体11的S极和N极被分开在两侧。磁体11设置在自动聚焦单元120的外侧部分。

多个线圈12设置在壳体130中，该多个线圈12和磁体11一起构成驱动单元10，自动聚焦单元120设置在壳体130内。线圈12布置为与磁体11相对，以便在线圈12和磁体11之间可以产生电磁力。霍尔传感器20也设置在壳体130内侧，使得霍尔传感器20的表面与磁体11的表面相对。霍尔传感器20布置在磁体11的S极和N极之间，使得容易地测量沿磁体11之间的间隙改变的方向的位移或是磁体11之间的间隙不改变的方向上的位移。

此处，将外部电源连接至线圈12的柔性印刷电路板131可以设置在壳体内。在这种情况下，线圈12和霍尔传感器20设置在柔性印刷电路板131上，并且电连接于电源。这种结构作为实施方式进行阐明。

另外，线圈12可以围绕镜头筒110布置，使得线圈12彼此相交。图示说明了四个线圈12设置在壳体130内侧的实施方式。此处，霍尔传感器20设置在四个线圈12的至少两个线圈12内，使得霍尔传感器20沿两个方向与磁体11垂直相交。

因此，当镜头筒110沿X方向和Y方向移动时，霍尔传感器20和磁体11经受响应于X轴和Y轴的位移的磁力变化。然后霍尔信号响应变化，以便霍尔传感器检测到镜头组的位置。

另外，霍尔传感器20可以设置在线圈12的内侧或外侧，以便霍尔传感器可以基于根据相机模块100的设计的磁场强度来检测镜头组111的X方向和Y方向的位置/位移、全景等。此处，霍尔传感器20可形成为比线圈12的厚度更小，从而防止增加相机模块100的整体面积。

本发明的光学影像稳定器应用到的相机模块100可以在霍尔传感器20和相对的磁体11中容易地获得设计的自由度，并且因而小型化且具有纤细外形。

另外，除镜头筒110、自动聚焦单元120和壳体130外，相机模块100还可以包括防护壳140。防护壳140使相机模块100免受外部冲击和环境影响，同时屏蔽电磁干扰（EM）。

虽然出于说明的目的详细描述了本发明的典型实施方式，，但这些典型实施方式仅作说明目的，可以理解的是本发明不限于此。在不脱离本发明的范围和构思的情形下，多种修改、增加和替换对本领域技术人员而言是显而易见的。

对本发明的简单变化或更改均落入本发明范围内，本发明的具体范围将由所附的权利要求限定。

Claims (3)

1.一种光学影像稳定器，该光学影像稳定器安装在相机模块中，所述相机模块包括：

壳体；

镜头筒，所述镜头筒设置在所述壳体内；

自动聚焦单元，该自动聚焦单元设置在所述壳体内并包括自动对焦装置，使得所述镜头筒能够沿直线移动；

其中，所述光学影像稳定器包括：

磁体，所述磁体在基于所述镜头筒彼此垂直交叉的方向上形成于所述自动聚焦单元的外表面上；

线圈，所述线圈形成在所述壳体内以与所述磁体的表面相间隔且彼此面对；

霍尔传感器，所述霍尔传感器形成在基于所述镜头筒彼此垂直交叉的方向上，并且所述光学影像稳定器包括多个所述线圈，所述霍尔传感器设置在所述多个线圈中的至少两个线圈中，

其中，所述霍尔传感器同时检测当所述镜头筒朝向所述霍尔传感器和所述磁体之间的间隙方向移动时所产生的磁力变化以及当所述镜头筒朝向与所述霍尔传感器和所述磁体之间的所述间隙方向相交叉的方向移动时所产生的磁力变化。

2.根据权利要求1所述的光学影像稳定器，其中，所述霍尔传感器的厚度小于形成在所述壳体内的所述线圈的厚度。

3.根据权利要求1所述的光学影像稳定器，其中，所述磁体的S极和N极形成在与光学轴线垂直的方向上，并且所述霍尔传感器设置为对应地位于所述磁体的所述S极和所述N极之间。