TWI474041B - 影像穩定模組、取像模組及電子裝置 - Google Patents

Description

影像穩定模組、取像模組及電子裝置

本發明涉及光學防抖技術，特別涉及一種能夠光學防抖的影像穩定模組及具有該影像穩定模組的取像模組及電子裝置。

取像模組藉由快門控制光線投射到影像感測器的時間長短，比如，快門速度為1/2秒時，表示影像感測器感光的時間為1/2秒，若在這1/2秒內由於抖動的原因同一束光線在影像感測器上發生移動，影像感測器就會記錄下該光線的運動軌跡，使拍攝的照片模糊不清。為了補償由於抖動造成的光線偏移量，上世紀九十年代開始出現利用影像穩定系統以防止抖動的取像模組。具體請參閱Cardani B.等人2006年4月在Control Systems Magazine, IEEE （Volume 26, Issue 2, Page(s):21 – 22）上發表的論文“Optical image stabilization for digital cameras”。

隨著數碼相機技術不斷發展，相機的機身往往既小且輕，容易造成手震，導致影像模糊。以下三種情況容易產生模糊的影像：一，長焦距拍攝，由於長鏡頭會將相機的振幅放大，輕微的抖動也會造成較大的模糊，因此手部震動對畫面清晰度的影響較使用廣角鏡頭明顯；二，弱光環境拍攝，在室內、黃昏等弱光源環境，相機會將快門速度調得較慢以增加入光量，因此較易發生手震；三，微距拍攝，細微物件在鏡頭高倍放大的情況下，輕微震動也會變得相當明顯。這些情況都可以造成手震，使得影像變得模糊。由於所拍攝的物體距離遠大於相機晃動的位移，所以通常手震造成影像模糊的主要原因都係相機本身的偏轉，而非相機本身的位移，特別係在遠距離拍攝時這種情形特別嚴重。因此，防手震技術的本質係校正取像過程中，相機的抖動引起光線對應於取像模組上的成像位置的偏移。

因此，有必要提供一種能夠在拍攝過程中防止由於相機的抖動造成成像偏移的影像穩定模組及具有該影像穩定模組的取像模組及電子裝置。

一種影像穩定模組，其包括固定架，可動架，驅動單元及彈性元件。該可動架位於該固定架內且與該固定架間隔。該驅動單元包括設置於該固定架的第一磁性元件及設置於該可動架的第二磁性元件，該第一磁性元件與該第二磁性元件相對設置，該驅動單元藉由該第一磁性元件及該第二磁性元件產生驅動力以驅動該可動架相對於該固定架分別繞第一軸線與繞第二軸線旋轉，該第一軸線垂直於該第二軸線。該彈性元件彈性連接於該固定架與該可動架之間，並用於將該可動架彈性支撐在該固定架內且在該可動部旋轉時發生彈性形變。

一種取像模組，其包括上述影像穩定模組，鏡頭模組及影像感測器，該可動架用於收容該鏡頭模組及該影像感測器。該鏡頭模組的光軸與該影像感測模組對準。

一種電子裝置，其包括上述的取像模組。

本發明提供的影像穩定模組及具有該影像穩定模組的取像模組及電子裝置，藉由在固定架中設置可旋轉並用於收容鏡頭模組及影像感測器的可動架，由驅動元件驅動可動架相對於固定架旋轉以補償取像模組的抖動，進而可以避免取像模組及電子裝置在進行拍攝時由於震動而產生的成像模糊。

下面將結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

請一併參閱圖1至圖2，本發明第一實施方式提供的一種影像穩定模組10包括固定架100，可動架200，驅動單元300及彈性元件400。

該固定架100固定於一個電子裝置中，如數碼相機（圖未示）。該固定架100大致為矩形體框架，其包括第一側壁111、第二側壁112、第三側壁113、第四側壁114。第一側壁111、第二側壁112、第三側壁113、第四側壁114圍成第一收容空間115。其中，第一側壁111與第三側壁113相對設置，第二側壁112與第四側壁114相對設置。

該第一側壁111具有一個第一收容孔111a。該第二側壁112具有一個第二收容孔112a。該第三側壁113具有一個第三收容孔113a。該第四側壁114具有一個第四收容孔114a。

第一側壁111的下側邊具有定位槽121a及位於定位槽121a內的定位柱121b。定位柱121b的高度與定位槽121a的深度相當。該定位柱121b大致位於該下側邊的中間位置。第三側壁113的下側邊具有與第一側壁111的定位槽121a與定位柱121b結構相同的定位槽123a及定位柱123b。第一側壁111的定位槽121a與第三側壁113的定位槽123a係關於第一側壁111的定位柱121b與第三側壁113的定位柱123b連線的中點的中心對稱分佈。因此，定義第一側壁111的定位柱121b與第三側壁113的定位柱123b的連線為第一直線L1。

第二側壁112的上側邊具有定位槽122a及位於定位槽122a內的定位柱122b。定位柱122b的高度與定位槽122a的深度相當。該定位柱122b大致位於該上側邊的中間位置。第四側壁114的上側邊具有與第二側壁112的定位槽122a與定位柱122b結構相同的定位槽124a及定位柱124b。第二側壁112的定位槽122a與第四側壁114的定位槽124a係關於第二側壁112的定位柱122b與第四側壁114的定位柱124b連線的中點的中心對稱分佈。因此，定義第二側壁112的定位柱122b與第四側壁114的定位柱124b的連線為第二直線L2，本實施方式中，該第一直線L1與該第二直線L2為空間相互垂直的；及定義垂直連接該第一直線L1與第二直線L2的垂直線段所在的直線為固定架的中心軸：Z軸，該垂直線段的中點為圓點O，及平行於該第一直線L1的軸線為X軸，平行於該第二直線L2的軸線為Y軸，如圖2所示。

該可動架200大致呈中空的矩形體形狀，其與固定架100具有同一中心軸Z軸。該可動架200收容於該固定架100的第一收容空間115內。該可動架200包括四個依次首尾相接的第一外側面211，第二外側面212，第三外側面213，第四外側面214，及分別連接該四個外側面211、212、213及214的上表面215及下表面216。上表面215與下表面216相對設置。該四個外側面211、212、213及214，上表面215及下表面216共同圍成一個第二收容空間217，上表面215開設有與該第二收容空間217相通的進光孔215a。該可動架200的四個外側面211、212、213及214分別與固定架100的四個側壁111、112、113及114間隔4段距離，該4段距離可以全部相等、全部不相等或部分相等，這取決於該影像穩定模組10的補償抖動的範圍。

該驅動單元300包括固定於該固定架100的第一磁性元件311及固定於該可動架200的第二磁性元件312。該第一磁性元件311與該第二磁性元件312相對設置。該驅動單元300藉由該第一磁性元件311及該第二磁性元件312產生驅動力以驅動該可動架200相對於該固定架100分別繞X軸與繞Y軸旋轉，X軸垂直於Y軸。

具體地，本實施方式中，第一磁性元件311包括四個線圈311a、311b、311c及311d。該四個線圈311a、311b、311c及311d每個均大致呈矩形環狀，其分別收容並固定於四個收容孔111a、112a、113a及114a中。收容於第一收容孔111a中的線圈311a與收容於第三收容孔113a中的線圈311c藉由的電流方向相同，如在圖2的線圈中所示的箭頭方向。收容於第二收容孔112a中的線圈311b與收容於第四收容孔114a中的線圈311d藉由的電流方向相同，如沿在圖2的線圈中所示的箭頭方向。

第二磁性元件312包括四個磁鐵組312a、312b、312c及312d，分別為第一磁鐵組312a，第二磁鐵組312b，第三磁鐵組312c及第四磁鐵組312d。每個磁鐵組固定在該可動架200的每個外側面上且與每個線圈相對以與每個線圈相互作用產生驅動力。每個磁鐵組包括二個永磁鐵（以下稱上永磁鐵，及下永磁鐵）。第一磁鐵組312a固定在第一外側面211上且與收容於第一收容孔111a的線圈311a相對設置，該第一磁鐵組312a的上永磁鐵612a靠近收容於第一收容孔111a的線圈311a的第一磁極620a與該第一磁鐵組312a的下永磁鐵614a靠近該線圈311a的第二磁極622a相反。本實施方式中，每個磁鐵組的上永磁鐵的第一磁極均為N極，下永磁鐵的第二磁極均為S極，如圖2所示。

彈性元件400包括上彈片411與下彈片412。上彈片411大致呈平板狀，其包括可動部411a，固定部411b及連接可動部411a與固定部411b的彎折部411c。

該可動部411a具有與該可動架200的上表面215大致相同的形狀，即呈矩形，該可動部411a開設有與該上表面215的進光孔215a對準的通孔421，該通孔421的孔徑比進光孔215a的孔徑略大，以不阻擋進入進光孔215a的光線。可動部411a固定在可動架200的上表面215，隨可動架200的運動而運動。

本實施方式中，該彎折部411c為兩個彎折臂411c，該固定部411b為兩個固定片411b，兩個彎折臂411c及兩個固定片411b為自可動部411a相對兩側邊向外依次對稱延伸，該兩個彎折臂411c係關於X軸對稱分佈，及兩個固定片411b係關於X軸對稱分佈，以此獲得可動架200較佳的旋轉穩定性及對稱性。每個彎折臂411c具有兩個彎折處，以使該彎折臂411c在受力時能均勻形變並產生均勻的回復力。每個彎折臂411c係位於可動架200與固定架100之間的間隔的上方，這為彎折臂411c提供了形變空間。

每個固定片411b具有一個定位孔411d，該兩個固定片411b藉由該兩個定位孔411d分別與第二側壁112的定位柱122b與第四側壁114的定位柱124b緊密配合而固定在第二側壁112與第四側壁114上。

該下彈片412與上彈片411的結構相同。下彈片412的可動部412a固定在可動架200的下表面216。下彈片412的兩個固定片412b藉由兩個定位孔412d分別與第一側壁111的定位柱121b與第三側壁113的定位柱123b緊密配合而固定在第一側壁111與第三側壁113上。因此，該可動架200由該彈性元件400的上彈片411與下彈片412彈性支撐在該固定架100內。下彈片412的兩個彎折臂412c係關於Y軸對稱分佈，及兩個固定片412b係關於Y軸對稱分佈，以此獲得可動架200較佳的旋轉穩定性及對稱性。

請結合圖3（圖3中，線圈中所示的圓點表示電流方向指向紙內，線圈中所示的十字表示電流方向指向紙外），工作時，假設向收容於第一收容孔111a內的線圈311a及向收容於第三收容孔113a的線圈311c通以如圖2箭頭所示方向的電流，根據右手定則和“同向磁場互相排斥，逆向磁場互相吸引”的原理，收容於第一收容孔111a內的線圈311a的上長側邊320a對第一外側面211上的上永磁鐵612a產生吸引力，該線圈311a的下長側邊322a對第一外側面211上的下永磁鐵614a產生排斥力。同理，收容於第三收容孔113a內的線圈311c的上長側邊320c對第三外側面213上的上永磁鐵612c產生排斥力，該線圈311c的下長側邊322c對第三外側面213上的下永磁鐵614c產生吸引力。因此，該可動架200受到一個繞Y軸沿順時針方向的扭力，故，該可動架200在該扭力的作用下繞Y軸沿順時針方向旋轉，同時，上彈片411的彎折部411c因可動部411a隨可動架200的旋轉而發生形變而產生回復力。當線圈311a及311c中的電流消失時，線圈311a及311c產生的磁場也隨之消失，線圈311a及311c對磁鐵組312a及312c的作用力也消失。該可動部411a帶動該可動架200因彎折部411c的回復力而繞Y軸沿逆時針方向旋轉至初始位置。

同理，假設向收容於第二收容孔112a內的線圈311b及向收容於第四收容孔114a的線圈311d通以如圖2箭頭所示方向的電流，該可動架200會受到一個繞X軸的扭力，故，該可動架200在該扭力的作用下繞X軸旋轉。當線圈311b及311d中的電流消失時，該下彈片412的可動部412a帶動可動架200因彎折部412c的回復力而繞X軸反方向旋轉至初始位置。由於上彈片411與下彈片412均具有適當的彈性，在可動部200繞X軸或Y軸旋轉時，上彈片411與下彈片412之間不會過度限制對方。

可以理解，在其他實施方式中，第一磁極620a可為S極，及第二磁極622a可為N極，以及通以線圈311a、311b、311c及311d的電流方向也可相應變更等。

請閱圖4，本發明第二實施方式提供的一種取像模組20，其包括影像穩定模組10，鏡頭模組12、影像感測器14及電路板16。

該鏡頭模組12、該影像感測器14及電路板16均收容於該可動架200的第二收容空間217內，該鏡頭模組12的光軸與該影像感測器14對準，影像感測器14放置於該電路板16上且與電路板16電性連接。該鏡頭模組12的光軸與可動架200的上表面215的進光孔215a的中心對準。當取像模組20發生抖動時，該影像穩定模組10的可動架200可帶動鏡頭模組12及影像感測器14進行抖動補償。

優選地，所述鏡頭模組12可採用自動對焦鏡頭模組，如將鏡片12a設置於音圈馬達致動器的活動裝筒內即可。

本發明提供的影像穩定模組及具有該影像穩定模組的取像模組，藉由在固定架中設置可旋轉並用於收容鏡頭模組及影像感測器的可動架，由驅動元件驅動可動架旋轉以補償取像模組的抖動，進而可以避免取像模組在進行拍攝時由於震動而產生的成像模糊。

該取像模組20還可用於如手機，數碼相機及數碼攝像機等的電子裝置內，該電子裝置還包括用於感測鏡頭模組12在兩個相互垂直方向上的抖動的傳感裝置，如陀螺儀感測器及控制單元。該控制單元根據該傳感裝置感測的鏡頭模組12的抖動而控制藉由線圈311a、311b、311c及311d的電流以控制鏡頭模組12的運動並補償抖動。該傳感裝置可固定於可動架200的下表面216上。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，如固定架100及可動架200的形狀可為其他形狀如，圓柱形或其他多邊形；而線圈與磁鐵組的數量因固定架及可動架的形狀而定；及第一磁性元件311包括磁鐵組，而第二磁性元件312包括線圈等，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧影像穩定模組

100‧‧‧固定架

200‧‧‧可動架

300‧‧‧驅動單元

400‧‧‧彈性元件

111‧‧‧第一側壁

112‧‧‧第二側壁

113‧‧‧第三側壁

114‧‧‧第四側壁

115‧‧‧第一收容空間

111a‧‧‧第一收容孔

112a‧‧‧第二收容孔

113a‧‧‧第三收容孔

114a‧‧‧第四收容孔

121a，122a，123a，124a‧‧‧定位槽

121b，122b，123b，124b‧‧‧定位柱

211‧‧‧第一外側面

212‧‧‧第二外側面

213‧‧‧第三外側面

214‧‧‧第四外側面

215‧‧‧上表面

216‧‧‧下表面

217‧‧‧第二收容空間

215a‧‧‧進光孔

311‧‧‧第一磁性元件

312‧‧‧第二磁性元件

311a，311b，311c，311d‧‧‧線圈

312a‧‧‧第一磁鐵組

312c‧‧‧第三磁鐵組

312b‧‧‧第二磁鐵組

620a‧‧‧第一磁極

312d‧‧‧第四磁鐵組

614a‧‧‧下永磁鐵

612a‧‧‧上永磁鐵

411‧‧‧上彈片

622a‧‧‧第二磁極

411a，412a‧‧‧可動部

412‧‧‧下彈片

411c，412c‧‧‧彎折部

411b，412b‧‧‧固定部

411d，412d‧‧‧定位孔

421‧‧‧通孔

12‧‧‧鏡頭模組

20‧‧‧取像模組

16‧‧‧電路板

14‧‧‧影像感測器

12a‧‧‧鏡片

圖1為本發明第一實施方式提供的一種影像穩定模組的立體示意圖。

圖2為圖1中的影像穩定模組的分解示意圖。

圖3為圖1中的影像穩定模組的工作示意圖。

圖4為本發明第二實施方式提供的一種取像模組的剖面示意圖。

200‧‧‧可動架

100‧‧‧固定架

400‧‧‧彈性元件

111‧‧‧第一側壁

112‧‧‧第二側壁

113‧‧‧第三側壁

114‧‧‧第四側壁

115‧‧‧第一收容空間

111a‧‧‧第一收容孔

112a‧‧‧第二收容孔

113a‧‧‧第三收容孔

114a‧‧‧第四收容孔

213‧‧‧第三外側面

211‧‧‧第一外側面

121a，122a，123a，124a‧‧‧定位槽

121b，122b，123b，124b‧‧‧定位柱

215‧‧‧上表面

212‧‧‧第二外側面

217‧‧‧第二收容空間

214‧‧‧第四外側面

311‧‧‧第一磁性元件

216‧‧‧下表面

312a‧‧‧第一磁鐵組

215a‧‧‧進光孔

312b‧‧‧第二磁鐵組

312‧‧‧第二磁性元件

311a，311b，311c，311d‧‧‧線圈

312d‧‧‧第四磁鐵組

312c‧‧‧第三磁鐵組

612a‧‧‧上永磁鐵

620a‧‧‧第一磁極

622a‧‧‧第二磁極

614a‧‧‧下永磁鐵

412‧‧‧下彈片

411‧‧‧上彈片

411b，412b‧‧‧固定部

411a，412a‧‧‧可動部

421‧‧‧通孔

411c，412c‧‧‧彎折部

411d，412d‧‧‧定位孔

Claims (8)

1. 一種影像穩定模組，其包括：
   固定架，具有一中心軸；
   位於該固定架內且與該固定架間隔的可動架，與該固定架具有同一中心軸；
   驅動單元，包括設置於該固定架的第一磁性元件及設置於該可動架的第二磁性元件，該第一磁性元件與該第二磁性元件相對設置，該驅動單元藉由該第一磁性元件及該第二磁性元件產生驅動力以驅動該可動架相對於該固定架分別繞第一軸線與繞第二軸線旋轉，該第一軸線垂直於該第二軸線，且該第一軸線和該第二軸線均垂直於該中心軸；及
   彈性連接於該固定架與該可動架之間的彈性元件，用於將該可動架彈性支撐在該固定架內且在該可動部旋轉時發生彈性形變。
2. 如申請專利範圍第1項所述的影像穩定模組，其中，該固定架包括四個側壁，每個該側壁具有一個收容孔，該第一磁性元件設置在該四個收容孔內。
3. 如申請專利範圍第2項所述的影像穩定模組，其中，該可動架包括四個外側面，每個該外側面與每個該側壁相對應，該第二磁性組設置在該四個外側面上。
4. 如申請專利範圍第3項所述的影像穩定模組，其中，該第一磁性元件包括四個線圈，每個該線圈設置在該收容孔內。
5. 如申請專利範圍第3項所述的影像穩定模組，其中，該第二磁性元件包括四個磁鐵組，每個該磁鐵組固定在每個該外側面上且與每個該線圈相對，每個該磁鐵組包括二個永磁鐵，該二個永磁鐵靠近該線圈的磁極相反。
6. 如申請專利範圍第1項所述的影像穩定模組，其中，該彈性元件包括兩個彈片，每個該彈片包括可動部，固定部及連接該可動部與該固定部的彎折部，該可動部固定在該可動架，該固定部固定在該固定架。
7. 一種取像模組，其包括如申請專利範圍第1-6任一項所述的影像穩定模組，鏡頭模組及影像感測器，該可動部用於收容該鏡頭模組與該影像感測器，該鏡頭模組的光軸與該影像感測器對準。
8. 一種電子裝置，其包括如申請專利範圍第7項所述的取像模組。