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TWI476471B - 鏡頭模組定位結構 - Google Patents

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TWI476471B
TWI476471B TW103109003A TW103109003A TWI476471B TW I476471 B TWI476471 B TW I476471B TW 103109003 A TW103109003 A TW 103109003A TW 103109003 A TW103109003 A TW 103109003A TW I476471 B TWI476471 B TW I476471B
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lens
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axis
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TW103109003A
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Inventor
Yi Liang Chan
Original Assignee
Tdk Taiwan Corp
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Priority to US14/637,012 priority patent/US9377670B2/en
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Priority to JP2015048025A priority patent/JP6082045B2/ja
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Description

鏡頭模組定位結構
本發明是關於一種鏡頭模組定位結構，利用一補償機構以降低該光學鏡頭模組結合於影像感測模組上時所產生之Z軸方向傾斜誤差(Tilt)至容許的範圍內，進而達到較佳之擷取成像之目的。
請參閱圖一所示，為習用變焦或對焦鏡頭之立體分解示意圖。於習用對焦鏡頭中所使用的機械傳動式對焦機構7，其使用高成本的精密驅動元件71作為驅動設有鏡頭組72的承載座73的動力來源(例如：步進馬達、超音波馬達、壓電致動器….等等)以及相當多的傳動元件。不僅使得機械架構複雜，而具有組裝步驟繁瑣不易、體積大還有成本高昂之缺失，同時還有耗電量大的嚴重缺點，造成價格無法下降。
早期的照相技術非常複雜，必須仰賴人工測光、手動對焦、自助捲片，大量使用人力的結果，往往也是最容易出錯的環節。特別是重要的場景，一旦錯過就不再重來，攝影師的素質成為這個時期拍照的重要因素。隨著50、60年代大幅度機械自動化的發展，越來越多人相信自動化是未來世界的指標。先一步完成的自動測光技術和電動捲片機，充分指明了攝影技術確實有可能邁向自動化，而其中最為關鍵的部分，也是決定拍照的速率決定步驟的重點『自動對焦系統』，也成為當時各家相機製造商的指標研發項目。
而隨著科技的日新月益，傳統專用攝影裝置不僅不斷的提高畫質並朝著輕、薄、短、小的目標邁進，以便於適合多元化的資訊時代之新產品，而利用步進馬達機械式帶動的變焦鏡頭有著體積無法進一步減少的缺點，導致影響整體產品無法輕薄化的因素之一。
於另一方面，業者運用電磁技術，運用音圈馬達(Voice Coil Motor：簡稱VCM)搭載電子迴授系統(Feedback Control)以監控其線圈偏移量，來取代傳統步進馬達，更能進一步的減少驅動結構因傳動背隙與零件製造偏差造成定位精度不足的發生率。同時也針對各種不同功能產品進行整合，例如將攝影功能與行動通訊功能之手機結合、將攝影功能與個人數位助理(PDA)結合或是將攝影功能與筆記型電腦結合，令其具有更強大的視訊功能。
目前所有習知的鏡頭模組皆利用一光學鏡頭模組以沿著Z軸方向垂直設置組裝於X-Y軸平面上之一影像感測模組上，令該影像感測模組得以透過該光學鏡頭模組對外界進行擷取光影像，且於該鏡頭模組生產組裝時，並沒有設置可預先調整Z軸傾斜(Tilt)之機制，所謂“Z軸傾斜(Tilt)”也就是該光學鏡頭模組之攝像光軸以及該影像感測模組之影像擷取路徑兩者間位於Z軸方向上之傾斜誤差，使得該鏡頭模組無法於出貨前具有調整Z軸傾斜(Tilt)之功能。也就是說，該鏡頭模組在結合組裝的過程中容易因為接觸面之不平整造成攝像光軸相對於該影像感測模組之影像擷取路徑產生傾斜的現象，進一步也會造成鏡頭位移時沿光軸移動之位置的線性度和重現性(例如真直度、或是光軸垂直度等)受到不良的影響。因此，造成攝像光軸傾斜的現象卻會導致鏡頭模組在單體出貨時無法將Z軸傾斜(Tilt)控制在可容許的範圍之內，而影響整體鏡頭模組成像的品質或是鏡頭位移時的定位精確度，而仍有改進的空間。
本發明的主要目的是在於提供一種鏡頭模組定位結構，利用一補償機構以降低該光學鏡頭模組結合於影像感測模組上時所產生之Z軸傾斜(Tilt)至容許範圍內，達到較佳之擷取成像之目的。
為達上述目的，本發明一種鏡頭模組定位結構，係定義有相互垂直之一X、Y、Z軸，其包括有：一影像感測模組、一光學鏡頭模組、以及一補償機構。該影像感測模組係位於X-Y軸之上，並具有一影像擷取路徑位於Z軸之上；該光學鏡頭模組係具有一攝像光軸且位於Z軸之上，並與 該影像感測模組並相互對應；該補償機構係設置於該影像感測模組以及該光學鏡頭模組之間，係用於補償該光學鏡頭模組於Z軸方向上之傾斜角度，其包括：一凸弧面以及與該凸弧面相對應之一凹弧面。該凸弧面係與該光學鏡頭模組之該攝像光軸同步連動，利用該凸弧面與該凹弧面之間的接觸滑動，達到調整補償該光學鏡頭模組之攝像光軸與該影像感測模組之影像擷取路徑間所產生之Z軸方向傾斜誤差，使該Z軸傾斜(Tilt)調整至容許範圍內。
7‧‧‧機械傳動式對焦機構
71‧‧‧驅動元件
72‧‧‧鏡頭組
73‧‧‧承載座
1、1a‧‧‧鏡頭模組定位結構
11‧‧‧影像感測模組
111‧‧‧電路板
112‧‧‧影像感測元件
12、12a‧‧‧光學鏡頭模組
121‧‧‧殼體
1211‧‧‧容置空間
122、122a‧‧‧鏡頭
123、123a‧‧‧鏡頭承載座
1231‧‧‧固定凸點
124‧‧‧上簧片
1241‧‧‧固定孔
125‧‧‧下簧片
1251‧‧‧結合部
1252‧‧‧固定孔
126‧‧‧線圈
127‧‧‧磁性元件
13、13a、13b‧‧‧補償機構
131、131a、131b‧‧‧凸弧面
132、132a‧‧‧凹弧面
133b‧‧‧凸點
14、14a、14b‧‧‧框架
141‧‧‧凹槽
142‧‧‧鏤空處
143、143a、143b‧‧‧底面
144a‧‧‧承載面
15、15a、15b‧‧‧底座
151‧‧‧貫孔
152、152a、152b‧‧‧接合面
153‧‧‧固定凸點
154‧‧‧穿孔
155a‧‧‧接觸面
16‧‧‧固定元件
161‧‧‧卡鉤端
162‧‧‧導電端
5‧‧‧影像擷取路徑
8‧‧‧間隙
9‧‧‧攝像光軸
圖一為習用對焦鏡頭之立體分解示意圖。
圖二為本發明鏡頭模組定位結構第一較佳實施例之立體分解示意圖。
圖三為本發明鏡頭模組定位結構第一較佳實施例之另一視角立體分解示意圖。
圖四為本發明鏡頭模組定位結構第一較佳實施例之組合示意圖。
圖五為本發明鏡頭模組定位結構第一較佳實施例之俯視示意圖。
圖六A為本發明鏡頭模組定位結構第一較佳實施例之A-A剖面示意圖。
圖六B為本發明鏡頭模組定位結構第一較佳實施例之剖面局部放大示意圖。
圖七為本發明鏡頭模組定位結構第二較佳實施例之剖面示意圖。
圖八為本發明鏡頭模組定位結構第三較佳實施例之框架與底座側面示意圖。
為了能更清楚地描述本發明所提出之鏡頭模組定位結構，以下將配合圖式詳細說明之。
請參閱圖二、圖三、圖四、圖五、圖六A、以及圖六B所示，係分別為本發明鏡頭模組定位結構第一較佳實施例之立體分解示意圖、另一視角立體分解示意圖、組合示意圖、俯視示意圖、A-A剖面示意圖、以及剖面局部放大示意圖。其中，該鏡頭模組定位結構1係定義有相互垂直之一X、Y、Z軸，其包括有：一影像感測模組11、一光學鏡頭模組12、一補償機構13、一框架14、一底座15、以及至少一彈性固定元件16。
於本發明第一較佳實施例中，該影像感測模組11係位於X-Y軸之上，且具有一影像擷取路徑5位於Z軸之上，更包括：一電路板111以及一影像感測元件112。該影像感測元件112係設置於該電路板111之上，並經由該影像感測元件112透過該光學鏡頭模組12擷取來自於外界之光線影像。該影像感測元件112係為電荷耦合元件(CCD)或是互補金屬氧化物半導體(CMOS)之感光元件其中之一。
於本發明第一較佳實施例中，該光學鏡頭模組12係具有一攝像光軸9且大致位於Z軸之上，並與該影像感測模組11並相互對應，也就是於最佳成像條件之狀態下，該光學鏡頭模組12之該攝像光軸9與該影像感測模組11之該影像擷取路徑5兩者需相互重疊於Z軸方向。此外，該光學鏡頭模組12可以是一變焦鏡頭模組或對焦鏡頭模組其中之一。該光學鏡頭模組12係包括：一殼體121、一鏡頭122、一鏡頭承載座123、一上簧片124、一下簧片125、一線圈126以及至少一磁性元件127。
該補償機構13係設置於該影像感測模組11以及該光學鏡頭模組12之間，係用於補償該光學鏡頭模組12於該Z軸方向上之傾斜角度，其包括：一凸弧面131以及與該凸弧面131相對應之一凹弧面132。該凸弧面131與該凹弧面132其中之一係與該光學鏡頭模組12之該攝像光軸9同步連動。
於本發明第一較佳實施例中，該框架14係具有一鏤空處142，且利用該框架14之一底面143固定於該電路板111並位於該影像感測元件112之上。該底座15係具有一穿孔154可提供該光學鏡頭模組12經該穿孔 154且透過該框架14之該鏤空處142將擷取之光影投射至該影像感測模組11上，而該底座15係透過一接合面152固定於該光學鏡頭模組12下方，並與該框架14相接觸。
也就是說，於本發明第一較佳實施例中，該光學鏡頭模組12係藉由該底座15結合位於該影像感測模組11上方所設置之該框架14上，換句話說，該補償機構13之該凸弧面131係設置於該底座15相對於該接合面152另一側面之上，而該凹弧面132則設置於該框架14相對於該底面143之另一側面之上，且該凹弧面132係提供該凸弧面131相互接合。亦可以是另一種相互對調的設置方式，係將該補償機構13之該凹弧面132係設置於該底座15相對於該接合面152另一側面之上，而該凸弧面131則設置於該框架14相對於該底面143之另一側面之上，故在此不再詳加贅述。
由於該底座15係固定於該鏡頭承載座123之下方，進一步用以將該鏡頭122、鏡頭承載座123、上簧片124、下簧片125、線圈126以及磁性元件127封閉於該殼體121之內，因此，設置於該底座15下方之該凸弧面131可與該光學鏡頭模組12之該攝像光軸9同步連動，利用該凸弧面131於該框架14之該凹弧面132上的接觸滑動，達到將該光學鏡頭模組12之攝像光軸9與該影像感測模組11之該影像擷取路徑5間所產生位於Z軸上的傾斜誤差(也就是Z軸傾斜(Tilt))調整至容許的範圍之內。
進一步說，該殼體121實質上係為貫穿且內部具有一容置空間1211的中空殼體結構。該磁性元件127以及該線圈126係以位置相互對應的方式分別設置於該殼體121與該鏡頭承載座123上，於本發明鏡頭模組定位結構1之第一較佳實施例中，該磁性元件127係可以是四組磁鐵分別設置於該殼體121內之四個角落，並分別與設置於該鏡頭承載座123外圍之該線圈126相對應。藉由針對該鏡頭承載座123上所固定之該線圈126施加電流可將該磁性元件127施加一磁力，進而驅動該鏡頭承載座123於該容置空間1211內沿該Z軸方向進行移動，以達到對焦或變焦的目的。
該鏡頭122則係透過螺紋以旋入的方式設置於該鏡頭承載座123之中，而該鏡頭承載座123則透過該上簧片124以及該下簧片125彈性夾合於該殼體121內之該容置空間1211中。也就是說，該上簧片124之內環圈係環形分佈有複數個固定孔1241可提供該鏡頭承載座123之端面上所對應 預設之複數個固定凸點1231進行卡固，而與該上簧片124之內環圈相連之外環圈則夾合固定於該殼體121之容置空間1211內，使該鏡頭承載座123得以透過該上簧片124並配合該下簧片125彈性夾持於該容置空間1211中。其中，該上簧片124以及該下簧片125係可以是金屬材質，且呈一鏤空薄片狀結構之彈性片體，透過機械沖壓成形的方式所製成。
於本發明第一較佳實施例中，該彈性固定元件16係為兩組且位於該框架14同一側邊，該彈性固定元件16係分別具有一卡鉤端161且分別設置於該框架14上兩凹槽141內，並穿越該底座15上所對應設置之兩貫孔151中，進一步利用該卡鉤端161將該下簧片125上兩結合部1251分別固定於該底座15之上。換句話說，該底座15於該接合面152上設有複數個固定凸點153分別用以對應並卡合固定該下簧片125上之複數個固定孔1252，也就是該底座15與該光學鏡頭模組12相結合之該接合面152可透過該彈性固定元件16將該下簧片125彈性卡扣固定於該接合面152之上。於本發明第一較佳實施例中，該彈性固定元件16係為一金屬材質，其中，位於該卡鉤端161之另一端係為一導電端162可與該電路板111做電性連接，透過該下簧片125將電流由該電路板111傳遞至該線圈126之上，令該線圈126通電而產生磁性並針對該磁性元件122施加磁力，藉以驅動該鏡頭承載座123於該殼體121內之該容置空間1211中進行Z軸方向之位移。
如圖六A、圖六B所示，由於本發明第一較佳實施例中，該光學鏡頭模組12與該影像感測模組11兩者尺寸組合之間必然會因為接觸面之表面不均勻所產生的該攝像光軸9與該影像擷取路徑5兩者間的傾斜，因此，也就是造成該光學鏡頭模組12之該攝像光軸9與該影像感測模組11之該影像擷取路徑5產生Z軸方向之傾斜現象。因此，利用設置於該底座15上之凸弧面131與設置於該框架14上之凹弧面132之兩弧面間的接觸滑動，進而將該光學鏡頭模組12之該攝像光軸9與該影像感測模組11之該影像擷取路徑5間於Z軸方向上所產生之傾斜誤差加以修正，並進一步以一黏著劑將該凸弧面131以及該凹弧面132加以黏合，進而降低該光學鏡頭模組12與該影像感測模組11接觸面之表面不均勻所產生的傾斜誤差，達到Z軸傾斜(Tilt)調整至容許範圍內的效果。
以下所述之本發明其他較佳實施例中，因大部份的元件係相 同或類似於前述實施例，故相同之元件與結構以下將不再贅述，且相同之元件將直接給予相同之名稱及編號，並對於類似之元件則給予相同名稱但在原編號後另增加一英文字母以資區別且不予贅述，合先敘明。
請參閱圖七所示，係為本發明鏡頭模組定位結構第二較佳實施例之剖面示意圖。其中，本發明鏡頭模組定位結構二較佳實施例與上述第一較佳實施例不同處在於，如圖七所示，本發明第二較佳實施例之鏡頭模組定位結構1a，其中，該補償機構13a之該凸弧面131a係設置於該鏡頭122a下方處，而該凹弧面132a則設置於該鏡頭承載座123a之內，且該凹弧面132a係提供該凸弧面131a相互接合。此外，該底座15a相對於該接合面152a之另一側面係為水平之一接觸面155a，而該框架14a相對於該底面143a係為水平之一承載面144a，該光學鏡頭模組12a之該鏡頭承載座123a係透過下方所結合之該底座15a結合於該框架14a上，也就是以該底座15a之該接觸面155a與該框架14a之該承載面144a兩接觸面為基準，更藉由鏡頭122a下方之該凸弧面131a於該鏡頭承載座123a內之該凹弧面132a上進行調整Z軸傾斜(Tilt)至容許範圍內。
也就是說，該鏡頭122a與該鏡頭承載座123a之間並不是透過螺紋相互螺合鎖固，而是於該鏡頭122a與該鏡頭承載座123a之間設有預設之一間隙8，而該間隙8可提供該鏡頭122a利用下方所設之該凸弧面131a於該鏡頭承載座123a內所設置之該凹弧面132a上進行動態傾斜角度範圍之調整，使該光學鏡頭模組12a與該影像感測模組11間因組裝所產生之Z軸傾斜(Tilt)調整至容許範圍內，進而利用一黏著劑將該鏡頭122a與該鏡頭承載座123a加以固定，也就是令該補償機構13a之該凸弧面131a固定於該凹弧面132a上，亦使得Z軸傾斜(Tilt)影響成像的因素降至最低，也進一步令該影像感測模組11擷取到更佳的成像效果。
請參閱圖八所示，係為本發明鏡頭模組定位結構第三較佳實施例之剖面示意圖。其中，本發明鏡頭模組定位結構三較佳實施例與上述第一較佳實施例不同處在於，如圖八所示，位於該框架14b相對於該底面143b之另一側面係為複數個凸點133b所構成；也就是說，該補償機構13b透過環形陣列所排列之複數個凸點133b以取代圖二、圖三第一較佳實施例之該凹弧面132與該底座15b上之該凸弧面131b之配合，藉由複數個凸點133b 以其頂端與該凸弧面131b進行接觸，達到Z軸傾斜(Tilt)調整之目的。
綜上所述，本發明一種鏡頭模組定位結構1係定義有相互垂直之一X、Y、Z軸，其包括有：一影像感測模組11、一光學鏡頭模組12、以及一補償機構13。該影像感測模組11係位於X-Y軸之上，並具有一影像擷取路徑5位於Z軸之上。該光學鏡頭模組12係具有一攝像光軸9且位於Z軸之上，並與該影像感測模組11並相互對應。該補償機構13係設置於該影像感測模組11以及該光學鏡頭模組12之間，係用於補償該光學鏡頭模組12於Z軸方向上之傾斜角度，其包括：一凸弧面131以及與該凸弧131面相對應之一凹弧面132。
該凸弧面131係與該光學鏡頭模組12之該攝像光軸9同步連動，利用該凸弧面131與該凹弧面132之間的接觸滑動，也就是藉由該補償機構13達到調整補償該光學鏡頭模組12之攝像光軸9與該影像感測模組11之影像擷取路徑5間所產生之Z軸方向傾斜誤差，使該Z軸傾斜(Tilt)調整至容許範圍內。
唯以上所述之實施例不應用於限制本發明之可應用範圍，本發明之保護範圍應以本發明之申請專利範圍內容所界定技術精神及其均等變化所含括之範圍為主者。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。
1‧‧‧鏡頭模組定位結構
11‧‧‧影像感測模組
111‧‧‧電路板
112‧‧‧影像感測元件
12‧‧‧光學鏡頭模組
121‧‧‧殼體
1211‧‧‧容置空間
122‧‧‧鏡頭
123‧‧‧鏡頭承載座
1231‧‧‧固定凸點
124‧‧‧上簧片
1241‧‧‧固定孔
125‧‧‧下簧片
1251‧‧‧結合部
1252‧‧‧固定孔
126‧‧‧線圈
127‧‧‧磁性元件
13‧‧‧補償機構
131‧‧‧凸弧面
132‧‧‧凹弧面
14‧‧‧框架
141‧‧‧凹槽
142‧‧‧鏤空處
143‧‧‧底面
15‧‧‧底座
151‧‧‧貫孔
152‧‧‧接合面
153‧‧‧固定凸點
154‧‧‧穿孔
16‧‧‧固定元件
161‧‧‧卡鉤端
162‧‧‧導電端
5‧‧‧影像擷取路徑
9‧‧‧攝像光軸

Claims (10)

  1. 一種鏡頭模組定位結構，係定義有相互垂直之一X、Y、Z軸，其包括有：一影像感測模組，係位於X-Y軸之上，並具有一影像擷取路徑位於Z軸之上；一光學鏡頭模組，係具有一攝像光軸且位於Z軸之上，並與該影像感測模組並相互對應；以及一補償機構，該補償機構係設置於該影像感測模組以及該光學鏡頭模組之間，係用於補償該光學鏡頭模組於該Z軸方向上之傾斜角度，其包括：一凸弧面以及與該凸弧面相對應之一凹弧面；其特徵在於：該凸弧面與該凹弧面其中之一係與該光學鏡頭模組之該攝像光軸同步連動，利用該凸弧面與該凹弧面之間的接觸滑動，達到調整補償該光學鏡頭模組之攝像光軸與該影像感測模組之影像擷取路徑間所產生之Z軸傾斜(Tilt)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭模組定位結構，其中，該影像感測模組係位於該補償機構下方，且該影像感測模組更包括：一電路板以及一影像感測元件；其中，該影像感測元件係設置於該電路板之上，並經由該影像感測元件透過該光學鏡頭模組擷取來自於外界之光線影像。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之鏡頭模組定位結構，其中，更包括：一框架，該框架係固定於該電路板且位於該影像感測元件之上；以及一底座，係固定於該光學鏡頭模組下方，並與該框架相接觸；其中，該補償機構之該凸弧面設置於該底座之上，而該凹弧面則設置於該框架之上，且該凹弧面係提供該凸弧面相互接合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭模組定位結構，其中，該光學鏡頭模組係包括：一殼體、一鏡頭、一鏡頭承載座、一上簧片、一下簧片、一線圈以及至少一磁性元件，該磁性元件以及該線圈係以位置相互對應的方式分別設置於該殼體與該鏡頭承載座上；該鏡頭則設置於該鏡頭承載座之中，而該鏡頭承載座係透過該上簧片以及該下簧片彈性夾合於該殼體內之一容置空間中； 其中，藉由針對該線圈施加電流可對該磁性元件施加一磁力，進而驅動該鏡頭承載座於該容置空間內沿該Z軸方向進行移動。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之鏡頭模組定位結構，其中，該凹弧面係可以是以複數個凸點所構成，藉由複數個凸點以之其頂端與該凸弧面進行接觸，達到Z軸傾斜(Tilt)調整之目的。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之鏡頭模組定位結構，其中，該影像感測元件係電荷耦合元件(CCD)或是互補金屬氧化物半導體(CMOS)之感光元件其中之一；其中，該光學鏡頭模組係變焦鏡頭模組或對焦鏡頭模組其中之一。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之鏡頭模組定位結構，其中，該上簧片以及該下簧片係可以是金屬材質，且呈一鏤空薄片狀結構之彈性片體，透過機械沖壓成形的方式所製成。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之鏡頭模組定位結構，其中，該補償機構之該凸弧面係設置於該鏡頭下方處，而該凹弧面則設置於該鏡頭承載座之內，且該凹弧面係提供該凸弧面相互接合，並於該鏡頭與該鏡頭承載座之間具有一間隙。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之鏡頭模組定位結構，其中，更包括至少一彈性固定元件，該彈性固定元件係具有一卡鉤端且設置於該框架上至少一凹槽內，並穿越該底座上所對應設置之至少一貫孔中，進一步利用該卡鉤端將該下簧片上至少一結合處固定於該底座之上。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之鏡頭模組定位結構，其中，該彈性固定元件係為一金屬材質，該卡鉤端之另一端係為一導電端與該電路板做電性連接，可透過該下簧片將電流由該電路板傳遞至該線圈之上，令該線圈通電而產生磁性並針對該磁性元件施加磁力。
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