透镜控制装置 【技术领域】
本发明涉及一个透镜控制装置，特别涉及一个用于光学成像模块内自动对焦和运动校正功能的透镜控制装置。
【发明背景】
传统照相机包括多个电子控制装置以协助摄取图像。例如，一个自动对焦装置可以用来将用户期望的图像摄入到焦距内。这可以通过沿着光轴移动透镜以控制透镜和图像摄取机构之间的距离来实现。另一个电子控制装置是抖动补偿装置，其补偿照相机机体的抖动，如因手震而引起的照相机抖动。这种技术通常要求透镜模组内的一个透镜能相对于图像摄取装置而移动，以减少由照相机运动引起的图像模糊效应(image blurringeffect)。
目前，已经有照相机模组用于手机。现有的抖动补偿装置并不适合手机，因为它们通常体积较大，不可能放置在手机内。因此，需要一种透镜控制装置，其能够克服现有装置的这些或其他缺陷。
发明概述
依照本发明的一个实施例，披露了一个能够提供自动对焦和运动控制的透镜控制装置。透镜控制装置包括一个壳体(casing)；一个成像透镜支架，其承载一个成像透镜单元，成像透镜支架在壳体内可以沿着成像透镜单元的光轴方向移动，成像透镜支架还可在壳体内摆动；一个自动对焦致动器，其被安置在壳体内，其中自动对焦致动器被设置在壳体内驱动成像透镜支架沿着光轴方向移动；第一横向致动器，其被安置在壳体内，其中第一横向致动器能提供一个作用力在成像透镜支架上，令成像透镜支架沿第一方向作出摆动；以及第二横向致动器，其被安置在壳体内，其中第二横向致动器能提供一个作用力在成像透镜支架上，令成像透镜支架沿第二方向作出摆动，第一方向和第二方向可以是互相垂直，其中至少一部分自动对焦致动器被连接到成像透镜支架，并且至少一部分第一横向致动器和至少一部分第二横向致动器各自被连接到成像透镜支架。
依照本发明的另一个实施例，披露一个透镜控制装置能提供自动对焦和运动控制，其运作是由控制器发送的信号所控制的。透镜控制装置包括一个壳体；一个可在壳体内沿着光轴方向移动的成像透镜支架，成像透镜支架还可在壳体内摆动；一个自动对焦控制机构，其中自动对焦控制机构接收控制器的对焦信号，並根据对焦信号驱动成像透镜支架，使成像透镜支架沿着光轴方向移动；以及一个运动控制机构，其中运动控制机构能接收控制器的运动控制信号，並根据对运动控制信号控制成像透镜支架的摆动。
依照本发明的另一个实施例，披露了一种提供自动对焦和运动控制的成像透镜控制装置。成像透镜控制装置包括一个壳体；一个可沿着光轴在壳体内移动的成像透镜单元，成像透镜单元还可在壳体内摆动；一个自动对焦致动器，其被安置在壳体内，其中自动对焦致动器被设置在壳体内驱动成像透镜单元沿着光轴方向移动；第一横向致动器，其被安置在壳体内，其中第一横向致动器能提供一个作用力在成像透镜单元上，令成像透镜单元沿第一方向作出摆动；以及第二横向致动器，其被安置在壳体内，其中第二横向致动器能提供一个作用力在成像透镜单元上，令成像透镜单元在沿第二方向作出摆动，其中至少一部分自动对焦致动器被连接到成像透镜单元，并且至少一部分第一横向致动器和至少一部分第二横向致动器各自被连接到成像透镜单元。
【附图说明】
图1是本发明一个实施例的透镜控制装置的示意图；
图2是本发明一个实施例的图1所示透镜控制装置的侧视图；
图3是本发明一个实施例的图1所示透镜控制装置的俯视图；
图4是本发明一个实施例的图1所示透镜控制装置的侧视截面图；
图5是本发明一个实施例的图1所示透镜控制装置的分解图；
图6是本发明一个实施例的透镜支架和自动对焦致动器的部分示意图；
图7是本发明一个实施例的透镜支架和运动控制致动器的部分示意图；
图8是本发明第二实施例的透镜控制装置的侧视截面图；
图9A是本发明一个实施例的图8所示透镜控制装置的分解图；
图9B是本发明一个实施例的图8所示透镜控制装置内自动对焦致动器的一个线圈和一个下弹簧之间电连接的部分俯视图；
图9C是本发明一个实施例的图8所示透镜控制装置的两个运动控制致动器和一个上弹簧之间电连接的部分示意图；
图10是本发明一个实施例的一种透镜控制装置的侧视截面图；
图11是本发明一个实施例的图10所示透镜支架和运动控制致动器的部分示意图；
发明详述
在以下的描述里，通过描述并参照附图，显示了本发明的具体实施例。将会理解，在没有脱离本发明范围的前提下，可以对其作出结构和其它方面的改变，而作为其它实施例。而且，各种实施例及其每个不同实施例的各个方面可以以任何合适的方式进行组合使用。因此，附图和详述在本质上被看作是描述性的而非限制性的。在每个附图里，相同的部件是由相同的参考编码表示。
本发明实施例通常涉及一种具有自动对焦和运动控制功能的透镜控制装置。依照一个实施例，透镜控制装置包括一个成像透镜支架，其用来承载一个成像透镜单元；和多个致动器，此多个致动器被设置在成像透镜控制装置内驱动成像透镜支架沿预设方向移动。成像透镜支架是根据自动对焦控制信号和运动控制信号作出运动。例如，当作为照相机部件时，成像透镜支架可以移近或移远摄像目标以调整焦距。而且，可以移动或摆动(pivot)成像透镜支架来补偿照相机使用时发生的任何摇晃或其它运动。例如，考虑到成像透镜单元的光轴是朝向摄像目标，成像透镜支架可以水平和垂直地摆动以处理两个不同方向上的运动。
参照图1到3，显示了一个透镜控制装置100。图1是透镜控制装置100的示意图，图2是图1所示透镜控制装置100的侧视图，而图3是图1所示透镜控制装置100的俯视图。透镜控制装置100包括一个上壳体102、一个下壳体104、一个成像透镜单元106、以及支座116。上壳体102和下壳体104连接起来而形成透镜控制装置100的壳体。依照一个实施例，透镜控制装置100的工作部件都安装在此壳体内。
根据本发明一个实施例，图4是图1所示透镜控制装置的侧视截面图。该截面图是从图3内线A处所剖。在截面图里，显示并描述了透镜控制装置部件的配置和运行，包括在图1到3内所示的那些部件。显示了上壳体102、下壳体104、成像透镜单元106、和自动对焦致动器磁性部件108。成像透镜单元106与成像透镜支架110啮合。在一个实施例里，成像透镜单元106的外表面有螺纹，而成像透镜支架110也有螺纹，其对应成像透镜单元106的螺纹，通过螺纹啮合，成像透镜单元106与成像透镜支架110连接起来。线圈112附在成像透镜支架110上，其中线圈112的运动会使成像透镜支架110产生相应的运动。在下壳体102上有多个角柱(corner post)114，下壳体102的每个角上各有一个角柱，每个角柱114与一个对应的支座116接合。每个支座116通常位于成像透镜控制装置100的角位置上。一组4个自动对焦致动器磁性部件108被安置在壳体内，每个都位于下壳体104的每个角上。每个支座116都与一个对应的自动对焦致动器磁性部件108接合。每个自动对焦致动器磁性部件108相对于线圈112能产生相互作用力。线圈112与自动对焦致动器磁性部件108构成了一个自动对焦致动器119。从而，提供了一个自动对焦机制用于控制成像透镜单元106的自动对焦运动。
一组致动器磁性部件能与第一线圈120和第二线圈124产生相互作用(图5所示)。致动器磁性部件的第一磁性部件118被安置靠近第一线圈120。第一磁性部件118和第一线圈120构成第一致动器121。致动器磁性部件组的第二磁性部件122(图5所示)和第二线圈124(图5所示)构成第二致动器125。从而，提供了一个运动控制机制用于控制成像透镜单元沿两个方向作出摆动运动(pivoting motion)。
在一个实施例里，第一致动器121和第二致动器125都被设置以产生横向运动。但是，由于有下弹簧126和上弹簧128，因此沿着光轴在下弹簧126和上弹簧128之间实际上产生了一个支点。但是，依照不同实施，支点可以产生在控制装置内的不同位置上。为了便于描述成像透镜支架110的运动，支点通常应该被看作参照标准，而不是一个物理部件或另一个部件绕其摆动的位置。成像透镜支架110的位置将在纵向运动(自动对焦运动)期间相应地发生改变，因此第一横向致动器121和第二横向致动器125的横向运动使成像透镜支架110关于支点发生摆动运动。因为第一横向致动器121和第二横向致动器125施加作用力在成像透镜支架110上，无论是一起还是单独施加作用力，都会产生倾斜运动，使得成像透镜支架110关于支点发生摆动。在另一个实施例里，第一横向致动器121和第二横向致动器125相对于上弹簧和下弹簧可以在不同位置上，以增加距离支点的力矩臂长度，这可以减小需要产生倾斜运动的作用力，并避免不必要的横向移动。
下弹簧126位于下壳体104内，而上弹簧128位于上壳体102内。下弹簧126被安装在下壳体104和成像透镜支架110之间，而上弹簧128被安置在上壳体102和成像透镜支架110之间。下弹簧126和上弹簧128协助控制成像透镜支架110在壳体内移动。例如，下弹簧126和上弹簧128可以各自是一个螺旋弹簧(coil spring)，直径比成像透镜支架110的直径大。下弹簧126和上弹簧128也可以各自是一个片弹簧(leaf spring)，或者一个或多个片弹簧被安置靠近成像透镜支架110的相应末端。上弹簧和下弹簧也可以位于不同的位置上。例如，下弹簧126和上弹簧128可以相互靠近安置在成像透镜支架110的一个末端上。
根据本发明一个实施例，图5是图1所示透镜控制装置的分解图。透镜控制装置100包括上壳体102和下壳体104，其装入透镜控制装置的其余部件。成像透镜单元106被安置在壳体内，上壳体102和下壳体104都有在上下壳体102、104内设定的开口，以允许移动通过开口或允许使用成像透镜单元106进行图像摄取。图5还显示了上弹簧128、下弹簧126、成像透镜支架110、包含线圈112和自动对焦致动器磁性部件108的自动对焦致动器、包括第一磁性部件118和第一线圈120的第一横向致动器、包括第二磁性部件122和第二线圈124的第二横向致动器。
虽然“上”和“下”是参照如附图所示的透镜控制装置100的朝向进行描述，在实际运作时，光轴是与透镜控制装置100进行照相的方向对齐。例如，如果光轴通常与地面水平，第一横向光轴应该与地面水平，并通常垂直于光轴。第二横向光轴通常垂直于光轴，并与第一横向光轴在一个平面上。
图6是本发明一个实施例的成像透镜支架和自动对焦致动器的示意图。自动对焦致动器包括线圈112和自动对焦致动器磁性部件108。在所述实施例里，显示了4个磁性部件108，每个都位于透镜控制装置100壳体的每个角上(图1)。当提供电流到线圈112时，线圈112会产生动力。线圈112被固定连接到成像透镜支架110上，使得线圈112的运动最终推动致成像透镜支架110产生运动。自动对焦致动器磁性部件108靠近线圈112，使得由电流流经每个线圈112时引起的电磁场与每个自动对焦致动器磁性部件108的磁场产生相互作用，这有助于线圈112的运动。依照一个实施例，自动对焦致动器磁性部件108垂直于线圈112的表面，以增强成像透镜支架110相对自动对焦致动器磁性部件108的平移运动。自动对焦致动器磁性部件108通常被固定在壳体内，如通过支座116(图3)和下壳体104(图3)，从而令线圈112和成像透镜支架110相对于磁性部件108作出反方向的运动。
由于磁性部件108的磁场和因电流流经线圈112引起的电磁场之间的相互作用，产生一个平行于光轴方向的作用力，结果成像透镜单元106会沿着光轴垂直地移动。线圈112的垂直移动被转换成至少部分与线圈112连接的成像透镜支架110的垂直移动。磁性部件108的底部朝向线圈112，而磁性部件108的顶部朝向部分成像透镜支架110，以接受由线圈112施加的作用力。
自动对焦致动器119与第一和第二横向致动器121、125都可以独立地运作和控制。因此，这种独立运作能精确地控制各致动器的功能，而且根据所需，各致动器可以单独或一起运作以便达到自动对焦功能和运动控制功能。在另一个实施例里，自动对焦功能的控制和运动控制功能的控制可以独立地执行，主要取决于实际应用时的要求。
图7是本发明一个实施例的成像透镜支架和运动控制致动器的示意图。参照第一和第二横向致动器，每个第一和第二磁性部件118、122分别安装在相对于每个第一和第二线圈120、124的位置，使得每个第一和第二磁性部件118、122都面向成像透镜支架110，并几乎垂直于成像透镜支架110的表面。当接通电流时，第一和第二线圈120、124分别移开第一和第二磁性部件118、122，从而产生横向运动。由于每个第一线圈120和第二线圈124被固定连接到成像透镜支架110，或依照另一个实施例，被安置靠近成像透镜支架110，第一和第二横向致动器121、125的接合使得成像透镜支架110在两个方向上产生移动。由第一和第二横向致动器121、125产生的横向运动导致成像透镜支架110发生倾斜，成像透镜支架110内的成像透镜单元106同时发生倾斜，这可以抵消成像透镜控制装置100的设备的逆向运动。
自动对焦致动器119和第一和第二横向致动器121、125可以是任何合适类型的致动器。在另一个实施例里，一个或多个致动器是音圈马达(VCM)致动器。在另一个实施例里，一个或多个致动器是压电致动器。一个或多个致动器也可以是电活性高分子装置，或能够产生期望运动的任何其它合适类型的致动器。
横向致动器121、125可以被独立控制，或可以以串联方式电连接，取决于所需的控制类型。依照一个实施例，对于运动控制，可以连接第一线圈120和第二线圈124，使得流经第一线圈120和第二线圈124的电流能够独立控制每个第一和第二线圈120、124。
线圈是由导电材料制成。除了线圈和磁性部件之外，透镜控制装置的部件，如壳体和成像透镜支架110，可以是由非磁性材料制成，如塑料或非磁性合金，从而不会与线圈和磁性部件的磁场相互干扰。
虽然在附图内成像透镜单元106和成像透镜支架110被描述为两个独立部件，依照另一个实施例，成像透镜单元106和成像透镜支架110可以被集成形成一个部件。因此，依照另一个实施例，每个自动对焦致动器119、第一横向致动器121、和第二横向致动器125可以直接作用在成像透镜单元106上。成像透镜单元106和成像透镜支架110通常被称为一个成像透镜部件。所以，依照本发明的一个实施例，成像透镜部件包括成像透镜单元106和成像透镜支架110。依照另一个实施例，成像透镜部件包括成像透镜单元106，其中各种部件与成像透镜单元106配合协作，类似于参照成像透镜支架110的以上描述。依照一个实施例，成像透镜单元包括一个或多个光学透镜用来成像。可以使用任何合适的成像透镜单元106，并且成像透镜单元也可以包括实现本发明目的而需要的其它部件。
图8是本发明第二实施例的一种透镜控制装置的侧视截面图。图8显示透镜控制装置的内部构造的另一个实施例。外部构造通常类似于如图1到3所示。因此，图8所示的截面图也从图3所示的虚线A所剖。
显示有上壳体102、下壳体104、成像透镜单元806、和自动对焦致动器磁性部件108。在图8所示的实施例里，显示成像透镜单元806没有任何成像透镜支架。线圈112附在成像透镜单元806上，其中线圈112的运动会产生成像透镜单元806的相应运动。下壳体104上有多个角柱114，每个角柱位于下壳体104的每个角上，与一个相应支座116接合。线圈112与自动对焦致动器磁性部件108构成一个自动对焦致动器119。一组致动器磁性部件被安置以能够与第一线圈120和第二线圈(图中未显示)相互作用。致动器磁性部件的第一磁性部件118靠近第一线圈120。第一磁性部件118和第一线圈120构成第一致动器121。致动器磁性部件组的第二磁性部件和第二线圈构成第二致动器。因此，提供了一个运动控制机制用来控制成像透镜806在两个方向上的摆动运动。图8所述的成像透镜控制装置的实施例运作类似于图4所述的实施例。
下弹簧126被安置在下壳体104内，而上弹簧128被安置在上壳体102内。下弹簧126被安置在下壳体104和成像透镜单元806之间，而上弹簧128被安置在上壳体102和成像透镜单元806之间。下弹簧126和上弹簧128协助控制成像透镜单元806在壳体内的移动。例如，每个下弹簧126和上弹簧128可以是一个螺旋弹簧，直径大于成像透镜单元806的直径。下弹簧126和上弹簧128也可以各自是一个片弹簧，或一个或多个片弹簧被安置靠近成像透镜单元806的各个末端。
本发明实施例可以包括自动对焦致动器和运动控制致动器的组合，自动对焦致动器和防震致动器施加作用力在成像透镜支架上，以产生沿着光轴方向的移动和令光轴倾斜的运动。因此，成像透镜支架能独立地由自动对焦致动器和运动控制致动器控制运动，其中一个致动器移动成像透镜支架，而另一个致动器不会。如之前所述，在运行时，一个支点会在上弹簧和下弹簧之间形成。但是，取决于特定的结构，支点可以在透镜控制装置内的其它位置上形成。在一个实施例里，上和下弹簧关于一个或多个二等分轴对称。弹簧的对称性可以影响支点的位置，这又会影响成像透镜支架110的倾斜运动。例如，弹簧的对称性有助于使支点位置保持在光轴之上，并最小化或限制成像透镜支架110的平移运动。
参照图9A、9B和9C，显示了本发明的一个实施例，其中下弹簧926和上弹簧928被用作电极。下弹簧926和上弹簧928被电连接到自动对焦致动器和两个横向致动器的线圈。参照图9B，自动对焦致动器的线圈912被电连接到下弹簧926。参照图9C，两个防震致动器线圈920、924被电连接到上弹簧928。因此，每个上弹簧928和下弹簧926可以设成为电极。而且，在图9C所述的实施例里，可以看到上弹簧928是由4个单独的片弹簧组成。但是，可以使用任何数目的弹簧。
可以提供控制器、电路和电源来控制致动器，使得可以独立或集体地同时控制每个致动器，以根据所需性能同时提供自动对焦和运动控制。
本发明的实施例特别适合用于小型装置内，如移动电话和小型照相机装置。当在装置内进行使用时，透镜控制装置可以与图像摄取机构结合运行，图像摄取机构被设置以摄取由成像透镜单元106传递的图像，控制器被设置以驱动自动对焦致动器119和第一和第二横向致动器121、125，存储器用来存储控制器的指令，电源如电池用来给各个部件以及通信装置如电线或电路连接供电，以便于在透镜控制装置100的各个部件之间进行通信。
被安置在成像透镜支架110周围的致动器构造具有以下优点，即致动器可以紧凑地安装在一个壳体内。壳体内部和成像透镜支架110在尺寸、形状、材料和构造上互补，使得成像透镜支架110在壳体内能够平滑且精确地移动。
本发明实施例的一个特征是自动对焦致动器119和第一和第二横向致动器121、125被安装到靠近镜头支架110的位置上。在一个实施例里，自动对焦致动器119和第一和第二横向致动器121、125都靠近成像透镜支架110，而自动对焦致动器119、第一横向致动器121、和第二横向致动器125能直接作用到成像透镜支架110上。由于致动器安置在成像透镜支架110邻近和直接与成像透镜支架110接合，这样能够提供一个缩小尺寸的透镜控制装置100，並能实现自动对焦和运动控制的功能。具有缩小尺寸的透镜控制装置对小型数码相机或具有相机模块的移动手机而言是令人期待的。
现参照图10和11，显示了本发明的一个实施例，其有不同构造的线圈和磁性部件。在图10所示的实施例里，磁性部件1008固定连接到成像透镜支架110，因此线圈1008的运动推动成像透镜支架110。依照一个实施例，线圈1012被安置垂直于磁性部件1008的表面，以加强成像透镜支架110相对于线圈1012的平移运动驱动力。线圈1012被固定在壳体内，如通过支座116。磁性部件1008和线圈1012构成自动对焦致动器119，第一磁性部件1018和第一线圈1020构成第一横向致动器121，而第二磁性部件1022和第二线圈1024构成第二横向致动器125。
根据本发明一个实施例，图11是图10所示成像透镜支架和运动控制致动器的部分示意图。参照第一和第二横向致动器121、125，每个第一和第二磁性部件1018、1022的位置分别相对第一和第二线圈1020、1024，每个第一和第二线圈1020、1024都面向成像透镜支架110，并几乎垂直于成像透镜支架110的表面。当接通电流时，磁性部件1018、1022从线圈1020、1024移开，从而产生横向运动。由于每个磁性部件1018、1022被固定连接到成像透镜支架110，或依照另一个实施例，被安置靠近成像透镜支架110，第一和第二横向致动器121、125的接合使得成像透镜支架110在两个方向上产生横向运动。横向运动导致成像透镜支架110发生倾斜。
尽管已经参照所述实施例特别显示并描述了本发明，但本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明精神和范围的前提下可以对其作出格式和细节方面的改变。例如，成像透镜支架110在不脱离本发明范围和精神的前提下可以有不同的构造，并且壳体可以有不同于所述实施例所示的其它形状和构造。一个或多个致动器的数目、布置、类型和构造也可以不同于所述实施例所示的那些。所以，虽然描述了两个横向致动器，但可以使用两个或多个横向致动器。也可以使用单个横向致动器。而且，虽然自动对焦致动器的所述实施例包括4个磁性部件108，也可以使用包括更多或更少数目的磁性部件的实施例。
所以，以上描述意在提供本发明的示范实施例，而本发明的范围并不受限于提供具体范例。