CN104054020B - 用于数码照相机的电磁致动器 - Google Patents

用于数码照相机的电磁致动器 Download PDF

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Abstract

用于数码照相机(尤其是小型蜂窝电话和平板计算机)的电磁致动器(600)包括电磁体，该电磁体具有沿着第一纵轴部分地同轴地被导电线圈环绕的第一细长铁磁构件(616)以及具有第二纵轴的第二细长铁磁构件(618)。第一和第二铁磁构件(616，618)具有各自的第一和第二操作表面(614，620)，并且被调整为使得它们的纵轴平行并且使得各自的操作表面跨间隙彼此重叠。这两个构件机械耦合到各自的框架。框架铰链连接这些框架，并且当电流经过线圈时允许实现铁磁构件(616，620)之间的相对倾斜运动。该倾斜运动可转换成耦合到致动器的光学元件沿着光轴的线性移位。可以将两个致动器组合成能够提供双轴倾斜的组件。

Description

用于数码照相机的电磁致动器
相关申请的交叉引用
本申请与题为“Magnetic Actuator”且于2012年1月12日提交的美国临时专利申请No.61/585,795有关并且要求其优先权，该临时专利申请通过引用全部合并于此。
技术领域
本文公开的实施例总体上涉及具有铁磁构件和导电线圈的电磁(EM)致动器，并且更具体地涉及用在小型照相机中的EM致动器。
背景技术
在其基本形式下，诸如数字静态照相机或者嵌入到移动(蜂窝)电话中或平板计算机中的照相机之类的电子照相机包括两个部件：(1)透镜模块，其包括一个或多个塑料或玻璃透镜元件的集合，并且用来创建观看的场景的光学图像；以及(2)图像传感器(例如CMOS或CCD)，其将光学图像转换到其中可以处理和存储图像的电子域。存在按应用(例如常规SLR、照相机电话、汽车、安全和医疗)和按功能(例如具有或没有自动聚焦)分类的不同类型的电子(或者数码)照相机。最简单的照相机是其中透镜模块在位置上相对于图像传感器固定的那些照相机。这些照相机经常称为固定焦距照相机，其中照相机聚焦到预定距离。落入照相机的景深内的物体可以清晰地被捕获，并且落在景深之外的那些物体将是模糊的。在更先进的照相机中，透镜模块(或者透镜模块中的至少一个透镜元件)的位置可以借助于致动器改变，并且焦距可以依照捕获的物体或场景改变。在这些照相机中，有可能捕获从非常短的距离(例如10cm)到无穷远的物体。
一些先进照相机设计可能包括不同的透镜组，这些透镜组可以相对于彼此移动并且因而改变照相机的有效焦距，这导致光学变焦能力。数字静态照相机的趋势是增大变焦能力(例如到5x、10x或者更多)，并且在蜂窝电话照相机中，减小像素尺寸和增加像素计数。这些趋势导致对于手抖动的更大的灵敏度或者需要更长的曝光时间。这产生了对于如今在高级照相机中出现的光学图像稳定化(OIS)的需求。在允许OIS的照相机中，透镜或者照相机模块可以在图像捕获期间以快速的方式改变其横向位置或者倾斜角度以便消除手抖动。
在紧凑(小型)照相机模块中，致动器的最普遍的形式是音圈马达(VCM)，该音圈马达包括线圈(在圆柱上绕转的线圈)、固定(或者“永久”或“硬”)磁体和弹簧。当通过线圈驱动电流时，施加电磁(EM)力并且透镜模块改变位置。尽管VCM被认为是一种成熟的技术，但是它昂贵、尺寸大、使用稀土磁体、操作缓慢并且消耗高功率。因此，存在对于克服VCM和有关技术的缺点的技术进步的需求，并且具有所述技术进步将是有利的。
发明内容
在各个不同的实施例中，公开了可以用在数码(包括蜂窝电话和平板计算机)照相机中的EM致动器，在所述数码照相机中，透镜模块中的至少一个透镜元件和/或图像传感器移动以便调节照相机焦距、稳定化图像、创建超级分辨率效果或者提供增强的用户体验。
本文公开的实施例教导了用于小型照相机自动聚焦(AF)和OIS以及用于可以通过倾斜或移动照相机模块或者其中的元件获得的任何其他功能的半平面几何结构EM致动器。致动器的厚度可以小于其大的维度的一半。致动器沿着厚度轴移动。驱动力是磁力，使用铁磁材料(“软”磁体)。该结构受基本磁阻马达方案启发。本文公开的致动器结构被设计成降低致动器的磁阻并且从而提供大的EM力。此外，本文公开的致动器被设计成只允许致动器内的部分的一维(1D)倾斜，从而在避免堵塞的同时允许精确而平滑的运动。两个这样的致动器的组件允许2D倾斜。
在一些实施例中，提供了一种用来沿着光轴线性地移动光学元件的EM致动器，该致动器包括：部分地被导电线圈环绕的第一细长铁磁构件，该第一铁磁构件具有第一纵轴和第一操作表面；第二细长铁磁构件，其具有与第一纵轴平行的第二纵轴和第二操作表面，第一和第二铁磁构件被设置成使得在第一和第二操作表面之间形成间隙和重叠；以及框架铰链，其具有与第一和第二纵轴平行的第三纵轴，该框架铰链用来在通过线圈中的电流产生磁力时使得一个铁磁构件能够经历相对于另一个铁磁构件的倾斜运动，该倾斜运动可转换成光学元件从第一位置到第二位置的线性移位。
在一些实施例中，操作表面包括设置在每个铁磁构件的两个相对末端的两个操作表面段。
在一些实施例中，第一和第二位置之间的运动是连续的并且为光学元件提供了第三、中间位置。
在一些实施例中，第一位置与最大重叠相应并且第二位置与最小重叠相应。
在一些实施例中，每个铁磁构件具有沿着其各自纵轴的延伸，第二铁磁构件的延伸大于第一铁磁构件沿着第一纵轴的延伸，使得第一铁磁构件被配置用于至少部分地包含在第二铁磁构件内。
在一些实施例中，每个铁磁构件被形成为具有彼此分开且背离的两个操作表面，使得当第一铁磁构件至少部分地包含在第二铁磁构件内时，第一铁磁构件的操作表面面向第二铁磁构件的操作表面。
在一些实施例中，每个操作表面处于具有通过各自间隙隔开的多个部分的叉状物的形式，每个部分被形成为具有操作子表面。
在一些实施例中，所述间隙和重叠在由垂直于起始于铰链的轴的平面限定的第一和第二操作表面段之间形成。
在一些实施例中，所述间隙和重叠在由具有起始于铰链的公共半径的曲面限定的第一和第二操作表面段之间形成。
在一些实施例中，一个铁磁构件固定地附接到第一平台，另一个铁磁构件固定地附接到第二平台，并且这两个平台之一是活动的。
在一些实施例中，所述平台为非铁磁的。
在一些实施例中，至少一个平台处于框架的形式。
在一些实施例中，第一纵轴和第二纵轴中的至少一个取向为平行于框架。
在一些实施例中，至少所述活动平台由用来将公共铰链形成为整体式铰链的柔性材料制成。
在一些实施例中，组合两个致动器以便形成提供双轴倾斜能力的致动器组件。
在一些实施例中，致动器组件被配置用于控制光学设备的焦点。
在一些实施例中，致动器组件被配置用于控制光学设备的振动补偿。
在一些实施例中，致动器或致动器组件在数码照相机中实现。
在一些实施例中，致动器具有高度h并且数码照相机具有高度H，其中H/h>3。
附图说明
这里仅仅通过实例的方式参照附图描述非限制性实施例，在附图中：
图1在等轴测视图和前视图中示出了(A)松弛(打开)状态和(B)最终(闭合)操作状态下的已知EM致动器；
图2在等轴测视图中示出了(A)松弛状态和(B)操作状态下的本文公开的EM致动器的一个实施例；
图3在等轴测视图和前视图中示出了(A)松弛状态和(B)闭合操作状态下的本文公开的EM致动器的另一个实施例；
图4在等轴测视图和前视图中示出了(A)松弛状态和(B)闭合操作状态下的本文公开的EM致动器的另一个实施例；
图5在(A)松弛状态的等轴测视图和侧视图、(B)闭合操作状态的等轴测视图和侧视图以及(C)中间操作状态的侧视图中示出了本文公开的EM致动器的又一个实施例；
图6在(A)松弛状态的等轴测视图和侧视图以及(B)最终操作状态的等轴测视图和侧视图中示出了本文公开的EM致动器的又一个实施例；
图7在(A)松弛状态的等轴测视图和侧视图以及(B)最终操作状态的等轴测视图和侧视图中示出了本文公开的EM致动器的又一个实施例；
图8示出了(A)松弛状态和(B)最终操作状态下的本文公开的EM致动器的又一个实施例的等轴测视图；
图9示出了(A)打开-打开状态、(B)打开-闭合状态、(C)闭合-打开状态、(D)闭合-闭合状态下的本文公开的且能够(双轴)倾斜的EM致动器组件的一个实施例的等轴测视图；
图10示出了(A)打开-打开状态和(B)闭合-闭合状态下的本文公开的且可以提供双轴倾斜的EM致动器组件的另一个实施例的等轴测视图；
图11示意性地示出了包括耦合到透镜模块的致动器组件的照相机模块的一个实施例：(A)处于第一位置的等轴测视图，(B)处于第二位置的等轴测视图，(C)处于第一位置的前视图，(D)处于第二位置的前视图，(E)在第一位置耦合到致动器组件和透镜模块的柔性带，以及(F)第二位置的柔性带；
图12示出了与图6的致动器有关的仿真的结果。
具体实施方式
图1在等轴测视图和前视图中示出了(A)松弛(打开)状态和(B)闭合操作状态下的编号为100的已知EM致动器。前视图沿着以下整个说明中使用的正交X-Y-Z参考系中的-Z轴。致动器100包括部分地被导电线圈104环绕的第一细长铁磁构件(也称为“磁心”)102以及第二细长铁磁构件106。磁心102和线圈104形成电磁体。磁心和线圈沿着第一纵轴108同轴。构件106沿着与轴108平行的第二纵轴110伸长。磁心102具有两个末端段112a和112b，这两个末端段沿着轴106延伸到线圈覆盖的区域之外。示例性地，磁心末端段是相似的。末端段112a和112b具有平坦水平(X-Z)“操作”表面114a和114b。第二铁磁构件106具有两个末端段116a和116b，这两个末端段具有各自的平坦水平操作表面118a和118b，这些操作表面跨尺寸为“d”的间隙120面向表面114a和114b并且在区域“A”上重叠。这些操作表面示例性地被示为具有矩形形状。其他的形状是可能的。
在操作状态下(图1B)，施加到线圈的电流在Y方向上形成EM力F。F与A(IxN)2/(B+d)2近似成比例，其中I为电流，N为线圈导线匝数并且B为取决于设备的几何结构和材料的常数。磁力将两个铁磁构件拉向彼此，减小间隙尺寸并且从而最小化磁阻。显然，当间隙小时，F非常大。然而，对于较大的间隙，例如满足d>B的间隙，F随着d的增大而快速地减小。反作用力S可以由弹簧122提供。对于特定的电流，EM力与弹簧力之间形成的平衡导致特定间隙尺寸。然而，尽管F近似与1/d2成比例，但是S与1-d成比例(即为线性的)。对于d的不同依赖性导致两个主要问题：重要的EM力的范围是小的，并且间隙可能坍塌。因此，使用这样的致动器在照相机应用中会有问题。
所提到的问题可以在一定程度上通过引入铁磁流体以便填充间隙而缓解。这可能导致常数A和C的显著降低，其进而降低最大的F(当d→0时)，但是增大了可用的间隙(移位)范围。
图2在等轴测视图中示出了(A)松弛状态和(B)闭合操作状态下的本文公开的且编号为200的EM致动器的一个实施例。也示出了“间隙和铰链”区域的细节。致动器200包括铁磁框架202，其包括具有沿着第一纵轴208延伸的细长基础构件206以及臂210a和210b的U形段204。框架202进一步包括第二段212，该第二段包括臂212a和212b。所有臂都具有截面A(基本上在X-Y平面内)。臂212a和212b通过部分地被线圈216环绕的细长铁磁构件(磁心)214连接。磁心214和线圈216沿着与轴206平行的第二纵轴218延伸。除了在铰链222a和222b处之外，臂208a和208b以及212a和212b通过各自的V形间隙220a和220b分离，所述铰链沿着与轴206和218平行的第三纵轴224延伸。每个间隙220通过角度θ和尺寸为d’的顶部开口表征。间隙决定磁路的磁阻。间隙被定形为允许段204与210之间围绕铰链222通过倾斜角度的相对倾斜(绕轴旋转)运动，该倾斜角度可以示例性地在0度(针对松弛或者“打开”状态)与针对闭合(最小磁阻)状态的5度之间变化。当电流经过线圈216时，在框架中形成“折叠”EM力，使得构件206在Y方向上经历相对于磁心214的移位Δy(图2B)。Δy可以沿着光轴。EM力F近似与A(IxN)2/(B+d’)2成比例。铰链区域中的材料具有弹性性质并且用作弹簧。该配置具有以下优点：即使最大d是小的(这导致高的力)，也可以实现基础构件204的大的横向运动。
图3在等轴测视图和前视图中示出了(A)松弛(打开)状态和(B)闭合操作状态下的编号为300的EM致动器的另一个实施例。致动器300包括具有第一平面框架302、基础段304和第二平面框架306的U形结构。这两个框架为非铁磁的，并且在框架铰链308处接合，框架铰链可以是该结构的组成部分(参见下文)。基础段和/或铰链材料具有使得它们能够充当弹簧的弹性性质。框架302是固定不动的，并且向其附接了部分地被导电线圈312环绕的第一细长铁磁构件(磁心)310。磁心和线圈沿着第一纵轴314延伸并且是共轴的。磁心具有延伸到线圈覆盖的区域之外的两个末端段310a和310b。末端段310a和310b具有(Z方向上)重叠深度为S的平坦竖直(X-Y)操作表面316a和316b。示例性地，S可以为大约1mm。框架306向其附接了第二铁磁构件318，该第二铁磁构件沿着第二纵轴324延伸并且具有两个末端段318a和318b。这些末端段具有各自的平坦竖直操作表面320a和320b。基本上，第二铁磁构件318的延伸大于第一铁磁构件310的延伸，使得第一铁磁构件被配置用于至少部分地包含在第二铁磁构件内。竖直操作表面配对316a和320a以及316b和320b因此跨尺寸为d的恒定间隙322面向彼此。
框架306可围绕框架铰链308活动(可以倾斜或者绕轴旋转)。应当指出的是，铰链308(这里置于框架“臂”的末端，臂垂直于铁磁构件)沿着第三纵轴326延伸。轴326平行于轴314和324。操作表面之间的重叠面积由深度S乘以Y方向上的移位Δy限定，即由SΔy限定。示例性地，Δy可以在0与500μm之间变化。在一个涉及照相机的典型应用中，致动器300和下文中公开的其他致动器可以连接到光学透镜，该光学透镜进而在致动时经历相似的移位。
应当指出的是，所示的U形是示例性的。允许两个框架之间围绕公共框架铰链之间的相对倾斜的其他形状(例如V形、U形与V形之间的中间形状以及更一般地保持两个铁磁构件的纵轴平行的部分弯曲的框架形状)可以用于本文阐述的目的。也应当指出的是，使用框架以支撑铁磁构件并且通过其到公共铰链的连接提供倾斜运动能力是示例性的，并且完整板(参见图10)或者其他类型的平台可以代替框架。此外，应当指出的是，铰链可以由用于框架的相同材料的局部结构或机械变化而形成。换言之，框架可以是局部(在围绕铰链纵轴的窄区域中)变薄的或者其机械/弹性性质改变，使得它在该区域中变得更加柔性。这样的铰链称为“整体式”铰链。
以下所有的致动器实施例都具有带有平行纵轴的第一和第二铁磁构件以及铰链。再者，具有操作表面的电磁体磁心末端段在所有实施例中都延伸到线圈之外。因此，这些事实不进一步加以描述，但是可以在附图中看到。
施加到线圈308的电流在Y方向上形成近似与S(IxN)2/(B+d)成比例的EM力F。该力使得操作表面相对于彼此滑动，改变重叠面积，但是保持d恒定。重叠在松弛(“打开”)状态下是最小的(图3A)，并且在操作状态下随着I增加到最大重叠(图3B)，这表示“闭合”状态。在一阶近似下，该配置中的EM力基本上取决于电流(即与位置无关)。与例如致动器100中相比，这提供了位置的更容易控制(致动状态)。
图4在等轴测视图和前视图中示出了(A)松弛(打开)状态和(B)闭合操作状态下的本文公开的且编号为400的EM致动器的另一个实施例。致动器400类似于致动器300，即它示例性地具有U形结构，该U形结构具有第一平面框架402、基础段404和第二活动平面框架406。框架402和406在公共铰链408处接合。致动器400与致动器300的区别在于，第一细长铁磁构件410具有末端段410a和410b，这些末端段具有“叉状”竖直表面414a和414b。第二铁磁构件416中的末端段416a和416b具有各自的叉状竖直表面418a和418b。每个叉状表面具有两个“分岔”(每个分岔具有操作“子表面”)。相对构件(414和418)的各自操作子表面通过尺寸为d的间隙分离。(跨间隙)相对的操作表面在深度S上重叠。对于双分岔叉状物，操作表面之间的重叠面积为2SΔy，即利用致动器300获得的重叠面积的二倍。叉状物几何结构有效地为每个铁磁构件提供了两个操作子表面，并且对于相同的竖直移位而言，与致动器300中相比，这允许具有双倍的力(和磁阻)。
图5在(A)松弛状态的等轴测视图和侧视图、(B)最终操作状态的等轴测视图和侧视图以及(C)中间操作状态的侧视图中示出了本文公开的且编号为500的EM致动器的又一个实施例。原则上，致动器500类似于致动器300和400，因为它基于能够围绕铰链倾斜的框架式结构。然而，在致动器500中，活动构件包括电磁体，这与其中倾斜构件为相对的铁磁构件的致动器300和400形成对照。再者，致动器500(以及下文中的其他致动器)中的操作表面处于基本上与纵轴平行的平面内，这与其中它们基本上垂直于这样的轴的致动器300和400形成对照。致动器500示例性地包括具有第一框架502、基础段504和第二平面框架506的U形结构。框架和基础段为非铁磁的。框架506向其附接了非铁磁间隔器510的第一表面。间隔器510在第二相对表面处向其附接了具有各自操作末端表面514a和514b的两个铁磁臂512a和512b。臂512a和512b通过部分地被线圈516环绕的细长铁磁构件(磁心)514连接。框架502向其附接了具有两个末端段518a和518b的竖直铁磁构件518(类似于图3中的构件316)。末端段518a和518b具有各自的操作末端表面520a和520b。表面520a和520b跨尺寸为d的恒定间隙分别面向表面514a和514b。操作表面514a和514b具有半径为R的曲率，其中R起始于公共铰链508。示例性地，R为3mm。操作表面520a和520b具有半径分别为R和(R+d)的匹配曲率。(跨间隙)相对的操作表面在深度S上重叠。相对铁磁构件的操作表面之间的相对倾斜运动在改变重叠面积的同时保持间隙恒定。
像在致动器300中那样，施加到线圈516的电流形成基本上仅仅取决于电流的EM力。操作表面相对于彼此以Y方向上出现的移位Δy滑动。在一些照相机实施例中，Δy可以在0与500μm之间或者在0与1000μm之间变化。在其他实施例中，Δy可以在0与1000μm之间变化。移位提供了重叠面积SΔy。该重叠面积在松弛状态下最小(图5A)并且在操作状态下增加到表示“闭合状态”的最大重叠(图5B)。
图6在(A)松弛状态的等轴测视图和侧视图以及(B)最终操作状态的等轴测视图和侧视图中示出了本文公开的且编号为600的EM致动器的又一个实施例。致动器600被示为具有长度L为3.5mm、宽度W为8mm、高度h(沿着光轴)为2mm、半径R为3mm以及对于其中操作表面平行的位置而言间隙d为15μm的示例性维度。在该实施例中，相对的操作表面在示例性地为0.9mm的深度S上重叠。除了操作表面614(在运动铁磁构件616上)和操作表面620(在固定铁磁构件618上)近似为平面而不是弧形之外，致动器600类似于致动器500。像在图5中那样，表面614和620实际上表示相同铁磁构件的两个操作表面。与致动器500中的间隙形成对照的是，相对的操作表面614和620之间的间隙在松弛(打开)状态(图6A)与完全操作(闭合)状态(图6C)之间的Δy移位范围上不是恒定的。然而，间隙宽度的变化在移位操作范围上是可容许的(例如，d从最小15μm到最大25μm变化)。
图7在(A)松弛状态的等轴测视图和侧视图以及(B)最终操作状态的等轴测视图和侧视图中示出了本文公开的且编号为700的EM致动器的又一个实施例。除了其操作表面714和720像在致动器300中那样为叉状(并且因而提供类似的子表面)之外，致动器700类似于致动器500或600(即，它可以具有平坦或弯曲操作表面)。其操作类似于致动器500和600的操作，对于相同的竖直移位而言，与致动器500或600中相比，所述子表面提供双倍的力(和磁阻)。
图8示出了(A)松弛状态和(B)最终操作状态下的本文公开的且编号为800的EM致动器的又一个实施例的等轴测视图。致动器800类似于这里公开的先前描述的致动器，具有带有各自的臂830a、830b以及832a和832b的两个框架802和806。这些框架在置于沿着臂的长度的某个点(例如居中)处的框架铰链808处耦合。铁磁构件(例如具有围绕的线圈812的第一构件810和平行的第二构件814)垂直于臂。移位Δy取决于铰链位置和臂的长度L。这些框架可以在角度范围±θ(示例性地为±5度)内围绕铰链倾斜。
图9示出了(A)打开-打开状态、(B)打开-闭合状态、(C)闭合-打开状态和(D)闭合-闭合状态下的编号为900的且能够(双轴)倾斜的EM致动器组件的一个实施例的等轴测视图。组件900包括两个致动器800(编号为800’和800”)，这些致动器被布置成使得它们各自的铁磁构件正交。这提供了双轴倾斜。一个倾斜运动(θ)围绕铰链808’并且另一个倾斜运动()围绕铰链808”。每个致动器可以提供至少两个“末端”位置(“end”two position)，即“打开”和“闭合”(以及一系列中间位置)。
图10示出了(A)打开-打开状态和(B)闭合-闭合状态下的编号为1000的、可以提供双轴倾斜的EM致动器组件的另一个实施例的等轴测视图。组件1000包括两个与致动器400类似的致动器(编号为400’和400”)，这些致动器耦合以便提供(双轴)倾斜。与组件900中的致动器形成对照的是，致动器400’和400”被布置成使得它们的铁磁构件是平行的。应当指出的是，在这里，代替框架使用了板1002和1004以便支撑铁磁构件。图10A示出了松弛状态下的组件，而图10B示出了操作状态下的组件。光学元件可以在点1004和1006处耦合到组件，并且每个致动器可以沿着轴1008和1010提供不同的移位Δy，使得结果在两个方向上倾斜。应当指出的是，上面公开的其他致动器可以类似地组合成双致动器组件。
单个上面公开的致动器或致动器组件可以用作数码照相机中以及尤其是小照相机(比如蜂窝电话中的照相机)中的驱动机构。诸如900和1000之类的组件可以提供各个不同的光学部件的倾斜运动。它们可以例如通过使整个照相机模块倾斜而实现OIS，和/或通过改变透镜-传感器距离而实现各个不同的部件的横向运动以便实现照相机自动聚焦(AF)。
图11示意性地示出了包括耦合到透镜模块1101的致动器组件的照相机模块1100的一个实施例：(A)处于第一位置的等轴测视图，(B)处于第二位置的等轴测视图，(C)处于第一位置的前视图，(D)处于第二位置的前视图，(E)在第一位置耦合到致动器组件和透镜模块的柔性带1102，以及(F)第二位置的柔性带。致动器组件在以下意义上类似于图10中的致动器组件：两个(第一和第二)致动器1104’和1104”具有平行地布置在透镜模块的相对侧面的各自电磁体1104a和1104b。示例性地，致动器1104’和1104”类似于致动器600。总的模块高度(沿着光轴)用“H”指示，而“h”指示致动器高度(像在图6中那样)。示例性地，H/h>3。致动器1104’包括第一铁磁构件1106和部分地同轴地被线圈1110环绕且通过间隔器1114固定地附接到柔性带1102的第二铁磁构件1108。致动器1104”包括第一铁磁构件1116和部分地同轴地被线圈1120环绕且固定地附接到柔性带1102的第二铁磁构件1118。柔性带1102可以由柔性材料(例如硬橡胶)制成，并且为每个致动器提供两个弹簧状“整体式铰链”1102a和1102b。铁磁构件和铰链具有平行的纵轴。镜筒1126在两个相对的(沿着筒半径)透镜座(或者“肩”)1128处固定地附接到所述带。该带在四个拐角处通过弹簧段1129附接到支柱1124，支柱可以由硬橡胶或者类似材料制成。支柱可以稍微倾斜以便允许通过整体式铰链1102倾斜。这两个铰链允许致动器的(电磁体中的)第二铁磁构件的Y移位和倾斜，以及镜筒沿着Y轴的移位和镜筒围绕Z轴的倾斜。
在使用中，当这两个致动器操作以提供相同的移位时，每个致动器的相对的操作表面之间的重叠改变。示例性地，在第一位置(A)，示出操作表面1130与1132之间没有重叠，而第二位置(B)示出这些表面之间的最大重叠。在从第一位置到第二位置的运动中，带围绕两个铰链挠曲，使得它从平坦状态(E)到挠曲状态(F)改变形状。铰链1102a通过带到支柱的固定附接而保持在Y方向上固定不动，但是允许间隔器(以及操作表面1130)的倾斜。两个铰链1102b和之间的带段(附接到透镜座)因此沿着Y轴移位并且使间隔器1114倾斜以及使镜筒沿着Y轴移位。刚才描述的动作可以用于小型照相机AF，其中AF功能在不增加照相机模块的总高度的情况下实现。
在OIS应用中，如图9或图10中所描述的致动器组件置于照相机模块下方，使得它可以使整个照相机模块倾斜，并且实现俯仰和偏航校正。可替换地，(对于一轴倾斜)这可以通过由致动器组件中的每个致动器(例如图11的致动器)提供不同的移位而完成。
图12示出了与图6的致动器有关的仿真的结果。该图针对N＝580示出了EM力与位置(和间隙尺寸)的函数关系，并且图示出至少对于特定电流(例如对于40mA)，力在500μm的操作范围的大部分上近似恒定。
尽管根据某些实施例和通常关联的方法描述了本公开内容，但是这些实施例和方法的变动和置换对于本领域技术人员将是清楚明白的。本公开内容应当被理解为不受本文公开的具体实施例限制，而是仅仅由所附权利要求书的范围限制。

Claims (26)

1.一种电磁致动器，用来提供光学元件沿着光轴的线性运动，该致动器包括：
a)部分地被导电线圈环绕的第一细长铁磁构件，该第一细长铁磁构件具有第一纵轴和第一操作表面；
b)第二细长铁磁构件，其具有与第一纵轴平行的第二纵轴和第二操作表面，第一和第二细长铁磁构件被设置成使得在第一和第二操作表面之间形成间隙和重叠；以及
c)框架铰链，其具有与第一和第二纵轴平行的第三纵轴，该框架铰链用来在通过导电线圈中的电流产生磁力时使得一个细长铁磁构件能够经历相对于另一个细长铁磁构件的线性倾斜运动，该线性倾斜运动可转换成光学元件从第一位置到第二位置的线性移位。
2.根据权利要求1的致动器，其中每个操作表面包括设置在每个细长铁磁构件的两个相对末端的第一和第二操作表面段。
3.根据权利要求1的致动器，其中第一和第二位置之间的运动是连续的并且第一和第二位置之间的运动为光学元件提供了第三中间位置。
4.根据权利要求1的致动器，其中第一位置与最大重叠相应并且其中第二位置与最小重叠相应。
5.根据权利要求1的致动器，其中每个细长铁磁构件具有沿着其各自纵轴的延伸，第二细长铁磁构件的延伸大于第一细长铁磁构件沿着第一纵轴的延伸，使得第一细长铁磁构件被配置用于至少部分地包含在第二细长铁磁构件内。
6.根据权利要求5的致动器，其中每个细长铁磁构件被形成为具有彼此分开且背离的两个操作表面，使得当第一细长铁磁构件至少部分地包含在第二细长铁磁构件内时，第一细长铁磁构件的操作表面面向第二细长铁磁构件的操作表面。
7.根据权利要求6的致动器，其中每个操作表面处于具有通过各自间隙隔开的多个部分的叉状物的形式，每个部分被形成为具有操作子表面。
8.根据权利要求2的致动器，其中所述间隙和重叠在由垂直于起始于铰链的轴的平面限定的第一和第二操作表面段之间形成。
9.根据权利要求2的致动器，其中所述间隙和重叠在由具有起始于铰链的公共半径的曲面限定的第一和第二操作表面段之间形成。
10.根据权利要求1-9中任何一项的致动器，其中一个细长铁磁构件固定地附接到第一平台，其中另一个细长铁磁构件固定地附接到第二平台，并且其中这两个平台之一是活动的。
11.根据权利要求10的致动器，其中第一平台和第二平台为非铁磁的。
12.根据权利要求11的致动器，其中第一平台或第二平台中的至少一个平台处于框架的形式。
13.根据权利要求12的致动器，其中第一纵轴和第二纵轴中的至少一个取向为平行于框架。
14.根据权利要求13的致动器，其中至少所述活动平台由用来将公共铰链形成为整体式铰链的柔性材料制成。
15.根据权利要求10的致动器，其中所述线性移位范围介于0与500μm之间。
16.根据权利要求10的致动器，其中所述线性倾斜处于0与5°之间的角度。
17.根据权利要求10的致动器，其中光学元件为透镜组件。
18.根据权利要求10的致动器，与另一个这样的致动器组合以便形成提供双轴倾斜能力的致动器组件。
19.根据权利要求18的致动器，其中这两个致动器具有彼此正交的第一细长铁磁构件和线圈。
20.根据权利要求18的致动器，其中这两个致动器具有彼此平行的第一细长铁磁构件和线圈。
21.根据权利要求18的致动器，其中致动器组件被配置用于控制光学设备的焦点。
22.根据权利要求18的致动器，其中致动器组件被配置用于控制光学设备的振动补偿。
23.根据权利要求10的致动器，在数码照相机中实现。
24.根据权利要求11-17中任何一项的致动器，在数码照相机中实现。
25.根据权利要求18的致动器，在数码照相机中实现。
26.根据权利要求23的致动器，其中致动器具有高度h，其中数码照相机具有高度H，并且其中H/h>3。
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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104054020B (zh) * 2012-01-12 2017-03-22 核心光电有限公司 用于数码照相机的电磁致动器
CN109194849B (zh) 2013-06-13 2021-01-15 核心光电有限公司 双孔径变焦数字摄影机
WO2015001440A1 (en) 2013-07-04 2015-01-08 Corephotonics Ltd. Miniature telephoto lens assembly
US9857568B2 (en) 2013-07-04 2018-01-02 Corephotonics Ltd. Miniature telephoto lens assembly
EP3028443A2 (en) 2013-08-01 2016-06-08 Corephotonics Ltd. Thin multi-aperture imaging system with auto-focus and methods for using same
US9448382B2 (en) 2013-11-06 2016-09-20 Corephotonics Ltd. Electromagnetic actuators for digital cameras
EP3164987B1 (en) 2014-07-01 2024-01-03 Apple Inc. Mobile camera system
US11381747B2 (en) 2015-02-13 2022-07-05 Apple Inc. Dual camera magnet arrangement
US9781345B1 (en) 2015-02-13 2017-10-03 Apple Inc. Dual camera magnet arrangement
US10257433B2 (en) 2015-04-27 2019-04-09 Microsoft Technology Licensing, Llc Multi-lens imaging apparatus with actuator
JP6619444B2 (ja) * 2015-05-05 2019-12-11 アクチュエーター・ソリュ—ションズ・ゲーエムベーハー チルトモジュールサブアセンブリ、及び当該チルトモジュールサブアセンブリを具備する光学式手ブレ補正機構
US9641731B2 (en) 2015-05-14 2017-05-02 Corephotonics Ltd. Unstable magnetic reluctance actuator
US9645472B2 (en) 2015-06-23 2017-05-09 Intel Corporation Magnetic fluid shutter operation
US9749536B2 (en) 2015-06-23 2017-08-29 Intel Corporation Ferrofluid material interface for magnetic shape-memory element configuration
US10451808B2 (en) 2015-07-24 2019-10-22 Trustees Of Boston University MEMS devices for smart lighting applications
US10063783B2 (en) 2015-09-30 2018-08-28 Apple Inc. Mobile zoom using multiple optical image stabilization cameras
US10264188B2 (en) 2015-09-30 2019-04-16 Apple Inc. Mobile zoom using multiple optical image stabilization cameras
US9769419B2 (en) 2015-09-30 2017-09-19 Cisco Technology, Inc. Camera system for video conference endpoints
US9774787B2 (en) 2015-09-30 2017-09-26 Apple Inc. Mobile zoom using multiple optical image stabilization cameras
US10382698B2 (en) 2015-09-30 2019-08-13 Apple Inc. Mobile zoom using multiple optical image stabilization cameras
US9769389B2 (en) 2015-09-30 2017-09-19 Apple Inc. Mobile zoom using multiple optical image stabilization cameras
JP6652734B2 (ja) 2015-11-20 2020-02-26 ミツミ電機株式会社 レンズ駆動装置、カメラモジュール、及びカメラ搭載装置
CN116661090A (zh) * 2016-05-10 2023-08-29 台湾东电化股份有限公司 镜头***
US10165162B2 (en) * 2016-06-27 2018-12-25 Microsoft Technology Licensing, Llc Electromagnetic camera device
JP6792145B2 (ja) * 2016-07-29 2020-11-25 ミツミ電機株式会社 アクチュエーター、カメラモジュール及びカメラ搭載装置
EP3755205A4 (en) 2018-02-22 2022-03-23 Intelligent Diagnostics LLC CORNEAL TOPOGRAPHY SYSTEM BASED ON A MOBILE COMMUNICATION DEVICE
US11096573B1 (en) * 2019-04-01 2021-08-24 Intelligent Diagnostics, Llc Corneal topography system and methods

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101046539A (zh) * 2006-03-28 2007-10-03 力相光学股份有限公司 两段式镜头驱动装置
CN101218653A (zh) * 2005-07-07 2008-07-09 皇家飞利浦电子股份有限公司 致动器组件以及驱动致动器组件的方法和设备
US20110148554A1 (en) * 2008-08-22 2011-06-23 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Electromagnetic multi-axis actuator
CN102207603A (zh) * 2010-03-29 2011-10-05 精工电子有限公司 驱动模块和电子设备

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54104826A (en) 1978-02-04 1979-08-17 Minolta Camera Co Ltd Focus adjustment controller of cameras
US4291958A (en) * 1980-10-03 1981-09-29 Eastman Kodak Company Camera with electronic flash and piezoelectric lens motor
US7813634B2 (en) * 2005-02-28 2010-10-12 Tessera MEMS Technologies, Inc. Autofocus camera
JP4322157B2 (ja) * 2004-03-31 2009-08-26 株式会社ベテル カメラ作動装置
TWI275891B (en) * 2005-04-29 2007-03-11 Optronics Technology Inc A An electromagnetic actuated adjusting device for camera lens
TWI306980B (en) 2006-03-21 2009-03-01 Powergate Optical Inc Two steps lens actuating apparatus
TWM300854U (en) * 2006-03-28 2006-11-11 Optronics Technology Inc A Electromagnetically activated lens apparatus and magnetic conductor structure thereof
JP2010210841A (ja) * 2009-03-10 2010-09-24 Micro Uintekku Kk レンズ駆動装置
JP2011203435A (ja) * 2010-03-25 2011-10-13 Sony Corp カメラモジュール及び撮像装置
CN104054020B (zh) * 2012-01-12 2017-03-22 核心光电有限公司 用于数码照相机的电磁致动器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101218653A (zh) * 2005-07-07 2008-07-09 皇家飞利浦电子股份有限公司 致动器组件以及驱动致动器组件的方法和设备
CN101046539A (zh) * 2006-03-28 2007-10-03 力相光学股份有限公司 两段式镜头驱动装置
US20110148554A1 (en) * 2008-08-22 2011-06-23 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Electromagnetic multi-axis actuator
CN102207603A (zh) * 2010-03-29 2011-10-05 精工电子有限公司 驱动模块和电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
TW201335689A (zh) 2013-09-01
EP2802937A2 (en) 2014-11-19
TWI498658B (zh) 2015-09-01
WO2013105012A2 (en) 2013-07-18
EP2802937B1 (en) 2016-07-20
US8731390B2 (en) 2014-05-20
CN104054020A (zh) 2014-09-17
US20140063331A1 (en) 2014-03-06
WO2013105012A3 (en) 2013-09-12

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