CN107450251B - 一种弹簧***及采用该弹簧***的镜头防抖装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种弹簧***，其包括至少三个弹簧；至少三个弹簧的中线不在同一平面内，且每一弹簧的中线均穿过同一个旋转中心。本发明还提供了一种上述采用弹簧***的镜头防抖装置，包括：固定组件，其包括外壳、定位座、磁石组，定位座设置在外壳上，磁石组设置在定位座上；活动组件，其包括线圈组、镜头及镜头载体、影像传感器、电路板，镜头载体通过弹簧***安装在定位座上，镜头安装在镜头载体上，电路板安装在定位座上，影像传感器设置在电路板上；线圈组对应磁石组设置在镜头载体的外侧。本发明结构简单、成本低、只有旋转自由度、没有位移自由度，并且具有良好的抗跌性能。

Description

一种弹簧***及采用该弹簧***的镜头防抖装置
技术领域
本发明涉及一种弹簧***及采用该弹簧***的镜头防抖装置。
背景技术
近年来具有拍摄功能的小型移动装置十分普及，应用范围亦不断扩展，包括航拍、运动相机、以及行车记录仪等。在现有的装置中，包含至少一颗小型相机模组 (Compactcamera module)。因此，模组 的市场很庞大，增长亦稳步上扬。
在拍照及拍影片时，装置拍出来的照片及影片很可能受到外来振动而出现模糊或晃动，影响照片及影片质素。当振动比较激烈，或在低光情况下，这问题会更加严重。为了解决这些问题，市场上已经出现很多小型防抖技术。当中，通过机械方法补偿因振动做成的影像模糊及晃动，改进影像质素的效果最为优秀。机械方法可以是通过防抖致动器平移一组镜头，或旋转一组镜头及影像传感器，达致防抖效果。旋转式机械方法的防抖效果通常比平移式机械方法更佳。
旋转式防抖致动器需要有一个机械结构，达致镜头及影像传感器等可以活动的结构有多轴的旋转自由度(Rotational Degrees－of－Freedom)。同时，为了减轻不同方向加速或地心吸力造成的外力对致动器中可动结构的影响，机械结构通常要求没有位移自由度(Translational Degrees－of－Freedom)。另外，机械结构需要有良好的抗跌性，达致能抵受在正常使用小型移动装置时可能出现的跌落考验。
中国专利201180028200.2中公开了一种带抖动修正功能的光学单元，在带抖动修正功能的光学单元中，在可动组件即摄像单元的外周面绕光轴L的周向上隔开的多个部位设置永磁体，在固定体中设置有整体化具备多个在周向上延伸且与永磁体相对的线圈部的薄片状线圈。在片状线圈中，由于端子部朝向与永磁体相对一侧的相反侧的外侧，因此，能方便地对线圈部进行电连接。
中国专利201480037511.9公开了一种镜头驱动装置，包括固定组件，固定组件包括基座框架；可移动组件，可移动组件包括镜筒；围绕可移动组件的一组磁铁；三组线圈；以及弹簧***，附接在可移动组件和固定组件之间，且配置为支撑可移动组件，并形成悬挂***，以允许可移动组件沿第一、第二和第三正交轴移动。镜筒被配置为承载镜头单元，第三轴平行于镜头单元的光轴，而第一和第二轴分别垂直于第三轴。
上述技术方案的缺陷在于：滚珠致动器，在运动过程中出现非线性的摩擦力，影响防抖效果；常规弹簧无法实现只有旋转自由度，没有位移自由度，抗跌性能差，容易受外力影响致动器表现。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种弹簧、弹簧***及采用该弹簧***的镜头防抖装置，其结构简单、成本低、重量轻、体积小，只有旋转自由度、没有位移自由度，并且具有良好的抗跌性能。
为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种弹簧***，其包括至少三个弹簧；至少三个弹簧的中线不在同一平面内，且每一弹簧的中线均穿过同一个旋转中心。
本发明中，多个弹簧之间相对倾斜设置，其近似分布在某一圆台的侧面上，每一弹簧的中线均穿过同一个旋转中心，本方案中，弹簧的中线是指贯穿第一连接部横折面中心点与第二连接部横折面中心点的线。本方案中，旋转中心是指一个范围性区域，该区域的范围为弹簧弹性连接臂长度的1/5及以下。本方案中，弹簧的中线距离弹簧的边缘的最大距离D max可以根据不同使用情况进行调整。相应的，弹簧的中线距离弹簧的边缘的距离D的大小范围为整个弹性连接臂长度的1/3及以下。
根据本发明的另一种具体实施方式，弹簧包括首端、尾端、弹性连接臂，首端上设有第一连接部，尾端上设有第二连接部；弹性连接臂的一端通过第一连接部连接首端、弹性连接臂的另一端通过第二连接部连接尾端。通过设置弹性连接臂将首端和尾端连接起来，通过设置不同形状、规格的弹性连接臂，以适应不同的工作环境需求，其结构简单、使用方便。
根据本发明的另一种具体实施方式，弹性连接臂为片状弹性连接臂。片状弹性连接臂可以为规则形状的弹性连接臂，也可以为不规则形状的弹性连接臂。
根据本发明的另一种具体实施方式，弹性连接臂为波浪状弹性连接臂。波浪的形状看根据使用情况不同的情况，选择不同的弯折方向。
根据本发明的另一种具体实施方式，弹性连接臂为杆状弹性连接臂。杆状弹性连接臂可以为规则形状的弹性连接臂，也可以为不规则形状的弹性连接臂。
根据本发明的另一种具体实施方式，首端、尾端上均设有定位组件，定位组件可以为定位槽或定位孔。首端、和尾端均机械连接外部设备，通过定位组件，实现固定连接，在弹簧使用过程中弹簧与外部设备连接的地方不会出现相对位移。
另一方面，本发明提供一种采用上述弹簧***的镜头防抖装置，其包括：固定组件，其包括外壳、定位座、磁石组，定位座设置在外壳上，磁石组设置在定位座上；
活动组件，其包括线圈组、镜头及镜头载体、影像传感器、电路板，镜头载体通过弹簧***安装在定位座上，镜头安装在镜头载体上，电路板安装在定位座上，影像传感器设置在电路板上；线圈组对应磁石组设置在镜头载体的外侧。
本发明中，弹簧***将固定组件和活动组件连接起来，活动组件动作时，通过弹簧***实现活动组件的只有旋转自由度，没有位移自由度。
根据本发明的另一种具体实施方式，镜头的光轴穿过旋转中心。活动组件的重心位置也在镜头的光轴上，旋转中心的位置和活动组件的重心位置重合，减轻因不同方向的地心吸力或加速做成对旋转中心的力矩，从而减小活动部件的不必要旋转。
根据本发明的另一种具体实施方式，弹簧***中的弹簧数目为3－8个，其间隔设置在镜头光轴的圆周方向上；优选的，弹簧数目为4个。
根据本发明的另一种具体实施方式，弹簧为导电式弹簧；导电式弹簧中设有导电材料，实现固定组件、活动组件之间的电连接。
本发明中，有外力作用在活动组件上时，弹簧***可将外力拆分为平行于弹簧***中弹簧中线的力分量。在弹簧***中，弹簧轴向位移劲度系数较大，弹簧的轴向变形所能产生的位移ΔX远远低于弯曲变形所产生的变形量，即是ΔX较小。每一个力分量所产生的位移分量均很小，所以总的位移很小。换句话说，当有任何方向的外力作用在活动组件时，由于弹簧***的位移劲度系数较大，故弹簧***接近不会让活动组件出现位移。相应的，在弹簧***中，弹簧的旋转劲度系数较小，故弹簧***的在外力的驱动下，活动组件可以围绕旋转中心进行旋转，而不会出现位移。
本发明中，当有外力作用在活动组件时，弹簧的弹性连接臂都承受和弹簧的中线接***行的力；弹簧***承受的最大弯曲应力较小，所以弹簧***能在较大的范围内抵消在跌落过程中可能出现作用在活动组件的力，而不容易出现超出弹簧的屈服强度及出现塑性变形，达致良好的抗跌性能。
本发明中，通过改变线圈组的电流及方向，可以改变多轴旋转自由度的磁场力矩(Magnetic Torques)，实现活动组件(包含镜头及影像传感器) 围绕弹簧***中的旋转中心旋转；旋转中心的位置在运动过程中不会出现位移；当活动组件相对固定组件的旋转和外来旋转振动的方向相反，但幅度接近时，振动就会被消除，实现防抖效果，减少因振动对影像及图像的质素的影响。
本发明的有益之处在于：
1、实现了活动组件只有旋转自由度，接近没有平移自由度；
2、具有良好的抗跌性，增加跌落时的可靠性；
3、活动组件适应性强，受不同方向的加速或地心吸力的影响小；
4、本发明不会产生线性摩擦力，防抖效果更好；
5、制造成本低、重量轻、体积小。
下面结合符合对本发明做进一步的详细说明。
附图说明
图1是实施例1的一种弹簧的整体结构示意图，其显示了A-A截面；
图2是实施例1的一种弹簧的结构示意图；
图3是实施例1的一种弹簧***的结构示意图；
图4是实施例2的一种弹簧的整体结构示意图，其显示了B-B截面；
图5是实施例2的一种弹簧的结构示意图；
图6是实施例2的一种弹簧***的结构示意图；
图7是实施例3的一种弹簧的整体结构示意图，其显示了C-C截面；
图8是实施例3的一种弹簧的结构示意图；
图9是实施例3的一种弹簧***的结构示意图；
图10是实施例4的一种弹簧的整体结构示意图，其显示了D-D截面；
图11是实施例4的一种弹簧的结构示意图；
图12是实施例4的一种弹簧***的结构示意图；
图13是实施例5的一种镜头防抖装置的整体结构示意图；
图14是实施例5的一种镜头防抖装置的***示意图；
图15是实施例5的一种镜头防抖装置的弹簧结构示意图；
图16是实施例5的一种镜头防抖装置的局部剖面示意图；
图17是实施例5的一种镜头防抖装置的局部结构示意图。
具体实施方式
实施例1(弹簧及弹簧***)
本实施例提供了一种弹簧及采用该弹簧的弹簧***，如图1－3所示，其中，弹簧***包括弹簧1，弹簧1数目为四个，弹簧1包括首端11、尾端 12、弹性连接臂13。其中，首端11上设有第一连接部111，尾端12上设有第二连接部121；弹性连接臂13为波浪形弹性连接臂；弹性连接臂13的一端通过第一连接部111连接首端11、弹性连接臂13的另一端通过第二连接部121连接尾端12。
如图1所示，首端11为凸形板状，其上设有用于安装的定位支脚112，首端上对应第一连接部111的位置上设有第一缺口113；尾端12为凹形板状，相应的，尾端12上设有第二缺口122。波浪形弹性连接臂整体为片状结构，波浪形弹性连接臂沿着平行于首端11、尾端12所在的平面设置。如图1所示，弹簧整体呈片状。
如图3所示，四个弹簧的中线14不在同一平面内，且每个弹簧的中线 14均穿过同一个旋转中心15，相应的，四个弹簧1间隔设置。
实施例2(弹簧及弹簧***)
本实施例与实施例1的区别在于，如图4－6所示，弹性连接臂23整体为片状结构，波浪形弹性连接臂沿垂直于首端、尾端所在平面的方向设置。
实施例3(弹簧及弹簧***)
本实施例与实施例1的区别在于，如图7－9所示，弹性连接臂33为矩形片状弹性连接臂。
实施例4(弹簧及弹簧***)
本实施例提供了一种弹簧及采用该弹簧的弹簧***，如图10－12所示，弹簧***包括弹簧4，弹簧4的数目为四个，每一弹簧4包括首端41、尾端42、弹性连接臂43。其中，首端41上设有第一连接部411，尾端42上设有第二连接部421；弹性连接臂43为柱状弹性连接臂；弹性连接臂43的一端通过第一连接部411连接首端41、弹性连接臂43的另一端通过第二连接部421连接尾端42。
如图7所示，弹簧4整体成罗马柱状，首端41为圆柱台，其与第一连接部411连接的位置上设有倒角；尾端42为圆柱台，相应的，尾端42与第二连接部421连接的位置上也设有倒角。如图8所示，四个弹簧的中线 45不在同一平面内，且每个弹簧的中线45均穿过同一个旋转中心44，相应的，四个弹簧4间隔设置。
实施例5(镜头防抖装置)
本实施例提供了一种镜头防抖装置，如图13－17所示，其包括：固定组件51、活动组件52、一个弹簧***53。其中，固定组件51，其包括外壳511、定位座512、磁石组513，外壳包括上壳体514、下壳体515；定位座512设置在外壳511上，磁石组513设置在定位座512上；活动组件52，其包括线圈组521、镜头522及镜头载体523、影像传感器524、电路板525，镜头载体523安装在定位座512上，镜头522安装在镜头载体523上，电路板525安装在定位座512上，影像传感器524设置在电路板525上；线圈组521对应磁石组513设置在镜头载体523的外侧；弹簧***53，其设置在定位座512上，弹簧***53包括四个弹簧54；弹簧54包括首端541、尾端542、弹性连接臂543，首端541上设有第一连接部544，尾端542上设有第二连接部545；弹性连接臂543的一端通过第一连接部544连接首端 541、弹性连接臂543的另一端通过第二连接部545连接尾端542。弹簧的中线546均不在同一平面内，且每一弹簧的中线546均穿过同一个旋转中心。旋转中心设置在镜头522的光轴，且与活动组件重心的位置一致。四个弹簧54间隔设置在镜头522的光轴的圆周方向上。弹簧54为可导电式弹簧。
如图16所示，本实施例中，旋转中心和活动组件52的重心位置接近，减轻因不同方向的地心吸力或加速做成对旋转中心的力矩，从而减小活动组件52的不必要旋转。
如图17所示，弹簧***53安装在镜头载体523和电路板525之间，电路板525上相应的位置上设有与弹簧54配合的定位槽548，相应的，镜头载体上也设有用于定位的机构，实现配合部件之间紧密连接。
本实施例中，通过改变线圈组的电流及方向，可以改变多轴旋转自由度的磁场力矩(Magnetic Torques)，实现活动组件(包含镜头及影像传感器)围绕弹簧***中的旋转中心旋转；旋转中心的位置在运动过程中不会出现位移；当活动组件相对固定组件的旋转和外来旋转振动的方向相反，但幅度接近时，振动就会被消除，实现防抖效果，减少因振动而影响影像及图像的质素。
本实施例中，有外力作用在活动组件上时，弹簧***可将外力拆分为平行于弹簧***中弹簧的中线的力分量。在弹簧的结构中，弹簧轴向位移劲度系数较大，弹簧的轴向变形所能产生的位移ΔX远远低于弯曲变形所产生的变形量，即是ΔX较小。每一个力分量所产生的位移分量均很小，所以总的位移很小。换句话说，当有任何方向的外力作用在活动组件时，由于弹簧***的位移劲度系数较大，故弹簧***接近不会让活动组件出现位移。相应的，在弹簧结构中，弹簧的旋转劲度系数较小，故弹簧***的在外力的驱动下，活动组件可以围绕旋转中心进行旋转，而不会出现位移。
本实施例中，当有外力作用在活动组件时，每个弹簧的弹性连接臂都承受和弹簧的中线接***行的力；弹簧***承受的最大弯曲应力较小，所以弹簧***能在较大的范围内抵消在跌落过程中可能出现作用在活动组件的力，达致良好的抗跌性特性。
本实施例中，活动组件运动过程中，弹簧***不会出现非线性的摩擦力，其防抖效果好。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (7)

1.一种镜头防抖装置，其特征在于，所述镜头防抖装置包括：
弹簧***，所述弹簧***包括至少三个弹簧；至少三个所述弹簧的中线不在同一平面内，且每一所述弹簧的中线均穿过同一个旋转中心，所述弹簧包括首端、尾端、弹性连接臂，所述首端上设有第一连接部，所述尾端上设有第二连接部；所述弹性连接臂的一端通过所述第一连接部连接所述首端、所述弹性连接臂的另一端通过所述第二连接部连接所述尾端，各所述弹簧之间相对倾斜设置，所述弹簧的中线距离所述弹簧的边缘的距离D的大小范围为整个所述弹性连接臂长度的1/3及以下；
固定组件，其包括外壳、定位座、磁石组，所述定位座设置在所述外壳上，所述磁石组设置在所述定位座上；
活动组件，其包括线圈组、镜头及镜头载体、影像传感器、电路板，所述镜头载体通过所述弹簧***安装在所述定位座上，且所述镜头载***于所述定位座内部，所述镜头安装在所述镜头载体上，所述电路板安装在所述定位座上，且所述电路板通过所述弹簧***与所述镜头载体连接，所述影像传感器设置在所述电路板上；所述线圈组对应所述磁石组设置在所述镜头载体的外侧，所述镜头的光轴穿过所述旋转中心，所述活动组件的重心位置在所述镜头的光轴上，所述旋转中心的位置和所述活动组件的重心位置重合；
各所述弹簧的轴向位移劲度系数、旋转劲度系数设置为：通过改变所述线圈组的电流及方向，所述活动组件的镜头和影像传感器能够围绕所述旋转中心旋转，且所述活动组件不会出现位移。
2.如权利要求1所述的镜头防抖装置，其特征在于，所述弹性连接臂为片状弹性连接臂。
3.如权利要求1所述的镜头防抖装置，其特征在于，所述弹性连接臂为波浪状弹性连接臂。
4.如权利要求1所述的镜头防抖装置，其特征在于，所述弹性连接臂为杆状弹性连接臂。
5.如权利要求1所述的镜头防抖装置，其特征在于，所述首端、所述尾端上均设有定位组件。
6.如权利要求1所述的镜头防抖装置，其特征在于，所述弹簧***中的弹簧数目为3-8个，其间隔设置在所述镜头光轴的圆周方向上。
7.如权利要求1所述的镜头防抖装置，其特征在于，所述弹簧为导电式弹簧。
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