TWI490621B - 音圈馬達（ｖｃｍ）光學影像穩定（ｏｉｓ）致動器模組 - Google Patents

音圈馬達（ｖｃｍ）光學影像穩定（ｏｉｓ）致動器模組 Download PDF

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TWI490621B
TWI490621B TW102124286A TW102124286A TWI490621B TW I490621 B TWI490621 B TW I490621B TW 102124286 A TW102124286 A TW 102124286A TW 102124286 A TW102124286 A TW 102124286A TW I490621 B TWI490621 B TW I490621B
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Description

音圈馬達(VCM)光學影像穩定(OIS)致動器模組 相關申請案之交叉參考
本申請案主張2012年7月6日申請並以引用之方式併入本文中的同在申請中之美國臨時專利申請案第61/668,612號之較早申請日期的權利。
本發明之實施例係關於可整合於行動電子器件(諸如，智慧型電話)中之攝影機的致動器模組。亦描述並主張其他實施例。
小型攝影機變得在諸如智慧型電話之行動電子器件中日益常見。存在改良此等攝影機之效能同時仍維持相同包絡的恆定驅動力。對於此等小型攝影機之效能的改良之需求係恆定的，如同假定添加之特徵及器件經添加至此等行動電子器件的情況下，對於不斷小型化的需求係恆定的一樣。詳言之，高影像品質需要沿光軸之透鏡運動伴隨有在其他自由度上之最小寄生運動，特定言之，圍繞正交於光軸之軸線傾斜。此情形需要懸置機構為剛性的以抵抗此等寄生運動。然而，假定需要以1微米之解析度控制透鏡位置，則此等懸置機構必須考慮摩擦。進一步地，強烈需要攝影機之給定大小適應較大透鏡及影像感測器以改良影像品質，且因此需要減小諸如致動器之組件之大小。
現在為此等小型攝影機中之標準的一特徵增強係自動聚焦(AF)，藉此調整物件焦距以允許在不同距離處之物件銳聚焦於影像平面處並 由數位影像感測器俘獲。存在經提議用於達成焦點位置之此調整的許多方式，然而，最常見的方式係將整個光學透鏡作為單一剛體沿光軸移動。較接近影像感測器之透鏡之位置對應於距攝影機較遠之物件焦距。
用於此等攝影機之現有致動器技術為音圈馬達(VCM)。與其他提議之技術相比較，VCM技術具有簡單之關鍵優勢，且因此設計簡單明瞭。對於此等致動器，磁場中之載流導體經歷與以下兩者之叉積成比例的力：導體中之電流與磁場，此力被稱為洛倫茲力。若磁場之方向正交於電流之方向，則洛倫茲力最大，且導體上之所得力正交於電流之方向及磁場之方向兩者。洛倫茲力與磁場密度及穿過導體之電流成比例。導體之線圈用以放大該力。對於致動器操作，磁體(或更通常地，多個磁體)或線圈安裝於一固定支撐結構上，而磁體(或多個磁體)或線圈中之另一者安裝於移動本體上，移動本體之運動由致動器控制。
成功的致動器已以約兩種方式(亦即，磁體固定或線圈固定)設計，然而，較常見之組態係：磁體為固定的，且線圈為移動的。代表性地，線圈圍繞透鏡載體(或在一些狀況下，透鏡自身)安裝。此組態為最需要之組態，此係因為：相對較重之磁體係固定的，且因此可避免其慣性。移動透鏡載體藉由一附接機構而附接至固定支撐結構，該附接機構允許透鏡載體實質上沿光軸移動，無寄生運動，同時抵抗致動器之洛倫茲力。以此方式，藉由附接機構將洛倫茲「力」轉譯成透鏡載體「位移」。
小型攝影機中需要之另一特徵增強係光學影像穩定(OIS)。OIS為藉由使至感測器之光徑變化而使影像穩定之機構，該影像可歸因於使用者手晃動而不穩定。然而，歸因於在大小、功率及效能之間的折衷，將OIS併入至當前小型攝影機VCM致動器架構中為不切實際的。
本發明之一實施例為一種適合於用於一攝影機(更具體言之，一小型攝影機)中之致動器模組。該致動器模組可包括提供一AF功能之一機構及提供一OIS功能之一機構。在一實施例中，該AF機構可經組態而具有圍繞一透鏡載體定位之四個單獨磁體及四個單獨線圈。每一線圈可沿光軸在該透鏡載體之一拐角上遞送一力。以此方式，若藉由一共模電流適當地驅動該四個線圈，則該四個線圈可提供聚焦該透鏡所需之力。然而，若差動地驅動該四個線圈，則該四個線圈可主動地使該透鏡傾斜以補償寄生透鏡傾斜。
該致動器模組進一步併有一OIS機構，其經組態以在正交於該光軸之方向上移位該透鏡載體(且，在一實施例中，移位附接至該透鏡載體之該AF機構)。此等運動可實質上校正影像之中心之手晃動運動。使用OIS之此方法，相關聯之影像感測器基板可保持固定，從而實質上簡化行動手持型器件中之攝影機製造、大小及封裝。除其他特徵之外，該OIS機構可包括定位於一OIS基底部件之拐角處的四個單獨線圈及四個單獨磁體。該OIS基底部件可經設定尺寸以定位於該透鏡載體下方。該等OIS線圈可正交於該等AF線圈而定位，使得該等OIS線圈在正交於該光軸之方向上移位該透鏡載體。
在一單一致動器模組內之該AF機構及該OIS機構之組合允許該致動器模組修改沿五個不同軸線(亦即，5個自由度(DOF))的該透鏡相對於影像感測器之位置。代表性地，可沿至少三個不同軸線移位或平移該透鏡並使該透鏡圍繞至少兩個不同軸線旋轉。舉例而言，該AF機構及/或該OIS機構可在平行於該光軸之一方向上線性地移動該透鏡(DOF1)，在平行於正交於該光軸之一第一橫軸的一方向上線性地移動該透鏡(DOF2)，在平行於正交於該第一橫軸並正交於該光軸之一第二橫軸的一方向上線性地移動該透鏡(DOF3)，使該透鏡圍繞該第 一橫軸旋轉(DOF4)及/或使該透鏡圍繞該第二橫軸旋轉(DOF5)。
100‧‧‧致動器模組/致動器
101‧‧‧影像感測器/影像感測器基板
102‧‧‧透鏡
104‧‧‧外殼
106‧‧‧光軸
108‧‧‧第一橫軸
110‧‧‧第二橫軸
112‧‧‧箭頭
114‧‧‧箭頭
202‧‧‧自動聚焦(AF)機構
204‧‧‧光學影像穩定(OIS)機構
212‧‧‧透鏡載體
214A‧‧‧AF線圈
214B‧‧‧AF線圈
214C‧‧‧AF線圈
214D‧‧‧AF線圈
222‧‧‧AF偏轉線圈
224‧‧‧AF下部撓曲
224A‧‧‧下部撓曲總成
224B‧‧‧下部撓曲總成
224C‧‧‧下部撓曲總成
224D‧‧‧下部撓曲總成
226A‧‧‧OIS磁體
226B‧‧‧OIS磁體
226C‧‧‧OIS磁體
230‧‧‧OIS基底
232‧‧‧下部撓曲加勁件
232A‧‧‧下部撓曲加勁件
232B‧‧‧下部撓曲加勁件
240A‧‧‧導引部件
240B‧‧‧導引部件
240C‧‧‧導引部件
242A‧‧‧上部導引銷
242B‧‧‧上部導引銷
242C‧‧‧上部導引銷
242D‧‧‧上部導引銷
244A‧‧‧下部導引銷
244B‧‧‧下部導引銷
246A‧‧‧通道
246B‧‧‧通道
246C‧‧‧通道
246D‧‧‧通道
248A‧‧‧AF下部彈簧
248B‧‧‧AF下部彈簧
248C‧‧‧AF下部彈簧
248D‧‧‧AF下部彈簧
250A‧‧‧OIS彈簧
250B‧‧‧OIS彈簧
250C‧‧‧OIS彈簧
250D‧‧‧OIS彈簧
252A‧‧‧自由端
252B‧‧‧自由端
252C‧‧‧自由端
252D‧‧‧自由端
253A‧‧‧孔
253B‧‧‧孔
254A‧‧‧端子末端
254B‧‧‧端子末端
254C‧‧‧端子末端
254D‧‧‧端子末端
256A‧‧‧固定安裝部分
256B‧‧‧固定安裝部分
256C‧‧‧固定安裝部分
256D‧‧‧固定安裝部分
258A‧‧‧安裝端子
258B‧‧‧安裝端子
258C‧‧‧安裝端子
258D‧‧‧安裝端子
270A‧‧‧壓痕
270B‧‧‧壓痕
302‧‧‧AF機構移動部分
402‧‧‧AF機構固定部分
403A‧‧‧拐角支撐部件
403B‧‧‧拐角支撐部件
403C‧‧‧拐角支撐部件
403D‧‧‧拐角支撐部件
404A‧‧‧銷
404B‧‧‧銷
404C‧‧‧銷
404D‧‧‧銷
416A‧‧‧AF磁體
416B‧‧‧AF磁體
416C‧‧‧AF磁體
416D‧‧‧AF磁體
418‧‧‧AF基底部件
420‧‧‧AF上部撓曲
422A‧‧‧AF上部彈簧
422B‧‧‧AF上部彈簧
422C‧‧‧AF上部彈簧
422D‧‧‧AF上部彈簧
424A‧‧‧載體支撐部件
424B‧‧‧載體支撐部件
502‧‧‧OIS基底部件
504‧‧‧導電基底部分
506‧‧‧絕緣基底部分
508A‧‧‧側導電本體
508B‧‧‧側導電本體
508C‧‧‧側導電本體
508D‧‧‧側導電本體
510A‧‧‧拐角導電本體
510B‧‧‧拐角導電本體
510C‧‧‧拐角導電本體
510D‧‧‧拐角導電本體
510E‧‧‧拐角導電本體
510F‧‧‧拐角導電本體
510G‧‧‧拐角導電本體
510H‧‧‧拐角導電本體
512A‧‧‧OIS線圈
512B‧‧‧OIS線圈
512C‧‧‧OIS線圈
512D‧‧‧OIS線圈
514A‧‧‧球軸承
514B‧‧‧球軸承
514C‧‧‧球軸承
514D‧‧‧球軸承
520A‧‧‧銷
520B‧‧‧銷
520C‧‧‧銷
520D‧‧‧銷
526A‧‧‧OIS磁體
526B‧‧‧OIS磁體
526C‧‧‧OIS磁體
526D‧‧‧OIS磁體
540‧‧‧頂側凹座
542‧‧‧底側凹座
560A‧‧‧接觸端子
560B‧‧‧接觸端子
560C‧‧‧接觸端子
560D‧‧‧接觸端子
560E‧‧‧接觸端子
560F‧‧‧接觸端子
560G‧‧‧接觸端子
1002‧‧‧箭頭
1004‧‧‧箭頭
1006‧‧‧箭頭
1100‧‧‧行動電子器件
1102‧‧‧攝影機透鏡系統
1104‧‧‧目標圖形
1106‧‧‧觸控式螢幕
1108‧‧‧虛擬快門按鈕圖示
1110‧‧‧閃爍顯示元件
1114‧‧‧關注之物件
在隨附圖式之諸圖中藉由實例而非限制來說明本文中所揭示之實施例，在隨附圖式中，相似參考指示類似元件。應注意，對本發明中之「一(an或one)」實施例的參考未必為相同實施例，且其意謂至少一個。
圖1 為致動器模組之一實施例之透視圖。
圖2 為致動器模組之一實施例之內部組件的透視圖。
圖3A 為自動聚焦機構移動部分之一實施例的透視圖。
圖3B 為用於自動聚焦機構移動部分之透鏡載體之一實施例的透視圖。
圖3C 為用於自動聚焦機構移動部分之透鏡載體及線圈組態之一實施例的透視圖。
圖3D 為用於自動聚焦機構移動部分之下部撓曲總成之一實施例的透視圖。
圖4A 為附接至自動聚焦機構固定部分之自動聚焦機構移動部分之一實施例的透視圖。
圖4B 為用於自動聚焦機構固定部分之偏轉線圈總成之一實施例的透視圖。
圖4C 為用於自動聚焦機構固定部分之偏轉線圈及磁體總成之一實施例的透視圖。
圖4D 為附接至自動聚焦機構固定部分之自動聚焦機構移動部分之一實施例的透視圖。
圖4E 為附接至自動聚焦機構固定部分之自動聚焦機構移動部分之一實施例的透視圖。
圖4F 為附接至自動聚焦機構固定部分之自動聚焦機構移動部分 之一實施例的透視圖。
圖5A 為光學影像穩定機構固定部分之一實施例的透視圖。
圖5B 為用於光學影像穩定機構固定部分之導電基底部分之一實施例的透視圖。
圖5C 為用於光學影像穩定機構固定部分之導電基底部分及絕緣基底部分之一實施例的透視圖。
圖5D 為安裝至光學影像穩定機構固定部分之線圈總成之一實施例的透視圖。
圖5E 為光學影像穩定機構移動部分之一實施例的透視圖。
圖5F 為用於光學影像穩定機構移動部分之磁體總成之一實施例的透視圖。
圖5G 為用於光學影像穩定機構移動部分之磁體總成之一實施例的透視圖。
圖6 為致動器線圈及磁體組態之一實施例的示意圖。
圖7 為自動聚焦致動器線圈及磁體組態之一實施例的透視圖。
圖8 為自動聚焦線圈及磁體組態之一實施例的電連接組態之示意圖。
圖9A 為在自動聚焦操作期間使用的沿致動器模組之第二橫軸的透鏡及彈簧總成之一實施例的截面側視圖。
圖9B 為在自動聚焦操作期間的沿致動器模組之第二橫軸的透鏡及彈簧總成之一實施例的截面側視圖。
圖9C 為在傾斜操作期間的沿致動器模組之第二橫軸的透鏡及彈簧總成之一實施例的截面側視圖。
圖9D 為在自動聚焦操作期間使用的沿致動器模組之第一橫軸的透鏡及彈簧總成之一實施例的截面側視圖。
圖9E 為在傾斜操作期間的沿致動器模組之第一橫軸的透鏡及彈 簧總成之一實施例的截面側視圖。
圖10A 為在光學影像穩定操作期間使用的致動器模組之透鏡及彈簧總成之一實施例的俯視圖。
圖10B 為在沿第一橫軸之移位操作期間的致動器模組之透鏡及彈簧總成之一實施例的俯視圖。
圖10C 為在沿第二橫軸之移位操作期間的致動器模組之透鏡及彈簧總成之一實施例的俯視圖。
圖11 為在行動器件內之致動器模組之實施的一實施例之透視圖。
在此章節中，將參看附加圖式解釋若干較佳實施例。當實施例中所描述之部分的形狀、相對位置及其他態樣未經清楚地定義時，實施例之範疇並非僅限於所展示之部分，所展示之部分僅意欲用於說明之目的。又，雖然陳述眾多細節，但應理解，可在無此等細節之情況下實踐一些實施例。在其他情況下，未詳細展示熟知結構及技術，以便不混淆對此描述之理解。
本發明利用VCM技術並呈現具有改良之功率消耗、效能、減小之大小及額外功能性(包括OIS)的致動器架構。圖1 說明致動器模組之一實施例之透視圖。致動器模組100中可整合有提供AF功能之機構及提供OIS功能之機構。AF機構經組態以沿光軸移動透鏡並主動地使透鏡傾斜。透鏡傾斜可用以補償歸因於(例如)實施致動器模組100所在之器件(例如，圖11 中所說明之行動電子器件1100)之傾斜產生的寄生透鏡移動。OIS機構經組態以在正交於光軸之方向上移動(例如，移位)透鏡以校正影像之中心之手晃動運動。藉由移位，與使整個攝影機(例如，透鏡及影像感測器一起作為剛體)傾斜形成對比，相關聯之影像感測器基板101可保持固定，實質上簡化了行動電子器件中之攝影機製造、大小及封裝。詳言之，若使整個攝影機傾斜，則必須在影 像感測器基板之下添加單獨空間以考慮此移動。此情形又增加攝影機之大小並引入使多個電連接斷開移動影像感測器基板而不減少OIS效能的困難任務。然而，預期，在其他實施例中，可使用AF及OIS機構使包括透鏡及影像感測器之整個攝影機一起傾斜。
實際上，致動器模組100能夠在五個軸線(亦即，5個自由度(DOF))上控制透鏡102相對於影像感測器101之位置。換言之，致動器模組100可移位透鏡102並使透鏡102傾斜以達成AF及校正歸因於移位OIS功能產生之任何影像失真兩者。5個自由度如下：如藉由箭頭106說明之沿光軸之線性位置(DOF1)，如藉由箭頭108說明之沿正交於光軸之第一橫軸的線性位置(DOF2)，如藉由箭頭110說明之沿正交於第一橫軸及正交於光軸之第二橫軸的線性位置(DOF3)，如藉由箭頭112說明的圍繞正交於光軸之第一軸線之旋轉(DOF4)，及如藉由箭頭114說明的圍繞正交於第一軸線及正交於光軸之第二軸線之旋轉(DOF5)。DOF4之第一軸線及DOF5之第二軸線可分別與DOF2之第一橫軸及DOF3之第二橫軸相同或不同。
應注意，為圍繞藉由箭頭106說明之光軸之旋轉的第六DOF亦係可能的。第六DOF可(例如)用於透鏡並非圍繞藉由箭頭106說明之光軸旋轉對稱的實施例中。
在操作期間，可使用致動器模組100線性地移動(例如，移位)透鏡102、使透鏡102圍繞圖1中所 說明之軸線中的任何一或多者傾斜及/或旋轉。代表性地，在一實施例中，透鏡102可在平行於光軸106之方向上移位，圍繞正交於光軸之軸線(例如，軸線108或軸線110)傾斜，並圍繞適當旋轉中心旋轉(例如，如藉由箭頭112及/或箭頭114說明般旋轉)以達成所要之AF或OIS位置。
可控透鏡傾斜DOF之添加提供若干優點。舉例而言，在致動器模組100之工廠校準期間，可將偏移電流施加至AF線圈(如下文將更詳細 描述)，以使透鏡102傾斜並因此補償透鏡102與相關聯影像感測器101之間的任何靜態傾斜誤差。此等靜態傾斜誤差可歸因於由零件及總成容限引起之製造變化。另外，當實施致動器模組100之攝影機之定向改變時，透鏡可相對於影像感測器寄生地傾斜。此可發生於以下情況下：透鏡懸置於一彈性彈簧撓曲上且透鏡重心並非位於將平衡負載施加至彈簧撓曲所在之點處。藉由利用實施致動器模組100之電子器件中可見的加速度計來判定攝影機之定向，有可能將偏移電流提供至線圈以補償傾斜並維持透鏡102與相關聯影像感測器101之間的低傾斜。
如圖1 中進一步說明，致動器模組100可封閉於外殼104中。外殼104可為實質上中空矩形結構，其經設定尺寸以含有致動器模組100之組件中之每一者。在一實施例中，外殼104可具有：一實質上圓形開口，透鏡102可穿過該實質上圓形開口定位；及一開放底部，使得外殼104可容易地定位於致動器模組100之組件之上。外殼104可由適於含有致動器模組100之組件的任何材料製成，例如，適於含有並保護組件之任何實質上硬質材料，諸如實質上硬質塑膠材料。
在一實施例中，外殼104可(例如)為封閉AF及OIS機構並提供限制機構在衝擊期間之運動的墜落測試末端擋板的屏蔽件。在此態樣中，外殼104可由實質上硬質材料製成，例如，金屬(諸如，深拉鋼(deep-drawn steel))或注入模製塑膠。在一實施例中，金屬屏蔽件可用以使材料厚度最小化。在金屬屏蔽件之狀況下，可進一步提供絕緣塗層以避免電短路至各種管道(諸如，彈簧)。
圖2 說明致動器模組100之一實施例的透視圖，其中移除外殼104。自此視圖，可見：AF機構202及OIS機構204定位於彼此之上。代表性地，如圖2中所說明，AF機構202定位於OIS機構204之上。AF機構202可包括安裝於AF偏轉線圈222內之透鏡載體212。透鏡102可安裝於透鏡載體212內，使得在自動聚焦操作期間由AF機構202進行 的或在OIS操作期間由OIS機構204進行的透鏡載體212之移動移動相關聯透鏡102。OIS機構204可包括OIS基底230，其經設定尺寸以支撐OIS機構組件中之每一者(例如，定位於OIS機構204之每一拐角處的OIS磁體226A、226B、226C)。除支撐各種OIS組件之外，OIS基底230亦可提供一支撐基底，AF機構202可在OIS操作期間沿該支撐基底移位，如下文將更詳細描述。AF機構202及OIS機構204中之每一者可具有一實質上矩形總體形狀，其具有實質上類似之佔據面積，使得AF機構202及OIS機構204可封閉於先前參看圖1 所論述之外殼104中。
現在將參看圖3A 至圖3D 及圖4A 至圖4F 更詳細地描述根據一實施例之構成AF機構202之各種組件。更具體言之，圖3A 至圖3D 說明AF機構202之移動部分的各種特徵，該移動部分可附接至AF機構202之固定部分並能夠相對於AF機構202之固定部分移動。將參看圖4A 至圖4F 描述AF機構202之固定部分。
圖3A 說明AF機構移動部分之一實施例的俯視透視圖。當移除AF偏轉線圈222時，如圖3A 中所說明，可見AF機構移動部分302包括：透鏡載體212；圍繞透鏡載體212之圓周定位的AF線圈214A、214B、214C及214D；及AF下部撓曲224。下部撓曲加勁件232可進一步附接至AF下部撓曲224。下部撓曲加勁件232可對AF下部撓曲224提供支撐且亦充當用於將AF機構移動部分302安裝至OIS基底230之安裝托架，如圖2 中所說明。
圖3B 說明透鏡載體212之俯視透視圖，其中移除AF線圈及下部撓曲。自此視圖，可見：透鏡載體212為實質上圓柱形結構，其經設定尺寸以支撐一透鏡(例如，透鏡102)並允許透鏡沿所要之自由度中之一或多者的移動。在此態樣中，透鏡載體212可包括：中心開口，其經設定尺寸以接納透鏡；及各個導引及銷部件，其經設定尺寸以將透鏡載體212連接至用以驅動透鏡載體212之移動的各個組件。代表性 地，透鏡載體212可具有自其外圓周壁延伸之導引部件240A、240B及240C，該等導引部件240A、240B及240C分別經設定尺寸以支撐AF線圈214A、214B及214C。應注意，亦沿透鏡載體212之背側提供實質上類似於所說明之導引部件之第四導引部件(未圖示)，以支撐AF線圈214D。導引部件240A、240B及240C經設定尺寸以配裝於AF線圈214A、214B、214C及214D中之每一者的中心開口，使得線圈圍繞透鏡載體212垂直地定向，如圖3A 中所說明。AF線圈214A、214B、214C及214D之此垂直定向促進透鏡載體212(且又促進相關聯透鏡)在AF操作期間在平行於定位於其中之透鏡之光軸的方向上的移動(亦即，根據DOF1)，及/或透鏡沿正交於光軸之軸線的旋轉或傾斜(亦即，根據DOF4或DOF5)。儘管未說明，但形成AF線圈214A、214B、214C及214D之導線的末端可連接至外部端子，外部端子可纏繞至透鏡載體212之兩側上之銷244A、244B上。導線之其他末端可結合至形成於透鏡載體212內之通道246A、246B、246C及246D中且直至透鏡載體212之頂部並摺疊至該部分之中間以供稍後與AF上部撓曲420(參看圖4A )連接。
導引部件240A、240B及240C可與透鏡載體212整體地形成或可為根據任何合適技術(例如，結合、焊接、黏接或其類似者)附接至透鏡載體212之單獨結構。應理解，儘管圖3B 中描述及/或說明具有特定幾何形狀之特定數目個(例如，四個)導引部件240A、240B及240C，但預期具有適於以所描述方式支撐AF線圈214A、214B、214C及214D的任何形狀之任何數目個導引部件240A、240B及240C。在所說明之實施例中，導引部件240A、240B、240C及第四導引部件(未圖示)圍繞透鏡載體212之外圓周均勻地隔開。然而，預期，在其他實施例中，導引部件可圍繞透鏡載體212之圓周相對於彼此不均勻地隔開。
透鏡載體212可進一步包括自透鏡載體212之頂表面延伸的上部 導引銷242A、242B、242C及242D，其促進將透鏡載體212附接至AF上部撓曲，如將參看圖4A 更詳細描述。可進一步沿透鏡載體212之圓周提供下部導引銷244A及244B。下部導引銷244A及244B可在實質上垂直方向上自透鏡載體之外壁延伸，且用以將透鏡載體212與AF下部撓曲224對準，如圖3A 中所說明。上部導引銷242A、242B、242C及242D及/或下部導引銷244A及244B可與透鏡載體212整體地形成或可為根據任何合適技術(例如，結合、焊接、黏接或其類似者)附接至透鏡載體212之單獨結構。應理解，儘管圖3B 中說明具有特定幾何形狀之特定數目個上部導引銷242A、242B、242C及242D及/或下部導引銷244A及244B，但可使用具有適於將透鏡載體附接至所要之結構及/或將透鏡載體與所要之結構對準的任何形狀之任何數目個上部導引銷242A、242B、242C及242D及/或下部導引銷244A及244B。代表性地，儘管沿透鏡載體212之正面僅說明兩個下部導引銷244A及244B，但預期，額外下部導引銷(例如，實質上類似於下部導引銷244A及244B的2個以上下部導引銷)可以類似方式沿透鏡載體212之背面定位。或者，單一下部導引銷可自透鏡載體212之一或多個側面延伸。
附接有AF線圈214A、214B、214C及214D之透鏡載體212附接至AF下部撓曲224且位於AF下部撓曲224之上。現在將參看圖3D 更詳細地描述AF下部撓曲224。AF下部撓曲224可具有併入於其中之各種彈簧及撓曲結構，其促進透鏡載體212及相關聯透鏡之根據先前參看圖1 所論述之所要自由度的移動。可根據任何合適之附接機構或系統將AF下部撓曲224附接(例如，結合)於透鏡載體212之底側上。舉例而言，在一實施例中，藉由將自透鏡載體212之底側延伸之銷(未圖示)與形成於AF下部撓曲224之自由端252A、252B、252C及252D內的孔253A及253B對準，將AF下部撓曲224附接至透鏡載體212之底部。
AF下部撓曲224攜載若干功能，包括AF機構202及OIS機構204中 之功能。在一實施例中，AF下部撓曲224可包括若干個下部撓曲總成224A、224B、224C及224D(例如，當裝設至致動器模組100中時，四個撓曲總成)，使得存在定位於致動器模組100之每一拐角中的一下部撓曲總成224A、224B、224C及224D。AF下部撓曲224可由薄片材料(例如，金屬材料薄片)製造為單一組件，其中澆口(未圖示)在製造過程期間加以移除。四個撓曲總成中之每一者可具有安裝至透鏡載體212之一部分，及安裝至AF機構固定部分之一部分。代表性地，自由端252A、252B、252C及252D可安裝至透鏡載體212且固定安裝部分256A、256B、256C及256D可安裝至AF機構固定部分。在一些實施例中，為了促進安裝，自由端252A、252B、252C及252D以及固定安裝部分256A、256B、256C及256D中之每一者可包括經設定尺以接納自其安裝至之結構延伸的銷或支柱的孔。
在此等兩個安裝區之間，下部撓曲總成224A、224B、224C及224D中之每一者可分別包括AF下部彈簧248A、248B、248C及248D。AF下部彈簧248A、248B、248C及248D中之一或多者可為將透鏡載體212懸置於AF機構202之固定部分上的彈簧桿。AF下部彈簧248A、248B、248C及248D可有助於使相關聯透鏡之傾斜及其他寄生運動以及抵抗VCM力之彈簧力最小化。在此態樣中，AF下部彈簧248A、248B、248C及248D中之每一者可具有適於以下情形之任何形狀及尺寸：為致動器模組100提供光軸方向(例如，軸線106)上之所要剛度等級、抵抗正交於光軸(例如，軸線108及軸線110)之運動之高剛度，且仍能夠耐受(諸如)在透鏡***及墜落測試期間的在正交於光軸之方向上的變形。
下部撓曲總成224A、224B、224C及224D中之每一者可進一步包括自OIS彈簧250A、250B、250C及250D延伸並附接至OIS基底230之端子末端(terminal end)254A、254B、254C及254D。OIS彈簧250A、 250B、250C及250D中之每一者定位於其各別端子末端254A、254B、254C及254D與安裝至AF機構固定部分之區(亦即，固定安裝部分256A、256B、256C及256D)之間。OIS彈簧250A、250B、250C及250D經設定尺寸以形成將AF機構固定部分鏈接至OIS機構之固定部分的鏈接區之部分。OIS彈簧250A、250B、250C及250D經進一步設定尺寸以適應OIS機構204在正交於相關聯透鏡之光軸之平面內的相對運動。換言之，OIS彈簧250A、250B、250C及250D能夠適應在兩個正交方向上(例如，在平行於第一橫軸108及第二橫軸110之方向上)之運動，並為此等運動提供適當回復力，以便抵抗VCM力。在一些實施例中，為了適應在兩個正交方向上之運動，可將OIS彈簧250A、250B、250C及250D彎曲成實質上「L」形結構，如圖3D 中所說明。
因此，在一些實施例中，可將AF下部彈簧248A、248B、248C及248D及OIS彈簧250A、250B、250C及250D之功能組合成單一組件。此組合係有利的，此係出於封裝原因，且進一步因為其提供為自AF機構202至致動器模組100之底部且最終至相關聯影像感測器基板之電連接排定路線的管道。詳言之，假定將AF下部撓曲224***成四個區，則其可適應直至透鏡載體212之四個電連接，AF線圈214A、214B、214C及214D安裝至透鏡載體212上。在此態樣中，可易於進行至AF機構202之僅四個電連接，且存在四個AF線圈214A、214B、214C及214D，每一者具有可用以控制至少三個自由度之兩個端子。
另外，在所說明之實施例中，OIS彈簧250A、250B、250C及250D實質上對稱，藉此標稱地消除寄生扭力。四個AF線圈214A、214B、214C及214D及其相關聯磁體亦可圍繞透鏡載體212對稱，以便不引入寄生傾斜扭矩。然而，可控制四個AF線圈214A、214B、214C及214D及其相關聯磁體，以便在需要時主動地使相關聯透鏡傾斜。再另外，將功能組合於若干組件中以消除複雜性。舉例而言，AF下 部撓曲224形成AF下部彈簧248A、248B、248C、248D及OIS彈簧250A、250B、250C、250D兩者。
應注意，在一些實施例中，AF下部撓曲224可能已將一或多個下部撓曲加勁件232A及232B安裝於其端子末端254A、254B、254C及254D上，該一或多個下部撓曲加勁件232A及232B有助於將撓曲總成附接在一起，藉此使AF下部撓曲224穩定。選擇用於下部撓曲加勁件232A及232B之材料及/或塗層，以維持其連接至之兩個端子(例如，端子末端254A及254B或端子末端254C及254D)之間的電隔離。另外，安裝端子258A、258B、258C及258D中之一或多者可自下部撓曲加勁件232A及232B延伸，以促進AF下部撓曲224在OIS基底230之上的安裝。
一旦組裝AF機構移動部分302(如圖3A 中所說明)，便將AF線圈214A、214B、214C及214D之端子熔接至AF下部撓曲224上之襯墊以完成AF機構移動部分302。舉例而言，將AF線圈214A、214B、214C及214D中之每一者纏繞至各別支柱244A、244B(在透鏡載體212之另一側上亦存在兩個支柱，自此視圖無法看見)上，各別支柱244A、244B機械地定位AF線圈214A、214B、214C及214D。接著分別將AF線圈214A、214B、214C及214D熔接至下部撓曲自由端252A至252D上。每一線圈之另一端延行至各別通道246A至246D中，以在將線圈全部熔接至AF上部撓曲420之前定位該等線圈(如較早所描述)。在一實施例中，可在AF上部撓曲420之對應部分內形成壓痕270A、270B(參見圖2)，其中通道中之導線直至AF上部撓曲420之頂表面上以用於熔接。
現將參看圖4A 至圖4F 描述AF機構固定部分之特徵。圖4A 說明附接至AF機構移動部分302之AF機構固定部分402之俯視透視圖。AF機構固定部分402可包括AF偏轉線圈222，其安裝於AF機構移動部分302 之上。AF上部撓曲420可附接至AF偏轉線圈222之頂表面。如自圖4B 可見，AF偏轉線圈222為實質上矩形框架型結構，其在每一拐角之上包括拐角支撐部件403A、403B、403C及403D。由於AF上部撓曲420亦具有矩形輪廓，因此AF上部撓曲420可沿其拐角藉由拐角支撐部件403A、403B、403C及403D中之每一者來支撐，使得AF偏轉線圈222懸置於AF上部撓曲420之上。
AF上部撓曲420可包括AF上部彈簧422A、422B、422C及422D，AF上部彈簧422A、422B、422C及422D跨越每一拐角延伸並將相關聯載體支撐部件424A及424B懸置於其末端處。代表性地，AF上部彈簧422A、422B、422C及422D中之每一者可在一末端處附接至AF上部撓曲420之壁且在一對置末端處附接至相關聯載體支撐部件424A或424B之一末端。載體支撐部件424A及424B又藉由(例如)***自透鏡載體212之頂表面延伸穿過形成於支撐部件424A及424B內之對應孔的上部導引銷242A、242B、242C及242D而附接至透鏡載體212。AF線圈214A、214B、214C及214D之端子可熔接至AF上部撓曲420，以在所有AF上部彈簧422A、422B、422C及422D之間形成電連接。AF上部撓曲420可藉由(例如)保形地塗佈AF偏轉線圈222而與AF偏轉線圈222電隔離。
AF上部彈簧422A至422D連同AF下部彈簧248A至248D將透鏡載體212懸置於AF機構固定部分402上。AF上部彈簧422A至422D及AF下部彈簧248A至248D組合在一起提供沿光軸之相對較低剛度，及在正交於光軸之方向上的相對較高剛度。由於AF上部彈簧422A至422D及AF下部彈簧248A至248D沿光軸相對於彼此安置，因此提供防止不合需要之傾斜(例如，相關聯之透鏡圍繞正交於光軸之軸線的旋轉)的剛度。
如自圖4C 中所說明的偏轉線圈222之仰視透視圖可見，AF磁體 416A、416B、416C及416D安裝並結合至AF偏轉線圈222中。在此態樣中，AF偏轉線圈222為實質上正方形框架狀結構，其具有形成拐角之側壁(如圖4B 中所說明)。AF磁體416A、416B、416C及416D可安裝至該等拐角中之每一者中，如圖4C 中所說明。在一實施例中，AF磁體416A、416B、416C及416D可為經設定尺寸以配裝於AF偏轉線圈222之拐角內的實質上三角形結構。
接著藉由以下操作將AF機構移動部分302安裝至AF機構固定部分402：將穿過AF下部撓曲224之固定安裝部分256A、256B、256C及256D形成之孔與自AF磁體416A、416B、416C及416D中之每一者的底部延伸的銷404A、404B、404C及404D(例如，每一AF磁體上兩個)對準。一旦將該等孔與該等銷對準，便可將AF下部撓曲224***至AF機構固定部分402之底部上，AF機構固定部分402又將透鏡載體212定位於AF偏轉線圈222之中心開口內，如藉由圖4D 說明。銷404A、404B、404C及404D亦可用以將AF基底部件418定位於AF下部撓曲224之上，如藉由圖4E 說明。應注意，儘管說明銷404A、404B、404C及404D，但預期，可使用適於對準並附接AF機構固定部分402與AF機構移動部分302的任何類型之機構(例如，螺栓、夾鉗、焊接或其類似者)。
AF基底部件418可用於若干不同目的。代表性地，AF基底部件418可形成將AF機構202接合至OIS機構204之支撐結構之部分。AF基底部件418亦可在墜落測試期間充當用於透鏡載體212之機械末端擋板。再另外，AF基底部件418可形成磁性偏轉線圈，其主要將磁場與AF機構202及OIS機構204分開。在此態樣中，AF基底部件418可為定位於AF下部撓曲224與OIS磁體之間的實質上平面框架狀結構。AF基底部件418可由適於執行上文所描述之功能之任何材料製成。舉例而言，AF基底部件418可由諸如磁性不鏽鋼材料或其類似者之金屬材料 製成。
圖4F 說明定位於AF機構移動部分302之上的AF偏轉線圈222之俯視透視圖，其中移除AF上部撓曲420。如自此視圖可見，AF機構移動部分302位於AF偏轉線圈222內並由AF偏轉線圈222環繞。AF上部撓曲420可附接(例如，結合)至透鏡載體212及AF偏轉線圈222，如圖4A 中所說明，以形成完整AF機構202。
現將參看圖5A 至圖5G 描述OIS機構204之各種態樣。圖5A 及圖5B 展示具有OIS基底部件502之OIS機構204，在操作期間，OIS機構204定位於每一OIS磁體226A、226B及226C下方，如圖2 中所說明。可將OIS基底部件502視為OIS機構固定部分，原因在於其在致動操作期間保持實質上固定。OIS基底部件502可包括一導電基底部分504、一絕緣基底部分506、OIS線圈512A、512B、512C及512D，以及球軸承514A、514B、514C及514D中之一或多者。OIS基底部件502可為經設定尺寸以在其拐角中之每一者處接納OIS線圈512A、512B、512C及512D之實質上矩形結構。OIS基底部件502可形成完整致動器模組之底部。OIS基底部件502之底側表面可在將致動器模組100整合至完整攝影機中時形成用於相關聯影像感測器101之安裝結合表面。
在一實施例中，OIS基底部件502為具有導電基底部分504之包覆模製件，其置放於射出成形機器中，且一絕緣基底部分506可圍繞其模製。OIS基底部件502可具有適於安裝於致動器模組100內之任何大小及形狀，例如，具有中心開口部分之實質上正方形形狀。在一實施例中，可將導電基底部分504***成十二個導電本體，如圖5B 中說明。代表性地，導電基底部分504可包括四個側導電本體508A、508B、508C及508D以及八個拐角導電本體510A、510B、510C、510D、510E、510F、510G及510H。側導電本體508A、508B、508C及508D可沿絕緣基底部分506之側壁而定位且拐角導電本體510A、 510B、510C、510D、510E、510F、510G及510H可定位於絕緣基底部分506之拐角處。儘管側導電本體508A、508B、508C及508D以及拐角導電本體510A、510B、510C、510D、510E、510F、510G及510H為單獨結構，但其可經製造為一起固持於一薄片(未圖示)上之澆口中的單一組件。一旦圍繞導電基底部分504包覆模製成可由(例如)塑膠材料製成之絕緣基底部分506，便移除澆口，從而將導電基底部分504***成十二個單獨導電本體508A、508B、508C、508D及510A、510B、510C、510D、510E、510F、510G、510H。儘管說明十二個導電本體，但預期，可將更多或更少導電本體提供於OIS基底部件502中。舉例而言，可僅側導電本體或僅拐角導電本體存在於OIS基底部件502中。導電本體508A、508B、508C、508D及510A、510B、510C、510D、510E、510F、510G、510H可具有適於定位於OIS基底部件502之所要區內的任何大小及形狀，但大體而言為相對較薄之細長結構。另外，儘管在一實施例中，使用上文所描述之包覆模製技術形成OIS基底部件502，但預期，可使用適於形成具有導電部分及絕緣部分之OIS基底部件的其他技術。舉例而言，可分別形成導電部分及絕緣部分且在形成其之後(例如)藉由將其熔接至彼此而將其附接至彼此。
圖5C 及圖5D 展示安裝於絕緣基底部分506上之其他組件。代表性地，如自圖5C 可見，絕緣基底部分506之拐角中的每一者包括具有自其延伸之一對銷520A、520B、520C及520D的凹入區。應注意，儘管在每一拐角中說明成對銷，但在每一拐角中可存在單一銷或兩個以上銷，例如三個銷。具有銷520A、520B、520C及520D之此等凹入區經設定尺寸以對準並支撐OIS線圈512A、512B、512C及512D，如圖5D 中所說明。在一實施例中，OIS線圈512A、512B、512C及512D中之每一者可實質上相同且可在實質上水平定向中定位，使得其開口圍繞 銷520A、520B、520C及520D定位，如所說明。然而，應理解，儘管說明銷型結構，但可使用任何類型之對準結構來沿OIS基底部件502根據所要定向定位OIS線圈(例如，類似於導引部件240A、240B、240C及240D之細長結構)。
在一實施例中，由於OIS線圈512A、512B、512C及512D中之每一者安裝於OIS機構204之固定部分(例如，OIS基底部件502)上，因此OIS磁體526A、526B、526C及526D又可安裝至致動器模組100之可移動部分，使得OIS磁體526A、526B、526C及526D可相對於OIS基底部件502移動。代表性地，OIS磁體526A、526B、526C及526D可安裝至AF基底部件418之底表面，AF基底部件418形成AF機構202之底部，如藉由圖5E 說明。此組態可為所要的，其中，如在本實施例中，OIS線圈512A、512B、512C及512D中之每一者需要兩個電連接，因此必須經由相關聯之安裝部分為總計8個連接排定路線。然而，預期，在其他實施例中，OIS線圈512A、512B、512C及512D中之每一者可安裝至移動部分且磁體安裝至固定部分。
OIS磁體526A、526B、526C及526D可經設定尺寸以重疊OIS基底部件502之拐角，使得OIS磁體526A、526B、526C及526D在OIS線圈512A、512B、512C及512D中之每一者之上對準。為了促進OIS磁體526A、526B、526C及526D在AF機構202之AF基底部件418與OIS基底部件502之間的對準，可在磁體之頂側或底側中之一或多者中形成凹座。由於OIS磁體526A、526B、526C及526D可由金屬燒結而成，因此添加凹座至此等組件可節省空間並降低複雜性。凹座可經設定尺寸以與自AF機構202之基底部件418及OIS基底部件502延伸的銷或支柱對準並接納該等銷或支柱。代表性地，在一實施例中，OIS磁體526A、526B、526C及526D中之一或多者(例如，OIS磁體526A)的頂側可包括一對頂側凹座540(如圖5F 中所說明)，其經設定尺寸以與(例 如)自AF磁體416A延伸並延伸穿過AF基底部件418之該對銷404A對準並接納該對銷404A，如參看圖4E 所描述。一對底側凹座542可進一步形成於OIS磁體526A、526B、526C及526D中之一或多者(例如，OIS磁體526A)的底側內，如圖5G 中所說明。底側凹座542可經設定尺寸以與球軸承514A、514B及514C對準並接納球軸承514A、514B及514C，球軸承514A、514B及514C沿OIS基底部件502之頂表面定位。球軸承514A、514B及514C可置放於OIS絕緣基底部分506中之凹座中。在一實施例中，存在置放於靠近絕緣基底部分506之拐角形成的三個凹座中的三個球軸承514A、514B及514C。然而，預期，可使用多於或少於三個之球軸承。球軸承514A、514B及514C導引OIS機構202之移動部分的運動，使得OIS機構202相對於影像感測器之實質上所有運動在正交於光軸之平面中。
應理解，為了OIS機構204之適當操作，必須維持球軸承514A、514B及514C與OIS導電基底部分504(其為OIS機構之固定部分)之間及球軸承514A、514B及514C與OIS機構之移動部分(亦即，具有OIS磁體526A至526D之部分)之間的接觸。在一實施例中，為了維持此接觸，在OIS機構移動部分(亦即，具有OIS磁體526A至526D之部分)與固定部分(亦即，OIS基底部件502)之間施加一吸引力。該吸引力可藉由導電基底部分504中之導電本體508A、508B、508C、508D及510A、510B、510C、510D、510E、510F、510G、510H(其可由磁性材料製成，諸如金屬)與OIS磁體526A至526D之間的磁吸引來供應。
另外，OIS基底部件502中之導電本體508A、508B、508C、508D及510A、510B、510C、510D、510E、510F、510G、510H上之表面形成與球軸承514A、514B及514C之接觸表面。以此方式，使滾動摩擦最小化，且當可能經由可使塑膠表面凹進之接觸表面施加高負載時，此等接觸表面將在墜落測試衝擊期間保持平坦。
在一實施例中，OIS基底部件502中之八個拐角導電本體510A、510B、510C、510D、510E、510F、510G、510H形成用於OIS線圈512A、512B、512C及512D之接觸端子。代表性地，拐角導電本體510A、510B、510C、510D、510E、510F、510G、510H可形成接觸端子560A、560B、560C、560D、560E、560F及560G，其為至OIS基底部件502之底側之電連接排定路線，其中，可隨後將其熔接至影像感測器基板上之襯墊。可將OIS線圈512A、512B、512C及512D之末端熔接至此等端子襯墊。在此態樣中，OIS導電基底部分504用於若干功能。代表性地，導電基底部分504提供用於球軸承514A、514B及514C之支承表面、用於OIS磁體526A、526B、526C及526D之磁吸引功能性，及用於OIS線圈512A、512B、512C及512D之接觸端子。
在一實施例中，可藉由以下操作來組裝OIS基底部件502：將OIS線圈512A、512B、512C及512D定位於基底銷520A、520B、520C及520D之上，及將OIS線圈512A、512B、512C及512D結合至OIS基底部件502。可將OIS線圈512A、512B、512C及512D之末端熔接至OIS基底部件502上之端子襯墊。接著將球軸承514A、514B及514C置放於形成於絕緣基底部分506內之凹座中。
在一實施例中，可藉由使用拐角中之銷將OIS磁體526A、526B、526C及526D結合至AF基底部件418之底側以定位該等OIS磁體來形成OIS機構移動部分(其在圖5E 至圖5G 中加以說明，且由OIS磁體526A、526B、526C及526D組成)。
一旦組裝，便可接著將附接有OIS磁體526A、526B、526C及526D之AF機構202安裝於OIS機構固定部分(換言之，OIS基底部件502)上，如圖2 中所說明。可將AF下部撓曲224之端子結合至OIS基底部件502。
接著藉由將外殼104定位於組合式AF及OIS機構總成之上及將外 殼104結合至OIS基底部件502來完成致動器總成。所提供之所得致動器模組100包括改良致動器效能之若干重要特徵。亦即，由於在每一拐角中存在OIS及AF線圈及磁體，因此保持未受控制之不對稱致動力最小。此情形又意謂幾乎不需要考慮來自OIS機構之大的扭力(圍繞光軸之扭矩)。另外，AF下部撓曲224上之OIS彈簧250A至250D係對稱的，藉此標稱地消除寄生扭力。四個AF線圈214A至214D及AF磁體416A至416D亦圍繞透鏡載體212對稱，以便不引入寄生傾斜扭矩。然而，可控制四個AF線圈214A至214D及AF磁體416A至416D，以便在需要時主動地使透鏡傾斜。再另外，將功能組合於若干組件中以消除複雜性。詳言之，OIS磁體526A至526D具有特徵(例如，凹座542)以定位球軸承514A至514C。AF下部撓曲224形成AF下部彈簧248A至248B及OIS彈簧250A至250D兩者。另外，OIS基底部件502包括用於若干功能之金屬組件(亦即，導電基底部分804)。亦即，導電基底部分504可充當OIS偏轉線圈以經由磁吸引將機構固持在一起；充當球軸承514A至514C之接觸表面的一半；及充當OIS線圈512A至512D之端子。
在本文中所描述之致動器架構之情況下，致動器模組100可用以驅動具有相對較小總攝影機佔據面積之攝影機內的相對較大透鏡。舉例而言，致動器模組100適於供具有頂部6.2mm直徑螺紋、底部6.5mm直徑螺紋之透鏡及具有小於8.5mm2 之總攝影機佔據面積的攝影機使用。
應進一步注意，致動器模組100使得有可能施加偏移電流至OIS線圈以在透鏡102(參看圖1 )上產生移位力，以補償歸因於製造變化及透鏡下垂產生的透鏡102與影像感測器之間的橫向對準誤差。透鏡下垂可發生於攝影機處於不同定向中時，如由行動電子器件中之加速度計判定。
舉例而言，在一實施例中，為了校正與不同攝影機定向相關聯 之「透鏡下垂」及/或「透鏡傾斜」，可針對光軸之三個可能的正交定向中之每一者評估下垂及傾斜，每一定向在任一方向上(亦即，共計六個)，該等定向中之一者包括攝影機垂直向上定向。在一實施例中，可將三個正交定向中之每一者的相對下垂及傾斜值(使用負值用於相反方向)儲存於(例如)手持型器件之控制器(例如，微處理器)中。接著，針對給定攝影機定向，如藉由加速度計根據重力之方向評估，將假定實際下垂及傾斜為針對不同方向分量的下垂及傾斜(或其對置者)之三個所儲存值的線性組合。
接著可使用電子行動器件內可見之陀螺儀內之傾斜共振結構來評估如在手晃動期間發生的器件之所施加角速度。陀螺儀可輸出用於每一經量測軸線之類比電壓信號，或數位信號。在任一狀況下，諸如手持型器件內之微處理器的控制器儲存陀螺儀資料串流且接著計算陀螺儀資料串流在時間上的積分，以便計算手持型器件之角度。陀螺儀為用於量測角速度之動態器件且因此具有頻寬之下限，在該下限內，可準確地評估角速度。因此，陀螺儀無法區別不同靜態角，且其準確度在逐漸降低之頻率下降級。為此，接著使用「高通濾波器」來濾波整合之陀螺儀資料，以實質上移除不準確之低頻資料。取決於濾波器之設計，可逐漸地移除低於1Hz或0.1Hz之角資訊。
致動器模組100可藉由準靜態偏壓電流來控制，使得在低頻下維持透鏡與影像感測器之間的相對透鏡位置。此情形考慮來自陀螺儀之準靜態資訊已被移除的事實。接著可變換及映射角資料之正交串流(自陀螺儀適當地積分及濾波)，以考慮與CIS機構204之移動軸相比較的陀螺儀之定向的任何差。所得資料表示攝影機關於正交於光軸且正交於每一OIS移動方向(例如，對角地跨越攝影機)之動作之線的軸線的角度之改變。
接著可執行與以下情形所需的透鏡移位之量相關聯的另一映 射：補償給定手晃動傾斜，及考慮針對給定驅動電流相關聯之OIS機構之移動。可針對每一移動方向校準每一致動器模組100，其中此等校準值經儲存用於每一攝影機。另外，亦可能存在另一映射(可能亦經校準用於每一致動器模組100)，其中針對OIS機構位置之給定所施加改變，主動地將傾斜之給定改變施加至透鏡。以此方式，對線性OIS機構之給定驅動將產生對傾斜機構之成比例驅動。
在此等映射操作之後，因此評估對應於給定攝影機角度(由手晃動賦予)之每一OIS方向的移動。基於此評估，在適當時，將對應於此移動之負值的驅動信號施加至每一OIS軸線(且可能施加至相關聯之傾斜軸)，以補償手晃動運動。
為了實現本文中所描述之此等各種傾斜、旋轉及移位移動，將用於AF機構及OIS機構兩者之線圈及磁體置放於致動器100之拐角中且，又將致動器100置放於大體上立方體攝影機中。與透鏡102之大小相比較，此定位使攝影機之大小最小化。更具體言之，將通常單一AF線圈***成四個單獨本體(例如，AF線圈214A至214D)，以便避免圍繞透鏡載體之側面延伸線圈。此情形又使在攝影機之佔據面積中的透鏡載體之大小最大化。此組態之優點在於：線圈之一半中的電流在與另一半中之電流相反的方向上相對於磁體流動。為了維持高空間效率，因此有必要在相反方向上極化磁體之兩個半部分，使得線圈之每一半上的所得洛倫茲力在相同方向上。在一實施例中，磁體經形成為單一結構，其中每一半在相反方向上極化。在替代實施例中，可將磁體***成兩片，且每一片在相反方向上極化，且接著將該兩片接合在一起。針對拐角中之OIS磁體及線圈配置(但正交地安裝)重複此相同基本結構，以便產生在所要方向上之力。
此基本組態最佳地說明於圖6 及圖7 中。圖6 為AF磁體及相關聯AF線圈之示意性表示。圖7 為圖6 之相同基本致動器結構之透視圖。AF 磁體及AF線圈如先前所論述併入至致動器模組100中。
在圖6 及圖7 中可見，每一AF磁體416之上半部分及下半部分(如在諸圖中檢視)在不同方向上極化。在此態樣中，每一AF磁體416之上部部分呈現至相關聯之AF線圈214的南極，而下部部分呈現北極(但亦預期相反極化)。
歸因於每一AF線圈214之相對定向，可見AF線圈214之上半部分攜載流「入」圖6 中之頁面的電流，且AF線圈214之下半部分攜載流「出」頁面之電流。給定AF磁體416之極化，此情形在AF線圈214之兩個半部分上相對於AF磁體416產生一淨「向上」洛倫茲力。使電流之方向反向將使洛倫茲力之方向反向。
圖7 展示來自AF機構202之一拐角的AF磁體416及AF線圈214。然而，應理解，對於AF機構之每一拐角中之AF磁體及AF線圈，基本機構係相同的。
圖8 展示用於AF線圈之連接方案且下文表10展示可如何使用不同連接來驅動AF線圈之實例。參看圖8 ，AF線圈214A至214D中之每一者的一端子電連接在一起，且AF線圈214A至214D中之每一者之另一端子連接至對應AF下部彈簧(例如，彈簧248A至248D)之端子中的一者。在一實施例中，全部連接在一起之AF線圈端子均連接至AF上部撓曲420，AF上部撓曲420起作用以將所有此等端子電連接在一起。AF上部撓曲420可由薄片材料(例如，金屬材料薄片)形成。在一實施例中，AF上部撓曲420及AF下部撓曲224(其包括AF下部彈簧248A至248D)兩者由材料薄片形成，且經組態使得兩個彈簧部件之薄片的假想平面在未變形(亦即，在靜止狀態中)時平行於彼此。AF上部撓曲420及AF下部撓曲224可沿光軸彼此分開，使得一者安裝於距影像感測器較遠處且另一者安裝於距影像感測器較近處。當驅動AF上部撓曲420時，存在至驅動信號之經順序驅動的四個單獨部分。可選擇循 環此等信號之頻率，使得其為高於可引起透鏡載體212之將使影像品質降級的振動之頻率的頻率，且理想地為超音波以避免任何聲雜訊。
對於循環中之每一驅動脈衝，驅動AF線圈214A至214D中之兩者，且因此兩個端子在作用中且剩餘兩個端子保持在高阻抗(有效地開路)。在每一驅動脈衝內，各種實際驅動信號係可能的。代表性地，可存在線性驅動電流，其中一端子在一驅動電壓下且另一端子連接至接地。取決於透鏡運動之方向，可改變電流之方向。在此態樣中，任一端子可在驅動電壓下而另一端子接地。此情形可意謂：驅動器之類比輸出可包括允許在兩個方向上驅動電流之H橋。再另外，驅動信號可為經脈寬調變(PWM)驅動信號，其中電流之方向可取決於行進之方向而變更。然而，可自恆定電壓供應器驅動AF線圈214A至214D，其中VCM力係藉由一或多個脈衝(取決於PWM驅動頻率)期間之電流「接通」時間來控制。
下文表1中說明例示性驅動方案。
如表1中所說明之驅動方案展示：針對四個驅動脈衝中之每一者，驅動AF線圈214A至214D中鄰近於彼此之兩者。以此方式，當驅動兩個此等AF線圈(例如，214A及214D或214B及214C)時，其沿光軸賦予透鏡載體212一力。此力偏離來自彈簧撓曲(例如，AF上部彈簧422A至422B及AF下部彈簧248A至248D)之淨反作用力，其因此亦將圍繞第一軸線之扭矩施加至透鏡載體212。
在下一(或前一)脈衝中，驅動AF線圈中在透鏡載體212之對置側上的兩者(例如，214A及214D或214B及214C)。對於標稱設計，若藉由相同信號來驅動AF線圈之兩個對置對(例如，AF線圈214A及 214D)，則扭矩將消除，從而意謂無透鏡載體212之淨傾斜。然而，若兩個信號之間存在偏移，則將存在傾向於使透鏡載體212圍繞第一軸線(例如，軸線108)傾斜(或旋轉)的淨扭矩。
在隨後(及/或先前)脈衝對中，AF線圈214A至214D中之兩者與其在其他側上之鄰近AF線圈214A至214D配對，以便允許透鏡載體212圍繞第二軸線(例如，軸線110)傾斜，第二軸線正交於第一軸線(例如，軸線108)。此方案允許驅動所有四個AF線圈214A至214D，且僅藉由總計四個外部電連接來控制三個自由度(例如，平行於光軸之移動(DOF1)，圍繞第一橫軸108之旋轉(DOF4)及圍繞第二橫軸110之旋轉(DOF5))。或者，可使用線性驅動方案，在該線性驅動方案中，同時驅動AF線圈214A至214D中之每一者。
現在將描述用於OIS操作(例如，根據DOF2及DOF3移位透鏡載體及相關聯之透鏡，以補償使用者手晃動)之例示性驅動方案。舉例而言，在一實施例中，將所有四個OIS線圈512A至512D電連接在一起，以便串聯地電連接對置拐角中之線圈。一對對角地對置之OIS線圈(例如，OIS線圈512D及512B)藉由完全獨立於另一對(例如，OIS線圈512A及512C)之電流源驅動器來驅動。因此，在電學上，OIS系統看起來像具有單獨電流源之「兩個」單獨線圈。特定驅動電流可接著對應於特定位置。代表性地，在一實施例中，驅動方案為驅動電流與所要位置成比例之一階簡單驅動方案。其他更複雜模型係可能的，包括校正滯後及線性，及可能校正在以較高頻率操作時的系統之動力學。
現在將參看圖9A 至圖9E 及圖10A 至圖10C 描述透鏡根據DOF1至DOF5中之每一者的移動。代表性地，圖9A 至圖9E 說明附接至AF機構202之AF下部彈簧中之一些AF下部彈簧的透鏡的截面側視圖。圖10A 至圖10C 說明附接至OIS機構204之OIS彈簧中之一些OIS彈簧的透鏡的截面側視圖。應注意，為易於說明及理解彈簧及移動透鏡之組態及移 動，並未展示形成AF機構202及OIS機構204之所有彈簧及其他組件，然而，根據先前論述之實施例，該等彈簧及其他組件係存在的。
代表性地，圖9A 說明沿第二橫軸110之側視截面圖，因此，自此視圖來看，AF下部彈簧248A及248B經展示為連接至透鏡102。儘管為了易於說明而未展示，但透鏡102可固持於透鏡載體212內且AF下部彈簧248A及248B附接至透鏡載體212之一部分。在圖9A 中，致動器模組100可處於靜止狀態(例如，未施加電力)中，使得透鏡102處於實質上水平位置中且AF下部彈簧248A及248B實質上未變形。可在(例如)自動聚焦操作期間致動(例如，施加電力)致動器模組100，使得透鏡102在平行於光軸106之方向上移動，如圖9B 中所說明。換言之，透鏡102根據DOF 1向上(或向下)移動，如藉由箭頭1002說明。AF下部彈簧248A及248B又在如所展示之向上(或向下)方向上變形(例如，拉伸)。如先前所論述，AF機構202亦可用以使透鏡102傾斜。代表性地，如圖9C 中所說明，圖9C 亦為沿第二橫軸110之視圖，當透鏡102如藉由箭頭1004說明圍繞第二橫軸110旋轉時，透鏡102傾斜，使得AF下部彈簧248B在向上方向上變形且AF下部彈簧248A保持處於實質上未變形(例如，水平)組態。如藉由箭頭1004說明，圍繞第二橫軸110之旋轉達成透鏡102根據DOF4之移動。圖9D 說明AF下部彈簧及與AF機構202相關聯之透鏡的另一截面圖，然而，此視圖係沿第一橫軸108，使得可展示DOF5。代表性地，自此視圖來看，沿第一橫軸108，可見AF下部彈簧248B及248C連接至透鏡102。圖9D 說明此等態樣，當致動器100處於靜止狀態時，因此透鏡102及AF下部彈簧248B及248C處於實質上水平未變形定向。一旦施加電力，透鏡102便可圍繞第一橫軸108旋轉，如藉由圖9E 中之箭頭1006展示，使得透鏡102傾斜且AF下部彈簧248C在向上方向上變形(例如，拉伸)，而AF下部彈簧248B保持處於實質上靜止未變形位置(例如，水平)中。如藉由箭頭1006說明，圍繞第一橫軸108之旋轉達成透鏡102根據DOF5之移動。
圖10A 至圖10C 說明連接至OIS彈簧中之兩者(亦即，OIS彈簧250A及250B)的透鏡102之俯視圖。圖10A 說明在靜止位置中之透鏡102及OIS彈簧250A及250B，在靜止位置中，透鏡102未根據OIS操作移位。圖10B 說明透鏡102在平行於第一橫軸108之方向上的移位以達成DOF2。代表性地，將透鏡102向左(或右)移位，以便自OIS彈簧250A及250B之實質上「L」形靜止組態修改OIS彈簧250A及250B以適應透鏡移位。圖10C 說明透鏡102在平行於第二橫軸110之方向上的移位以達成DOF3。代表性地，在向後(或向前)方向上移位透鏡102，使得OIS彈簧250A及250B變形(例如，擴展)以適應透鏡移位。儘管未說明OIS彈簧250C及250D，但應理解，剩餘彈簧之組態將取決於透鏡102移位之方向而以類似方式變形。
本文中已描述用於組裝致動器模組100及操作致動器模組100之例示性程序。然而，應理解，此等僅為用於組裝及操作致動器模組之例示性程序且該等步驟中之任何一或多者可以不同次序來執行，或其他程序可適於達成相同結果。
圖11 說明本文中所描述之致動器的一實施。代表性地，致動器模組100可安裝於行動電子器件1100中所含有之小型攝影機內。此處，使用者正在觸控式螢幕取景器上進行一手動或觸碰選擇，該取景器正預覽關注之物件1114，其中具有致動器模組100之攝影機透鏡系統1102瞄準該物件。選擇可呈目標圖形1104(諸如，可由使用者在觸控式螢幕1106上繪製之輪廓)之形式。或者，選擇或目標圖形1104可為隨使用者之手指跨越螢幕1106而移動的固定圖框或固定實心區域。在AF操作期間，致動器模組100移動安裝於其中之透鏡元件，使得關注之物件1114(例如)根據DOF1而聚焦。致動器模組100亦可移動透鏡元 件以補償透鏡下垂，透鏡下垂可由使用者在試圖俘獲影像的同時傾斜行動器件引起。此移動可根據DOF4或DOF5。再另外，致動器模組100可在OIS操作期間移位透鏡元件以(例如)根據DOF2及/或DOF3補償使用者手晃動。可進一步提供閃爍顯示元件1110以照明關注之物件1114。一旦使用者判定關注之物件1114聚焦，使用者便可藉由按壓虛擬快門按鈕圖示1108而俘獲影像。
雖然已描述並在隨附圖式中展示某些實施例，但應理解，此等實施例僅為說明性的且不限制廣泛的發明，且本發明不限於所展示及所描述之特定構造及配置，此係由於一般熟習此項技術者可想到各種其他修改。舉例而言，儘管致動器經描述為供用於小型攝影機中，但預期，可按比例調整致動器之大小及尺寸，以適應任何大小攝影機或需要類似於由本文中所描述之致動器引起之移動的透鏡或其他組件之移動的其他器件。再另外，儘管揭示致動器在行動器件中之使用，但進一步預期，致動器可用以驅動整合於任何種類之電子器件中的任何種類之攝影機(例如，靜態及/或視訊)或未整合至另一器件中之攝影機內的透鏡元件之移動。代表性非行動器件可包括桌上型電腦、電視或其類似者。因此，描述應被視為說明性的而非限制性的。
100‧‧‧致動器模組/致動器
202‧‧‧AF機構
204‧‧‧OIS機構
212‧‧‧透鏡載體
222‧‧‧AF偏轉線圈
226A‧‧‧OIS磁體
226B‧‧‧OIS磁體
226C‧‧‧OIS磁體
230‧‧‧OIS基底

Claims (24)

  1. 一種透鏡致動器模組，其包含：一自動聚焦(AF)機構，其能夠根據至少三個自由度移動一透鏡，該AF機構具有一線圈及一磁體總成以用於驅動該透鏡根據該至少三個自由度之移動；及一光學影像穩定(OIS)機構，其能夠根據至少兩個自由度移動該透鏡，該至少兩個自由度不同於該至少三個自由度，該OIS機構具有一線圈及一磁體總成以用於驅動該透鏡根據該至少兩個自由度之移動。
  2. 如請求項1之致動器模組，其中該AF機構之該線圈及該磁體總成包含可藉由一電流驅動之至少四個單獨線圈及至少四個單獨磁體，其中該等線圈及該等磁體一起控制該透鏡之焦點位置。
  3. 如請求項1之致動器模組，其中該至少三個自由度包含該透鏡在平行於該透鏡之光軸的一方向上相對於一影像感測器之移動，及該透鏡相對於該影像感測器的圍繞正交於該光軸之兩個軸線的旋轉。
  4. 如請求項2之致動器模組，其中該四個單獨線圈安裝於該透鏡或一透鏡載體上，且該四個磁體安裝於該AF機構之一固定支撐結構上。
  5. 如請求項1之致動器模組，其中該OIS機構之該線圈及該磁體總成包含至少四個單獨線圈及至少四個單獨磁體，其中該等線圈及該等磁體一起使該透鏡移動以補償使用者手晃動。
  6. 如請求項1之致動器模組，其中該至少兩個自由度包含該透鏡在正交於光軸之至少兩個不同方向上的移動。
  7. 如請求項1之致動器模組，其進一步包含： 一上部彈簧總成及一下部彈簧總成，其在組合時將該透鏡或一透鏡載體懸置於該AF機構上。
  8. 如請求項1之致動器模組，其中每一磁體包含至少兩個區，該至少兩個區在相反方向上極化以便在每一對應線圈之兩側上產生在相同方向上之洛倫茲力。
  9. 如請求項1之致動器模組，其中該OIS機構進一步包含：複數個球軸承，其用以使該OIS機構之寄生運動最小化並將OIS機構移動限於正交於該透鏡之一光軸的方向。
  10. 如請求項9之致動器模組，其中該複數個球軸承藉由以下兩者之間的一磁吸引而維持接觸：安裝於該OIS機構之一移動部分上的該等OIS機構磁體，與形成該OIS機構之一固定部分之部分的一磁性材料。
  11. 如請求項1之致動器模組，其中該致動器模組經設定尺寸以供用於一手持型器件之一小型攝影機內。
  12. 一種用於控制一小型攝影機中之一透鏡之一位置的致動器模組，該致動器模組包含：一自動聚焦(AF)機構，其具有複數個單獨線圈部件及對應磁體部件，以用於控制一透鏡相對於一影像感測器的沿該透鏡之一光軸之一焦點位置及該透鏡圍繞正交於該光軸之一或多個軸線的一旋轉位置；及一光學影像穩定(OIS)機構，其具有正交於該AF機構之該等線圈部件而定位的複數個單獨線圈部件及對應磁體部件，以用於控制該透鏡相對於該影像感測器的在正交於該光軸之方向上的一線性位置，該線性位置用以補償使用者手晃動。
  13. 如請求項12之致動器模組，其中該AF機構之該複數個單獨線圈部件包含安裝於該透鏡或一透鏡載體上之至少四個線圈，且該 AF機構之該複數個磁體包含安裝於該AF機構之一固定支撐結構上的至少四個磁體。
  14. 如請求項13之致動器模組，其進一步包含：一上部撓曲及一下部撓曲，其在組合時，兩者將該透鏡或該透鏡載體懸置於該AF機構之該固定支撐結構上，且其中該下部撓曲形成該AF機構之一AF彈簧及該OIS機構之一OIS彈簧，該AF彈簧及該OIS彈簧促進該透鏡或該透鏡載體根據所要自由度的移動。
  15. 如請求項14之致動器模組，其中該上部撓曲及該下部撓曲係由一材料薄片形成，並經組態使得該上部撓曲及該下部撓曲的假想平面在未變形時平行於彼此且彼此沿該光軸分開，使得該上部撓曲及該下部撓曲之一者安裝於距該影像感測器較遠處且該上部撓曲及該下部撓曲之另一者安裝於距該影像感測器較近處。
  16. 如請求項14之致動器模組，其中該下部撓曲包含複數個撓曲總成，該等撓曲總成中之每一者具有：一固定安裝部分，其將該透鏡或該透鏡載體鏈接至該AF機構之一固定部分；及一端子末端部分，其將該AF機構之該固定部分鏈接至該OIS機構之一固定部分。
  17. 如請求項12之致動器模組，其中該AF機構之每一線圈的一電端子全部電連接在一起。
  18. 如請求項14之致動器模組，其中該AF機構之每一線圈的一電端子全部電連接至該上部彈簧部件。
  19. 如請求項12之致動器模組，其中該AF機構及該OIS機構中之每一磁體包含至少兩個區，該至少兩個區在相反方向上極化以便在每一對應線圈之兩側上產生在相同方向上之洛倫茲力。
  20. 如請求項12之致動器模組，其中該OIS機構包含球軸承，其用以使該OIS機構之寄生運動最小化並將移動限於正交於該透鏡之該光軸的方向。
  21. 如請求項20之致動器模組，其中該等球軸承藉由以下兩者之間的一磁吸引而維持與該OIS機構接觸：安裝於該OIS機構之定位於該等球軸承之上的一移動部分上的該OIS機構之磁體，與形成該OIS機構之在該等球軸承下方的一固定部分之部分的一導電本體。
  22. 如請求項21之致動器模組，其中該OIS機構之該等磁體具有經設定尺寸以接納該等球軸承之凹座及形成用於該OIS機構之該移動部分的滾動接觸表面之表面。
  23. 如請求項21之致動器模組，其中該OIS機構固定部分上之該導電本體之部分充當該等球軸承與該OIS機構固定部分之間的接觸表面。
  24. 一種透鏡致動器模組，其包含：一自動聚焦(AF)機構，其能夠根據至少三個自由度移動一透鏡，該AF機構包含：(1)一第一部分，其具有圍繞一透鏡載體定位之複數個AF線圈以及一上部撓曲總成及一下部撓曲總成，該上部撓曲總成及該下部撓曲總成沿該透鏡載體之相對側定位以將該透鏡載體懸置於該AF機構內；及(2)一第二部分，其具有定位於一偏轉線圈部件內之複數個AF磁體，其中該偏轉線圈部件圍繞該第二部分定位，使得該等AF磁體沿該等AF線圈之與該透鏡載體對置之一側且該第一部分可相對於該第二部分移動；及一光學影像穩定(OIS)機構，其能夠根據至少兩個自由度移位該透鏡，該至少兩個自由度不同於該至少三個自由度，該OIS機構包含：(1)一基底部件，其具有圍繞該基底部件定位之複數個 OIS線圈，其中該等OIS線圈正交於該等AF線圈；及(2)複數個OIS磁體，其附接至該第一部分之一底側並定位於該等OIS線圈之上，以便根據該至少兩個自由度相對於該基底部件移位該第一部分。
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