CN104460025B - 移轴式光学防抖动透镜驱动装置 - Google Patents

Abstract

移轴式光学防抖动透镜驱动装置，包括：载体，用于结合透镜单元；壳体，用于容纳载体；上簧片，用于将载体的上部弹性连接壳体内；下簧片，用于将载体的下部弹性连接壳体内；至少设有N个永磁体(N≥3)，各永磁体围绕内筒的轴线等间距分布且其同极面朝向载体；对焦激励线圈,缠绕在载体外缘且其线圈平面与内筒的轴线垂直；防抖激励线圈，固定在载体外缘，其线圈平面和与之对应的永磁体的端面平行，且其线圈的上部或下部之一在永磁体的高度范围之内。通过控制对焦激励线圈的电流来调节载体沿光轴线性移动，以实现透镜单元自动对焦，并通过控制防抖激励线圈的电流来调节载体偏离光轴向任意方向偏转一定角度，以实现透镜单元防抖。

Description

移轴式光学防抖动透镜驱动装置

技术领域

本发明涉及一种应用于摄像设备的防抖动装置，尤其是具有摄像功能的手机等便携式数码设备的移轴式光学防抖动透镜驱动装置。

背景技术

具有摄像功能的手机等便携式数码设备，其摄像头对焦和普通相机不同，前者因为小型化的原因不能对感光元件的位置进行调整，所以其对焦功能本质上是集成在ISP(图像信号处理器)中的一套图像数据采集和处理方法。当取景器捕捉到最原始的图像后，这些图像数据会被当作原始资料传送至ISP中，此时ISP便会对原始数据进行分析，检查图像中毗邻像素之间的密度差异。如果原始图像的对焦是不准确的，那么毗邻的像素密度将十分接近，而此时ISP会有一套算法对图像数据采集进行调整，这一过程是将摄像头的透镜单元锁入音圈马达(VCM)来实现的。音圈马达主要由线圈、磁铁组和弹片构成，透镜单元锁定在线圈内，线圈通过上下两个弹片固定在磁铁组之间。ISP控制线圈的通电电流，线圈通电会产生磁场，线圈磁场和磁石组相互作用，线圈和锁在线圈里的透镜单元便一起移上下移动调焦，直到ISP计算出原始图像的对焦是准确的；当断电时，线圈在弹片弹力下复位，这样就实现了自动对焦功能。

为了解决拍摄时操作者手抖对成像质量造成的影响，现在国内外应用于手机等微小型摄像设备的光学防抖动透镜驱动装置主要有两种结构：一种为平移式，另一种为移轴式。

平移式光学防抖动透镜驱动装置，采用致动装置(如VCM)来控制透镜单元沿Z轴相对于感光元件做垂直运动实现自动聚焦功能，还增加了其他致动装置(如VCM)控制透镜单元沿XY轴相对于感光元件做补偿性的平行移动实现防抖动功能，装置断电后，透镜单元在VCM的弹片结构的弹力下复位。传统的设计中,两种动作因运动方向互相垂直，各自需有独立的悬挂系统及电磁力驱动系统，再加上还需有位移传感器比如霍尔元件来检测移动方向及移动量，所以此类装置结构非常复杂，工件多且工件精度要求极高，组装非常困难，生产效率及良率都很低，尤其是产品体积较大，与手机或便携式摄像设备的小体积要求有较大的冲突。

如公告号为CN102445811A的中国专利“具有用于补偿手抖动的功能的图像拍摄装置”就属于此类平移式光学防抖动透镜驱动装置的改进，使其实现了小型化。不过研究表明，假设目标物(被拍摄物)-相机成像面-镜片面是平行的话，再假设相机抖动也只是上下/左右(X/Y轴)抖动，令三个平面仍是保持在平行的状态之下，平移式防抖“理论上”是可以作出完美的手抖补偿；而在现实的拍照体验中，特别是随着摄像装备的微型化，手机等便携式数码设备的拍照过程中，摄像头很难与被拍摄物体在一个平行状态下，或多或少，手机等便携式数码设备的感光芯片与所拍照的物体存在都有一个角度，在这种情况下平移式防抖动透镜驱动装置的作用有限，尤其是在防抖的同时往往需要牺牲成像区域边缘的质量。

移轴式光学防抖动透镜驱动装置，设有几组致动装置控制透镜单元沿Z轴相对于感光元件做垂直运动实现自动聚焦功能，并且兼具控制透镜单元沿XY轴相对于感光元件做补偿性的平行移动实现防抖动功能，装置断电后，透镜单元在类似于VCM的弹片结构的弹力下复位。根据力的分解理论，可以将以上两种动作中，驱动透镜单元的力分解为两组平行于光轴的反方向作用力，因此采用一套悬挂系统和驱动系统即可实现。此类结构较为简单，生产组装比较容易，生产效率及良率都较高，且体积较小，能满足手机或便携式摄像设备的小型化、轻薄化要求。但是此类结构的装置为了实现自动对焦，在每次拍摄过程中无论是否需要进行防抖补偿都必须驱动全部的致动装置，显然耗电量增加，对设备的续航能力有极大影响。如公告号为CN10152348B的中国专利就属于此类移轴式光学防抖动透镜驱动装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种移轴式光学防抖动透镜驱动装置，以弥补现有技术的以上不足，通过一套悬挂系统和驱动系统实现独立的自动对焦驱动和防抖补偿驱动。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案。

移轴式光学防抖动透镜驱动装置，包括：

载体，具有中空的内筒，用于结合透镜单元；

壳体，用于容纳载体；

上簧片，用于将载体的上部弹性连接壳体内；

下簧片，用于将载体的下部弹性连接壳体内；

永磁体，固定在壳体内，至少设有至少设有N个永磁体(N≥3)，各永磁体围绕内筒的轴线等间距分布且其同极面朝向载体；

对焦激励线圈,缠绕在载体外缘且其线圈平面与内筒的轴线垂直，其通电后配合永磁体产生沿内筒的轴线方向的电磁力，以驱动载体沿内筒的轴线方向做线性运动；

防抖激励线圈，固定在载体外缘，其数量与永磁体匹配，各防抖激励线圈围绕内筒的轴线等间距分布且与永磁体一一对应，各防抖激励线圈的线圈平面和与之对应的永磁体的端面平行，且防抖激励线圈的上部或下部之一在永磁体沿内筒的轴线方向的高度范围之内；防抖激励线圈通电后配合永磁体产生平行于内筒的轴线的电磁力，以驱动载体相对内筒的轴线偏转运动。

ISP通过控制对焦激励线圈的电流来调节载体沿内筒的轴线(即光轴)线性移动，以实现透镜单元的自动对焦功能，并通过控制防抖激励线圈的电流来调节载体偏离光轴向任意方向偏转一定角度，以实现透镜单元的防抖功能。

其中，永磁体有偶数个，以内筒的轴线为对称轴成对设置；而与永磁体相同数量的防抖激励线圈也以内筒的轴线为对称轴成对设置，并且同一对中的两个防抖激励线圈通电后配合永磁体产生平行于内筒的轴线且反向的两个力，以更好的驱动载体相对内筒的轴线方向偏转。

其中，沿载体的外缘在其上下端面之间设有上凸缘和下凸缘，对焦激励线圈缠绕在上凸缘和下凸缘之间，防抖激励线圈缠绕在上凸缘和下凸缘之上。

可选的，上簧片或下簧片其中的一个一体成型，与对焦激励线圈和所有防抖激励线圈电连接；相应的，上簧片或下簧片其中的另一个则包括三至N+1个相互绝缘的独立单元，其中一个独立单元与对焦激励线圈电连接，其余的独立单元分别与一个或多个防抖激励线圈电连接；其中，还设有绝缘垫片，用于固定连接上簧片或下簧片的各独立单元并使各独立单元之间相互绝缘；

比如：上簧片或下簧片其中的一个一体成型，与对焦激励线圈和所有防抖激励线圈电连接，而上簧片或下簧片其中的另一个则包括三个相互绝缘的独立单元，其中一个独立单元与对焦激励线圈电连接，另一个独立单元与一部分防抖激励线圈电连接，最后一个独立单元与其余的防抖激励线圈电连接；

或则：上簧片或下簧片其中的一个一体成型，与对焦激励线圈和所有防抖激励线圈电连接，而上簧片或下簧片其中的另一个所包含的独立单元数量比永磁体的总数多一个，其中一个独立单元与对焦激励线圈电连接，其余的每个独立单元分别与一个防抖激励线圈电连接；

可选的，上簧片或下簧片其中的一个包括二至N+1个相互绝缘但是的独立单元，其中一个独立单元与对焦激励线圈电连接，其余的独立单元分别与一个或多个或所有防抖激励线圈电连接；相应的，上簧片或下簧片其中的另一个则包括三至N+1个相互绝缘的独立单元，其中一个独立单元与对焦激励线圈电连接，其余的独立单元分别与一个或多个防抖激励线圈电连接；其中，还设有两个绝缘垫片，其中一个绝缘垫片用于固定连接上簧片的各独立单元并使各独立单元之间相互绝缘，其中另一个绝缘垫片用于固定连接下簧片的各独立单元并使各独立单元之间相互绝缘；

比如：上簧片包括两片独立单元，其中一个独立单元与对焦激励线圈电连接，另一个独立单元与全部防抖激励线圈电连接，而下簧片的独立单元数量比永磁体的总数多一个，其中一个独立单元与对焦激励线圈电连接，其余的每个独立单元分别与一个防抖激励线圈电连接；

或则：上簧片包括两片独立单元，其中一个独立单元与对焦激励线圈电连接，另一个独立单元与全部防抖激励线圈电连接，而下簧片包括三片独立单元，其中一个独立单元与对焦激励线圈电连接，另一个独立单元与一部分防抖激励线圈电连接，最后一个独立单元与其余的防抖激励线圈电连接；

或则：上簧片或下簧片其中的一个包括三片独立单元，其中一个独立单元与对焦激励线圈电连接，另一个独立单元与一部分防抖激励线圈电连接，最后一个独立单元与其余的防抖激励线圈电连接，而上簧片或下簧片其中的另一个的独立单元数量比永磁体的总数多一个，其中一个独立单元与对焦激励线圈电连接，其余的每个独立单元分别与一个防抖激励线圈电连接；又或则，上簧片或下簧片其中的一个包括两片独立单元，其中一个独立单元与对焦激励线圈电连接，另一个独立单元与全部防抖激励线圈电连接，而上簧片或下簧片其中的另一个的独立单元包括三个独立单元，其中一个独立单元与对焦激励线圈电连接，另一个独立单元与一部分防抖激励线圈电连接，最后一个独立单元与其余的防抖激励线圈电连接；

或则：上簧片、下簧片均包括三片独立单元，两者各取一片独立单元与对焦激励线圈电连接，另各取一片独立单元与同一部分防抖激励线圈电连接，再各取一片与余的防抖激励线圈电连接。

其中，上簧片或下簧片的独立单元系由整片的弹簧片自其中心点向其周沿成等分或不成等分切割而成。

其中，还设有屏蔽罩，该屏蔽罩为软磁体，用于对焦激励线圈和防抖激励线圈形成磁轭，各永磁体背向载体的一侧分别与一屏蔽罩连接，或多个永磁体背向载体的一侧与一屏蔽罩连接，或所有永磁体背向载体的一侧与一屏蔽罩连接；即：可以仅设一个屏蔽罩，所有永磁体皆与之连接，或可以设多个屏蔽罩，每个屏蔽罩皆与至少一个永磁体连接，或可以设有与永磁体数量相同的N个屏蔽罩，各永磁体分别与一屏蔽罩连接

进一步的，壳体包括底座和上盖，底座用于支撑下簧片，上盖用于支撑上簧片，屏蔽罩结合在底座和上盖之间，使之兼用于增强壳体的支撑。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的移轴式光学防抖动透镜驱动装置通过一套悬挂系统和驱动系统实现独立的自动对焦驱动和防抖补偿驱动,不仅满足了手机或便携式数码设备小型化的要求，结构简单易于生产，可有效补偿人手在拍照时的抖动，而且其独立的自动对焦驱动和防抖补偿驱动使装置耗电更低、更利于便携式设备续航工作。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的移轴式光学防抖动透镜驱动装置的结构分解图。

图2是本发明的移轴式光学防抖动透镜驱动装置的剖面示意图。

图3是本发明的移轴式光学防抖动透镜驱动装置的对焦激励线圈的工作原理示意图。

图4是本发明的移轴式光学防抖动透镜驱动装置的防抖激励线圈的工作原理示意图。

图中所标示为：

1-载体，11-内筒，12-上凸缘，13-下凸缘；

2-壳体，21-底座，22-上盖；

3-上簧片；

4-下簧片；

5A-永磁体，5B-永磁体，5C-永磁体，5D-永磁体；

6-对焦激励线圈；

7A-防抖激励线圈，7B防抖激励线圈，7C-防抖激励线圈，7D-防抖激励线圈；

8-绝缘垫片；

9A-屏蔽罩，9B-屏蔽罩，9C-屏蔽罩，9D-屏蔽罩。

具体实施方式

如图1和图2所示，是本发明的一种实施方式，该实施方式中的移轴式光学防抖动透镜驱动装置，包括：

载体1，具有中空的内筒11，用于结合透镜单元；

壳体2，包括底座21和上盖22，用于容纳载体1；

上簧片3，用于将载体1的上部弹性连接壳体2内；

下簧片4，用于将载体1的下部弹性连接壳体2内；

永磁体5A、5B、5C、5D固定在壳体2内，各永磁体围绕内筒11的轴线等间距分布且其同极面朝向载体1；

对焦激励线圈6,缠绕在载体1外缘且其线圈平面与内筒11的轴线垂直，其通电后配合永磁体5A、5B、5C、5D产生沿内筒11的轴线方向的电磁力，以驱动载体1沿内筒11的轴线(即光轴)做线性运动；

防抖激励线圈7A、7B、7C、7D，固定在载体1外缘，防抖激励线圈7A、7B、7C、7D围绕内筒11的轴线等间距分布且与永磁体5A、5B、5C、5D一一对应，防抖激励线圈7A、7B、7C、7D的线圈平面和与之对应的永磁体5A、5B、5C、5D的端面平行，防抖激励线圈7A、7B、7C、7D仅其下部在永磁体5A、5B、5C、5D沿内筒的轴线方向的高度范围之内；因此，防抖激励线圈7A通电后，仅其下部受到永磁体5A的影响平行于内筒11的轴线的电磁力，其他防抖激励线圈也如此配合于其他永磁体，以此驱动载体1相对内筒11的轴线偏转运动。

因此，手机等便携式数码设备中的ISP可以通过控制对焦激励线圈的电流来调节载体沿透镜单元的光轴线性移动，以实现透镜单元的自动对焦功能，并结合设备中的陀螺仪等传感器对抖动进行检测，在计算后通过控制防抖激励线圈和防抖激励线圈的电流来调节载体偏离透镜单元的光轴向任意方向偏转一定角度，以实现透镜单元的防抖功能。

如图1和图2所示，在本实施方式中，沿载体1的外缘在其上下端面之间设有上凸缘12和下凸缘13，对焦激励线圈6缠绕在上凸缘12和下凸缘13之间，防抖激励线圈缠绕在上凸缘11和下凸缘13之上。

如图3所示，是本实施方式中对焦激励线圈的工作原理，图中永磁体5A、永磁体5B、永磁体5C、永磁体5D实际上与对焦激励线圈6构成了基本的音圈驱动结构，图中假定对焦激励线圈6所通的电流I1方向为逆时针，永磁体5A、永磁体5B、永磁体5C、永磁体5D的N极朝向载体1(未予图示)，那么对焦激励线圈6通电后将受到沿光轴向上的力F1并以此驱动载体1(未予图示)克服上簧片3(未予图示)的弹力沿光轴向上线性移动。显然，在永磁体固定的前提下，载体的移动距离由改变对焦激励线圈6的电流大小来控制，其移动方向由改变对焦激励线圈6的电流方向来控制。

如图4所示，是本实施方式中防抖激励线圈的工作原理，防抖激励线圈7A、7B仅其下部在永磁体5A、5B的高度范围之内，图中假定防抖激励线圈7A、7B的电流I2、I3方向为逆时针，永磁体5A和永磁体5B的N极相向，则：防抖激励线圈7A通电后，仅其下部受到永磁体5A的影响产生平行于光轴并向上的电磁力F2，防抖激励线圈7B通电后，仅其下部受到永磁体5B的影响产生平行于光轴并向下的电磁力F3，两者的合力将致使载体1(未予图示)偏离光轴偏转一定角度。显然，在永磁体固定的前提下，载体的偏转幅度由改变防抖激励线圈7A、7B的电流大小来控制，其偏转方向由改变防抖激励线圈7A、7B的电流方向来控制。

如图1所示，在本实施方式中，通过上簧片3和下簧片4对焦激励线圈6和防抖激励线圈7A、7B、7C、7D提供电流，上簧片3一体成型并分别与对焦激励线圈6和防抖激励线圈7A、7B、7C、7D电连接，下簧片4具有四个相互绝缘的独立单元并通过绝缘垫片8将各独立单元相互绝缘的连接为一体，其中一个独立单元与对焦激励线圈6电连接，其余的三个独立单元分别与防抖激励线圈7A、7B、7C、7D当中的一个或多个电连接，比如：其余的三个独立单元分别与防抖激励线圈7A、7B、7C连接，其中一个独立单元还与防抖激励线圈7D连接；或则，其余的三个独立单元之一空接，其余的三个独立单元之二连接防抖激励线圈7A、7C，其余的三个独立单元之三连接防抖激励线圈7B、7D。

如图1和图2所示，在本实施方式里，永磁体5A、5B、5C、5D分别结合一个屏蔽罩9A、9B、9C、9D，以形成防抖激励线圈7A、7B、7C、7D的磁轭，尽量消除其磁场泄露对外围电气件的影响。

其较佳的实施方式如图2所示，底座21用于支撑下簧片3，上盖22用于支撑上簧片4，屏蔽罩9结合在底座21和上盖22之间，使之兼用于增强壳体2的支撑。

对于本领域的技术人员来说，可根据本发明所揭示的结构和原理获得其它各种相应的改变以及变形，比如改变上述实施方式中永磁体相向的磁极为S极，并相应的调整对焦激励线圈、防抖激励线圈和防抖激励线圈之电流方向或改变防抖激励线圈和防抖激励线圈之数量，以及改变屏蔽罩的形状和数量，使之与本实施方式中的所列举的设置不同，而所有的这些改变以及变形依然都属于本发明的保护范畴。

Claims (10)

1.移轴式光学防抖动透镜驱动装置，其特征在于，包括：

载体，具有中空的内筒，用于结合透镜单元；

壳体，用于容纳载体；

上簧片，用于将载体的上部弹性连接壳体内；

下簧片，用于将载体的下部弹性连接壳体内；

永磁体，固定在壳体内，至少设有N个永磁体，N≥3，各永磁体围绕内筒的轴线等间距分布且其同极面朝向载体；

对焦激励线圈,缠绕在载体外缘且其线圈平面与内筒的轴线垂直，其通电后配合永磁体产生沿内筒的轴线方向的电磁力，以驱动载体沿内筒的轴线方向做线性运动；

防抖激励线圈，固定在载体外缘，其数量与永磁体匹配，各防抖激励线圈围绕内筒的轴线等间距分布且与永磁体一一对应，各防抖激励线圈的线圈平面和与之对应的永磁体的端面平行，且防抖激励线圈的上部或下部在永磁体沿内筒的轴线方向的高度范围之内；防抖激励线圈通电后配合永磁体产生平行于内筒的轴线的电磁力，以驱动载体相对内筒的轴线偏转运动。

2.如权利要求1所述的移轴式光学防抖动透镜驱动装置，其特征在于：设有相同的偶数个永磁体和防抖激励线圈，永磁体和防抖激励线圈分别以内筒的轴线为对称轴成对设置，同一对中的两个防抖激励线圈通电后配合永磁体产生平行于内筒的轴线且反向的两个力，以驱动载体相对内筒的轴线方向偏转。

3.如权利要求1所述的移轴式光学防抖动透镜驱动装置，其特征在于:沿载体的外缘在其上下端面之间设有上凸缘和下凸缘，对焦激励线圈缠绕在上凸缘和下凸缘之间，防抖激励线圈缠绕在上凸缘和下凸缘之上。

4.如权利要求1所述的移轴式光学防抖动透镜驱动装置，其特征在于：上簧片或下簧片其中的一个一体成型，与对焦激励线圈和所有防抖激励线圈电连接；相应的，上簧片或下簧片其中的另一个则包括三至N+1个相互绝缘的独立单元，其中一个独立单元与对焦激励线圈电连接，其余的独立单元分别与一个或多个防抖激励线圈电连接。

5.如权利要求4所述的移轴式光学防抖动透镜驱动装置，其特征在于：设有绝缘垫片，用于固定连接上簧片或下簧片的各独立单元并使各独立单元之间相互绝缘。

6.如权利要求1所述的移轴式光学防抖动透镜驱动装置，其特征在于：上簧片或下簧片其中的一个包括二至N+1个相互绝缘的独立单元，其中一个独立单元与对焦激励线圈电连接，其余的独立单元分别与一个或多个防抖激励线圈电连接；相应的，上簧片或下簧片其中的另一个则包括三至N+1个相互绝缘的独立单元，其中一个独立单元与对焦激励线圈电连接，其余的独立单元分别与一个或多个防抖激励线圈电连接。

7.如权利要求6所述的移轴式光学防抖动透镜驱动装置，其特征在于：设有两个绝缘垫片，其中一个绝缘垫片用于固定连接上簧片的各独立单元并使各独立单元之间相互绝缘，其中另一个绝缘垫片用于固定连接下簧片的各独立单元并使各独立单元之间相互绝缘。

8.如权利要求4到7任一项所述的移轴式光学防抖动透镜驱动装置，其特征在于：上簧片或下簧片的独立单元系由整片的弹簧片自其中心点向其周沿成等分或不成等分切割而成。

9.如权利要求1所述的移轴式光学防抖动透镜驱动装置，其特征在于：设有屏蔽罩，该屏蔽罩为软磁体，用于对焦激励线圈和防抖激励线圈形成磁轭，各永磁体背向载体的一侧分别与一屏蔽罩连接，或多个永磁体背向载体的一侧与一屏蔽罩连接。

10.如权利要求9所述的移轴式光学防抖动透镜驱动装置，其特征在于：壳体包括底座和上盖，底座用于支撑下簧片，上盖用于支撑上簧片，屏蔽罩结合在底座和上盖之间。